JPH08313268A - Interference type optical gyro - Google Patents

Interference type optical gyro

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JPH08313268A
JPH08313268A JP12239495A JP12239495A JPH08313268A JP H08313268 A JPH08313268 A JP H08313268A JP 12239495 A JP12239495 A JP 12239495A JP 12239495 A JP12239495 A JP 12239495A JP H08313268 A JPH08313268 A JP H08313268A
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JP
Japan
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directional coupler
light
sensing loop
optical
gyro
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Application number
JP12239495A
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Japanese (ja)
Inventor
Chiyoushiyou Shi
朝翔 史
Toshiya Yuhara
敏哉 油原
Toshio Iizuka
寿夫 飯塚
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08313268A publication Critical patent/JPH08313268A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a gyro having high measurement accuracy in a simple structure by a constitution wherein a light entering from a light source and propagating in a sensing loop is allowed to enter the sensing loop again after it is amplified by an optical amplifier. CONSTITUTION: When a light enters a directional coupler 3 via a directional coupler 5 and an isolator 4, it is divided into two divided lights incident on a sensing loop 1 and a phase modulator 2, respectively. In the loop 1, two divided lights are propagated in the directions different from each other and interfered with each other to enter the coupler 3 again. While the light incident on the coupler 3 is divided two divisional lights, the light emitted to a side of an isolator is shut off. The light entering a directional coupler 6 is further divided and one part is amplified by an amplifier 7, then it is incident on the loop 1 again via the isolator 4 and coupler 3. The other part divided by the coupler 6 is detected by a photodetector 9 to be photoelectrically converted and inputted to an electronic circuit 10, thereby detecting an angle velocity of the light incident on the loop 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、航空機や船舶等の角速
度を検出するための干渉型光ジャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interference type optical gyro for detecting an angular velocity of an aircraft, a ship or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】かつて航空機や船舶等の姿勢や位置の検
出にはジャイロスコープが用いられていた。このジャイ
ロスコープは、コマを回転させるとコマ自体がその回転
軸の方向を一定に保とうとする原理を応用したものであ
る。しかしコマの回転軸と軸受との間の摩擦によって消
耗したり、製作には高精度を要したりするため高価であ
る等の問題がある。
2. Description of the Related Art A gyroscope was used to detect the posture and position of an aircraft or a ship. This gyroscope is based on the principle that when the top is rotated, the top itself tries to keep the direction of its rotation axis constant. However, there is a problem that it is consumed due to friction between the rotating shaft of the top and the bearing, and it is expensive because the manufacturing requires high precision.

【0003】そこで、機械的な要素を用いない光ファイ
バジャイロが多用されるようになってきた。
Therefore, an optical fiber gyro that does not use mechanical elements has been widely used.

【0004】光ファイバジャイロには主に2種類ある。
一方は干渉型ファイバジャイロスコープ(以下「I−F
OG」という。)であり、他方は共振型ファイバジャイ
ロスコープ(以下「R−FOG」という。)である。
There are mainly two types of optical fiber gyros.
One is an interference fiber gyroscope (hereinafter referred to as “IF
OG ”. ), And the other is a resonant fiber gyroscope (hereinafter referred to as “R-FOG”).

【0005】R−FOGは精度の高いリング共振器と、
光源と、光検測器とで構成され、CW波(時計方向に進
む光)とCCW波(反時計方向に進む光)との共振点の
差を検出することにより角速度を測定するようになって
いる。
The R-FOG is a highly accurate ring resonator,
It is composed of a light source and an optical detector, and measures the angular velocity by detecting the difference between the resonance points of the CW wave (light traveling in the clockwise direction) and the CCW wave (light traveling in the counterclockwise direction). ing.

【0006】I−FOGは光源に低コヒーレンス光源を
用い方向性結合器で2つに分割した後センシングループ
の両端に入射し、得られた干渉光よりジャイロ信号を得
るものであり、低精度ではあるものの構成が簡単で価格
も安く実用的であり、航空機や船舶だけでなく、自動車
のナビゲーションシステムや地震予知システム等にも利
用されるようになっている。尚、I−FOGにはオープ
ンループ型とクローズドループ型の2種類がある。
The I-FOG uses a low-coherence light source as a light source, divides the light into two by a directional coupler, and then enters both ends of a sensing loop to obtain a gyro signal from the interference light obtained. Some of them are simple in configuration, cheap in price, and practical, and are used not only in aircraft and ships, but also in navigation systems for vehicles and earthquake prediction systems. There are two types of I-FOG, an open loop type and a closed loop type.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、I−FOG
の分解能を向上させるにはファイバループ長を長くする
必要があるが、その分装置が大型化し、価格も高くな
る。またオープンループ型の光ファイバジャイロはクロ
ーズドループ型の光ファイバジャイロと比べてダイナミ
ックレンジが低く、大きな角速度の計測ができない問題
がある。
By the way, I-FOG
Although it is necessary to lengthen the fiber loop length in order to improve the resolution of, the device becomes larger and the price becomes higher accordingly. Further, the open-loop type optical fiber gyro has a lower dynamic range than the closed-loop type optical fiber gyro, and there is a problem that a large angular velocity cannot be measured.

