JP2010019717A - Closed-loop type optical interference angular velocity meter - Google Patents

Closed-loop type optical interference angular velocity meter Download PDF

Info

Publication number
JP2010019717A
JP2010019717A JP2008181048A JP2008181048A JP2010019717A JP 2010019717 A JP2010019717 A JP 2010019717A JP 2008181048 A JP2008181048 A JP 2008181048A JP 2008181048 A JP2008181048 A JP 2008181048A JP 2010019717 A JP2010019717 A JP 2010019717A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
light
sample
converter
angular velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008181048A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4922256B2 (en
Inventor
Hiroyuki Takahashi
尋之 高橋
Yuji Ochi
雄二 越智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority to JP2008181048A priority Critical patent/JP4922256B2/en
Publication of JP2010019717A publication Critical patent/JP2010019717A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4922256B2 publication Critical patent/JP4922256B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a closed-loop type optical interference angular velocity meter for reducing an output error caused by noise included in the output of a light receiving unit. <P>SOLUTION: An electric signal from the light receiving unit 6 is demodulated by a demodulation section 10. The demodulation signal is A/D-converted and is inputted to a digital signal processor 30. The demodulation section 10 includes: a first sample-and-hold section 11 for sampling and holding an electric signal from the light receiving unit 6; a first low-pass filter 13 for setting the output of the first sample-and-hold section 11 to be input; a second sample-and-hold section 12 for sampling and holding the electric signal; and a second low-pass filter 14 for setting the output of the second sample-and-hold section 12 to be input. The digital signal processor 30 has a subtractor 31 and performs operation for subtracting the output of the second low-pass filter 14 from that of the first low-pass filter 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、クローズドループ方式光干渉角速度計に関する。   The present invention relates to a closed loop optical interference angular velocity meter.

図7に、標準的なクローズドループ方式光干渉角速度計の構成例を示し、その動作について概説する。
光源駆動回路1によって制御された光源2から一定強度の光が照射される。この光は光ファイバで伝送され、光カプラ3を経由して、光学素子4に入射する。光学素子4として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の光学結晶に導波路を形成し、光分岐結合器9、位相変調器7、位相変調器8を集積化した光集積回路を用いる。入射した光は、光分岐結合器9によって二つのルートに分岐され、一方がCW(clockwise)光として光ファイバコイル5の一端に入射し光ファイバコイル5を周回して他端に至り、他方がCCW(counter-clockwise)光として光ファイバコイル5の他端に入射し光ファイバコイル5を周回して一端に至ることになる。なお、この明細書では、「時計回り」と「反時計回り」を図面を正面に見たときの時計回りと反時計回りとして説明する。
FIG. 7 shows a configuration example of a standard closed-loop optical interference angular velocity meter, and its operation is outlined.
Light of a certain intensity is emitted from the light source 2 controlled by the light source driving circuit 1. This light is transmitted through an optical fiber and enters the optical element 4 via the optical coupler 3. As the optical element 4, for example, an optical integrated circuit in which a waveguide is formed in an optical crystal of lithium niobate (LiNbO 3 ) and an optical branching coupler 9, a phase modulator 7, and a phase modulator 8 are integrated is used. The incident light is branched into two routes by the optical branching coupler 9, one of which enters one end of the optical fiber coil 5 as CW (clockwise) light, circulates around the optical fiber coil 5, and reaches the other end. The light enters the other end of the optical fiber coil 5 as CCW (counter-clockwise) light, goes around the optical fiber coil 5 and reaches one end. In this specification, “clockwise” and “counterclockwise” are described as clockwise and counterclockwise when the drawing is viewed from the front.

この際、CW光およびCCW光に対して位相変調が行われる。即ち、角速度入力が無い状態でCW光あるいはCCW光が光ファイバコイル5を通過する時間をτとすると、光学素子4の上で二つのルートのうち一方に設けられた位相変調器7は、タイミング信号発生回路50によって発生するタイミング信号を入力として位相変調駆動回路60が発生したパルス幅をτ、デューティ比を1/2とする矩形波(図8参照)によって、CW光とCCW光に対して+π/4と−π/4の位相変調を交互に行う。
図7に示す構成では、CW光は、光ファイバコイル5を周回する前に、位相変調器7によって位相変調を受け、CCW光は、光ファイバコイル5を周回した後に、位相変調器7によって位相変調を受ける。従って、同一時点で分岐されたCW光とCCW光とで位相変調を受ける時点がτだけずれているため、CW光とCCW光とでは相対的に+π/2と−π/2の位相差が与えられることになる。
At this time, phase modulation is performed on the CW light and the CCW light. In other words, when τ is the time during which the CW light or CCW light passes through the optical fiber coil 5 in the absence of an angular velocity input, the phase modulator 7 provided on one of the two routes on the optical element 4 A rectangular wave (see FIG. 8) having a pulse width generated by the phase modulation driving circuit 60 with the timing signal generated by the signal generation circuit 50 as input and a duty ratio of 1/2 is applied to the CW light and the CCW light. Phase modulation of + π / 4 and −π / 4 is alternately performed.
In the configuration shown in FIG. 7, the CW light is phase-modulated by the phase modulator 7 before circulating around the optical fiber coil 5, and the CCW light is phase-shifted by the phase modulator 7 after circulating around the optical fiber coil 5. Undergo modulation. Therefore, since the time of phase modulation between the CW light and the CCW light branched at the same time is shifted by τ, the phase difference of + π / 2 and −π / 2 is relatively different between the CW light and the CCW light. Will be given.

ところで、CW光とCCW光は、光ファイバコイル5を周回した後、光学素子4の光分岐結合器9によって光学的に結合し、干渉する。角速度の入力が無い状態でCW光とCCW光との間にΔφの位相差があるとすると、CW光とCCW光とが干渉した光の強度(干渉光強度I)はその最大強度をPとして、式(1)で与えられる(図9(a)で示す実線で描かれた曲線を参照のこと)。

Figure 2010019717
By the way, the CW light and the CCW light circulate around the optical fiber coil 5 and are optically coupled and interfered by the optical branching coupler 9 of the optical element 4. If there is a phase difference of Δφ between the CW light and the CCW light in the absence of an angular velocity input, the intensity of the light that interferes with the CW light and the CCW light (interference light intensity I 0 ) is expressed as P 0 is given by equation (1) (see the curve drawn with a solid line shown in FIG. 9A).
Figure 2010019717

位相変調器7によって、CW光とCCW光に対して相対的に+π/2と−π/2の位相差が与えられると、式(1)に従い、Δφ=+π/2の場合でもΔφ=−π/2の場合でも干渉光強度IはP/2となる(図9(b)参照)。なお、図8に示す矩形波の立上り又は立下りの遷移時に、干渉光強度Iは最大強度Pとなる点を通過するため図9(b)、図10(b)に示すスパイクノイズを生じる。 When a phase difference of + π / 2 and −π / 2 is given relative to the CW light and the CCW light by the phase modulator 7, Δφ = −− even in the case of Δφ = + π / 2 according to the equation (1). Even in the case of π / 2, the interference light intensity I 0 is P 0/2 (see FIG. 9B). In addition, since the interference light intensity I 0 passes through a point where the maximum intensity P 0 is reached at the time of the rising or falling of the rectangular wave shown in FIG. 8, spike noise shown in FIGS. 9B and 10B is generated. Arise.

