JP2514528B2 - 自己診断機能を有した光干渉角速度計 - Google Patents
自己診断機能を有した光干渉角速度計Info
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- JP2514528B2 JP2514528B2 JP11157592A JP11157592A JP2514528B2 JP 2514528 B2 JP2514528 B2 JP 2514528B2 JP 11157592 A JP11157592 A JP 11157592A JP 11157592 A JP11157592 A JP 11157592A JP 2514528 B2 JP2514528 B2 JP 2514528B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ループ状光学路を互
いに逆方向に伝搬する光の位相差が入力角速度に応じて
変化することを検出して入力角速度を測定する光干渉角
速度計、特に故障等によって性能・機能が損なわれたと
きに自ら故障を判断し、親装置に知らせたり又自己判断
するための信号を親装置に知らせたりする自己診断機能
を有する光干渉角速度計に関する。
いに逆方向に伝搬する光の位相差が入力角速度に応じて
変化することを検出して入力角速度を測定する光干渉角
速度計、特に故障等によって性能・機能が損なわれたと
きに自ら故障を判断し、親装置に知らせたり又自己判断
するための信号を親装置に知らせたりする自己診断機能
を有する光干渉角速度計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光干渉角速度計(以下FOGと称
す)を図4に基づき説明する。光源1からの光Iは、第
1の光カプラ2、偏光子3、第2の光カプラ4を経て光
ファイバコイル5の両端に投入される。光ファイバコイ
ル5を伝搬する左回り、右回りの両光は、光ファイバコ
イル5の片端と分岐手段としての第2の光カプラ4との
間に配置した位相変調器6により位相変調される。位相
変調を受けた両光は、第2の光カプラ4で結合され干渉
し再び偏光子3を経て第1の光カプラ2により受光器7
へ分岐される。
す)を図4に基づき説明する。光源1からの光Iは、第
1の光カプラ2、偏光子3、第2の光カプラ4を経て光
ファイバコイル5の両端に投入される。光ファイバコイ
ル5を伝搬する左回り、右回りの両光は、光ファイバコ
イル5の片端と分岐手段としての第2の光カプラ4との
間に配置した位相変調器6により位相変調される。位相
変調を受けた両光は、第2の光カプラ4で結合され干渉
し再び偏光子3を経て第1の光カプラ2により受光器7
へ分岐される。
【0003】この時の受光器7の出力Vpは、位相変調
信号をP(t) =Asinωm t とすると(1)式で表わ
せる。 Vp=(Po/2)・KP{1+ cosΔΦ (Σεn ・(-1)n ・ J2n(X) ・cos2n ωm t ′ ) − sinΔΦ (2Σ(-1) n・J2n+1(X) ・cos(2n+1) ωm t ′)} (1) ここで Σはn=0から無限大 t′=t−τ/2 εn =1;n=0, 2;n≧1 Po:干渉光の最大光量 Jn:第一種ベッセル関数 X:2Asin πfmτ ΔΦ:光ファイバコイル5における左回り、右回り両光
間の位相差 KP :光電変換係数や増幅利得等で決まる定数 ωm :位相変調の角周波数(ωm =2πfm) τ:光ファイバコイル5中における光の伝搬時間 受光器7の出力は、増幅器8により適当な値にされ同期
検波回路9に入力され、そこで位相変調周波数と同じ成
分、即ち(1)式における一次成分(n=1)が発振回
路11からの参照信号を受けて取り出される。同期検波
回路9の出力は、さらにローパスフィルタ(LPF)1
2によって交流成分がろ波され、適切な利得に設定され
た後、FOG出力として出力端子13に取り出される。
このFOGの出力V0 は次式で表される。
信号をP(t) =Asinωm t とすると(1)式で表わ
せる。 Vp=(Po/2)・KP{1+ cosΔΦ (Σεn ・(-1)n ・ J2n(X) ・cos2n ωm t ′ ) − sinΔΦ (2Σ(-1) n・J2n+1(X) ・cos(2n+1) ωm t ′)} (1) ここで Σはn=0から無限大 t′=t−τ/2 εn =1;n=0, 2;n≧1 Po:干渉光の最大光量 Jn:第一種ベッセル関数 X:2Asin πfmτ ΔΦ:光ファイバコイル5における左回り、右回り両光