【0008】他方、R−FOGにおいては短い光ファイ
バ長で、高い精度で角速度を測定できる反面、測定系全
体が複雑で価格が高い。しかもR−FOGにおいて、光
カー効果と散乱光とによって誤差が誘導される等の問題
がある。
On the other hand, in the R-FOG, while the optical fiber length is short and the angular velocity can be measured with high accuracy, the whole measuring system is complicated and the price is high. Moreover, in the R-FOG, there is a problem that an error is induced by the Kerr effect and scattered light.

【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、構成が簡単で測定精度の高い干渉型光ジャイロを提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide an interference type optical gyro having a simple structure and high measurement accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光源と、光源からの光を2つに分岐する第
1の方向性結合器と、2つに分岐された光が両端から入
射され互いに逆方向に伝搬する光を干渉させるためのセ
ンシングループと、センシングループの一端に設けられ
た位相変調器と、センシングループからの干渉光を受光
する光検測器と、光検測器からのジャイロ信号より角速
度を検出する電子回路とを有する干渉型光ジャイロにお
いて、光源と第1の方向性結合器との間に設けた第2の
方向性結合器と、第1の方向性結合器と光検測器との間
に設けた第3の方向性結合器と、第2の方向性結合器と
第3の方向性結合器との間に設けられセンシングループ
から出射した光を増幅した後第1の方向性結合器に再び
入射してセンシングループに光フィードバックを行う光
増幅器とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a light source, a first directional coupler that splits light from the light source into two, and a light that is split into two. A sensing loop that interferes with light that enters from both ends and propagates in opposite directions, a phase modulator that is provided at one end of the sensing loop, an optical detector that receives the interference light from the sensing loop, and an optical detector. In an interferometric optical gyro having an electronic circuit for detecting an angular velocity from a gyro signal from a measuring instrument, a second directional coupler provided between a light source and a first directional coupler, and a first direction A third directional coupler provided between the directional coupler and the photodetector, and light emitted from the sensing loop provided between the second directional coupler and the third directional coupler. And then re-injects into the first directional coupler and It is obtained and an optical amplifier using the optical feedback loop.

【0011】本発明は、光源と、光源からの光を2つに
分岐する第1の方向性結合器と、2つに分岐された光が
両端から入射され互いに逆方向に伝搬する光を干渉させ
るためのセンシングループと、センシングループの一端
に設けられた位相変調器と、センシングループからの干
渉光を受光する光検測器と、光検測器からのジャイロ信
号より角速度を検出する電子回路とを有する干渉型光ジ
ャイロにおいて、光源と第1の方向性結合器との間に設
けられた第2の方向性結合器と、第1の方向性結合器と
光検測器との間に設けられた第3の方向性結合器と、第
2の方向性結合器と第3の方向性結合器との間に設けら
れセンシングループから出射した光を増幅した後第1の
方向性結合器を介してセンシングループに光フィードバ
ックを行うための光増幅器と、第1の方向性結合器とセ
ンシングループとの間に第4の方向性結合器を介して設
けられた偏光子とを備えたものである。
According to the present invention, a light source, a first directional coupler that splits light from the light source into two, and light that is split into two and is incident from both ends and propagates in mutually opposite directions. For sensing, a phase modulator provided at one end of the sensing loop, an optical detector for receiving interference light from the sensing loop, and an electronic circuit for detecting an angular velocity from a gyro signal from the optical detector. And a second directional coupler provided between the light source and the first directional coupler, and between the first directional coupler and the photodetector. A third directional coupler provided, and a first directional coupler provided between the second directional coupler and the third directional coupler and amplifying light emitted from the sensing loop. For optical feedback to the sensing loop via Those having an amplifier and, polarizer disposed through the fourth directional coupler between the first directional coupler and the sensing loop.

【0012】上記構成に加え本発明は、光源にEr添加
光ファイバの自然放出光を発する光源を用いてもよい。
In addition to the above configuration, the present invention may use a light source that emits spontaneous emission light of an Er-doped optical fiber as the light source.

【0013】上記構成に加え本発明は、電子回路が、セ
ンシングループに角速度が入力されたときに生じるジャ
イロ信号の出力パルスの時間軸上の偏移に基づいて角速
度を検出してもよい(オープンループ法)。
In addition to the above configuration, in the present invention, the electronic circuit may detect the angular velocity based on the deviation on the time axis of the output pulse of the gyro signal that occurs when the angular velocity is input to the sensing loop (open. Loop method).

【0014】上記構成に加え本発明は、電子回路が、セ
ンシングループに角速度が入力されたときに生じるジャ
イロ信号の出力パルスに対し、位相変調器に印加する変
調電圧を出力パルスが常に最大となるようにフィードバ
ック制御をかけると共に、そのフィードバック量から角
速度を検出してもよい(クローズドループ法)。
In addition to the above configuration, in the present invention, the output pulse of the modulation voltage applied by the electronic circuit to the phase modulator is always maximum with respect to the output pulse of the gyro signal generated when the angular velocity is input to the sensing loop. The feedback control may be performed as described above, and the angular velocity may be detected from the feedback amount (closed loop method).

