JP2514531B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JP2514531B2 JP2514531B2 JP13811292A JP13811292A JP2514531B2 JP 2514531 B2 JP2514531 B2 JP 2514531B2 JP 13811292 A JP13811292 A JP 13811292A JP 13811292 A JP13811292 A JP 13811292A JP 2514531 B2 JP2514531 B2 JP 2514531B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase modulation
- output
- rectangular wave
- period
- light
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はループ状光学路の軸心
まわりに印加される角速度を、その光学路を伝搬する右
回り光と左回り光との位相差を検出して測定する光干渉
角速度計、特に上記両光の位相差に矩形波状のバイアシ
ングを与えるものに関し、特に温度変動に対し、入出力
スケールファクタ又は周波数応答特性の安定性を改善し
ようとするものである。
まわりに印加される角速度を、その光学路を伝搬する右
回り光と左回り光との位相差を検出して測定する光干渉
角速度計、特に上記両光の位相差に矩形波状のバイアシ
ングを与えるものに関し、特に温度変動に対し、入出力
スケールファクタ又は周波数応答特性の安定性を改善し
ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光干渉角速度計（以下ＦＯＧと称
す）を図３を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２、偏光子１３、光カプラ１４を順次経
て、例えば複数回ループ状に巻いた光ファイバコイルで
構成された光学路１５の両端から投入される。光学路１
５を伝搬する左回り及び右回りの両光は、光学路１５の
片端と光カプラ１４との間に配置した位相変調器１６に
より位相変調される。位相変調を受けた両光は、光カプ
ラ１４で結合されて干渉し、光カプラ１２により受光器
１７へ分岐されて光電変換される。図に示す光集積回路
１８は、例えばニオブ酸鉛ＬｉＮｂＯ3 の光学結晶にチ
タンＴｉなどを蒸着し熱拡散して作製されたもので、光
カプラ１４、位相変調器１６などを集積化してある。
す）を図３を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２、偏光子１３、光カプラ１４を順次経
て、例えば複数回ループ状に巻いた光ファイバコイルで
構成された光学路１５の両端から投入される。光学路１
５を伝搬する左回り及び右回りの両光は、光学路１５の
片端と光カプラ１４との間に配置した位相変調器１６に
より位相変調される。位相変調を受けた両光は、光カプ
ラ１４で結合されて干渉し、光カプラ１２により受光器
１７へ分岐されて光電変換される。図に示す光集積回路
１８は、例えばニオブ酸鉛ＬｉＮｂＯ3 の光学結晶にチ
タンＴｉなどを蒸着し熱拡散して作製されたもので、光
カプラ１４、位相変調器１６などを集積化してある。
【０００３】光学路１５にその周方向の角速度が印加さ
れてない状態においては、光学路１５中における両光間
の位相差は、理想的にはゼロであるが、光学路１５の円
周回りに角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによっ
ていわゆるサニャック（ｓａｇｎａｃ）効果が生じ、両
光間に位相差ΔΦs が生じる。この位相差ΔΦs は、次
式で表される。
れてない状態においては、光学路１５中における両光間
の位相差は、理想的にはゼロであるが、光学路１５の円
周回りに角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによっ
ていわゆるサニャック（ｓａｇｎａｃ）効果が生じ、両
光間に位相差ΔΦs が生じる。この位相差ΔΦs は、次
式で表される。
【０００４】 ΔΦs ＝４πＲＬΩ／（Ｃλ） （１） 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１５の半径 Ｌ：光ファイバコイル１５の光ファイバ長 位相変調器１６は光学路１５における光の伝搬時間τの
幅を持った正及び負のπ／４（ｒａｄ）の矩形波状位相
変調が位相変調器１６を通過する両光に対して交互に与
えられる。尚伝搬時間τは、光学路１５の屈折率をｎと
するとτ＝ｎＬ／Ｃで表される。その結果両光間の位相
差バイアシングΔΦb は図４に示すように、正及び負の
π／２（ｒａｄ）の矩形波状位相差が現れる。図４に右
回り光と左回り光との位相差ΔΦに対する両光の干渉光
の強度Ｉ0 の特性を曲線１９として示す。位相変調の
正、負の各半サイクルＩ1 ，II1 は、光学路１５に入力
角速度が印加されてない状態、即ちサニャック位相差Δ
Φs がゼロの状態での位相差バイアシングを示し、その
時の干渉光の出力をそれぞれＩ1 ′，II1 ′に示す。位
相変調の正，負の各半サイクルＩ2 ，II2 は、光学路１