間の位相差 KP :光電変換係数や増幅利得等で決まる定数 ωm :位相変調の角周波数(ωm =2πfm) τ:光ファイバコイル5中における光の伝搬時間 受光器7の出力は、増幅器8により適当な値にされ同期
検波回路9に入力され、そこで位相変調周波数と同じ成
分、即ち(1)式における一次成分(n=1)が発振回
路11からの参照信号を受けて取り出される。同期検波
回路9の出力は、さらにローパスフィルタ(LPF)1
2によって交流成分がろ波され、適切な利得に設定され
た後、FOG出力として出力端子13に取り出される。
このFOGの出力V0 は次式で表される。
【0004】 V0 =Kp・PO ・J1(x)・KA ・ sinΔΦ (2) KA :利得 ここで両光間の位相差ΔΦは、光ファイバコイル5に回
転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック(sag
nac)位相差ΔΦS を示し、次式で表される。
転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック(sag
nac)位相差ΔΦS を示し、次式で表される。
【0005】 ΔΦS =4πRL−Ω/(Cλ) (3) ここで C:光速 λ:真空中における光の波長 R:光ファイバコイル5の半径 L:光ファイバコイル5のファイバの長さ よって出力端子13の出力V0 を計測すれば、入力され
た回転角速度Ωを知ることが出来る。
た回転角速度Ωを知ることが出来る。
【0006】光源駆動回路14は、光源1を駆動する回
路で単に光源1に電流を供給するだけの回路や又光源1
からの光量の一部をフォトディテクタで監視し、光源1
からの出射光量が常時定量になるように自動制御する回
路などで構成される。発振回路11は、位相変調器6を
駆動する位相変調電圧や同期検波回路9の参照信号を発
生する。
路で単に光源1に電流を供給するだけの回路や又光源1
からの光量の一部をフォトディテクタで監視し、光源1
からの出射光量が常時定量になるように自動制御する回
路などで構成される。発振回路11は、位相変調器6を
駆動する位相変調電圧や同期検波回路9の参照信号を発
生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたようにFO
Gの各部の機能性能が正常に作動していると出力端子1
3の出力V0 を計測すれば入力された回転角速度を知る
ことが出来る。ところが従来技術の場合、FOGに自己
診断機能が無く、FOGのどこかが故障して出力が出な
くなったり、又異常な電圧が出力されたままになった
り、又出力が異常に低下したり、異常に増加するような
ことがあっても、FOG出力だけからは、正常なのか異
常なのか判断が出来ず、FOGを使用している親装置が
異常な出力を送出し、母機を危険に陥れる可能性があっ
た。
Gの各部の機能性能が正常に作動していると出力端子1
3の出力V0 を計測すれば入力された回転角速度を知る
ことが出来る。ところが従来技術の場合、FOGに自己
診断機能が無く、FOGのどこかが故障して出力が出な
くなったり、又異常な電圧が出力されたままになった
り、又出力が異常に低下したり、異常に増加するような
ことがあっても、FOG出力だけからは、正常なのか異
常なのか判断が出来ず、FOGを使用している親装置が
異常な出力を送出し、母機を危険に陥れる可能性があっ
た。
【0008】この発明は、自己診断指令によってFOG
が正常か異常かが判断できる光干渉角速度計を提供する
ことを目的とする。
が正常か異常かが判断できる光干渉角速度計を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、受光
器からの光電変換信号に含まれる位相変調信号の偶数次
成分を、自己診断指令により同期検波回路の参照信号を
切り替えて取り出し、その同期検波出力が規定以内かど
うかを判断することによりFOGが正常か異常かを自己
判断できる。
器からの光電変換信号に含まれる位相変調信号の偶数次
成分を、自己診断指令により同期検波回路の参照信号を
切り替えて取り出し、その同期検波出力が規定以内かど
うかを判断することによりFOGが正常か異常かを自己
判断できる。
【0010】また第2の自己診断指令により前記の参照
信号とは、位相が180°ずれた参照信号を同期検波回
路に印加し前記とは、極性が反転した検波出力を送出