【0015】[0015]

【作用】上記構成によれば、光源から入射した後センシ
ングループ内を伝搬した光を、光増幅器で増幅した後再
びセンシングループ内に入射させることにより、第1の
方向性結合器とセンシングループとからなるサニャック
ループの光路を多重利用することになるので、光ファイ
バ長が比較的短くても高い分解能が得られる。つまり光
検測器の出力信号はパルスであり、このパルスのパルス
幅が短かくなるので測定精度が高くなるのである。パル
ス幅の短さ、すなわちパルスの鋭さは光増幅器の利得と
光路の損失とで決まる。光源には低コヒーレンス光源を
用いるので、カー効果と散乱光によって誘導される誤差
がなく、しかもコストを低く抑えることができる。また
クローズドループ型の場合には分解能がさらに向上し、
高い精度で角速度を測定することができる。
According to the above structure, the light propagating in the sensing loop after being incident from the light source is amplified by the optical amplifier and then is incident again in the sensing loop, whereby the first directional coupler and the sensing loop are connected. Since the optical path of the Sagnac loop consisting of is used multiple times, high resolution can be obtained even if the optical fiber length is relatively short. That is, the output signal of the photodetector is a pulse, and the pulse width of this pulse is short, so that the measurement accuracy is high. The shortness of the pulse width, that is, the sharpness of the pulse is determined by the gain of the optical amplifier and the loss of the optical path. Since a low coherence light source is used as the light source, there is no error induced by the Kerr effect and scattered light, and the cost can be kept low. In the case of the closed loop type, the resolution is further improved,
The angular velocity can be measured with high accuracy.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は本発明の干渉型光ジャイロの一実施
例を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an interference type optical gyro of the present invention.

【0018】同図において1はセンシングループであ
り、その一端(図では上端)には位相変調器2が接続さ
れている。センシングループ1の他端及び位相変調器2
には第1の方向性結合器3の一方の入出力端が接続され
ている。第1の方向性結合器3の他方の入出力端の一つ
にはアイソレータ4を介して第2の方向性結合器5の一
方の入出力端の一つと、第3の方向性結合器6の一方の
入出力端の一つとが接続されている。第2の方向性結合
器5の他方の入出力端の一つと第3の方向性結合器6の
他方の入出力端の一つとの間にはErドープド光ファイ
バからなる光増幅器(以下「EDFA」という。)7が
接続されている。第2の方向性結合器5の他方の入出力
端の残りには低コヒーレンスな光源8が接続され、第3
の方向性結合器6の他方の入出力端の残りには光検測器
9が接続されている。光検測器9の出力は電子回路10
に入力され、電子回路10の出力は位相変調器2に入力
される。
In the figure, reference numeral 1 is a sensing loop, and a phase modulator 2 is connected to one end (upper end in the drawing) of the sensing loop. The other end of the sensing loop 1 and the phase modulator 2
Is connected to one input / output terminal of the first directional coupler 3. One of the other input / output terminals of the first directional coupler 3 is connected to one of the other input / output terminals of the second directional coupler 5 via the isolator 4 and the third directional coupler 6 Is connected to one of the input / output terminals. An optical amplifier composed of an Er-doped optical fiber (hereinafter referred to as "EDFA") is provided between one of the other input / output terminals of the second directional coupler 5 and one of the other input / output terminals of the third directional coupler 6. 7) is connected. A light source 8 of low coherence is connected to the rest of the other input / output terminal of the second directional coupler 5,
An optical detector 9 is connected to the rest of the other input / output ends of the directional coupler 6. The output of the photodetector 9 is the electronic circuit 10
And the output of the electronic circuit 10 is input to the phase modulator 2.

【0019】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.

【0020】光源8からの光が第2の方向性結合器5及
びアイソレータ4を介して第1の方向性結合器3に入射
すると、光は2つに分岐され、センシングループ1の一
端及び位相変調器2にそれぞれ入射する。センシングル
ープ1内では光が互いに逆方向に伝搬して干渉して再び
第1の方向性結合器3に入射する。第1の方向性結合器
3に入射した光は2つに分岐されるがアイソレータ4側
へ出射した光はそこで遮断され、第3の方向性結合器6
へ入射した光はさらに2つに分岐される。第3の方向性
結合器6で分岐された一方の光は光増幅器7に入射して
増幅される。光増幅器7で増幅された光は第2の方向性
結合器5、アイソレータ4及び第1の方向性結合器3を
介して再びセンシングループ1内に入射される。
When the light from the light source 8 enters the first directional coupler 3 through the second directional coupler 5 and the isolator 4, the light is branched into two, and one end and the phase of the sensing loop 1 are detected. The light enters the modulator 2. In the sensing loop 1, the lights propagate in opposite directions, interfere with each other, and enter the first directional coupler 3 again. The light incident on the first directional coupler 3 is split into two, but the light emitted to the isolator 4 side is blocked there, and the third directional coupler 6
The light incident on is further split into two. One of the lights branched by the third directional coupler 6 enters the optical amplifier 7 and is amplified. The light amplified by the optical amplifier 7 enters the sensing loop 1 again via the second directional coupler 5, the isolator 4, and the first directional coupler 3.