５に入力角速度が印加された状態、即ちサニャック位相
差ΔΦs が発生した状態での位相差バイアシングを示
し、その時の干渉光の出力をＩ2 ′，II2 ′に示す。こ
れらの干渉光は受光器１７で光電変換された後、Ａ／Ｄ
変換器２１に入力される。
幅を持った正及び負のπ／４（ｒａｄ）の矩形波状位相
変調が位相変調器１６を通過する両光に対して交互に与
えられる。尚伝搬時間τは、光学路１５の屈折率をｎと
するとτ＝ｎＬ／Ｃで表される。その結果両光間の位相
差バイアシングΔΦb は図４に示すように、正及び負の
π／２（ｒａｄ）の矩形波状位相差が現れる。図４に右
回り光と左回り光との位相差ΔΦに対する両光の干渉光
の強度Ｉ0 の特性を曲線１９として示す。位相変調の
正、負の各半サイクルＩ1 ，II1 は、光学路１５に入力
角速度が印加されてない状態、即ちサニャック位相差Δ
Φs がゼロの状態での位相差バイアシングを示し、その
時の干渉光の出力をそれぞれＩ1 ′，II1 ′に示す。位
相変調の正，負の各半サイクルＩ2 ，II2 は、光学路１
５に入力角速度が印加された状態、即ちサニャック位相
差ΔΦs が発生した状態での位相差バイアシングを示
し、その時の干渉光の出力をＩ2 ′，II2 ′に示す。こ
れらの干渉光は受光器１７で光電変換された後、Ａ／Ｄ
変換器２１に入力される。
【０００５】Ａ／Ｄ変換器２１は、クロック回路２２か
らのクロック信号ＣＫ1 によって干渉光Ｉ1 ′，I
I1 ′，Ｉ2 ′，II2 ′，・・・の光電変換信号をデジ
タル量として変換する。Ａ／Ｄ変換器２１の出力は、ロ
ジック回路２３によって位相変調の各サイクル毎にＫ・
（Ｉn ′−IIn ′）を計算する。その結果、入力角速度
がゼロの場合、Ｋ・（Ｉ1 ′−II1 ′）＝０となり、入
力角速度が印加された場合、Ｋ・（Ｉ2 ′−II2 ′）≠
０となる。この関係式を以下に示す。
らのクロック信号ＣＫ1 によって干渉光Ｉ1 ′，I
I1 ′，Ｉ2 ′，II2 ′，・・・の光電変換信号をデジ
タル量として変換する。Ａ／Ｄ変換器２１の出力は、ロ
ジック回路２３によって位相変調の各サイクル毎にＫ・
（Ｉn ′−IIn ′）を計算する。その結果、入力角速度
がゼロの場合、Ｋ・（Ｉ1 ′−II1 ′）＝０となり、入
力角速度が印加された場合、Ｋ・（Ｉ2 ′−II2 ′）≠
０となる。この関係式を以下に示す。
【０００６】 Ｋ・Ｉn ′＝（Ｐo ／２）・Ｋ・（１−ｓｉｎΔΦ） （２） Ｋ・IIn ′＝（Ｐo ／２）・Ｋ・（１＋ｓｉｎΔΦ） （３） ∴Ｋ・（Ｉn ′−IIn ′）＝−Ｐo ・Ｋ・ｓｉｎΔΦ （４） ここでＫは、受光器１７、Ａ／Ｄ変換器２１及び第３ロ
ジック回路２３の利得を示す。
ジック回路２３の利得を示す。
【０００７】ここで両光間の位相差ΔΦは、サニャック
位相差ΔΦs とみなす事ができるためＫ・（Ｉn ′−II
n ′）を計算することにより感度良く入力角速度を検知
する事ができる。ロジック回路２３の出力は、そのまま
ＦＯＧの出力として出力端子２４へ出力し、またＤ／Ａ
変換器２５によってアナログ量に変換して出力端子２６
へ出力することもできる。位相変調器１６は位相変調駆
動回路２７により駆動され、光源１１は光源駆動回路２
８により駆動される。ロジック回路２３、Ｄ／Ａ変換器
２５、位相変調駆動回路２７にそれぞれその動作のため
にクロック回路２２からクロックＣＫ2 ，ＣＫ3 ，ＣＫ
4 が供給されている。
位相差ΔΦs とみなす事ができるためＫ・（Ｉn ′−II
n ′）を計算することにより感度良く入力角速度を検知
する事ができる。ロジック回路２３の出力は、そのまま
ＦＯＧの出力として出力端子２４へ出力し、またＤ／Ａ
変換器２５によってアナログ量に変換して出力端子２６
へ出力することもできる。位相変調器１６は位相変調駆
動回路２７により駆動され、光源１１は光源駆動回路２
８により駆動される。ロジック回路２３、Ｄ／Ａ変換器
２５、位相変調駆動回路２７にそれぞれその動作のため
にクロック回路２２からクロックＣＫ2 ，ＣＫ3 ，ＣＫ
4 が供給されている。
【０００８】図５は、ロジック回路２３からの出力によ
って図６Ａに示す階段状ランプ波形を発生させ、その階
段状ランプ波形を位相変調器２９にフィードバックする
事により光学路１５に生じる位相差ΔΦs を打ち消す零
位法のクローズドループタイプＦＯＧを示す。この場合
の入力角速度の計測は、一般に階段状ランプ波形の繰り
返し周波数を計数して行われる。
って図６Ａに示す階段状ランプ波形を発生させ、その階
段状ランプ波形を位相変調器２９にフィードバックする
事により光学路１５に生じる位相差ΔΦs を打ち消す零
位法のクローズドループタイプＦＯＧを示す。この場合
の入力角速度の計測は、一般に階段状ランプ波形の繰り
返し周波数を計数して行われる。
【０００９】先ず積分回路３１でロジック回路２３から
のＫ・（Ｉn ′−IIn ′）の出力を積分する。積分回路
３１からの出力はリセット回路３２によって図６Ａに示
す階段状ランプ波形の一段の高さΔΦf が決められ、さ
らにその階段状ランプ波形の最大位相ΦR が２π（ｒａ
ｄ）のところでリセットされる。リセット回路３２にお
けるこの階段状ランプ波形のデジタル量は、次段のＤ／
Ａ変換器３３で図６Ａに示すようなアナログ量に変換さ
れて位相変調器２９へ入力される。階段状ランプ波形の
一段の幅は、光の伝搬時間τと同じであり、その結果図