さて、クローズドループ方式光干渉角速度計に時計回りに角速度Ω[rad/s]が加わったとする。正確には光ファイバコイル5に時計回りに入力角速度Ωが加わることであり、この結果、CW光とCCW光とで光路長が異なり、CW光とCCW光との間に入力角速度Ωに基づく位相差が生じる(サニャック効果)。   Now, assume that an angular velocity Ω [rad / s] is added clockwise to a closed loop optical interference angular velocity meter. More precisely, the input angular velocity Ω is added to the optical fiber coil 5 clockwise. As a result, the optical path length differs between the CW light and the CCW light, and the position based on the input angular velocity Ω between the CW light and the CCW light. A phase difference occurs (Sagnac effect).

サニャック効果によるCW光とCCW光の位相差(サニャック位相差)をΔφとする。時計回りの入力角速度Ωが加わった場合、CCW光の位相に対してCW光の位相はΔφだけ進む。このサニャック位相差Δφが加わったときの干渉光強度Iは式(2)で与えられる(図10(a)で示す実線で描かれた曲線を参照のこと。破線で示す曲線は式(1)で与えられるものである)。

Figure 2010019717
Let Δφ s be the phase difference between the CW light and the CCW light (Sagnac phase difference) due to the Sagnac effect. When the clockwise input angular velocity Ω is added, the phase of the CW light advances by Δφ s with respect to the phase of the CCW light. The interference light intensity I 0 when the Sagnac phase difference Δφ s is added is given by the equation (2) (see the curve drawn by the solid line shown in FIG. 10A). 1).
Figure 2010019717

入力角速度Ωが加わった場合も、位相変調器7により+π/2と−π/2の位相差が与えられることは変わらないので、CW光とCCW光とでは、位相変調器7による位相変調Δφ=±π/2とサニャック位相差Δφが合わさった+π/2+Δφと−π/2+Δφの位相差が生じる。よって、CW光とCCW光の位相差が+π/2+Δφの場合に干渉光強度IはPとなり、−π/2+Δφの場合に干渉光強度IはPとなる(図10(b)参照)。Pは式(3)で与えられ、Pは式(4)で与えられる。また、干渉光強度Pと干渉光強度Pとの差である干渉光強度差ΔIは式(5)で定義される。干渉光強度差ΔIの極性により、入力角速度Ωの向き(時計回り又は反時計回り)を知ることができる。

Figure 2010019717
Even when the input angular velocity Ω is added, the phase difference of + π / 2 and −π / 2 is not changed by the phase modulator 7, so the phase modulation Δφ by the phase modulator 7 is different between CW light and CCW light. = ± π / 2 and the Sagnac phase difference Δφ s, a phase difference of + π / 2 + Δφ s and −π / 2 + Δφ s is generated. Therefore, when the phase difference between the CW light and the CCW light is + π / 2 + Δφ s , the interference light intensity I 0 is P 1 , and when it is −π / 2 + Δφ s , the interference light intensity I 0 is P 2 (FIG. 10 ( b)). P 1 is given by equation (3) and P 2 is given by equation (4). Further, the interference light intensity difference ΔI, which is the difference between the interference light intensity P 1 and the interference light intensity P 2 , is defined by Expression (5). The direction (clockwise or counterclockwise) of the input angular velocity Ω can be known from the polarity of the interference light intensity difference ΔI.
Figure 2010019717

式(5)は、干渉光強度差ΔIを観測すればサニャック位相差Δφを知ることができることを意味する。
サニャック位相差Δφは、式(6)で与えられる。Rは、光ファイバコイル5の半径[m]、Lは光ファイバコイル5の光ファイバ長[m]、cは光速[m/s]、λは光源波長[m]、nは光ファイバコイル5のコア部の屈折率を表す。

Figure 2010019717
Equation (5) means that the Sagnac phase difference Δφ s can be known by observing the interference light intensity difference ΔI.
The Sagnac phase difference Δφ s is given by equation (6). R is the radius [m] of the optical fiber coil 5, L is the optical fiber length [m] of the optical fiber coil 5, c is the speed of light [m / s], λ is the light source wavelength [m], and n is the optical fiber coil 5. Represents the refractive index of the core portion.
Figure 2010019717

クローズドループ方式光干渉角速度計では、干渉光強度差ΔIを0とするように、つまり、サニャック位相差Δφを打ち消すように負帰還制御を行う。このことを図7を参照して説明する。
光学素子4の光分岐結合器9によってCW光とCCW光が光学的に結合した干渉光は、光カプラ3に入射して分岐される。分岐されて光カプラ3の出力となった干渉光は、受光器6に入射して光電変換される。光電変換されて生成されたアナログの電気信号は、A/D変換器25に入力され、ディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ディジタル信号処理装置35に入力される。
In the closed loop optical interference angular velocity meter, negative feedback control is performed so that the interference light intensity difference ΔI is 0, that is, the Sagnac phase difference Δφ s is canceled. This will be described with reference to FIG.
The interference light in which the CW light and the CCW light are optically coupled by the optical branching coupler 9 of the optical element 4 enters the optical coupler 3 and is branched. The interference light branched and output from the optical coupler 3 enters the light receiver 6 and is photoelectrically converted. An analog electric signal generated by photoelectric conversion is input to the A / D converter 25 and converted into a digital signal. This digital signal is input to the digital signal processor 35.

ディジタル信号処理装置35は、同期検波回路36、積分器37、フィードバック信号発生回路38、ランプ波高値制御部39を含む。
A/D変換器25の出力であるディジタル信号は、同期検波回路36に入力される。同期検波回路36は、このディジタル信号に対して同期検波を行い、干渉光強度差ΔIつまりサニャック位相差Δφに対応した信号を出力する。そして、積分器37は、同期検波回路36の出力信号を入力とし、この入力を時間積分した積分値(ディジタル値の累積加算値)を出力する。
The digital signal processing device 35 includes a synchronous detection circuit 36, an integrator 37, a feedback signal generation circuit 38, and a ramp peak value control unit 39.
The digital signal that is the output of the A / D converter 25 is input to the synchronous detection circuit 36. The synchronous detection circuit 36 performs synchronous detection on the digital signal and outputs a signal corresponding to the interference light intensity difference ΔI, that is, the Sagnac phase difference Δφ s . The integrator 37 receives the output signal of the synchronous detection circuit 36, and outputs an integral value (cumulative addition value of digital values) obtained by time-integrating this input.