し、両方の値から自己診断指令が一系統の時に生じる異
常状態での値との偶然の一致を避けることが出来るよう
にされる。
信号とは、位相が180°ずれた参照信号を同期検波回
路に印加し前記とは、極性が反転した検波出力を送出
し、両方の値から自己診断指令が一系統の時に生じる異
常状態での値との偶然の一致を避けることが出来るよう
にされる。
【0011】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は請求項1の発明の実施例を示し、図5と対
応する部分は同一符号を付けてある。この実施例では同
期検波回路9へ供給する参照信号を、自己診断指令によ
り位相変調器6の変調信号の周波数f1の2倍の周波数
f2の信号に切り替えられるようにされる。このため、
周波数f2の信号を発振する発振回路15が設けられ、
発振回路15の出力は分周回路16で周波数が2分の1
とされ、周波数f1の信号とされる。この周波数f1の
信号が位相変調器6へ変調信号として供給される。スイ
ッチ17により分周回路16の出力と発振回路15の出
力とが切り替えられて同期検波回路9へ参照信号として
供給される。スイッチ17は常時は接点a、つまり分周
回路16の出力側に接続されている。
する。図1は請求項1の発明の実施例を示し、図5と対
応する部分は同一符号を付けてある。この実施例では同
期検波回路9へ供給する参照信号を、自己診断指令によ
り位相変調器6の変調信号の周波数f1の2倍の周波数
f2の信号に切り替えられるようにされる。このため、
周波数f2の信号を発振する発振回路15が設けられ、
発振回路15の出力は分周回路16で周波数が2分の1
とされ、周波数f1の信号とされる。この周波数f1の
信号が位相変調器6へ変調信号として供給される。スイ
ッチ17により分周回路16の出力と発振回路15の出
力とが切り替えられて同期検波回路9へ参照信号として
供給される。スイッチ17は常時は接点a、つまり分周
回路16の出力側に接続されている。
【0012】従ってスイッチ17が接点aに接続された
状態では、位相変調周波数と同じ周波数f1が同期検波
回路9の参照信号として印加される。その結果、干渉光
の一次成分が同期検波され、ローパスフィルタ12を経
て出力端子13に出力される。その時の出力V0 は
(2)式で表され、光干渉角速度計の出力として使用さ
れる。
状態では、位相変調周波数と同じ周波数f1が同期検波
回路9の参照信号として印加される。その結果、干渉光
の一次成分が同期検波され、ローパスフィルタ12を経
て出力端子13に出力される。その時の出力V0 は
(2)式で表され、光干渉角速度計の出力として使用さ
れる。
【0013】一方自己診断指令によりスイッチ17が接
点bに接続されると、周波数f1の2倍の周波数f2が
参照信号として同期検波回路9に印加される。その結
果、干渉光の二次成分が同期検波され、ローパスフィル
タ12を経て出力端子13に出力される。その時の出力
V0 は、次式で表される。 V0 =Kp・P0 ・J2(x)・KA ・ cosΔΦ (4) ここで回転角速度がFOGに入力されていない状態で
は、ΔΦ=0であり(2)式で表した光干渉角速度計の
出力はゼロとなる。従ってこの出力からは、FOGの故
障を判断することは出来ない。
点bに接続されると、周波数f1の2倍の周波数f2が
参照信号として同期検波回路9に印加される。その結
果、干渉光の二次成分が同期検波され、ローパスフィル
タ12を経て出力端子13に出力される。その時の出力
V0 は、次式で表される。 V0 =Kp・P0 ・J2(x)・KA ・ cosΔΦ (4) ここで回転角速度がFOGに入力されていない状態で
は、ΔΦ=0であり(2)式で表した光干渉角速度計の
出力はゼロとなる。従ってこの出力からは、FOGの故
障を判断することは出来ない。
【0014】一方(4)式で示される二次成分出力は、
cosΔΦ=1となり最大値を示す。従ってFOGに入
力が印加されていない時に、この自己診断信号出力を規
定の値以内かどうか点検すれば、FOGが正常かどうか
判断することができる。図2Aに請求項2の発明の実施
例の要部を示し、発振回路15の出力はインバータ18
にも供給され、スイッチ19が更に設けられ、スイッチ
19により発振回路15の出力と、これに対し180°
位相がずれたインバータ18の出力とを切り替えてスイ
ッチ17の接点bへ供給することができるようにされ
る。スイッチ19は第二の自己診断指令によりインバー
タ18の出力側に切り替えられる。つまり、スイッチ1