６Ａに示すようにτ時間ずれた右回り光３４と左回り光
３９とが光カプラ１４で干渉するため、両光間のフィー
ドバック位相差は、図６Ｂに示すようにΔΦf と（ΔΦ
f −２π）の二つの状態が生じる。この系の場合、
（４）式における両光間の位相差ΔΦは、 ΔΦ＝ΔΦs −ΔΦf 、ΔΦ＝ΔΦs −ΔΦf ＋２π （５） で表される。
のＫ・（Ｉn ′−IIn ′）の出力を積分する。積分回路
３１からの出力はリセット回路３２によって図６Ａに示
す階段状ランプ波形の一段の高さΔΦf が決められ、さ
らにその階段状ランプ波形の最大位相ΦR が２π（ｒａ
ｄ）のところでリセットされる。リセット回路３２にお
けるこの階段状ランプ波形のデジタル量は、次段のＤ／
Ａ変換器３３で図６Ａに示すようなアナログ量に変換さ
れて位相変調器２９へ入力される。階段状ランプ波形の
一段の幅は、光の伝搬時間τと同じであり、その結果図
６Ａに示すようにτ時間ずれた右回り光３４と左回り光
３９とが光カプラ１４で干渉するため、両光間のフィー
ドバック位相差は、図６Ｂに示すようにΔΦf と（ΔΦ
f −２π）の二つの状態が生じる。この系の場合、
（４）式における両光間の位相差ΔΦは、 ΔΦ＝ΔΦs −ΔΦf 、ΔΦ＝ΔΦs −ΔΦf ＋２π （５） で表される。
【００１０】（５）式よりΔΦf ＝ΔΦs と成るように
階段状ランプ波形を制御してやれば、（４）式は常時零
となり零位法のクローズドループが達成できる。ここで
階段状ランプ波形の階段の数をＮ、周期をＴとすると、
繰り返し周波数ｆは、次式で表される。 ｆ＝１／Ｔ＝１／（Ｎτ）＝Ｃ・ΔΦf ／（２πｎＬ） （６） 零位法が達成されている場合は、先にも述べたとおりΔ
Φf ＝ΔΦs が成り立ち、（１）式を（６）式に代入す
ると次式が得られる。
階段状ランプ波形を制御してやれば、（４）式は常時零
となり零位法のクローズドループが達成できる。ここで
階段状ランプ波形の階段の数をＮ、周期をＴとすると、
繰り返し周波数ｆは、次式で表される。 ｆ＝１／Ｔ＝１／（Ｎτ）＝Ｃ・ΔΦf ／（２πｎＬ） （６） 零位法が達成されている場合は、先にも述べたとおりΔ
Φf ＝ΔΦs が成り立ち、（１）式を（６）式に代入す
ると次式が得られる。
【００１１】 ｆ＝２ＲΩ／（ｎλ） （７） 以上に示すように階段状ランプ波形の繰り返し周波数ｆ
を計測すれば入力された角速度を検知する事ができる。
リセット回路３２の出力はＦＯＧ出力として出力端子３
６へ出力される。積分回路３１、リセット回路３２、Ｄ
／Ａ変換器３３へそれぞれその動作のためにクロックＣ
Ｋ5 ，ＣＫ6 ，ＣＫ7 がクロック回路２２から供給され
る。
を計測すれば入力された角速度を検知する事ができる。
リセット回路３２の出力はＦＯＧ出力として出力端子３
６へ出力される。積分回路３１、リセット回路３２、Ｄ
／Ａ変換器３３へそれぞれその動作のためにクロックＣ
Ｋ5 ，ＣＫ6 ，ＣＫ7 がクロック回路２２から供給され
る。
【００１２】一方クローズドループの伝達関数Ｇ（Ｓ）
は、次式で表される。 Ｇ（Ｓ）＝（２Ｒ／ｎλ）・（１／（１＋ＳＴs ）） （８） ここで Ｔｓ＝Ｔo ／（ＫT ） ＫT ：一巡伝達関数の利得（ＫT ∝Ｐo ） Ｔo ：積分回路３１の時定数 （８）式の一巡伝達関数の利得ＫT は、受光器１７に到
達する光量Ｐo と比例関係にある。即ち受光器１７に到
達する光量の大小は、クローズドループの周波数応答と
１：１の関係にある。
は、次式で表される。 Ｇ（Ｓ）＝（２Ｒ／ｎλ）・（１／（１＋ＳＴs ）） （８） ここで Ｔｓ＝Ｔo ／（ＫT ） ＫT ：一巡伝達関数の利得（ＫT ∝Ｐo ） Ｔo ：積分回路３１の時定数 （８）式の一巡伝達関数の利得ＫT は、受光器１７に到
達する光量Ｐo と比例関係にある。即ち受光器１７に到
達する光量の大小は、クローズドループの周波数応答と
１：１の関係にある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】一般にＦＯＧの光学系
は、−２０℃〜＋７０℃の温度変化で３０％近く変動す
ることが考えられる。即ち受光器１７に到達する光量Ｐ
o が同量変化する。したがって図３で示したオープンル
ープタイプのＦＯＧの場合、（４）式に示すようにＰo
が入出力のスケールファクタを構成しているためこのま
までは、ＦＯＧのスケールファクタがＰｏの変動量と同
量の３０％変動することになる。また図５に示したクロ
ーズドループタイプのＦＯＧの場合、Ｐo の３０％の変
化は（７）式に示すようにＦＯＧの出力には、影響を与
えないが（８）式に示すように周波数特性に１：１で影
響してくる。
は、−２０℃〜＋７０℃の温度変化で３０％近く変動す
ることが考えられる。即ち受光器１７に到達する光量Ｐ
o が同量変化する。したがって図３で示したオープンル
ープタイプのＦＯＧの場合、（４）式に示すようにＰo
が入出力のスケールファクタを構成しているためこのま
までは、ＦＯＧのスケールファクタがＰｏの変動量と同
量の３０％変動することになる。また図５に示したクロ
ーズドループタイプのＦＯＧの場合、Ｐo の３０％の変
化は（７）式に示すようにＦＯＧの出力には、影響を与
えないが（８）式に示すように周波数特性に１：１で影
響してくる。
【００１４】そこでこの発明の目的はオープンループタ