積分器37の出力は、フィードバック信号発生回路38に入力される。フィードバック信号発生回路38は、時間τにつきフィードバック信号の振幅をΔφだけ増大(減少)させ、この振幅が±2mπ(mは整数)を超える時点で2mπだけ振幅を減少(増大)させるフライバック制御を繰り返し、階段状鋸歯状のフィードバック信号を発生する。なお、クローズドループ方式光干渉角速度計では負帰還制御を行うので、フィードバック信号の極性は、サニャック位相差Δφを打ち消すように設定される。フィードバック信号の繰り返し周波数によって入力角速度を検出することができるが、このことは後述する。 The output of the integrator 37 is input to a feedback signal generation circuit 38. The feedback signal generation circuit 38 increases (decreases) the amplitude of the feedback signal by Δφ s per time τ, and when the amplitude exceeds ± 2 mπ (m is an integer), the flyback control decreases (increases) the amplitude by 2 mπ. To generate a stepped sawtooth feedback signal. Since the closed loop optical interference angular velocity meter performs negative feedback control, the polarity of the feedback signal is set so as to cancel the Sagnac phase difference Δφ s . The input angular velocity can be detected by the repetition frequency of the feedback signal, which will be described later.

ディジタル信号処理装置35のランプ波高値制御部39は、同期検波回路36の出力とフィードバック信号発生回路38のフライバック信号に基づき、フィードバック信号発生回路38が発生するフィードバック信号の最大位相偏位φが+2mπまたは−2mπとなるように制御を行う。 The ramp peak value control unit 39 of the digital signal processing device 35 is based on the output of the synchronous detection circuit 36 and the flyback signal of the feedback signal generation circuit 38, and the maximum phase deviation φ R of the feedback signal generated by the feedback signal generation circuit 38. Is controlled to be +2 mπ or −2 mπ.

フィードバック信号発生回路38の出力は、D/A変換器40に入力され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号は、光学素子4の上で二つのルートのうち他方に設けられた位相変調器8に入力される。なお、A/D変換器25、同期検波回路36、積分器37、フィードバック信号発生回路38、D/A変換器40は、タイミング信号発生回路50が発生するタイミング信号によって信号処理の同期が保たれている。   The output of the feedback signal generation circuit 38 is input to the D / A converter 40 and converted into an analog signal. This analog signal is input to the phase modulator 8 provided on the other of the two routes on the optical element 4. The A / D converter 25, the synchronous detection circuit 36, the integrator 37, the feedback signal generation circuit 38, and the D / A converter 40 are synchronized in signal processing by the timing signal generated by the timing signal generation circuit 50. ing.

図7に示す構成では、CW光は、光ファイバコイル5を周回した後に、位相変調器8によって位相変調を受け、CCW光は、光ファイバコイル5を周回する前に、位相変調器8によって位相変調を受ける。   In the configuration shown in FIG. 7, the CW light circulates around the optical fiber coil 5 and then undergoes phase modulation by the phase modulator 8, and the CCW light is phase-shifted by the phase modulator 8 before it circulates around the optical fiber coil 5. Undergo modulation.

図11に、階段状鋸歯状波とされたフィードバック信号による位相変調を受けたCW光およびCCW光について、変調分の位相(変調位相)と時間との関係を例示する。両光はフライバック制御の階段状鋸歯状波とされたフィードバック信号による位相変調を受けるため、両光の変調位相は階段状鋸歯状波となる。ここで、フィードバック信号は振幅が±2mπを超える時点で2mπだけ振幅を減少(増大)させるフライバック制御を受けているため、CW光とCCW光の各変調位相は周期Tで繰り返す。
CW光の変調位相(図11(a)で実線で示されている)と、CCW光の変調位相(図11(a)で破線で示されている)とでは、位相変調を受ける時点がτだけずれているため、時間軸方向にτだけずれが生じる。ここでフィードバック信号である階段状鋸歯状波の階段の幅は時間τに設定されており、CW光の変調位相とCCW光の変調位相との位相差は、図11(b)に示されるとおりとなる。つまり、CW光とCCW光との間に−Δφあるいはφ(2mπ)−Δφの位相差が与えられ、サニャック位相差Δφ(図11(a)で破線で示されている)が打ち消される。
FIG. 11 exemplifies the relationship between the phase for modulation (modulation phase) and time for CW light and CCW light that have undergone phase modulation by a feedback signal having a stepped sawtooth wave. Since both lights undergo phase modulation by a feedback signal that is a stepped sawtooth wave of flyback control, the modulation phase of both lights is a stepped sawtooth wave. Here, since the feedback signal is subjected to flyback control that decreases (increases) the amplitude by 2 mπ when the amplitude exceeds ± 2 mπ, each modulation phase of the CW light and the CCW light repeats with a period T.
In the modulation phase of the CW light (shown by a solid line in FIG. 11A) and the modulation phase of the CCW light (shown by a broken line in FIG. 11A), the time point at which the phase modulation is performed is τ Therefore, there is a shift by τ in the time axis direction. Here, the step width of the stepped sawtooth wave as the feedback signal is set to time τ, and the phase difference between the modulation phase of the CW light and the modulation phase of the CCW light is as shown in FIG. It becomes. That is, a phase difference of −Δφ s or φ R (2mπ) −Δφ s is given between the CW light and the CCW light, and a Sagnac phase difference Δφ s (shown by a broken line in FIG. 11A). Be countered.

フィードバック信号の繰り返し周波数による入力角速度の検出について説明する。フィードバック信号の繰り返し周波数f(周期T)と入力角速度Ωとの関係は、周期T=2mπτ/Δφに式(6)を用いることで式(7)で与えられる。

Figure 2010019717
The detection of the input angular velocity by the repetition frequency of the feedback signal will be described. The relationship between the repetition frequency f (period T) of the feedback signal and the input angular velocity Ω is given by Expression (7) by using Expression (6) for the period T = 2mπτ / Δφ s .
Figure 2010019717

すなわち、フィードバック信号の繰り返し周波数fを計測すれば与えられた入力角速度Ωを知ることができる。そこで、フィードバック信号発生回路38からのフィードバック信号を角速度出力部70に入力し、この角速度出力部70でフィードバック信号の繰り返し周波数fを求め、この繰り返し周波数fに対応した正パルス出力及び負パルス出力を生成する。正パルス出力は例えば時計回りの角速度が入力された場合の出力を示し、負パルス出力は例えば反時計回りの角速度が入力された場合の出力を示す。   That is, if the repetition frequency f of the feedback signal is measured, the given input angular velocity Ω can be known. Therefore, the feedback signal from the feedback signal generating circuit 38 is input to the angular velocity output unit 70, the repetition rate f of the feedback signal is obtained by the angular velocity output unit 70, and the positive pulse output and the negative pulse output corresponding to the repetition frequency f are obtained. Generate. A positive pulse output indicates an output when a clockwise angular velocity is input, for example, and a negative pulse output indicates an output when a counterclockwise angular velocity is input, for example.