7が接点b側で、スイッチ19が接点aに接続してある
状態では、図1におけるf2と同じであり(4)式で示
す自己診断信号出力が出力端子13に現れる。第二の自
己診断指令によってスイッチ17が接点bへ切り替えら
れf2の位相が反転する。その結果、先とは極性が反対
で同じ絶対量が出力端子15に現れる。このように出力
された二系統の自己診断信号出力の極性と絶対量が規定
値以内であるかどうか点検すれば、一系統の時のように
偶然故障によって出力された値と一致するようなことも
無くなり、自己診断機能の信頼性が上がる。
cosΔΦ=1となり最大値を示す。従ってFOGに入
力が印加されていない時に、この自己診断信号出力を規
定の値以内かどうか点検すれば、FOGが正常かどうか
判断することができる。図2Aに請求項2の発明の実施
例の要部を示し、発振回路15の出力はインバータ18
にも供給され、スイッチ19が更に設けられ、スイッチ
19により発振回路15の出力と、これに対し180°
位相がずれたインバータ18の出力とを切り替えてスイ
ッチ17の接点bへ供給することができるようにされ
る。スイッチ19は第二の自己診断指令によりインバー
タ18の出力側に切り替えられる。つまり、スイッチ1
7が接点b側で、スイッチ19が接点aに接続してある
状態では、図1におけるf2と同じであり(4)式で示
す自己診断信号出力が出力端子13に現れる。第二の自
己診断指令によってスイッチ17が接点bへ切り替えら
れf2の位相が反転する。その結果、先とは極性が反対
で同じ絶対量が出力端子15に現れる。このように出力
された二系統の自己診断信号出力の極性と絶対量が規定
値以内であるかどうか点検すれば、一系統の時のように
偶然故障によって出力された値と一致するようなことも
無くなり、自己診断機能の信頼性が上がる。
【0015】前記自己診断信号出力が規定値以内である
かどうかを判断する機能は、FOGを使用する親装置に
設けても良いがFOG内部に置いても良い。図3は、自
己診断信号出力が規定値以内であるかどうかを判断する
診断回路の概念図を示す。端子20には、光干渉角速度
の出力端子13の出力が供給される。コンパレータ21
は、正の自己診断信号出力がその信号のハイレベルを規
定している基準電圧VH 以内では、ロジックの「0」を
送出し基準電圧VH より高くなると「1」を送出する。
コンパレータ22は、正の自己診断信号出力がその信号
のローレベルを設定している基準電圧VL 以内では、ロ
ジックの「1」を送出し基準電圧VL より高くなると
「0」を送出する。コンパレータ21、22の出力はO
R回路29を通ってAND回路31に送られる。一方コ
ンパレータ23は、負の自己診断信号出力がその信号の
ローレベル(絶対値表現で)を規定している基準電圧−
VL 以内では、ロジックの「1」を送出し基準電圧−V
L より高くなると「0」を送出する。コンパレータ24
は、負の自己診断信号出力がその信号のハイ−レベル
(絶対値表現で)を設定している基準電圧−VH 以内で
は、ロジックの「0」を送出し基準電圧−VH より高く
なると「1」を送出する。コンパレータ23、24の出
力は、OR回路30を通ってAND回路31に送られ
る。AND回路31、32は、第二自己診断指令によっ
て切り替えられるスイッチ19で第二自己診断指令が
「0」の時、AND回路31がオンとなりコンパレータ
21、22の情報をOR回路34を経てAND回路35
に伝達し、第二自己診断信号が「1」の時、AND回路
32がオンとなりコンパレータ23、24の情報をOR
回路34を経てAND回路35に伝達する。
かどうかを判断する機能は、FOGを使用する親装置に
設けても良いがFOG内部に置いても良い。図3は、自
己診断信号出力が規定値以内であるかどうかを判断する
診断回路の概念図を示す。端子20には、光干渉角速度
の出力端子13の出力が供給される。コンパレータ21
は、正の自己診断信号出力がその信号のハイレベルを規
定している基準電圧VH 以内では、ロジックの「0」を
送出し基準電圧VH より高くなると「1」を送出する。
コンパレータ22は、正の自己診断信号出力がその信号
のローレベルを設定している基準電圧VL 以内では、ロ
ジックの「1」を送出し基準電圧VL より高くなると
「0」を送出する。コンパレータ21、22の出力はO
R回路29を通ってAND回路31に送られる。一方コ
ンパレータ23は、負の自己診断信号出力がその信号の
ローレベル(絶対値表現で)を規定している基準電圧−
VL 以内では、ロジックの「1」を送出し基準電圧−V
L より高くなると「0」を送出する。コンパレータ24
は、負の自己診断信号出力がその信号のハイ−レベル
(絶対値表現で)を設定している基準電圧−VH 以内で
は、ロジックの「0」を送出し基準電圧−VH より高く
なると「1」を送出する。コンパレータ23、24の出
力は、OR回路30を通ってAND回路31に送られ
る。AND回路31、32は、第二自己診断指令によっ
て切り替えられるスイッチ19で第二自己診断指令が
「0」の時、AND回路31がオンとなりコンパレータ
21、22の情報をOR回路34を経てAND回路35
に伝達し、第二自己診断信号が「1」の時、AND回路
32がオンとなりコンパレータ23、24の情報をOR
回路34を経てAND回路35に伝達する。
【0016】AND回路35は、図2Bに示すように端
子36に印加される診断信号出力サンプリングパルスが
「1」の時にオンとなりそのパルスのタイミングの時
にコンパレータ21、22の情報がカウンタ37に伝達
され、タイミングでコンパレータ23、24の情報が
カウンタ37に伝達される。FOGが正常で有ればコン
パレータ21、22、23、24の各出力は、「0」で
ありカウンタ37の出力1、2とも「0」を示し、FO
Gが異常を示しているとカウンタ37は、コンパレータ
21または22、23または24の何れかの「1」の信
号によってカウンタ37の出力1または出力1と出力2
が「1」となりFOGの異常を判断できる。カウンタ3
7は、自己診断を行う前には、その出力をリセットして
おかなければならない。図3の実施例では、ハードウェ
アで説明したが、端子13からの出力をコンピュータに
取り込んで同様の機能を実施することも容易に可能であ
る。
子36に印加される診断信号出力サンプリングパルスが
「1」の時にオンとなりそのパルスのタイミングの時
にコンパレータ21、22の情報がカウンタ37に伝達
され、タイミングでコンパレータ23、24の情報が
カウンタ37に伝達される。FOGが正常で有ればコン
パレータ21、22、23、24の各出力は、「0」で
ありカウンタ37の出力1、2とも「0」を示し、FO
Gが異常を示しているとカウンタ37は、コンパレータ
21または22、23または24の何れかの「1」の信
号によってカウンタ37の出力1または出力1と出力2
が「1」となりFOGの異常を判断できる。カウンタ3
7は、自己診断を行う前には、その出力をリセットして
おかなければならない。図3の実施例では、ハードウェ
アで説明したが、端子13からの出力をコンピュータに
取り込んで同様の機能を実施することも容易に可能であ
る。
【0017】上述では入力角速度の検出を、受光器7の
出力から位相変調周波数の1次成分を検出したが、他の
奇数次成分を検出してもよい。同様に自己診断の際に受
光器7の出力から位相変調周波数の2次成分以外の偶数
次成分を検出してもよい。
出力から位相変調周波数の1次成分を検出したが、他の
奇数次成分を検出してもよい。同様に自己診断の際に受
光器7の出力から位相変調周波数の2次成分以外の偶数
次成分を検出してもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、FOG
に自己診断機能を付加することにより、FOGが故障等
によって性能・機能が損なわれたときに、自ら故障を判
断したり又自己診断するための信号を親装置に送出する
ことによりFOGを使用した装置を危険な状態から回避
することができる。
に自己診断機能を付加することにより、FOGが故障等
によって性能・機能が損なわれたときに、自ら故障を判
断したり又自己診断するための信号を親装置に送出する
ことによりFOGを使用した装置を危険な状態から回避
することができる。
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。
【図2】Aは請求項2の発明の実施例の要部を示すブロ
ック図、Bは動作を説明するためのタイムチャートであ
る。
ック図、Bは動作を説明するためのタイムチャートであ
る。
【図3】自己診断信号出力から異常か否かを検出する自
己診断回路の例を示すブロック図。
己診断回路の例を示すブロック図。
【図4】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも一周する光学路と、 その光学路に対して右回り光及び左回り光を通す分岐手
段と、 その光学路を伝搬してきた右回り光及び左回り光を干渉