イプのＦＯＧの入出力スケールファクタの温度安定性を
改善し、クローズドループタイプのＦＯＧの周波数特性
の温度安定性を改善した光干渉角速度計を提供すること
にある。
イプのＦＯＧの入出力スケールファクタの温度安定性を
改善し、クローズドループタイプのＦＯＧの周波数特性
の温度安定性を改善した光干渉角速度計を提供すること
にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、位相
変調手段により、第Ｉ期間にＡ＝２ｎπ±π／４（ｒａ
ｄ）の位相変調を与え、それに続く第II期間に−Ａ（ｒ
ａｄ）の位相変調を与える交番位相変調の第１矩形波状
位相変調に対し、第III 期間にＢ≠Ａ（ｒａｄ）の位相
変調を与え、それに続く第IV期間が−Ｂ（ｒａｄ）の位
相変調を与える交番位相変調の第２矩形波状位相変調を
交互に、または、間欠的に挿入した位相差バイアシング
が与えられ、前記第１矩形波状位相変調時の受光器の出
力と、前記第２矩形波状位相変調時の受光器の出力とか
ら出力の変動を検出し、その変動を補正するようにされ
る。
変調手段により、第Ｉ期間にＡ＝２ｎπ±π／４（ｒａ
ｄ）の位相変調を与え、それに続く第II期間に−Ａ（ｒ
ａｄ）の位相変調を与える交番位相変調の第１矩形波状
位相変調に対し、第III 期間にＢ≠Ａ（ｒａｄ）の位相
変調を与え、それに続く第IV期間が−Ｂ（ｒａｄ）の位
相変調を与える交番位相変調の第２矩形波状位相変調を
交互に、または、間欠的に挿入した位相差バイアシング
が与えられ、前記第１矩形波状位相変調時の受光器の出
力と、前記第２矩形波状位相変調時の受光器の出力とか
ら出力の変動を検出し、その変動を補正するようにされ
る。
【００１６】このため補正手段としては請求項２の発明
によれば第Ｉ期間における受光器からの出力と第III 期
間における受光器からの出力との差ΔＶ1 、または第II
期間における受光器からの出力と第IV期間における受光
器からの出力との差ΔＶ2 またはΔＶ1 とΔＶ2 の平均
値が一定となるように受光器に到達する光量または受光
器またはそれ以降の電気回路の利得を自動調整する制御
手段が用いられる。
によれば第Ｉ期間における受光器からの出力と第III 期
間における受光器からの出力との差ΔＶ1 、または第II
期間における受光器からの出力と第IV期間における受光
器からの出力との差ΔＶ2 またはΔＶ1 とΔＶ2 の平均
値が一定となるように受光器に到達する光量または受光
器またはそれ以降の電気回路の利得を自動調整する制御
手段が用いられる。
【００１７】あるいは前記補正手段は請求項３の発明に
よれば、前記ΔＶ1 または前記ΔＶ 2 、あるいは前記Δ
Ｖ1 とΔＶ2 の平均値を光干渉角速度計の伝達関数利得
情報とし、これと基準信号との比率を求め、その比率を
光干渉角速度計の入出力スケールファクタに乗算する手
段が用いられる。
よれば、前記ΔＶ1 または前記ΔＶ 2 、あるいは前記Δ
Ｖ1 とΔＶ2 の平均値を光干渉角速度計の伝達関数利得
情報とし、これと基準信号との比率を求め、その比率を
光干渉角速度計の入出力スケールファクタに乗算する手
段が用いられる。
【００１８】
【実施例】図１にこの発明による光干渉角速度計の実施
例を示し、図３、図５と対応する部分に同一符号を付け
てある。図３の場合と同様に位相変調器１６で第１矩形
波変調信号により右回り（ＣＷ）光、左回り（ＣＣＷ）
光に対し、第Ｉ期間でＡ＝π／４（ｒａｄ）の位相変調
が、それに続く第II期間で−Ａ（ｒａｄ）の位相変調が
交互に行われる。この発明では更に、第２矩形波状変調
信号により位相変調器１６で両光に対し、第III 期間で
Ｂ≠Ａ（ｒａｄ）の位相変調が与えられ、それに続く第
IV期間で−Ｂ（ｒａｄ）の位相変調が与えられる。この
第２矩形波状変調信号による位相変調は、第１矩形波状
変調信号による位相変調と交互に、または間欠的に挿入
される。この切り換えはクロックＣＫ8 により行われ
る。
例を示し、図３、図５と対応する部分に同一符号を付け
てある。図３の場合と同様に位相変調器１６で第１矩形
波変調信号により右回り（ＣＷ）光、左回り（ＣＣＷ）
光に対し、第Ｉ期間でＡ＝π／４（ｒａｄ）の位相変調
が、それに続く第II期間で−Ａ（ｒａｄ）の位相変調が
交互に行われる。この発明では更に、第２矩形波状変調
信号により位相変調器１６で両光に対し、第III 期間で
Ｂ≠Ａ（ｒａｄ）の位相変調が与えられ、それに続く第
IV期間で−Ｂ（ｒａｄ）の位相変調が与えられる。この
第２矩形波状変調信号による位相変調は、第１矩形波状
変調信号による位相変調と交互に、または間欠的に挿入
される。この切り換えはクロックＣＫ8 により行われ
る。
【００１９】図２においてＩn ，IIn （ｎ＝１，２，・
・・）の各半サイクルは、第１矩形波状位相変調を示
し、その時の両光間の位相差バイアシングは、正及び負
のπ／２（ｒａｄ）の矩形波状位相差として現れる。II
Im，IVm （ｍ＝１，２，・・・）の各サイクルは、第２
矩形波状位相変調を示し、その時の両光間の位相差バイ
アスΔΦb2は、正及び負の（π／２＋Φa ）（ｒａｄ）
の矩形波状位相差として現れる。これらの各半サイクル
Ｉn ，IIn ，IIIm，IVm における干渉光の各出力をそれ
ぞれＩn ′，IIn ′，IIIm′，IVm ′で示す。これらの