なお、位相変調器7が、上述の矩形波によってCW光とCCW光に対して+π/4と−π/4の位相変調を交互に行い、CW光とCCW光との間に相対的に+π/2と−π/2の位相差を与える理由は、Δφ=±π/2のとき、式(8)の干渉光強度の変化率が最大となり、サニャック位相差Δφに対する感度が最大となるからである。

Figure 2010019717
Note that the phase modulator 7 alternately performs + π / 4 and −π / 4 phase modulation on the CW light and the CCW light by the above-described rectangular wave, and relatively + π between the CW light and the CCW light. The reason for giving a phase difference of / 2 and −π / 2 is that when Δφ = ± π / 2, the rate of change of the interference light intensity in equation (8) is maximized, and the sensitivity to the Sagnac phase difference Δφ s is maximized. Because.
Figure 2010019717

このようなクローズドループ方式光干渉角速度計として、特許文献1−4などを例示できる。
特開2006−177893号公報 特開2001−74471号公報 特開2001−21363号公報 特開平10−318760号公報
Examples of such a closed loop optical interference angular velocity meter include Patent Documents 1-4.
JP 2006-177893 A JP 2001-74471 A JP 2001-21363 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-318760

従来、クローズドループ方式光干渉角速度計では、上述したように受光器6の出力(アナログ信号)をA/D変換器25でA/D変換を行った後に、A/D変換器25が出力したディジタル信号に対して復調処理(同期検波)を行っていた。   Conventionally, in a closed loop optical interference angular velocity meter, the A / D converter 25 outputs the output (analog signal) of the light receiver 6 after the A / D converter 25 performs A / D conversion as described above. Demodulation processing (synchronous detection) was performed on the digital signal.

このような構成では、受光器6の出力にランダムノイズやディジタルクロックが電気的に結合した高周波ノイズなどが重畳しており、このままA/D変換を行うため、ランダムノイズや高周波ノイズやA/D変換時のサンプリングに伴うエイリアスノイズが復調信号に含まれる。このようなノイズが、クローズドループ方式光干渉角速度計の出力誤差要因となっている。   In such a configuration, random noise, high frequency noise electrically coupled with a digital clock, or the like is superimposed on the output of the light receiver 6, and A / D conversion is performed as it is. Alias noise accompanying sampling during conversion is included in the demodulated signal. Such noise is an output error factor of the closed loop optical interference angular velocity meter.

上記ノイズを除去するために、受光器6とA/D変換器25との間にローパスフィルタを挿入することが考えられるが、この方法は、入力角速度Ωに基づく信号の周波数成分と上記ノイズの周波数成分とが近接しているため、上記ノイズを十分に減衰できず、上記誤差要因を完全に除去できるというものではない。また、上記ノイズを十分に除去できるような周波数特性の急峻なフィルタは受光器出力に波形歪みを齎すため、この波形歪に基づく復調誤差が生じるという新たな問題が惹起する。従って、受光器6とA/D変換器25との間にローパスフィルタを挿入することは、有効な手段ではない。   In order to remove the noise, it is conceivable to insert a low-pass filter between the light receiver 6 and the A / D converter 25. This method uses a frequency component of the signal based on the input angular velocity Ω and the noise. Since the frequency component is close, the noise cannot be sufficiently attenuated, and the error factor cannot be completely removed. Further, a filter having a steep frequency characteristic capable of sufficiently removing the noise introduces a waveform distortion in the output of the photoreceiver, which causes a new problem that a demodulation error is caused based on the waveform distortion. Therefore, inserting a low-pass filter between the light receiver 6 and the A / D converter 25 is not an effective means.

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、受光器の出力に含まれるノイズに起因する出力誤差の低減を実現するクローズドループ方式光干渉角速度計を提供することである。   In view of such problems, an object of the present invention is to provide a closed loop optical interference angular velocity meter that realizes a reduction in output error due to noise included in the output of a light receiver.

上記課題を解決するために、本発明は、光源と、光ファイバコイルと、光源からの光を分岐して光ファイバコイルの両端に入射し両回り光とすると共に光ファイバコイルを伝播して回帰した当該両回り光を結合干渉させる光分岐結合器と、周期的な位相変調信号による位相差を両回り光間に与える第一の位相変調器と、光分岐結合器によって結合干渉した干渉光を分岐する光カプラと、光カプラからの干渉光の強度を電気信号に変換する受光器と、受光器からの電気信号を復調する復調部と、復調部の出力をA/D変換するA/D変換部と、A/D変換部の出力に基づき、両回り光間のサニャック位相差をゼロとするようなフィードバック信号を発生するディジタル信号処理装置と、ディジタル信号処理装置からのフィードバック信号をD/A変換するD/A変換器と、D/A変換器の出力により位相差を両回り光間に与える第二の位相変調器とを備えており、復調部は、受光器からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第一サンプルホールド部と、第一サンプルホールド部の出力を入力とする第一ローパスフィルタと、受光器からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第二サンプルホールド部と、第二サンプルホールド部の出力を入力とする第二ローパスフィルタとを備え、第一サンプルホールド部がサンプル処理を行うとき第二サンプルホールド部はホールド処理を行うとされ、第二サンプルホールド部がサンプル処理を行うとき第一サンプルホールド部はホールド処理を行うとされ、位相変調信号の周期の半分毎に、第一サンプルホールド部のサンプル処理と第二サンプルホールド部のサンプル処理とが交互に切り替わることを特徴とするクローズドループ方式光干渉角速度計とされる。   In order to solve the above-described problems, the present invention is directed to a light source, an optical fiber coil, and light from the light source branched to enter both ends of the optical fiber coil to be double-ended light and to propagate through the optical fiber coil to return. An optical branching coupler for coupling and interfering the two-way light, a first phase modulator for providing a phase difference between the two-way light by a periodic phase modulation signal, and interference light coupled and interfered by the optical branching coupler. An optical coupler that branches, a light receiver that converts the intensity of interference light from the optical coupler into an electric signal, a demodulator that demodulates the electric signal from the light receiver, and an A / D that performs A / D conversion on the output of the demodulator A digital signal processing device that generates a feedback signal that causes the Sagnac phase difference between the two-way light to be zero based on the outputs of the conversion unit and the A / D conversion unit; and the feedback signal from the digital signal processing device A D / A converter for conversion, and a second phase modulator for providing a phase difference between the two-way light by the output of the D / A converter, and the demodulator samples the electrical signal from the light receiver A first sample hold unit that performs hold processing; a first low-pass filter that receives the output of the first sample hold unit; a second sample hold unit that performs sample hold processing on an electrical signal from the light receiver; and a second sample A second low-pass filter that receives the output of the hold unit, and when the first sample hold unit performs sample processing, the second sample hold unit performs hold processing, and the second sample hold unit performs sample processing. When the first sample hold unit performs hold processing, the sample of the first sample hold unit is sampled every half of the period of the phase modulation signal. Management and the sample processing of the second sample-and-hold unit is a closed loop system optical interference gyro, characterized in that alternately switched.

このようなクローズドループ方式光干渉角速度計では、A/D変換部が、第一ローパスフィルタの出力をA/D変換する第一A/D変換器と、第二ローパスフィルタの出力をA/D変換する第二A/D変換器とを備え、ディジタル信号処理装置が、第一A/D変換器の出力から第二A/D変換器の出力を減算する減算器と、減算器の出力を積分する積分器と、積分器の出力を入力としてフィードバック信号を発生するフィードバック信号生成回路とを備える構成を採用できる。   In such a closed loop optical interference angular velocimeter, the A / D converter has a first A / D converter for A / D converting the output of the first low-pass filter, and an output of the second low-pass filter is A / D. A second A / D converter for converting, and the digital signal processing device subtracts the output of the second A / D converter from the output of the first A / D converter, and outputs the output of the subtractor. A configuration including an integrator for integration and a feedback signal generation circuit for generating a feedback signal with the output of the integrator as an input can be employed.