させる干渉手段と、 前記分岐手段と前記光学路の一端との間にこれらと縱続
的に配置されて右回り光及び左回り光に位相変化を与え
る位相変調手段と、 前記干渉光の光強度を電気信号として検出する受光器
と、 その受光器からの出力の内、前記位相変調手段の変調周
波数の奇数次成分を同期検波する同期検波手段と、 その同期検波手段からの出力を出力端子に導く出力手段
を有する光干渉角速度計において、 前記位相変調手段の変調周波数の偶数次成分を発生する
手段と、 自己診断指令によって前記同期検波手段の参照信号を前
記偶数次成分に切り替えて前記受光器からの出力の内、
前記位相変調周波数の偶数次成分を同期検波して前記出
力端子に送出する手段と、 を具備する自己診断機能を有した光干渉角速度計。 - 【請求項2】 上記位相変調手段の変調周波数の偶数次
成分と位相が180°ずれた信号を発生する手段と、 第2自己診断指令によって前記同期検波手段の参照信号
を前記位相が180°ずれた信号に切り替えて前記受光
器からの出力の内、前記位相変調周波数の偶数次成分を
同期検波して前記出力端子に送出する手段と、 を含む請求項1記載の自己診断機能を有した光干渉角速
度計。 - 【請求項3】 前記自己診断指令が与えられている時の
前記出力端子の出力が、規定の枠内から外れたら異常信
号を発生する異常信号発生手段を含む、請求項1又は2
記載の自己診断機能を有した光干渉角速度計。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11157592A JP2514528B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 自己診断機能を有した光干渉角速度計 |
US08/051,995 US5386290A (en) | 1992-04-30 | 1993-04-26 | Optical interferometric angular rate meter with a self-diagnostic capability |
EP93107088A EP0568105B1 (en) | 1992-04-30 | 1993-04-30 | Optical interferometric angular rate meter with a self diagnostic capability |
DE69322797T DE69322797T2 (de) | 1992-04-30 | 1993-04-30 | Optischer interferometrischer Drehgeschwindigkeitssensor mit Selbstdiagnosefunktion |
DE69305778T DE69305778T2 (de) | 1992-04-30 | 1993-04-30 | Optischer interferometrischer Drehgeschwindigkeitssensor mit Selbstdiagnosefunktion |
EP96100077A EP0725261B1 (en) | 1992-04-30 | 1993-04-30 | Optical interferometric angular rate meter with a self-diagnostic capability |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11157592A JP2514528B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 自己診断機能を有した光干渉角速度計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05306938A JPH05306938A (ja) | 1993-11-19 |
JP2514528B2 true JP2514528B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=14564855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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1992
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