干渉光は、受光器１７で光電変換された後、Ａ／Ｄ変換
器２１に入力される。
・・）の各半サイクルは、第１矩形波状位相変調を示
し、その時の両光間の位相差バイアシングは、正及び負
のπ／２（ｒａｄ）の矩形波状位相差として現れる。II
Im，IVm （ｍ＝１，２，・・・）の各サイクルは、第２
矩形波状位相変調を示し、その時の両光間の位相差バイ
アスΔΦb2は、正及び負の（π／２＋Φa ）（ｒａｄ）
の矩形波状位相差として現れる。これらの各半サイクル
Ｉn ，IIn ，IIIm，IVm における干渉光の各出力をそれ
ぞれＩn ′，IIn ′，IIIm′，IVm ′で示す。これらの
干渉光は、受光器１７で光電変換された後、Ａ／Ｄ変換
器２１に入力される。
【００２０】Ａ／Ｄ変換器２１は、クロック回路２２か
らのクロック信号（ＣＫ1 ）によって干渉光Ｉ1 ′，II
1 ′，III1′，IV1 ′，Ｉ2 ′，II2 ′・・・・の光電
変換信号をデジタル量として変換する。Ａ／Ｄ変換器２
１の出力は、ロジック回路２３によって位相変調の各サ
イクル毎にＫ・（Ｉn ′−IIn ′）とＫ・（IIIm′−IV
m ′）との何れかを計算する。これらの計算結果は
（４）式で示したようにＦＯＧの出力として利用され
る。一方ロジック回路３７は、クロック回路２２からの
クロック信号ＣＫ9 によって隣りあった第１矩形波状位
相変調時と第２矩形波状位相変調時との各Ａ／Ｄ変換器
２１の出力データから次のいずれかの計算を行う。
らのクロック信号（ＣＫ1 ）によって干渉光Ｉ1 ′，II
1 ′，III1′，IV1 ′，Ｉ2 ′，II2 ′・・・・の光電
変換信号をデジタル量として変換する。Ａ／Ｄ変換器２
１の出力は、ロジック回路２３によって位相変調の各サ
イクル毎にＫ・（Ｉn ′−IIn ′）とＫ・（IIIm′−IV
m ′）との何れかを計算する。これらの計算結果は
（４）式で示したようにＦＯＧの出力として利用され
る。一方ロジック回路３７は、クロック回路２２からの
クロック信号ＣＫ9 によって隣りあった第１矩形波状位
相変調時と第２矩形波状位相変調時との各Ａ／Ｄ変換器
２１の出力データから次のいずれかの計算を行う。
【００２１】 Ｋ・｛（Ｉ1 ′＋II1 ′）−（III1′＋IV1 ′）｝ ＝Ｐo ・Ｋ。・ｓｉｎΦa （９） Ｋ・（Ｉ1 ′−III1′）又はＫ・（II1 ′＋IV1 ′） ＝（Ｐo ／２）・Ｋ・ｓｉｎΦa （１０） （９）式または、（１０）式のデジタル量はＤ／Ａ変換
器３８によってアナログ量Ｖs に変換され、差動増幅器
３９に入力され、そこで基準信号発生器４０からの基準
電圧ＶR と比較される。
器３８によってアナログ量Ｖs に変換され、差動増幅器
３９に入力され、そこで基準信号発生器４０からの基準
電圧ＶR と比較される。
【００２２】 Ｖe ＝ＶR −Ｖs ＝ＶR −Ｐo ・Ｋo ・ｓｉｎΦa （１１） ここで Ｋo ＝Ｋ・ＫDA ＫDA：Ｄ／Ａ変換器３８の利得 この差動増幅器３９の出力Ｖe は、電気フィルタ４１に
印加される。電気フィルタ４１は、例えば積分器のよう
なもので、その出力は、光源１１の光量を制御する光源
駆動回路２８に印加され、光源１１の光量Ｉが制御され
る。ここで初期段階においてＶR ＝Ｐo ・Ｋo ・ｓｉｎ
Φa （ここで位相Φa は、前述した通り既知でありまた
一定値である）に設定されていたとすると、光量Ｐo 、
電気回路利得Ｋo および位相Φa が一定で有れば、Ｖe
は零となる。ここで周囲温度が変わって例えばＦＯＧ光
学系の損失が増加し受光器１７に到達する光量Ｉ0 が減
少したとする。その結果、Ｖe は、（１１）式より正の
電圧が生じる。この正の電圧は、次の電気フィルタ４１
に印加され、正の積分電圧を発生するとする。光源駆動
回路２８は、この正の積分電圧によって光源１１の光量
が増加するように調整されているとすると、電気フィル
タ４１の入力、即ち差動増幅器３８の出力Ｖe が常に零
となるように制御される。
印加される。電気フィルタ４１は、例えば積分器のよう
なもので、その出力は、光源１１の光量を制御する光源
駆動回路２８に印加され、光源１１の光量Ｉが制御され
る。ここで初期段階においてＶR ＝Ｐo ・Ｋo ・ｓｉｎ
Φa （ここで位相Φa は、前述した通り既知でありまた
一定値である）に設定されていたとすると、光量Ｐo 、
電気回路利得Ｋo および位相Φa が一定で有れば、Ｖe
は零となる。ここで周囲温度が変わって例えばＦＯＧ光
学系の損失が増加し受光器１７に到達する光量Ｉ0 が減
少したとする。その結果、Ｖe は、（１１）式より正の
電圧が生じる。この正の電圧は、次の電気フィルタ４１
に印加され、正の積分電圧を発生するとする。光源駆動
回路２８は、この正の積分電圧によって光源１１の光量
が増加するように調整されているとすると、電気フィル
タ４１の入力、即ち差動増幅器３８の出力Ｖe が常に零
となるように制御される。
【００２３】その結果、周囲温度等の変化によりＦＯＧ
光学系の損失が変動しても図３で示したオープンループ
タイプのＦＯＧでは、（４）式における振幅即ち入出力
のスケールファクタを、常時安定に保つことが出来、ま
た図５で示したクローズドループタイプのＦＯＧでは、
（８）式におけるクローズドループの周波数特性を安定
に保つことが出来る。図１において破線で示した積分回
路３１、リセット回路３２、Ｄ／Ａ変換器３３は、図５