あるいは、このようなクローズドループ方式光干渉角速度計では、A/D変換部が、位相変調信号の周期の半分毎に、第一ローパスフィルタの出力と第二ローパスフィルタの出力を交互に選択するマルチプレクサと、マルチプレクサによって選択された出力をA/D変換するA/D変換器とを備え、ディジタル信号処理装置が、A/D変換器の出力を遅延する遅延器と、A/D変換器の出力から遅延器の出力を減算する減算器と、減算器の出力を積分する積分器と、積分器の出力を入力としてフィードバック信号を発生するフィードバック信号生成回路とを備える構成を採用できる。   Alternatively, in such a closed loop optical interference angular velocimeter, the A / D converter unit alternately selects the output of the first low-pass filter and the output of the second low-pass filter every half of the period of the phase modulation signal. And an A / D converter for A / D converting the output selected by the multiplexer, the digital signal processing device delaying the output of the A / D converter, and the output of the A / D converter It is possible to employ a configuration including a subtracter that subtracts the output of the delay device from the integrator, an integrator that integrates the output of the subtractor, and a feedback signal generation circuit that generates a feedback signal with the output of the integrator as an input.

本発明によれば、受光器からの電気信号を、二系統(第一サンプルホールド部と第二サンプルホールド部)に分け、第一位相変調器で用いた位相変調信号の周期の半分毎にサンプル処理とホールド処理を交互に切り替えるから、各系統のサンプルホールド部の出力の周波数成分は直流近傍となる。従って、各系統のサンプルホールド部の出力に対して適用する第一ローパスフィルタおよび第二ローパスフィルタは、受光器の出力に含まれるノイズを十分に除去できるような特性のフィルタが可能になる。このため、受光器の出力に含まれるノイズを十分に除去でき、クローズドループ方式光干渉角速度計の出力誤差が低減する。   According to the present invention, the electric signal from the light receiver is divided into two systems (first sample hold unit and second sample hold unit), and sampled every half of the period of the phase modulation signal used in the first phase modulator. Since the processing and the hold processing are alternately switched, the frequency component of the output of the sample hold unit of each system is close to the direct current. Therefore, the first low-pass filter and the second low-pass filter applied to the output of the sample hold unit of each system can be a filter having a characteristic that can sufficiently remove noise included in the output of the light receiver. For this reason, the noise contained in the output of the light receiver can be sufficiently removed, and the output error of the closed loop optical interference angular velocity meter is reduced.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明であるクローズドループ方式光干渉角速度計の一実施形態の構成を示している。図7に示す従来のクローズドループ方式光干渉角速度計の構成要素と同一の構成要素には同じ符号を割り当てて説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of a closed loop optical interference angular velocity meter according to the present invention. The same components as those of the conventional closed-loop optical interference angular velocity meter shown in FIG.

受光器6からの電気信号は、復調部10の入力となる。この復調部10は、受光器6からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第一サンプルホールド部11と、第一サンプルホールド部11の出力を入力とする第一ローパスフィルタ13と、受光器6からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第二サンプルホールド部12と、第二サンプルホールド部12の出力を入力とする第二ローパスフィルタ14とを含んで構成されている。   The electric signal from the light receiver 6 is input to the demodulator 10. The demodulator 10 includes a first sample hold unit 11 that performs a sample hold process on the electrical signal from the light receiver 6, a first low-pass filter 13 that receives the output of the first sample hold unit 11, and the light receiver 6. The second sample-and-hold unit 12 performs sample-and-hold processing on the electrical signal, and the second low-pass filter 14 that receives the output of the second sample-and-hold unit 12 as an input.

第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12は、タイミング信号発生回路50が発生するタイミング信号によって信号処理の同期が保たれている。   The first sample hold unit 11 and the second sample hold unit 12 are synchronized in signal processing by the timing signal generated by the timing signal generation circuit 50.

第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12の各処理を図2と図3を参照して説明する。
入力角速度が無い場合、図9(b)に示す干渉光強度に対応した電気信号波形は図2(a)に示すとおりとなる。図2(a)の縦軸は受光器6からの電気信号の振幅、横軸は時間を表す。第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12に入力されるタイミング信号は、図2(b)に示すように、位相変調器7に入力される位相変調信号に対して位相がπ/2ずれた矩形波とされる。図2(b)の縦軸は振幅、横軸は時間を表す。
Each process of the 1st sample hold part 11 and the 2nd sample hold part 12 is demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG.
When there is no input angular velocity, the electrical signal waveform corresponding to the interference light intensity shown in FIG. 9B is as shown in FIG. In FIG. 2A, the vertical axis represents the amplitude of the electric signal from the light receiver 6, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 2B, the timing signal input to the first sample hold unit 11 and the second sample hold unit 12 has a phase of π / 2 with respect to the phase modulation signal input to the phase modulator 7. The square wave is shifted. In FIG. 2B, the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents time.

そして、第一サンプルホールド部11はタイミング信号の立上り時点でサンプル処理を行いこの値をホールドし、第二サンプルホールド部12はタイミング信号の立下り時点でサンプル処理を行いこの値をホールドする。タイミング信号の周期は、位相変調器7に入力される位相変調信号である矩形波の周期と同じであり、第一サンプルホールド部11によるサンプル処理と第二サンプルホールド部12によるサンプル処理は、タイミング信号の周期の半分毎に交互に切り替わるようにして行われる。また、第一サンプルホールド部11がサンプル処理を行うときは、第二サンプルホールド部12はホールド処理を持続しており、第二サンプルホールド部12がサンプル処理を行うときは、第一サンプルホールド部11はホールド処理を持続している。   The first sample hold unit 11 performs sample processing at the timing signal rising point and holds this value, and the second sample hold unit 12 performs sample processing at the timing signal falling point and holds this value. The cycle of the timing signal is the same as the cycle of the rectangular wave that is the phase modulation signal input to the phase modulator 7. The sample processing by the first sample hold unit 11 and the sample processing by the second sample hold unit 12 are performed at the same timing. The switching is performed alternately every half of the signal cycle. When the first sample hold unit 11 performs sample processing, the second sample hold unit 12 continues the hold process, and when the second sample hold unit 12 performs sample processing, the first sample hold unit 11 11 holds the hold process.

このため、入力角速度が無い場合、第一サンプルホールド部11の出力である復調信号Aと第二サンプルホールド部12の出力である復調信号Bは、図2(c)に示すとおり、同じ大きさとなる。図2(c)の縦軸は復調信号の大きさ、横軸は時間を表す。   Therefore, when there is no input angular velocity, the demodulated signal A output from the first sample hold unit 11 and the demodulated signal B output from the second sample hold unit 12 have the same magnitude as shown in FIG. Become. In FIG. 2C, the vertical axis represents the magnitude of the demodulated signal, and the horizontal axis represents time.

入力角速度Ωが有る場合、図10(b)に示す干渉光強度に対応した電気信号波形は図3(a)に示すとおりとなる。第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12に入力されるタイミング信号は、図3(b)に示すように、入力角速度が無い場合と同じである。よって、タイミング信号に従って第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12が動作すると、第一サンプルホールド部11による復調信号Aと第二サンプルホールド部12による復調信号Bは、図3(c)に示すとおり、異なる大きさとなる。復調信号Aの大きさは、図10(b)に示す干渉光強度P1に、復調信号Bの大きさは、図10(b)に示す干渉光強度P2に、それぞれ対応する。   When there is an input angular velocity Ω, the electrical signal waveform corresponding to the interference light intensity shown in FIG. 10B is as shown in FIG. The timing signals input to the first sample hold unit 11 and the second sample hold unit 12 are the same as when there is no input angular velocity, as shown in FIG. Therefore, when the first sample hold unit 11 and the second sample hold unit 12 operate according to the timing signal, the demodulated signal A by the first sample hold unit 11 and the demodulated signal B by the second sample hold unit 12 are shown in FIG. As shown in FIG. The magnitude of the demodulated signal A corresponds to the interference light intensity P1 shown in FIG. 10B, and the magnitude of the demodulated signal B corresponds to the interference light intensity P2 shown in FIG. 10B.

第一サンプルホールド部11の出力である復調信号Aは、第一ローパスフィルタ13の入力となる。また、第二サンプルホールド部12の出力である復調信号Bは、第二ローパスフィルタ14の入力となる。図2(c)および図3(c)を参照して明らかなように、第一サンプルホールド部11による復調信号Aと第二サンプルホールド部12による復調信号Bの各周波数成分は直流近傍であるから、第一ローパスフィルタ13と第二ローパスフィルタ14として、受光器6の出力に含まれるノイズを十分に除去できるような特性のローパスフィルタを用いることができる。   The demodulated signal A that is the output of the first sample hold unit 11 is input to the first low-pass filter 13. Further, the demodulated signal B that is the output of the second sample hold unit 12 is input to the second low-pass filter 14. As is apparent with reference to FIGS. 2C and 3C, each frequency component of the demodulated signal A by the first sample hold unit 11 and the demodulated signal B by the second sample hold unit 12 is in the vicinity of DC. Therefore, as the first low-pass filter 13 and the second low-pass filter 14, low-pass filters having characteristics that can sufficiently remove noise included in the output of the light receiver 6 can be used.

第一ローパスフィルタ13の出力は、A/D変換部20に含まれる第一A/D変換器21の入力となりA/D変換が行われる。また、第二ローパスフィルタ14の出力は、A/D変換部20に含まれる第二A/D変換器22の入力となりA/D変換が行われる。第一A/D変換器21と第二A/D変換器22は、タイミング信号発生回路50が発生するタイミング信号によって信号処理の同期が保たれている。   The output of the first low-pass filter 13 becomes an input of the first A / D converter 21 included in the A / D converter 20, and A / D conversion is performed. The output of the second low-pass filter 14 is input to the second A / D converter 22 included in the A / D conversion unit 20 and A / D conversion is performed. The first A / D converter 21 and the second A / D converter 22 are synchronized in signal processing by the timing signal generated by the timing signal generation circuit 50.

第一A/D変換器21と第二A/D変換器22の各出力は、ディジタル信号処理装置30に含まれる減算器31に入力され、減算器31は、第一A/D変換器21の出力から第二A/D変換器22の出力を減算して、この結果を出力する。減算器31の出力はディジタル信号処理装置30に含まれる積分器37に入力される。
積分器37以降の処理は従来と同様である。
The outputs of the first A / D converter 21 and the second A / D converter 22 are input to a subtractor 31 included in the digital signal processing device 30, and the subtractor 31 is connected to the first A / D converter 21. Is subtracted from the output of the second A / D converter 22 and the result is output. The output of the subtractor 31 is input to an integrator 37 included in the digital signal processing device 30.
The processing after the integrator 37 is the same as the conventional one.

<変形例>
既述の実施形態の変形例を説明する。
既述の実施形態では、従来例との対比から、ディジタル信号処理装置30にランプ波高値制御部39を含む構成を示した(図1参照)。しかし、フィードバック信号発生回路38が発生するフィードバック信号の最大振幅を動的に制御することなく一定に設定する場合にはランプ波高値制御部39を設ける必要が無い。ランプ波高値制御部39を設けない場合の構成を図4に示す。
<Modification>
A modification of the above-described embodiment will be described.
In the embodiment described above, the configuration in which the digital signal processing device 30 includes the ramp peak value control unit 39 is shown in comparison with the conventional example (see FIG. 1). However, when the maximum amplitude of the feedback signal generated by the feedback signal generation circuit 38 is set to be constant without being dynamically controlled, it is not necessary to provide the ramp peak value control unit 39. FIG. 4 shows a configuration when the ramp peak value control unit 39 is not provided.

また、本発明の要諦をなす既述の構成は、角速度出力部70が積分器37の出力から角速度出力を求めてこれを出力する構成にも適用できる(図5参照)。   The above-described configuration that forms the gist of the present invention can also be applied to a configuration in which the angular velocity output unit 70 obtains an angular velocity output from the output of the integrator 37 and outputs this (see FIG. 5).

また、既述の実施形態と同様の作用を齎す構成として、A/D変換部20とディジタル信号処理装置30を図6に示す構成とすることもできる。即ち、A/D変換部20を、位相変調信号の周期の半分毎に、第一ローパスフィルタ13の出力と第二ローパスフィルタ14の出力を交互に選択するマルチプレクサ23と、マルチプレクサ23によって選択された出力をA/D変換するA/D変換器24とを含む構成とする。マルチプレクサ23とA/D変換器24はタイミング信号発生回路50が発生するタイミング信号によって信号処理の同期が保たれている。また、ディジタル信号処理装置30は、A/D変換器24の出力を遅延する遅延器33をさらに含んで構成される。この構成では、第一ローパスフィルタ13の出力と第二ローパスフィルタ14の出力が交互にA/D変換されてディジタル信号処理装置30に入力されるから、遅延器33はいずれか一方(この例では、第二ローパスフィルタ14の出力である)の出力を遅延させる。遅延時間はτに設定される。   Further, as a configuration that exhibits the same operation as that of the above-described embodiment, the A / D conversion unit 20 and the digital signal processing device 30 may be configured as shown in FIG. That is, the A / D converter 20 is selected by the multiplexer 23 and the multiplexer 23 that alternately select the output of the first low-pass filter 13 and the output of the second low-pass filter 14 every half of the period of the phase modulation signal. An A / D converter 24 for A / D converting the output is included. The multiplexer 23 and the A / D converter 24 are synchronized in signal processing by the timing signal generated by the timing signal generation circuit 50. The digital signal processing device 30 further includes a delay unit 33 that delays the output of the A / D converter 24. In this configuration, since the output of the first low-pass filter 13 and the output of the second low-pass filter 14 are alternately A / D converted and input to the digital signal processing device 30, either one of the delay devices 33 (in this example) , The output of the second low-pass filter 14). The delay time is set to τ.