【0021】他方、第3の方向性結合器6で分岐された
他方の光は光検測器9で受光される。光検測器9で受光
された光は、パルスに光電変換されて電子回路10に入
力される。電子回路10は光検測器9からのパルスより
センシングループ1に入力した角速度を検出するように
なっている。
On the other hand, the other light branched by the third directional coupler 6 is received by the photodetector 9. The light received by the photodetector 9 is photoelectrically converted into a pulse and input to the electronic circuit 10. The electronic circuit 10 detects the angular velocity input to the sensing loop 1 from the pulse from the photodetector 9.

【0022】ここで、センシングループ1内を伝搬する
光の全体ループ伝搬時間と位相変調器の変調周波数が一
致すると波形時間軸上の位置が一致し、出力信号P
TOTAL (t)が図6に示すような鋭いパルス状の波形と
なる。
Here, if the entire loop propagation time of the light propagating in the sensing loop 1 and the modulation frequency of the phase modulator match, the positions on the waveform time axis match, and the output signal P
TOTAL (t) has a sharp pulse-like waveform as shown in FIG.

【0023】図6及び図7はセンシングループ1内を周
回する干渉信号群とその総和を示す図である。
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing an interference signal group circulating in the sensing loop 1 and a total sum thereof.

【0024】同図においてP1(t)、P2(t)、P
3(t)…はそれぞれ第1周回、第2周回、第3周回の
干渉信号…であり、PTOTAL (t)はそれらの総和であ
る(ただし、ωτ=2nπ、n=1、2、3…)。
In the figure, P1 (t), P2 (t), P
3 (t) ... are interference signals of the first round, the second round, and the third round, respectively, and P TOTAL (t) is the sum of them (where ωτ = 2nπ, n = 1, 2, 3). …).

【0025】一方、ωと伝搬時間とが同期していない場
合には、図7に示すようにP1(t)、P2(t)、P
3(t)…の波形位置は一致せず、PTOTAL (t)は鋭
いパルスにはならない。
On the other hand, when ω and the propagation time are not synchronized, as shown in FIG. 7, P1 (t), P2 (t), P2
The waveform positions of 3 (t) ... Do not coincide, and P TOTAL (t) does not become a sharp pulse.

【0026】次に理論解析を試みる。Next, a theoretical analysis will be tried.

【0027】第1周回干渉信号P1(t)(光フィード
バックなし、普通のI−FOGの出力信号は同じ)は数
1式で与えられる。
The first circulating interference signal P1 (t) (without optical feedback, the output signal of a normal I-FOG is the same) is given by the equation (1).

【0028】[0028]

【数1】P1 (t)=K[1+νcos (φs +φe
os (ωm t))] ここでνは干渉定数、kは光電変換定数、ωm は位相変
調器周波数、φe は有効位相変調度である。
## EQU1 ## P 1 (t) = K [1 + ν cos (φ s + φ e c
os (ω m t))] where ν is an interference constant, k is a photoelectric conversion constant, ω m is a phase modulator frequency, and φ e is an effective phase modulation degree.

【0029】また有効位相変調度φe は数2式で与えら
れる。
The effective phase modulation degree φ e is given by the equation (2).

【0030】[0030]

【数2】φe =2φm sin (πωm τs ) ここでτs =L/C、Lはセンシングループの長さ、φ
m は位相変調器の位相振幅、φs は回転(センシングル
ープが角速度を入力したとき)によるサニャック位相で
ある。
Φ e = 2φ m sin (πω m τ s ) where τ s = L / C, L is the length of the sensing loop, φ
m is the phase amplitude of the phase modulator, and φ s is the Sagnac phase due to rotation (when the sensing loop inputs the angular velocity).

【0031】サニャック位相φs は数3式で表される。The Sagnac phase φ s is expressed by the equation (3).

【0032】[0032]

【数3】φs =4πRLΩ/ (λ0 c) ここでΩは角速度、Rはサニャックループの長さ、λ0
は光源の中心波長、cは真空中の光速度である。
Φ s = 4πRLΩ / (λ 0 c) where Ω is the angular velocity, R is the length of the Sagnac loop, and λ 0
Is the central wavelength of the light source, and c is the speed of light in a vacuum.

【0033】第2周回干渉信号P2 (t)は光フィード
バックループを通過した結果を表す信号であり数4式で
表される。
The second circulating interference signal P 2 (t) is a signal representing the result of passing through the optical feedback loop and is expressed by the equation (4).

【0034】[0034]

【数4】P2 (t)=AKK´[1+νcos (φs
φe cos (ωm t−ωm τ))]×[1+νcos (φ
s +φe cos (ωm t))] 第3周回干渉信号P3 (t)は数5式で表される。
## EQU00004 ## P 2 (t) = AKK '[1 + ν cos (φ s +
φ e cos (ω m t−ω m τ))] × [1 + ν cos (φ
s + φ e cos (ω m t))] The third circular interference signal P 3 (t) is expressed by the equation (5).

【0035】[0035]

【数5】P3 (t)=AKK´[1+νcos (φs
φe cos (ωm t−2ωm τ))]×[1+νcos
s +φe cos (ωm t−ωm τ))]×[1+νc
os(φs +φe cos (ωm t))] ここでAはEDFAの利得、K´はフィードバックカプ
ラと光回路損失による定数である。光ジャイロのジャイ
ロ信号はP1 (t)、P2 (t)、P3 (t)…の総和
であり数6式で表される。
## EQU00005 ## P 3 (t) = AKK '[1 + ν cos (φ s +
φ e cos (ω m t- 2ω m τ))] × [1 + νcos
s + φ e cos (ω mt −ω m τ))] × [1 + νc
os (φ s + φ e cos (ω mt ))] where A is the gain of the EDFA and K ′ is a constant due to the feedback coupler and optical circuit loss. The gyro signal of the optical gyro is the sum of P 1 (t), P 2 (t), P 3 (t) ...

【0036】[0036]

【数6】PTOTAL (t)=P1 (t)+P2 (t)+P
3 (t)+… 数6式において、ωτ=2nπを満足すると、この条件
は位相変調器の周波数を適宜調整することにより実現が
可能である。この場合に数6式は以下のような数7式で
表される。
[ Equation 6] P TOTAL (t) = P 1 (t) + P 2 (t) + P
3 (t) + ... If ωτ = 2nπ is satisfied in the equation (6), this condition can be realized by appropriately adjusting the frequency of the phase modulator. In this case, the expression 6 is expressed by the following expression 7.

【0037】[0037]

【数7】PTOTAL (t)=K[1+νcos (φs +φ
e cos (ωm τ))]/{1−AK´[1+νcos
s +φe cos (ωm t))]} ジャイロ信号はパルスになるため、出力パルスのピーク
位置は数8式(数7式をtで微分した式)で決まる。
(7) P TOTAL (t) = K [1 + ν cos (φ s + φ
e cos (ω m τ))] / {1-AK ′ [1 + ν cos
s + φ e cos (ω m t))]} Since the gyro signal is a pulse, the peak position of the output pulse is determined by the equation 8 (the equation 7 is differentiated by t).

【0038】[0038]

【数8】P´TOTAL (t)=0 従って数9式が得られる。Equation 8] P'TOTAL (t) = 0 Therefore equation (9) is obtained.

【0039】[0039]

【数9】Kνsin(φs +φe cosωm t)=0 そして数10式が得られる。## EQU9 ## Kν sin (φ s + φ e cos ω m t) = 0 and the equation 10 is obtained.

【0040】[0040]

【数10】φs +φe cosωm t=2nπ 数10式はサニャック位相φs と位相変調度とで決ま
る。従ってサニャック位相φs が変動すると、ジャイロ
信号のパルスの位置が移動する。このような関係を利用
して角速度の測定が可能となる。
Φ s + φ e cos ω m t = 2nπ Equation 10 is determined by the Sagnac phase φ s and the degree of phase modulation. Therefore, when the Sagnac phase φ s changes, the pulse position of the gyro signal moves. The angular velocity can be measured by utilizing such a relationship.

【0041】光ジャイロのジャイロ信号の検出方法には
オープンループ法とクローズドループ法の2種類ある。
There are two methods for detecting the gyro signal of the optical gyro: the open loop method and the closed loop method.

【0042】オープンループ法の原理図を図4に示す。A principle diagram of the open loop method is shown in FIG.

【0043】同図において実線は光ジャイロに回転がな
いときのジャイロ信号を示す。光ジャイロが回転すると
ジャイロ信号が破線で示すように移動する。これらのパ
ルスの移動量により回転の角速度が測定できる。パルス
の移動量により回転の角速度を測定する方法がオープン
ループ法である。以下数式演算を行う。
In the figure, the solid line shows the gyro signal when the optical gyro is not rotating. When the optical gyro rotates, the gyro signal moves as shown by the broken line. The angular velocity of rotation can be measured by the amount of movement of these pulses. The open loop method is a method of measuring the angular velocity of rotation by the moving amount of a pulse. The mathematical formula is calculated below.

【0044】まず回転がないとき、φs =0、n=1で
ある。数10式により数11式が得られる。
First, when there is no rotation, φ s = 0 and n = 1. Expression 11 is obtained from Expression 10.

【0045】[0045]

【数11】φe0cosωmt0 =2π ここで、φe0とt0 とは静止状態の場合の位相変調度と
出力パルスのピークの位置である。φe0及びt0 は測定
可能な量である。
Φ e0 cos ωmt 0 = 2π where φ e0 and t 0 are the degree of phase modulation and the position of the peak of the output pulse in the stationary state. φ e0 and t 0 are measurable quantities.

【0046】一方、回転があるときは、光ジャイロのジ
ャイロ信号のパルスが移動する。図4よりジャイロ信号
のパルスの移動量はΔtであり、数3式、数10式及び
数11式より入力角速度Ωが数12式で表される。
On the other hand, when there is rotation, the pulse of the gyro signal of the optical gyro moves. From FIG. 4, the amount of movement of the pulse of the gyro signal is Δt, and the input angular velocity Ω is expressed by the equation 12 from the equations 3, 10, and 11.

【0047】[0047]

【数12】Ω=λ0 cφe0sin(ωm t)/4πRL 次にクローズドループ法について述べる。Ω = λ 0e0 sin (ω m t) / 4πRL Next, the closed loop method will be described.

【0048】上述した解析によると、サニャック位相と
位相変調度との2つの量がジャイロ信号の時間軸上の偏
移をもたらすことが判る。今の目的が適当な位相変調量
を調整して、サニャック位相を補償することである。位
相変調器とサニャック位相とが完全に打ち消した場合
に、ジャイロ出力パルスは時間軸上で静止する。ここで
クローズドループ法の原理を図5に示す。
From the above analysis, it can be seen that two quantities, the Sagnac phase and the degree of phase modulation, cause a shift of the gyro signal on the time axis. The present purpose is to adjust the appropriate phase modulation amount to compensate the Sagnac phase. When the phase modulator and Sagnac phase are completely canceled, the gyro output pulse is stationary on the time axis. Here, the principle of the closed loop method is shown in FIG.

【0049】位相変調器でサニャック位相を打ち消すた
め、位相変調器に印加するフィードバック変調電圧を制
御する必要がある。そのフィードバック量から角速度を
検出することが可能である。数10式及び数11式から
サニャック位相が数13式で表される。
Since the Sagnac phase is canceled by the phase modulator, it is necessary to control the feedback modulation voltage applied to the phase modulator. The angular velocity can be detected from the feedback amount. From the equations (10) and (11), the Sagnac phase is represented by the equation (13).

【0050】[0050]

【数13】φs=(φe0−φe )cosωm 0 ここでφe は回転があるときの位相変調度であり、電子
回路のフィードバック量により測定できる量である。
Φs = (φ e0 −φ e ) cos ω m t 0 Here, φ e is the degree of phase modulation when there is rotation, and is an amount that can be measured by the feedback amount of the electronic circuit.

【0051】以上において本実施例の干渉型光ジャイロ
のジャイロ信号は鋭いパルスであることが分かる。ジャ
イロ信号のパルスが鋭いと角速度の検出精度が高くな
る。パルスの鋭さがEDFAの利得で調整が可能であ
る。クローズドループにおいては、検出点はジャイロ信
号のパルスのピーク位置でI−FOGより(検出点は出
力波形の零点位置)検出精度は高い。
From the above, it can be seen that the gyro signal of the interference type optical gyro of this embodiment is a sharp pulse. If the pulse of the gyro signal is sharp, the angular velocity detection accuracy increases. The sharpness of the pulse can be adjusted by the gain of the EDFA. In the closed loop, the detection point is the peak position of the pulse of the gyro signal, and the detection accuracy is higher than that of the I-FOG (the detection point is the zero point position of the output waveform).

【0052】図2は本発明の干渉型光ジャイロの他の実
施例の概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of another embodiment of the interference type optical gyro of the present invention.

【0053】図1に示した実施例との相違点は、第1の
方向性結合器3とセンシングループ1との間に第4の方
向性結合器11を介して偏光子12を設けた点である。
The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that a polarizer 12 is provided between the first directional coupler 3 and the sensing loop 1 via a fourth directional coupler 11. Is.

【0054】光源8から出射した光は第2の方向性結合
器5、アイソレータ4および第1の方向性結合器3を経
て偏光子12に入射する。光源8からの光が偏光子12
を通過すると所定の偏光方向の光だけが通過して第4の
方向性結合器11に入射する。第4の方向性結合器11
に入射した光は2つに分岐されてセンシングループ1の
一端と位相変調器2とにそれぞれ入射される。センシン
グループ1内に入射した光は互いに逆方向に伝搬して干
渉しあい再び第4の方向性結合器11で合波された後偏
光子12を通って第1の方向性結合器3に入射する。第
1の方向性結合器3に入射した光は第3の方向性結合器
6で2つに分岐される。分岐された一方の光は光増幅器
7で増幅された後第2の方向性結合器5、アイソレータ
4、第1の方向性結合器3、偏光子12及び第4の方向
性結合器11を経て再びセンシングループ1に伝搬さ
れ、分岐された他方の光は光検測器9で受光される。光
検測器9で受光される光の偏光方向は揃っているためジ
ャイロ信号のパルスが鋭くなり精度の高い角速度測定が
行われる。すなわち、偏光子12を第1の方向性結合器
3とセンシングループ1との間に設けたことにより、セ
ンシングループ1内を伝搬する光の偏光が揃うため角速
度の測定精度が向上する。
The light emitted from the light source 8 enters the polarizer 12 via the second directional coupler 5, the isolator 4 and the first directional coupler 3. The light from the light source 8 is the polarizer 12
When passing through, only light of a predetermined polarization direction passes and enters the fourth directional coupler 11. Fourth directional coupler 11
The light that is incident on is split into two and is incident on one end of the sensing loop 1 and the phase modulator 2. The lights that have entered the sensing loop 1 propagate in opposite directions, interfere with each other, and are combined again by the fourth directional coupler 11 and then enter the first directional coupler 3 through the polarizer 12. . The light incident on the first directional coupler 3 is split into two by the third directional coupler 6. One of the branched lights is amplified by an optical amplifier 7, and then passes through a second directional coupler 5, an isolator 4, a first directional coupler 3, a polarizer 12 and a fourth directional coupler 11. The other light that is propagated to the sensing loop 1 again and branched is received by the photodetector 9. Since the polarization directions of the light received by the photodetector 9 are aligned, the pulse of the gyro signal becomes sharp, and highly accurate angular velocity measurement is performed. That is, since the polarizer 12 is provided between the first directional coupler 3 and the sensing loop 1, the polarization of the light propagating in the sensing loop 1 is aligned, and the angular velocity measurement accuracy is improved.

【0055】図3は本発明の干渉型光ジャイロの他の実
施例を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the interference type optical gyro of the present invention.

【0056】図2に示した実施例との相違点は、光源に
Erドープド光ファイバの自然放出光を用いた点であ
る。
The difference from the embodiment shown in FIG. 2 is that spontaneous emission light of an Er-doped optical fiber is used as a light source.

【0057】励起光源13から出射した光はWDM(波
長分割多重)カプラ14に入射し、Erドープド光ファ
イバ15に入射する。Erドープド光ファイバ15に励
起光が入射すると光増幅されてスペクトル幅の広い自然
放出光が発生する。この自然放出光が第2の方向性結合
器5、アイソレータ4、第1の方向性結合器3、偏光子
12及び第4の方向性結合器11を介してセンシングル
ープ1内に入射する。このためセンシングループ1内に
はスペクトル幅が広く、しかも偏光方向が揃った光が伝
搬するので、ダイナミックレンジが広く、しかも精度の
高い角速度測定が行われる。
The light emitted from the pumping light source 13 enters the WDM (wavelength division multiplex) coupler 14 and the Er-doped optical fiber 15. When the excitation light is incident on the Er-doped optical fiber 15, the light is amplified and spontaneous emission light having a wide spectral width is generated. This spontaneous emission light enters the sensing loop 1 via the second directional coupler 5, the isolator 4, the first directional coupler 3, the polarizer 12 and the fourth directional coupler 11. Therefore, light having a wide spectrum width and having uniform polarization directions propagates in the sensing loop 1, so that the angular velocity measurement with a wide dynamic range and high accuracy is performed.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0059】(1) センシングループから出射した光を増
幅した後再びセンシングループに光フィードバックを行
うことにより、構成が簡単で測定精度の高い干渉型光ジ
ャイロを実現することができる。
(1) By amplifying the light emitted from the sensing loop and then performing optical feedback to the sensing loop again, an interference type optical gyro having a simple structure and high measurement accuracy can be realized.

【0060】(2) 第1の方向性結合器とセンシングルー
プとの間に偏光子を設ける場合にはセンシングループ内
を伝搬する光の偏光方向が揃うためより高精度の角速度
測定を行うことができる。
(2) When a polarizer is provided between the first directional coupler and the sensing loop, the polarization directions of light propagating in the sensing loop are aligned, so that more accurate angular velocity measurement can be performed. it can.

【0061】(3) 光源に自然放出光を用いた場合にはセ
ンシングループ内を伝搬する光のスペクトルが広くなる
のでダイナミックレンジが拡大する。
(3) When spontaneous emission light is used as the light source, the spectrum of the light propagating in the sensing loop is widened, and the dynamic range is expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の干渉型光ジャイロの一実施例を示す概
念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an interference type optical gyro of the present invention.

【図2】本発明の干渉型光ジャイロの他の実施例の概念
図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of another embodiment of the interference type optical gyro of the present invention.

【図3】本発明の干渉型光ジャイロの他の実施例を示す
概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the interference type optical gyro of the present invention.

【図4】オープンループ法の原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the principle of the open loop method.

【図5】クローズドループ法の原理を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the principle of the closed loop method.

【図6】センシングループ内を周回する干渉信号群とそ
の総和を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a group of interference signals circulating in a sensing loop and a total sum thereof.

【図7】センシングループ内を周回する干渉信号群とそ
の総和を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a group of interference signals circulating in a sensing loop and a total sum thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センシングループ 2 位相変調器 3 第1の方向性結合器 6 第3の方向性結合器 7 光増幅器 8 光源 9 光検測器 10 電子回路 1 Sensing Loop 2 Phase Modulator 3 First Directional Coupler 6 Third Directional Coupler 7 Optical Amplifier 8 Light Source 9 Optical Detector 10 Electronic Circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶岡 博 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Kajioka 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Cable Co., Ltd. Hidaka factory

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、光源からの光を2つに分岐する
第1の方向性結合器と、2つに分岐された光が両端から
入射され互いに逆方向に伝搬する光を干渉させるための
センシングループと、センシングループの一端に設けら
れた位相変調器と、センシングループからの干渉光を受
光する光検測器と、光検測器からのジャイロ信号より角
速度を検出する電子回路とを有する干渉型光ジャイロに
おいて、光源と第1の方向性結合器との間に設けられた
第2の方向性結合器と、第1の方向性結合器と光検測器
との間に設けられた第3の方向性結合器と、第2の方向
性結合器と第3の方向性結合器との間に設けられセンシ
ングループから出射した光を増幅した後第1の方向性結
合器に再び入射してセンシングループに光フィードバッ
クを行う光増幅器とを備えたことを特徴とする干渉型光
ジャイロ。
1. A light source, a first directional coupler that splits the light from the light source into two, and interference of light that is split into two and is propagated in opposite directions. Sensing loop, a phase modulator provided at one end of the sensing loop, an optical detector that receives the interference light from the sensing loop, and an electronic circuit that detects the angular velocity from the gyro signal from the optical detector. In the interferometric optical gyro having, a second directional coupler provided between the light source and the first directional coupler, and provided between the first directional coupler and the optical detector. The third directional coupler, and the light emitted from the sensing loop, which is provided between the second directional coupler and the third directional coupler, is amplified and then returned to the first directional coupler. An optical amplifier that is incident and provides optical feedback to the sensing loop An interferometric optical gyro characterized by having.
【請求項2】 光源と、光源からの光を2つに分岐する
第1の方向性結合器と、2つに分岐された光が両端から
入射され互いに逆方向に伝搬する光を干渉させるための
センシングループと、センシングループの一端に設けら
れた位相変調器と、センシングループからの干渉光を受
光する光検測器と、光検測器からのジャイロ信号より角
速度を検出する電子回路とを有する干渉型光ジャイロに
おいて、光源と第1の方向性結合器との間に設けられた
第2の方向性結合器と、第1の方向性結合器と光検測器
との間に設けられた第3の方向性結合器と、第2の方向
性結合器と第3の方向性結合器との間に設けられセンシ
ングループから出射した光を増幅した後第1の方向性結
合器を介してセンシングループに光フィードバックを行
うための光増幅器と、第1の方向性結合器とセンシング
ループとの間に第4の方向性結合器を介して設けられた
偏光子とを備えたことを特徴とする干渉型光ジャイロ。
2. A light source, a first directional coupler that splits light from the light source into two, and interference between lights that are split into two and are propagated in opposite directions. Sensing loop, a phase modulator provided at one end of the sensing loop, an optical detector that receives the interference light from the sensing loop, and an electronic circuit that detects the angular velocity from the gyro signal from the optical detector. In the interferometric optical gyro having, a second directional coupler provided between the light source and the first directional coupler, and provided between the first directional coupler and the optical detector. And a third directional coupler, which is provided between the second directional coupler and the third directional coupler, amplifies light emitted from the sensing loop, and then passes through the first directional coupler. And an optical amplifier for optical feedback to the sensing loop And a polarizer provided between the first directional coupler and the sensing loop via a fourth directional coupler, the interferometric optical gyro.
【請求項3】 上記光源にEr添加光ファイバの自然放
出光を発する光源を用いた請求項1又は2記載の干渉型
光ジャイロ。
3. The interference type optical gyro according to claim 1, wherein a light source that emits spontaneous emission light of an Er-doped optical fiber is used as the light source.
【請求項4】 上記電子回路が、上記センシングループ
に角速度が入力されたときに生じるジャイロ信号の出力
パルスの時間軸上の偏移に基づいて角速度を検出する請
求項1又は2記載の干渉型光ジャイロ。
4. The interference type according to claim 1, wherein the electronic circuit detects the angular velocity based on a deviation on the time axis of an output pulse of a gyro signal generated when the angular velocity is input to the sensing loop. Optical gyro.
【請求項5】 上記電子回路が、上記センシングループ
に角速度が入力されたときに生じるジャイロ信号の出力
パルスに対し、位相変調器に印加する変調電圧を上記出
力パルスが常に最大となるようにフィードバック制御を
かけると共に、そのフィードバック量から角速度を検出
する請求項1又は2記載の干渉型光ジャイロ。
5. The electronic circuit feeds back a modulation voltage applied to a phase modulator to an output pulse of a gyro signal generated when an angular velocity is input to the sensing loop so that the output pulse is always maximized. The interference type optical gyro according to claim 1 or 2, wherein the angular velocity is detected based on the feedback amount while the control is performed.
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