に示したクローズドループタイプＦＯＧの同一番号のも
のと同じ機能である。又電気フィルタ４１の出力を光源
駆動回路にフィードバックする代わりに、図１に破線で
示すように受光器１７の出力側に挿入された自動利得制
御回路４２にフィードバックし、自動利得制御回路４２
の利得、即ち（４）式および（８）式における回路利得
Ｋを制御してもよい。
光学系の損失が変動しても図３で示したオープンループ
タイプのＦＯＧでは、（４）式における振幅即ち入出力
のスケールファクタを、常時安定に保つことが出来、ま
た図５で示したクローズドループタイプのＦＯＧでは、
（８）式におけるクローズドループの周波数特性を安定
に保つことが出来る。図１において破線で示した積分回
路３１、リセット回路３２、Ｄ／Ａ変換器３３は、図５
に示したクローズドループタイプＦＯＧの同一番号のも
のと同じ機能である。又電気フィルタ４１の出力を光源
駆動回路にフィードバックする代わりに、図１に破線で
示すように受光器１７の出力側に挿入された自動利得制
御回路４２にフィードバックし、自動利得制御回路４２
の利得、即ち（４）式および（８）式における回路利得
Ｋを制御してもよい。
【００２４】Φa としては、光干渉角速度計の測定精度
により決める。つまり測定分解能の２倍程度以上のなる
べく小さい値がよい。小さ過ぎると正しく変動を検出で
きず、大き過ぎても、第１矩形波状位相変調と第２矩形
波状位相変調との境で急に出力が変化するがこれに回路
が追従しないと正しく変動を検出できないからである。
により決める。つまり測定分解能の２倍程度以上のなる
べく小さい値がよい。小さ過ぎると正しく変動を検出で
きず、大き過ぎても、第１矩形波状位相変調と第２矩形
波状位相変調との境で急に出力が変化するがこれに回路
が追従しないと正しく変動を検出できないからである。
【００２５】又基準信号発生器４０及び電気フィルタ４
１の演算機能をロジック回路３７で持たせることも容易
に可能である。その場合、回路３７に含めた電気フィル
タ４１の出力Ｖc がＤ／Ａ変換され、アナログ量として
光源駆動回路２８にフィードバックされる。又ロジック
回路３７のデジタル出力Ｄ3 または、Ｄ／Ａ変換された
出力Ｖs の基準量からの変動率を求め、その変動率に応
じて（４）式で示したＦＯＧ出力を例えばコンピュータ
やＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を使って数値補正
しても良い。つまり、ΔＶ1 またはΔＶ2 、あるいはΔ
Ｖ1 とΔＶ2 の平均値を光干渉角速度計の伝達関数利得
情報とし、この情報と基準信号との比率を求め、その比
率を光干渉角速度計の入出力スケールファクタに乗算し
てもよい。光カプラ１４、位相変調器１６，２９はそれ
ぞれ光ファイバを用いて構成したものを用いてもよい。
１の演算機能をロジック回路３７で持たせることも容易
に可能である。その場合、回路３７に含めた電気フィル
タ４１の出力Ｖc がＤ／Ａ変換され、アナログ量として
光源駆動回路２８にフィードバックされる。又ロジック
回路３７のデジタル出力Ｄ3 または、Ｄ／Ａ変換された
出力Ｖs の基準量からの変動率を求め、その変動率に応
じて（４）式で示したＦＯＧ出力を例えばコンピュータ
やＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を使って数値補正
しても良い。つまり、ΔＶ1 またはΔＶ2 、あるいはΔ
Ｖ1 とΔＶ2 の平均値を光干渉角速度計の伝達関数利得
情報とし、この情報と基準信号との比率を求め、その比
率を光干渉角速度計の入出力スケールファクタに乗算し
てもよい。光カプラ１４、位相変調器１６，２９はそれ
ぞれ光ファイバを用いて構成したものを用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
学路における光の伝搬時間をτとしたとき、光学路の左
回り、右回りの両光に対し、１周期が２τである第１矩
形波状位相変調で、最初の半サイクル（τ時間）の第Ｉ
期間にＡ＝π／４（ｒａｄ）の位相変調を与え、それに
続く第II期間に−Ａ（ｒａｄ）の位相変調を与え、１周
期が２τである第２矩形波状位相変調で最初の半サイク
ル（τ時間）の第III 期間にＢ≠Ａ（ｒａｄ）の位相変
調を与え、それに続く第IV期間に−Ｂ（ｒａｄ）の位相
変調を与え、第１矩形波状位相変調と交互にまたは、間
欠的に挿入して位相差バイアシングを与え、第１矩形波
状位相変調の第Ｉ期間における受光器からの出力と第２
矩形波状位相変調の第III 期間における受光器からの出
力との電圧の差ΔＶ1 または第１矩形波状位相変調の第
II期間における受光器からの出力と第２矩形波状位相変
調の第IV期間における受光器からの出力との電圧の差Δ
Ｖ2またはΔＶ1 とΔＶ2 との平均値が一定となるよう
に受光器に到達する光量または受光器またはそれ以降の
電気回路の利得を自動調整する制御回路を設けたのでオ
ープンループタイプのＦＯＧの入出力スケールファクタ
の温度安定性が改善され、又クローズドループタイプの
ＦＯＧの周波数特性の温度安定性が改善される。
学路における光の伝搬時間をτとしたとき、光学路の左
回り、右回りの両光に対し、１周期が２τである第１矩
形波状位相変調で、最初の半サイクル（τ時間）の第Ｉ
期間にＡ＝π／４（ｒａｄ）の位相変調を与え、それに