A/D変換器24の出力と遅延器33の出力は、ディジタル信号処理装置30に含まれる減算器31に入力され、減算器31は、A/D変換器24の出力から遅延器33の出力を減算して、この結果を出力する。減算器31の出力はディジタル信号処理装置30に含まれる積分器37に入力される。
積分器37以降の処理は従来と同様である。
The output of the A / D converter 24 and the output of the delay unit 33 are input to a subtracter 31 included in the digital signal processing device 30, and the subtracter 31 outputs the output of the delay unit 33 from the output of the A / D converter 24. Is subtracted and the result is output. The output of the subtractor 31 is input to an integrator 37 included in the digital signal processing device 30.
The processing after the integrator 37 is the same as the conventional one.

以上の実施形態の他、本発明であるクローズドループ方式光干渉角速度計は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。   In addition to the above-described embodiments, the closed-loop optical interference angular velocity meter according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

本発明のクローズドループ方式光干渉角速度計の実施形態を示す図。The figure which shows embodiment of the closed loop system optical interference angular velocity meter of this invention. 入力角速度が無い場合の、第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12の信号処理を示す図。(a)受光器からの電気信号を示す図。(b)タイミング信号を示す図。(c)復調信号Aおよび復調信号Bを示す図。The figure which shows the signal processing of the 1st sample hold part 11 and the 2nd sample hold part 12 when there is no input angular velocity. (A) The figure which shows the electrical signal from a light receiver. (B) The figure which shows a timing signal. (C) The figure which shows the demodulated signal A and the demodulated signal B. 入力角速度が有る場合の、第一サンプルホールド部11と第二サンプルホールド部12の信号処理を示す図。(a)受光器からの電気信号を示す図。(b)タイミング信号を示す図。(c)復調信号Aおよび復調信号Bを示す図。The figure which shows the signal processing of the 1st sample hold part 11 and the 2nd sample hold part 12 in case there exists input angular velocity. (A) The figure which shows the electrical signal from a light receiver. (B) The figure which shows a timing signal. (C) The figure which shows the demodulated signal A and the demodulated signal B. 図1に示す実施形態の変形例を示す図。The figure which shows the modification of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の変形例を示す図。The figure which shows the modification of embodiment shown in FIG. 図1に示す実施形態の変形例を示す図。The figure which shows the modification of embodiment shown in FIG. 従来のクローズドループ方式光干渉角速度計の構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional closed loop system optical interference angular velocity meter. 位相変調器7で用いる位相変調信号の例。An example of a phase modulation signal used in the phase modulator 7. (a)サニャック位相差が無い場合の、位相変調と干渉光強度の関係を説明する図。(b)サニャック位相差が無い場合の、干渉光強度と時間との関係を示す図。(A) The figure explaining the relationship between phase modulation and interference light intensity when there is no Sagnac phase difference. (B) The figure which shows the relationship between interference light intensity and time when there is no Sagnac phase difference. (a)サニャック位相差が有る場合の、位相変調と干渉光強度の関係を説明する図。(b)サニャック位相差が有る場合の、干渉光強度と時間との関係を示す図。(A) The figure explaining the relationship between phase modulation and interference light intensity when there is a Sagnac phase difference. (B) The figure which shows the relationship between interference light intensity and time in case there exists a Sagnac phase difference. (a)フィードバック信号による位相変調を受けたCW光の変調位相およびフィードバック信号による位相変調を受けたCCW光の変調位相と時間との関係を示す図。(b)フィードバック信号による位相変調を受けたCW光の変調位相とフィードバック信号による位相変調を受けたCCW光の変調位相との位相差と関係を示す図。(A) The figure which shows the relationship between the modulation | alteration phase of CW light which received the phase modulation by the feedback signal, and the modulation phase of CCW light which received the phase modulation by the feedback signal, and time. (B) The figure which shows the phase difference and relationship between the modulation phase of the CW light which received the phase modulation by the feedback signal, and the modulation phase of the CCW light which received the phase modulation by the feedback signal.

符号の説明Explanation of symbols

2 光源
3 光カプラ
4 光学素子
5 光ファイバコイル
6 受光器
7 位相変調器
8 位相変調器
9 光分岐結合器
10 復調部
11 第一サンプルホールド部
12 第二サンプルホールド部
13 第一ローパスフィルタ
14 第二ローパスフィルタ
20 A/D変換部
21 第一A/D変換器
22 第二A/D変換器
23 マルチプレクサ
24 A/D変換器
30 ディジタル信号処理装置
31 減算器
37 積分器
38 フィードバック信号発生器
39 ランプ波高値制御部
40 D/A変換器
50 タイミング信号発生回路
60 位相変調駆動回路
70 角速度出力部
2 light source 3 optical coupler 4 optical element 5 optical fiber coil 6 light receiver 7 phase modulator 8 phase modulator 9 optical branching coupler 10 demodulator 11 first sample hold section 12 second sample hold section 13 first low pass filter 14 first Two low-pass filter 20 A / D converter 21 First A / D converter 22 Second A / D converter 23 Multiplexer 24 A / D converter 30 Digital signal processor 31 Subtractor 37 Integrator 38 Feedback signal generator 39 Ramp peak value control unit 40 D / A converter 50 Timing signal generation circuit 60 Phase modulation drive circuit 70 Angular velocity output unit

Claims (3)

角速度により惹起したサニャック効果に基づく光の位相変化(サニャック位相差)をゼロとするようにフィードバック制御を行うことで当該角速度を検出するクローズドループ方式光干渉角速度計において、
光源と、
光ファイバコイルと、
上記光源からの光を分岐して上記光ファイバコイルの両端に入射し両回り光とすると共に上記光ファイバコイルを伝播して回帰した当該両回り光を結合干渉させる光分岐結合器と、
周期的な位相変調信号による位相差を上記両回り光間に与える第一の位相変調器と、
上記光分岐結合器によって結合干渉した干渉光を分岐する光カプラと、
上記光カプラからの干渉光の強度を電気信号に変換する受光器と、
上記受光器からの電気信号を復調する復調部と、
上記復調部の出力をA/D変換するA/D変換部と、
上記A/D変換部の出力に基づき、上記両回り光間のサニャック位相差をゼロとするようなフィードバック信号を発生するディジタル信号処理装置と、
上記ディジタル信号処理装置からのフィードバック信号をD/A変換するD/A変換器と、
上記D/A変換器の出力により位相差を上記両回り光間に与える第二の位相変調器とを備え、
上記復調部は、
上記受光器からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第一サンプルホールド部と、
上記第一サンプルホールド部の出力を入力とする第一ローパスフィルタと、
上記受光器からの電気信号についてサンプルホールド処理を行う第二サンプルホールド部と、
上記第二サンプルホールド部の出力を入力とする第二ローパスフィルタとを備え、
上記第一サンプルホールド部がサンプル処理を行うとき上記第二サンプルホールド部はホールド処理を行うとされ、上記第二サンプルホールド部がサンプル処理を行うとき上記第一サンプルホールド部はホールド処理を行うとされ、上記位相変調信号の周期の半分毎に、上記第一サンプルホールド部のサンプル処理と上記第二サンプルホールド部のサンプル処理とが交互に切り替わる
ことを特徴とするクローズドループ方式光干渉角速度計。
In a closed loop optical interference angular velocimeter that detects the angular velocity by performing feedback control so that the phase change of light (Sagnac phase difference) based on the Sagnac effect caused by the angular velocity is zero,
A light source;
An optical fiber coil;
An optical branching coupler for branching the light from the light source and entering both ends of the optical fiber coil to make double-ended light and coupling and interfering with the double-ended light propagating through the optical fiber coil and returning;
A first phase modulator that provides a phase difference due to a periodic phase modulation signal between the light beams;
An optical coupler for branching interference light coupled and interfered by the optical branching coupler;
A light receiver for converting the intensity of the interference light from the optical coupler into an electrical signal;
A demodulator that demodulates the electrical signal from the light receiver;
An A / D converter for A / D converting the output of the demodulator;
A digital signal processing device that generates a feedback signal based on the output of the A / D converter so that the Sagnac phase difference between the two-way light is zero;
A D / A converter for D / A converting the feedback signal from the digital signal processing device;
A second phase modulator that provides a phase difference between the two-way light by the output of the D / A converter,
The demodulator
A first sample and hold unit that performs a sample and hold process on the electrical signal from the light receiver;
A first low-pass filter that receives the output of the first sample-and-hold unit, and
A second sample and hold unit that performs a sample and hold process on the electrical signal from the light receiver;
A second low-pass filter having the output of the second sample-and-hold unit as an input,
When the first sample hold unit performs sample processing, the second sample hold unit performs hold processing. When the second sample hold unit performs sample processing, the first sample hold unit performs hold processing. A closed-loop optical interference angular velocity meter, wherein the sample processing of the first sample hold unit and the sample processing of the second sample hold unit are alternately switched every half of the period of the phase modulation signal.
上記A/D変換部は、
上記第一ローパスフィルタの出力をA/D変換する第一A/D変換器と、
上記第二ローパスフィルタの出力をA/D変換する第二A/D変換器とを備え、
上記ディジタル信号処理装置は、
上記第一A/D変換器の出力から上記第二A/D変換器の出力を減算する減算器と、
上記減算器の出力を積分する積分器と、
上記積分器の出力を入力として上記フィードバック信号を発生するフィードバック信号生成回路とを備える
ことを特徴とする請求項1に記載のクローズドループ方式光干渉角速度計。
The A / D converter is
A first A / D converter for A / D converting the output of the first low-pass filter;
A second A / D converter for A / D converting the output of the second low-pass filter,
The digital signal processor is
A subtractor for subtracting the output of the second A / D converter from the output of the first A / D converter;
An integrator for integrating the output of the subtractor;
The closed-loop optical interference angular velocity meter according to claim 1, further comprising: a feedback signal generation circuit that generates the feedback signal with the output of the integrator as an input.
上記A/D変換部は、
上記位相変調信号の周期の半分毎に、上記第一ローパスフィルタの出力と上記第二ローパスフィルタの出力を交互に選択するマルチプレクサと、
上記マルチプレクサによって選択された上記出力をA/D変換するA/D変換器とを備え、
上記ディジタル信号処理装置は、
上記A/D変換器の出力を遅延する遅延器と、
上記A/D変換器の出力から上記遅延器の出力を減算する減算器と、
上記減算器の出力を積分する積分器と、
上記積分器の出力を入力として上記フィードバック信号を発生するフィードバック信号生成回路とを備える
ことを特徴とする請求項1に記載のクローズドループ方式光干渉角速度計。
The A / D converter is
A multiplexer that alternately selects the output of the first low-pass filter and the output of the second low-pass filter for each half of the period of the phase modulation signal;
An A / D converter for A / D converting the output selected by the multiplexer;
The digital signal processor is
A delay device for delaying the output of the A / D converter;
A subtractor for subtracting the output of the delay device from the output of the A / D converter;
An integrator for integrating the output of the subtractor;
The closed-loop optical interference angular velocity meter according to claim 1, further comprising: a feedback signal generation circuit that generates the feedback signal with the output of the integrator as an input.
JP2008181048A 2008-07-11 2008-07-11 Closed loop optical interference angular velocity meter Active JP4922256B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008181048A JP4922256B2 (en) 2008-07-11 2008-07-11 Closed loop optical interference angular velocity meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008181048A JP4922256B2 (en) 2008-07-11 2008-07-11 Closed loop optical interference angular velocity meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010019717A true JP2010019717A (en) 2010-01-28
JP4922256B2 JP4922256B2 (en) 2012-04-25

Family

ID=41704774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008181048A Active JP4922256B2 (en) 2008-07-11 2008-07-11 Closed loop optical interference angular velocity meter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4922256B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002500376A (en) * 1997-12-31 2002-01-08 ハネウエル インコーポレーテツド Fiber optic gyroscope
JP2006177893A (en) * 2004-12-24 2006-07-06 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Optical interference angular velocimeter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002500376A (en) * 1997-12-31 2002-01-08 ハネウエル インコーポレーテツド Fiber optic gyroscope
JP2006177893A (en) * 2004-12-24 2006-07-06 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Optical interference angular velocimeter

Also Published As

Publication number Publication date
JP4922256B2 (en) 2012-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5362180B2 (en) Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope
EP1835258B1 (en) Digital feedback method for optical gyroscopes
CN110360998B (en) Detection system and method of resonant optical gyroscope based on pulse light detection
CN110360997B (en) Detection system and method of time division multiplexing resonant optical gyroscope
JP2007163941A (en) Four-phase phase modulation circuit
EP1701186A1 (en) Electro-optic delay line discriminator
JP3808820B2 (en) Optical sampling method, apparatus and program
CN102636187A (en) Highly reciprocal resonant mode fiber-optic gyroscope detection device and method
US20080218765A1 (en) Signal Processing For A Sagnac Interferometer
JP2010281819A (en) Method and amplifying stage for suppressing modulation distortion rate sensing errors in resonator fiber optic gyroscope
JP4922256B2 (en) Closed loop optical interference angular velocity meter
US5767969A (en) Gyrometric detection method and sampled optical gyrometer to implement said method
JP4847512B2 (en) Closed loop optical interference angular velocity meter
JP5654823B2 (en) System to reduce gyroscope error with limited power quality in fiber optic gyroscope
JP2532326B2 (en) Optical interference gyro
RU2227272C2 (en) Wide-range fiber-optical meter of angular velocity
JP2008154230A (en) Opto-electrical oscillator clock with optical distribution circuit network
JPH04223213A (en) Light interference angular velocity meter
CN117705079A (en) Device and method for suppressing noise of wide-spectrum light source resonant fiber-optic gyroscope
JP2003149083A (en) Method and apparatus for measuring wavelength dispersion
CN116124116A (en) Optical fiber gyroscope and comb pulse error suppression system and method
CN115752418A (en) Random walk improvement method for resonant fiber optic gyroscope based on wide-spectrum light source
JP2009092382A (en) Closed loop type optical interference angular velocity meter
JP2005265681A (en) Closed loop system optical fiber gyro
JP2001021363A (en) Light interference angular speed meter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4922256

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150210

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250