続く第II期間に−Ａ（ｒａｄ）の位相変調を与え、１周
期が２τである第２矩形波状位相変調で最初の半サイク
ル（τ時間）の第III 期間にＢ≠Ａ（ｒａｄ）の位相変
調を与え、それに続く第IV期間に−Ｂ（ｒａｄ）の位相
変調を与え、第１矩形波状位相変調と交互にまたは、間
欠的に挿入して位相差バイアシングを与え、第１矩形波
状位相変調の第Ｉ期間における受光器からの出力と第２
矩形波状位相変調の第III 期間における受光器からの出
力との電圧の差ΔＶ1 または第１矩形波状位相変調の第
II期間における受光器からの出力と第２矩形波状位相変
調の第IV期間における受光器からの出力との電圧の差Δ
Ｖ2またはΔＶ1 とΔＶ2 との平均値が一定となるよう
に受光器に到達する光量または受光器またはそれ以降の
電気回路の利得を自動調整する制御回路を設けたのでオ
ープンループタイプのＦＯＧの入出力スケールファクタ
の温度安定性が改善され、又クローズドループタイプの
ＦＯＧの周波数特性の温度安定性が改善される。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】図１の実施例における位相差バイアシングとそ
の干渉光強度との関係を示す図。
の干渉光強度との関係を示す図。
【図３】従来のオープンループ光干渉角速度計を示すブ
ロック図。
ロック図。
【図４】図３の光干渉角速度計における位相差バイアシ
ングと干渉光強度を示す図。
ングと干渉光強度を示す図。
【図５】従来のクローズドループ光干渉角速度計を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図６】図５の光干渉角速度計におけるフィードバック
位相変調信号と両光間のフィードバック位相差を示す
図。
位相変調信号と両光間のフィードバック位相差を示す
図。
Claims (4)
- 【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
間にこれらと縦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を有する光干渉角
速度計において、 前記光学路における光の伝搬時間をτとした時、１周期
が２τであり、最初の半サイクル（τ時間）の第Ｉ期間
にＡ（ｒａｄ）の位相変調を与え、それに続く第II期間
に−Ａ（ｒａｄ）の位相変調を与える交番位相変調であ
る第１矩形波状位相変調に対し、 １周期が２τであり、最初の半サイクル（τ時間）の第
III 期間にＢ（ｒａｄ）の位相変調を与え、それに続く
第IV期間に−Ｂ（ｒａｄ）の位相変調を与える交番位相
変調である第２矩形波状位相変調を交互にまたは、間欠
的に挿入した位相差バイアシング手段と、 前記第１矩形波状位相変調時の前記受光器出力と前記第
２矩形波状位相変調時の前記受光器出力とを用いて出力
変動を検出してその変動を補正する補正手段と、 を設けたことを特徴とした光干渉角速度計。 - 【請求項２】 前記補正手段は前記第１矩形波状位相変
調の第Ｉ期間における前記受光器からの出力と、前記第
２矩形波状位相変調の第III 期間における前記受光器か
らの出力との差ΔＶ1 または前記第１矩形波状位相変調
の第II期間における前記受光器からの出力と、前記第２
矩形波状位相変調の第IV期間における前記受光器からの
出力の差ΔＶ2 または前記ΔＶ1 とΔＶ2 との平均値が
一定となるように前記受光器に到達する光量または前記
受光器またはそれ以降の電気回路の利得を自動調整する
制御手段であることを特徴とする請求項１記載の光干渉
角速度計。 - 【請求項３】 前記補正手段は前記第１矩形波状位相変
調の第Ｉ期間における前記受光器からの出力と、前記第
２矩形波状位相変調の第III 期間における前記受光器か
らの出力との差ΔＶ1 または前記第１矩形波状位相変調
の第II期間における前記受光器からの出力と前記第２矩
形波状位相変調の第IV期間における前記受光器からの出
力との差ΔＶ2 または前記ΔＶ1 とΔＶ2 の平均値を光
干渉角速度計の伝達関数利得情報として出力し、その伝
達関数利得情報と基準信号との比率を求め、その比率を
光干渉角速度計の入出力スケールファクタに乗算する手
段であることを特徴とする請求項１記載の光干渉角速度
計。 - 【請求項４】 前記Ａ（ｒａｄ）が２ｎπ±（約π／
４）（ｎ＝０，±１，±２，±３・・・・）で、前記Ｂ
（ｒａｄ）が前記Ａ（ｒａｄ）と異なることを特徴とす
る請求項１乃至３の何れかに記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13811292A JP2514531B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13811292A JP2514531B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332775A JPH05332775A (ja) | 1993-12-14 |
| JP2514531B2 true JP2514531B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=15214240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13811292A Expired - Fee Related JP2514531B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2514531B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13811292A patent/JP2514531B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05332775A (ja) | 1993-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2510460B2 (ja) | 回転速度測定のための方法および装置 | |
| JPS6129715A (ja) | 閉ル−プ干渉計において生じる非可逆的位相シフトを測定するための装置 | |
| JPH03210417A (ja) | ファイバー光測定装置、ジャイロメータ、セントラルナビゲーション、及び安定化システム | |
| US4948252A (en) | Sub-tau phase modulation in a fiber-optic rotation sensor | |
| JP2514474B2 (ja) | 回転速度の測定のための光ファイバサニャック干渉計 | |
| JP3990450B2 (ja) | 光ファイバ感知コイル用の固有周波数トラッカ | |
| US5349441A (en) | Fiber optic gyroscope refractive index induced error compensation | |
| US5412471A (en) | Optical gyro with expanded detectable range of input rotation angular velocity and optical waveguide-type phase modulator used in the same | |
| US5018859A (en) | Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne modulators phase difference control | |
| US5684589A (en) | Loop controller for fiber optic gyro with distributed data processing | |
| JPH04130212A (ja) | 回転速度の測定のための光ファイバサニャック干渉計 | |
| US5018860A (en) | Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne generators combined signal phase difference control | |
| JPH04232418A (ja) | 固有周波数位相シフトコントロールループ | |
| JP2514531B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JPH0781867B2 (ja) | ループ状干渉計内の伝搬時間の変化を検出する方法と装置およびこの方法と装置を応用した波長制御法 | |
| US7187448B2 (en) | Nonreciprocal phase shift fiber-optic gyrometer | |
| JP4306843B2 (ja) | 共振点追従システムおよびこのシステムを用いたリング共振方式光ファイバジャイロ | |
| JP3343767B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| JPS6212811A (ja) | 光干渉角速度計 | |
| RU2160885C1 (ru) | Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа | |
| JP3343766B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| EP0412468B1 (en) | Synthetic serrodyne controller for fiber optic gyroscope | |
| JP2557658B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JP2514532B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JP3493487B2 (ja) | 光干渉角速度計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960130 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080430 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100430 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |