JP2514532B2 - Optical interference gyro - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は少くとも一周する光学
路内に右回り光と左回り光として伝搬する光の位相差を
検出することにより、その光学路に印加されるその軸心
まわりの角速度を検出する光干渉角速度計に関し、特に
入出力スケールファクタの安定性及びリニアリティを改
善しようとするものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects the phase difference between light propagating as clockwise light and counterclockwise light in an optical path that makes at least one round, so as to detect the phase around the axis applied to the optical path. The present invention relates to an optical interference gyroscope for detecting an angular velocity, and particularly to improve the stability and linearity of an input / output scale factor.
【0002】[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の両端に入射される。光学路15
を伝搬する右回り光及び左回り光は、光学路15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、干渉し、光カプラ12により受光器17へ分岐
され光電変換される。この図では光カプラ14及び位相
変調器16が光集積回路18として構成された場合であ
る。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。光学路15にその周方向の角速度が印加されな
い状態においては、光学路16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にその円周
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。2. Description of the Related Art A conventional optical interference angular velocity meter (hereinafter referred to as FOG) will be described with reference to FIG. Light I from the light source 11
Is sequentially incident on the optical coupler 12, the polarizer 13, and the optical coupler 14, and then is incident on both ends of an optical path 15 formed by, for example, an optical fiber coil wound a plurality of times in a loop shape. Optical path 15
The right-handed light and the left-handed light propagating in are phase-modulated by the phase modulator 16 arranged between the optical path 15 and the optical coupler 14. Both lights subjected to the phase modulation are combined by the optical coupler 14 and interfere with each other, and are branched to the light receiver 17 by the optical coupler 12 and photoelectrically converted. In this figure, the optical coupler 14 and the phase modulator 16 are configured as an optical integrated circuit 18. The optical integrated circuit 18 is, for example, lead niobate (LiNbO 3 ).
Was produced by vapor-depositing titanium (Ti) or the like on the optical crystal and heat-diffusing. In the state where the angular velocity in the circumferential direction is not applied to the optical path 15, the phase difference between the two lights in the optical path 16 is ideally zero, but the optical path 15 has an angular velocity Ω around its circumference. When applied, this angular velocity Ω causes a so-called Sagnac effect, resulting in a phase difference ΔΦs between the two lights. This phase difference ΔΦs is expressed by the following equation.
【0003】 ΔΦs=4πRLΩ/(Cλ) (1) C:光速 λ:真空中における光の波長 R:光ファイバコイルの半径 L:光ファイバの長さ 一方この時の受光器17の出力Vpは、位相変調器16
の位相変調信号をP(t)=Asin ωm tとすると次式
で表わせる。ΔΦs = 4πRLΩ / (Cλ) (1) C: speed of light λ: wavelength of light in vacuum R: radius of optical fiber coil L: length of optical fiber On the other hand, the output Vp of the light receiver 17 at this time is Phase modulator 16
When the phase modulation signal of P is set to P (t) = A sin ω m t, it can be expressed by the following equation.
【0004】 Vp=(I/2)・Kop・Kpd{1+ cosΔΦs( Σεn ・(−1) n ・J2n(X) ・ cos2nωm t′)− sinΔΦs(2Σ(−1) n ・J2n+1(X) ・cos(2n+1)ωm t′)} (2) ここで Σはn=0から無限大まで t′=t−(τ/2) εn =1;n=0,2;n>1 Kop:光源11からの出射光Iが光ファイバコイル15
を経て受光器17に至るまでの光学的損失 Kpd:光電変換係数や増幅器利得等で決まる定数 I:光源11からの出射光 Io :受光器17に到達する最大光量(Io =Kop・
I) Jn :第一種ベッセル関数 X:2Asin πfmτ ΔΦ:光ファイバコイル15における左右両回り光間の
位相差 ωm :位相変調の角周波数(ωm =2πfm) τ:光ファイバコイル15中における光の伝搬時間 (2)式から明らかなように受光器17からの光電変換
信号には、sin ΔΦsに比例する項と、cos ΔΦsに比
例する項とが含まれている。従って干渉光の強度を測定
することにより角速度Ωを検出することが出来る。従来
のFOGの出力としては、受光器17の出力の内、一次
のsin ΔΦs成分が同期検波されて利用されていた。以
下に同期検波回路19から出力される一次のsin ΔΦs
成分を示す。即ち受光器17の出力は、同期検波回路1
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)がクロック回路2
1からの参照信号Vf1を受けて取り出される。同期検波
回路19の出力は、リップル成分がフィルタリングさ
れ、FOG出力V1 として出力端子22に取り出され
る。[0004] Vp = (I / 2) · Kop · Kpd {1+ cosΔΦs (Σε n · (-1) n · J 2n (X) · cos2nω m t ') - sinΔΦs (2Σ (-1) n · J 2n +1 (X) · cos (2n + 1) ω m t ′)} (2) where Σ is from n = 0 to infinity t ′ = t− (τ / 2) ε n = 1; n = 0,2 N > 1 Kop: the light I emitted from the light source 11 is the optical fiber coil 15;
Optical loss after reaching to the light receiver 17 Kpd: Constant determined by photoelectric conversion coefficient, amplifier gain, etc. I: Light emitted from the light source 11 Io: Maximum light amount reaching the light receiver 17 (Io = Kop ·
I) Jn: First-order Bessel function X: 2Asin πfmτ ΔΦ: Phase difference between left and right light in the optical fiber coil 15 ω m : Angular frequency of phase modulation (ω m = 2πfm) τ: In the optical fiber coil 15 Light Propagation Time As is apparent from the equation (2), the photoelectric conversion signal from the light receiver 17 includes a term proportional to sin ΔΦs and a term proportional to cos ΔΦs. Therefore, the angular velocity Ω can be detected by measuring the intensity of the interference light. As the output of the conventional FOG, the primary sin ΔΦs component of the output of the light receiver 17 is synchronously detected and used. Below, the primary sin ΔΦs output from the synchronous detection circuit 19
The ingredients are shown. That is, the output of the light receiver 17 is the output of the synchronous detection circuit 1
9 and the same component as the phase modulation frequency, that is, the first-order component (n = 1) in the equation (1), is input to the clock circuit 2.
The reference signal Vf 1 from 1 is received and taken out. The ripple component of the output of the synchronous detection circuit 19 is filtered, and the output is taken out to the output terminal 22 as the FOG output V 1 .
【0005】このFOGの出力V1 は次式で表される。 V1 =I・Kop・Kpd・J1(X)・KA1・sin ΔΦs =Io ・K・sin ΔΦs=K1 ・sin ΔΦs (3) ここで KA1:同期検波回路19の利得 さらに入出力特性を安定化するために次のようにされて
いる。即ち受光器17からの光電変換信号Vp は、同期
検波回路24によって位相変調周波数の2倍波成分がク
ロック回路21からの参照信号Vf2によって同期検波さ
れ、リップル成分がフィルタリングされる。その時の出
力V2 は次式で表される。The output V 1 of this FOG is expressed by the following equation. V 1 = I · Kop · Kpd · J 1 (X) · K A1 · sin ΔΦs = Io · K · sin ΔΦs = K 1 · sin ΔΦs (3) where K A1 : gain of the synchronous detection circuit 19 and further input / output The following is done to stabilize the characteristics. That is, in the photoelectric conversion signal Vp from the photodetector 17, the double wave component of the phase modulation frequency is synchronously detected by the reference signal Vf2 from the clock circuit 21 by the synchronous detection circuit 24, and the ripple component is filtered. The output V 2 at that time is expressed by the following equation.
【0006】 V2 =I・Kop・Kpd・J2(X)・KA2・cos ΔΦs =Io ・K・cos ΔΦs=K2 ・cos ΔΦs (4) ここで KA2:同期検波回路24の利得 出力V1 ,V2 は、それぞれ乗算器25,26で2乗さ
れた後、加算器27で加算される。加算器27の出力V
s は次式で表される。V 2 = I · Kop · Kpd · J 2 (X) · K A2 · cos ΔΦs = Io · K · cos ΔΦs = K 2 · cos ΔΦs (4) where K A2 : gain of the synchronous detection circuit 24 The outputs V 1 and V 2 are squared by the multipliers 25 and 26, respectively, and then added by the adder 27. Output V of adder 27
s is expressed by the following equation.
【0007】 Vs =V1 2+V2 2 (5) ここでK=KA1・J1(X)・Kpd=KA2・J2(X)・K
pdとなるように利得を調整設定すると、(5)式は次式
で表される。 Vs =Io 2 ・K2 ・(sin2ΔΦ+cos2ΔΦ)=Io 2 ・K2 (6) 加算器27の出力Vs は、差動増幅器28で基準電圧発
生器29からの基準信号VR と差動演算される。差動増
幅器28の出力Ve は次式で表される。Vs = V 1 2 + V 2 2 (5) where K = K A1 · J 1 (X) · Kpd = K A2 · J 2 (X) · K
When the gain is adjusted and set to be pd, the equation (5) is expressed by the following equation. Vs = Io 2 · K 2 · (sin 2 ΔΦ + cos 2 ΔΦ) = Io 2 · K 2 (6) The output Vs of the adder 27 is different from the reference signal V R from the reference voltage generator 29 in the differential amplifier 28. It is calculated dynamically. The output Ve of the differential amplifier 28 is expressed by the following equation.
【0008】 Ve=VR −VS =VR −Io 2 ・K2 (7) この差動増幅器28の出力Veは、電気フィルタ31に
印加される。電気フィルタ31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32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 =Io 2 ・K2 =KR
に設定されていたとすると、入力角速度が光ファイバコ
イル15に与えられてない状態、即ち光ファイバコイル
15の両光間の位相差ΔΦが、零の場合、Veは零とな
る。ここで周囲温度が変わって受光器17に到達する光
量Io が減少したとする。その結果、Ve は(7)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31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32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31の入力、即ち差動増幅器28の出力Ve が
常に零となるよう制御される。その結果、次式が成り立
つ。[0008] The output Ve of Ve = V R -V S = V R -Io 2 · K 2 (7) The differential amplifier 28 is applied to the electro-filter 31. The electric filter 31 is, for example, an integrator, and its output is applied to a light source drive circuit 32 that controls the light amount of the light source 11, and the light amount I of the light source 11 is controlled. Here, in the initial stage, V R = Io 2 · K 2 = K R
If the input angular velocity is not applied to the optical fiber coil 15, that is, if the phase difference ΔΦ between the two lights of the optical fiber coil 15 is zero, Ve becomes zero. Here, it is assumed that the ambient temperature changes and the light amount Io reaching the light receiver 17 decreases. As a result, Ve produces a positive voltage according to the equation (7). This positive voltage is applied to the next electric filter 31 to generate a positive integrated voltage. The light source drive circuit 32 uses the positive integrated voltage to drive the light source 11
If the light amount is adjusted to increase, the input of the electric filter 31, that is, the output Ve of the differential amplifier 28 is controlled to be always zero. As a result, the following equation holds.
【0009】 VR =Io 2 ・K2 (8) このような光量安定化回路を動作させることにより、F
OGの出力は、(3)、(8)式より次式のように表さ
れる。 V1 =Io ・K・sin ΔΦs=sin ΔΦs・√VR (9) (9)式から明らかなように上記従来のスケールファク
タ安定化回路を用いれば、FOGのスケールファクタを
安定に保つことが出来る。V R = Io 2 · K 2 (8) By operating such a light quantity stabilizing circuit, F
The output of the OG is expressed by the following equation from the equations (3) and (8). V 1 = Io · K · sin ΔΦs = sin ΔΦs · √V R (9) (9) Using the above conventional scale factor stabilizing circuit as apparent from the equation, to keep the scale factor of the FOG stable I can.
【0010】この(9)式に基づきリニアリティLiを
求めると次式で表される。 Li=[(sin ΔΦs−ΔΦs)/ΔΦs]×100[%] (10) 図4Aに(10)式に基づくリニアリティ(直線性)を
示す。なお位相変調器16はクロック回路21からの信
号で駆動回路30を通して駆動される。When the linearity Li is calculated based on the equation (9), it is expressed by the following equation. Li = [(sin ΔΦs−ΔΦs) / ΔΦs] × 100 [%] (10) FIG. 4A shows the linearity based on the expression (10). The phase modulator 16 is driven by the signal from the clock circuit 21 through the drive circuit 30.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】(3)式から明らかな
ようにK1 は定数であるため一定条件のもとでは、一定
値を示すが、定数K1 を構成する要素は、大なり小なり
温度係数を持っており、温度によってFOGの入出力利
得K1 即ちスケールファクタが変化する。先ず第一次ベ
ッセル関数J1(X)は、X=1.84となるように位相変
調度を調整すれば、位相変調度の温度変動に対して安定
になり、またKpd,KA は、本質的に温度係数は小さ
い。しかしながら定数Kopは、−20℃〜+70℃の温
度変化で30%近く変動することが考えられる。しかし
従来技術では、先行技術として特開昭64−63871
に述べられている技術を使えばFOGのスケールファク
タを安定にすることが出来た。ところがFOGの出力V
1 は、(9)式から明らかなようにスケールファクタの
安定化技術を使ってK・Io を一定に保っても(10)
式で示したように、SIN関数による本質的なリニアリ
ティ誤差が生じる。As is clear from the equation (3), K 1 is a constant and therefore shows a constant value under a constant condition, but the elements constituting the constant K 1 are large or small. The input / output gain K 1 of the FOG, that is, the scale factor, changes depending on the temperature. First, if the phase modulation degree is adjusted so that X = 1.84, the first-order Bessel function J 1 (X) becomes stable with respect to temperature fluctuation of the phase modulation degree, and Kpd and K A are The temperature coefficient is essentially small. However, it is considered that the constant Kop fluctuates by nearly 30% with a temperature change of −20 ° C. to + 70 ° C. However, in the prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 64-63871 discloses a prior art.
It was possible to stabilize the FOG scale factor by using the technology described in. However, the output V of the FOG
As is clear from Eq. (9), 1 still holds K · Io constant by using the stabilizing technology of scale factor (10).
As shown by the equation, an inherent linearity error due to the SIN function occurs.
【0012】即ち図4Aから理解されるように例えば位
相差ΔΦsが45°で10%のリニアリティ誤差が生じ
る。この発明の目的は、スケールファクタの温度安定性
を改善するとともに入力に対するリニアリティを改善し
た光干渉角速度計を提供することにある。That is, as understood from FIG. 4A, for example, when the phase difference ΔΦs is 45 °, a linearity error of 10% occurs. An object of the present invention is to provide an optical interference gyro that improves the temperature stability of the scale factor and the linearity with respect to the input.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明によれば受光器
からの出力の内、光学路に印加される角速度によって生
じるサニャック位相差ΔΦsのsin ΔΦs成分を復調す
る第1復調手段と、受光器からの出力の内、cos ΔΦs
成分を復調する第2復調手段と、前記第1復調手段から
の出力Vsin (実施例ではV1 と称している)と前記第
2復調手段からの出力Vcos とをそれぞれ自乗して加算
する第1演算手段と、A0 +A1 ×Vsin +A2 ×Vsi
n 2 +A3 ×Vsin 3 +A4 ×Vsin 4 +・・・+An
×Vsin n (An:係数)を演算する第2演算手段と、
前記第1演算手段と前記第2演算手段とからの各出力を
加算する加算手段と、その加算手段からの出力が一定と
なるように電気回路の利得を調整したり又受光器に到達
する光量を制御する。According to the present invention, a light receiver
Of the output from the optical path due to the angular velocity applied to the optical path.
Demodulate the sin ΔΦs component of the Sagnac phase difference ΔΦs
Of the outputs from the first demodulation means and the light receiver, cos ΔΦs
From the second demodulation means for demodulating the component and the first demodulation means
Output Vsin (V in the embodiment1Said) and the above
2 The output Vcos from the demodulation means is squared and added
First computing means for0+ A1× Vsin + A2× Vsi
n2 + A3× Vsin3 + AFour× VsinFour + ... + An
× Vsin nSecond computing means for computing (An: coefficient),
Each output from the first calculation means and the second calculation means
The addition means for adding and the output from the addition means are constant.
Adjust the gain of the electric circuit so that
Control the amount of light.
【0014】このようにすることにより周囲温度によっ
て変動する光学系の損失などの影響を抑え、FOGの入
出力スケールファクタを安定に保つとともに入力に対す
るスケールファクタリニアリティを小さく抑えられる。
又前記加算手段の初期設定値をA、前記加算手段からの
出力をVs としたとき前記出力手段の初期設定利得をA
/Vs 倍してもよい。By doing so, it is possible to suppress the influence of the loss of the optical system which fluctuates depending on the ambient temperature, keep the input / output scale factor of the FOG stable, and reduce the scale factor linearity with respect to the input.
When the initial setting value of the adding means is A and the output from the adding means is Vs, the initial setting gain of the output means is A
It may be multiplied by / Vs.
【0015】[0015]
【実施例】図1にこの発明の実施例を示し、図3と対応
する部分に同一符号を付けてある。従来のFOGは(1
0)式に示したように直線性誤差が生じる。そこでこの
発明ではその直線性誤差量ε=Io ・K・(sin ΔΦs
−ΔΦs)が零となるように、出力V1 を入力させて補
正信号発生回路34で補正信号Vc を発生させ、加算器
35によってVs と加算して信号Vssを生成する。補正
信号Vc は補正信号発生回路34の入力信号V1 をXと
して表現すると次式で表される。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. Conventional FOG is (1
A linearity error occurs as shown in equation (0). Therefore, in the present invention, the linearity error amount ε = Io · K · (sin ΔΦs
The output V 1 is input so that −ΔΦs) becomes zero, the correction signal generation circuit 34 generates the correction signal Vc, and the adder 35 adds Vs to generate the signal Vss. The correction signal Vc is expressed by the following equation when the input signal V 1 of the correction signal generating circuit 34 is expressed as X.
【0016】 Vc =Ao +A1 ・X+A2 ・X2 +A3 ・X3 +A4 ・X4 +・・・ +An・Xn (11) 加算器35の出力Vssは次式で表される。 Vss=Io 2 ・K2 +Vc (12) 加算器35の出力Vssは、差動増幅器28で基準信号発
生器29からの基準信号VR と差動演算される。差動増
幅器28の出力Veeは次式で表される。Vc = Ao + A 1 .X + A 2 .X 2 + A 3 .X 3 + A 4 .X 4 + ... + An.X n (11) The output Vss of the adder 35 is expressed by the following equation. Vss = Io 2 · K 2 + Vc (12) The output Vss of the adder 35 is differentially calculated by the differential amplifier 28 with the reference signal V R from the reference signal generator 29. The output Vee of the differential amplifier 28 is expressed by the following equation.
【0017】 Vee=VR −Vss =VR −Io 2 ・K2 −Vc (13) この差動増幅器28の出力Veeは電気フィルタ31に印
加される。電気フィルタ31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32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 =Io 2 ・K2 に設定され
ていたとすると、入力角速度が光ファイバコイル15に
与えられてない状態、即ち光ファイバコイル15の両光
間の位相差ΔΦsが零の場合、Veeは零となる。ここで
周囲温度が変わって受光器17に到達する光量Io が減
少したとする。The output Vee of Vee = V R -Vss = V R -Io 2 · K 2 -Vc (13) The differential amplifier 28 is applied to the electric filter 31. The electric filter 31 is, for example, an integrator, and its output is applied to a light source drive circuit 32 that controls the light amount of the light source 11, and the light amount I of the light source 11 is controlled.
If V R = Io 2 · K 2 is set in the initial stage, the input angular velocity is not applied to the optical fiber coil 15, that is, the phase difference ΔΦs between the two lights of the optical fiber coil 15 is zero. In this case, Vee becomes zero. Here, it is assumed that the ambient temperature changes and the light amount Io reaching the light receiver 17 decreases.
【0018】その結果、Veeは(13)式より正の電圧
が生じる。この正の電圧は電気フィルタ31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32
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31の入
力、即ち差動増幅器28の出力Veeが常に零となるよう
制御される。その結果、次式が成り立つ。As a result, a positive voltage is generated in Vee according to the equation (13). It is assumed that this positive voltage is applied to the electric filter 31 to generate a positive integrated voltage. Light source drive circuit 32
Is controlled such that the light amount of the light source 11 is increased by the positive integrated voltage, the input of the electric filter 31, that is, the output Vee of the differential amplifier 28 is always zero. As a result, the following equation holds.
【0019】 VR =Io 2 ・K2 −Vc (14) このような光量安定化回路を動作させることによるFO
Gの出力V1 は、(3)式、(14)式より次式のよう
に表される。 V1 =Io ・K・sin ΔΦs =sin ΔΦs・√(VR −Vc ) (15) この(15)式に基づきリニアリティLiを求めると次
式で表される。V R = Io 2 · K 2 −Vc (14) FO obtained by operating such a light quantity stabilizing circuit
The output V 1 of G is expressed by the following equation from the equations (3) and (14). V 1 = Io · K · sin ΔΦs = sin ΔΦs · √ (V R -Vc) (15) This (15) when obtaining the linearity Li based on equation expressed by the following equation.
【0020】 Li=[(sin ΔΦs ・√(VR −Vc )−ΔΦs・√VR ) /(ΔΦs ・√VR )]・100[%] (16) (16)式において補正信号Vc が零であると図4Aの
グラフに示すように従来例と同じリニアリティを示す。
そこでこのリニアリティを改善するため(16)式の分
子がサニャック位相差ΔΦsに対して零となるように最
小自乗法によって(11)式における各係数を求め補正
信号Vcを発生させている。図4Bに、サニャック位相
差ΔΦsが40°迄の範囲の出力V1 のデータを使い第
4次までの係数を求めて補正信号Vc を発生させ、リニ
アリティを改善したグラフを示す。[0020] Li = [(sin ΔΦs · √ (V R -Vc) -ΔΦs · √V R) / (ΔΦs · √V R)] · 100 [%] (16) (16) the correction signal Vc in formula When it is zero, the same linearity as the conventional example is shown as shown in the graph of FIG. 4A.
Therefore, in order to improve this linearity, the correction signal Vc is generated by obtaining each coefficient in the equation (11) by the least square method so that the numerator of the equation (16) becomes zero with respect to the Sagnac phase difference ΔΦs. FIG. 4B shows a graph in which the linearity is improved by using the data of the output V 1 in the range where the Sagnac phase difference ΔΦs is up to 40 ° to find the coefficients up to the 4th order to generate the correction signal Vc.
【0021】図2Aにこの補正信号Vc を生成する補正
信号発生回路34の具体例を示す。先ず絶対値回路36
によって信号V1 即ちXが|X|とされる(ここではX
の値は、絶対値に直され入力角速度の極性に無関係にし
て有るが、絶対値表現にしなくても実施可能である。た
だしこの場合、補正の精度を同じ程度にするためには、
この具体例より高次の係数即ち乗算手段がさらに必要と
なる)。1次の補正信号Vc1 は、増幅器37によって
A1 倍され、Vc1 =A1 ・|X|となり、2次の補正
信号Vc2 は、|X|が乗算器38で自乗され、増幅器
39でA2 倍され、Vc2 =A2 ・|X|2 となり、3
次の補正信号Vc3 は、乗算器41で乗算器38の出力
と|X|とが乗算され、増幅器42でA3 倍され、Vc
3 =A3・|X|3 となり、4次の補正信号Vc4 は、
乗算器43で乗算器38の出力が自乗され、増幅器44
でA4 倍され、Vc4 =A4 ・|X|4 となる。これら
の補正信号は加算器43で加算され、直線性の補正信号
Vcとして出力される。ここで増幅器37,39,4
2,44の各利得A1 ,A2 ,A3 ,A4 はそれぞれ
(11)式における係数と同じ値に設定する。FIG. 2A shows a concrete example of the correction signal generating circuit 34 for generating the correction signal Vc. First, the absolute value circuit 36
Signal V 1 or X becomes | X |
The value of has been converted into an absolute value and has no relation to the polarity of the input angular velocity, but it can be implemented without expressing it as an absolute value. However, in this case, in order to make the correction accuracy the same,
A higher-order coefficient, that is, a multiplication means is further required in this example). The first-order correction signal Vc 1 is multiplied by A 1 by the amplifier 37, so that Vc 1 = A 1 · | X |, and the second-order correction signal Vc 2 is squared by | X | in the double A, Vc 2 = A 2 · | X | 2 , and the 3
The next correction signal Vc 3 is multiplied by the output of the multiplier 38 and | X | in the multiplier 41, multiplied by A 3 in the amplifier 42, and then Vc
3 = A 3 · | X | 3 and the fourth-order correction signal Vc 4 becomes
The output of the multiplier 38 is squared by the multiplier 43, and the amplifier 44
Is multiplied by A 4 , and Vc 4 = A 4 · | X | 4 . These correction signals are added by the adder 43 and output as a linear correction signal Vc. Here, the amplifiers 37, 39, 4
The gains A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 of 2 and 44 are set to the same values as the coefficients in the equation (11).
【0022】ちなみに図4Bに示したグラフの補正信号
の各係数は次の通りである。 A0 =0 A1 =0.000997 A2 =−0.3324 A3 =0.01106 A4 =−0.02808 基準信号VR は3.162Vに設定されている。このよ
うに従来スケールファクタ安定化のために用いられてい
た信号Vs に補正信号Vc を付加することによって、リ
ニアリティを0.001%以内(ΔΦs=0〜40°の
範囲)に改善することが出来る。以上の説明では、電気
フィルタ31の出力を光源駆動回路32にフィードバッ
クしていたが、光源駆動回路32の代わりに、受光器1
7の出力側に挿入された自動利得調整回路46にフィー
ドバックし、(3)式における電気回路の利得(Kpdの
一部)を制御しても同様の効果が得られる。Incidentally, each coefficient of the correction signal in the graph shown in FIG. 4B is as follows. A 0 = 0 A 1 = 0.000997 A 2 = -0.3324 A 3 = 0.01106 A 4 = -0.02808 The reference signal V R is set to 3.162V. As described above, by adding the correction signal Vc to the signal Vs which has been conventionally used for stabilizing the scale factor, the linearity can be improved to within 0.001% (ΔΦs = 0 to 40 °). . In the above description, the output of the electric filter 31 is fed back to the light source drive circuit 32, but instead of the light source drive circuit 32, the light receiver 1
The same effect can be obtained by feeding back to the automatic gain adjustment circuit 46 inserted on the output side of 7 to control the gain (a part of Kpd) of the electric circuit in the expression (3).
【0023】図2Bにこの発明の別の実施例の要部を示
す。図1中の加算器35の出力Vssと基準電圧発生器4
7の出力VR は除算器48で次式の演算が実施される。 Vd=VR /Vss=VR /(Io 2 −K2 +Vc ) (17) 除算器48の出力Vdで自動利得制御器(AGC)49
の利得を調整してV1をV1 ′とする。このV1 ′は次
式のようになる。FIG. 2B shows the essential parts of another embodiment of the present invention. Output Vss of adder 35 and reference voltage generator 4 in FIG.
The output V R of No. 7 is subjected to the operation of the following equation in the divider 48. Vd = V R / Vss = V R / (Io 2 -K 2 + Vc) (17) automatic gain controller in the output Vd of the divider 48 (AGC) 49
The gain is adjusted so that V 1 becomes V 1 ′. This V 1 'is given by the following equation.
【0024】 V1 ′=V1 ・Vd =Io ・K・sin ΔΦs /[1+Vc /(Io 2 ・K2 )] (18) 一方自動利得制御器49の出力V1 ′のリニアリティL
iは、 Li =[(V1 ′−Io ・K・ΔΦs)/Io ・K・ΔΦs] ×100[%] (19) で表わされる。V 1 ′ = V 1 · Vd = Io · K · sin ΔΦs / [1 + Vc / (Io 2 · K 2 )] (18) On the other hand, the linearity L of the output V 1 ′ of the automatic gain controller 49
i is represented by Li = [(V 1 '-Io · K · ΔΦs) / Io · K · ΔΦs] × 100 [%] (19).
【0025】ここでリニアリティを改善するためには、
(19)式の分子がサニャック位相差ΔΦsに対して零
になるように補正信号Vc を生成すれば良い。そのため
には、(V1 ′−Io ・K・ΔΦs)=0となるVc の
データから最小自乗法によって各係数を求め図2Aに示
した補正信号発生回路の増幅器37,39,42,44
の各増幅度を設定すれば良い。Here, in order to improve the linearity,
The correction signal Vc may be generated so that the numerator of the equation (19) becomes zero with respect to the Sagnac phase difference ΔΦs. To do this, (V 1 '-Io · K · ΔΦs) = 0 and becomes Vc correction signal generating circuit shown in calculated view 2A each coefficient by the least square method from the data of the amplifier 37,39,42,44
It suffices to set each amplification degree of.
【0026】上述では、光カプラ14、位相変調器16
を光集積回路18で構成したが、光カプラ12,14と
して光ファイバカプラを使用し、位相変調器16を例え
ば円筒状の電歪振動子に光ファイバを巻き付けたものを
使用しても良い。また同期検波回路19で受光器17の
出力から位相変調周波数成分を取出したが、一般的には
位相変調周波数の奇数倍波成分を取出せばよい。同様に
同期検波回路24で受光器17の出力から位相変調周波
数の2倍波成分を取出したが、一般的には位相変調周波
数の偶数倍波成分を取出せばよい。In the above description, the optical coupler 14 and the phase modulator 16
However, it is also possible to use optical fiber couplers as the optical couplers 12 and 14 and to use the phase modulator 16 in which the optical fiber is wound around a cylindrical electrostrictive oscillator, for example. Further, although the phase detection frequency component is extracted from the output of the photodetector 17 by the synchronous detection circuit 19, it is generally sufficient to extract the odd harmonic component of the phase modulation frequency. Similarly, the synchronous detection circuit 24 extracts the second harmonic component of the phase modulation frequency from the output of the photodetector 17, but generally, the even harmonic component of the phase modulation frequency may be extracted.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上述べたように請求項1の発明によれ
ば、受光器17からの出力の内、光学路15に印加され
る角速度によって生じるサニャック位相差ΔΦsのsin
ΔΦs成分を復調する第1復調手段と受光器17からの
出力の内、cos ΔΦs成分を復調する第2復調手段と、
第1復調手段からの出力Vsin と第2復調手段からの出
力Vcos とをそれぞれ自乗して加算する第1演算手段
と、A0 +A1 ×Vsin +A2 ×Vsin2+A3 ×Vsin3
+A4 ×Vsin4+・・・+An×Vsin n (An:係
数)を演算する第2演算手段と、第1演算手段と第2演
算手段からの各出力を加算する加算手段と、その加算手
段からの出力が一定となるように電気回路の利得を調整
したり、又受光器に到達する光量を制御することによ
り、周囲温度によって変動する光学系の損失などの影響
を抑え、FOGの入出力スケールファクタを安定に保つ
とともに入力に対するスケールファクタリニアリティを
大幅に改善できた。As described above, according to the first aspect of the invention, of the outputs from the light receiver 17, the sin of the Sagnac phase difference ΔΦs caused by the angular velocity applied to the optical path 15 is calculated.
A first demodulation means for demodulating the ΔΦs component and a second demodulation means for demodulating the cos ΔΦs component of the output from the light receiver 17;
A first arithmetic means for squaring and adding the output Vsin from the first demodulation means and the output Vcos from the second demodulation means, and A 0 + A 1 × Vsin + A 2 × Vsin 2 + A 3 × Vsin 3
+ A 4 × Vsin 4 + ... + An × Vsin n (An: coefficient), second calculating means, adding means for adding respective outputs from the first calculating means and the second calculating means, and the adding means. The output of the FOG is controlled by adjusting the gain of the electric circuit so that the output from the device becomes constant, and by controlling the amount of light reaching the light receiver, thereby suppressing the effects of the loss of the optical system that fluctuates depending on the ambient temperature. The scale factor was kept stable and the scale factor linearity for the input was greatly improved.
【0028】また請求項2の発明によれば請求項1の発
明中の前記加算手段の初期設定値をVR 、前記加算手段
からの出力をVssとしたとき第1復調手段の出力を利得
調整して出力する出力手段における利得の初期設定利得
をVR /Vss倍されて請求項1の発明と同様の効果が得
られる。According to the invention of claim 2, when the initial setting value of the adding means in the invention of claim 1 is V R and the output from the adding means is Vss, the output of the first demodulating means is adjusted in gain. The initial setting gain of the output means for outputting the output is multiplied by V R / Vss, and the same effect as the invention of claim 1 can be obtained.
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the invention of claim 1;
【図2】Aは図1中の補正信号発生回路の具体例を示す
ブロック図、Bは請求項2の発明の実施例の要部を示す
ブロック図である。2 is a block diagram showing a concrete example of a correction signal generating circuit in FIG. 1, and B is a block diagram showing an essential part of an embodiment of the invention of claim 2;
【図3】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a conventional optical interference angular velocity meter.
【図4】Aは従来装置のスケールファクタのリニアリテ
ィの例を示すグラフ、Bは請求項1の発明の実施例のス
ケールファクタのリニアリティの例を示すグラフであ
る。4A is a graph showing an example of scale factor linearity of a conventional apparatus, and FIG. 4B is a graph showing an example of scale factor linearity of the embodiment of the present invention.
Claims (4)
段と、 前記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
的に配置され前記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、前記光学路に入力される角
速度によって生じるサニャック位相差ΔΦs のsin ΔΦ
s成分を復調する第1復調手段と、 前記受光器からの出力の内cos ΔΦs成分を復調する第
2復調手段と、 前記第1復調手段からの出力Vsin と前記第2復調手段
からの出力Vcos とをそれぞれ自乗して加算する第一演
算手段と、 A0 +A1 ×Vsin +A2 ×Vsin2+A3 ×Vsin3+A
4 ×Vsin4+・・・+An ×Vsin n (An :係数)を
演算する第2演算手段と、 前記第1演算手段と前記第2演算手段とからの各出力を
加算する加算手段と、 その加算手段からの出力が一定となるように制御する制
御手段と、 を有する光干渉角速度計。1. An optical path that makes at least one round, branching means for passing clockwise light and counterclockwise light with respect to the optical path, and interference means for interfering the clockwise light and counterclockwise light propagating through the optical path. A phase modulation means for providing a phase change to the clockwise light and the counterclockwise light, which is arranged in cascade between the branching means and one end of the optical path, and the light intensity of the interference light as an electric signal. Of the optical receiver to be detected and the output from the optical receiver, sin ΔΦ of the Sagnac phase difference ΔΦs generated by the angular velocity input to the optical path
First demodulation means for demodulating the s component, second demodulation means for demodulating the cos ΔΦs component of the output from the photodetector, output Vsin from the first demodulation means and output Vcos from the second demodulation means And a first calculation means for squaring and adding, and A 0 + A 1 × Vsin + A 2 × Vsin 2 + A 3 × Vsin 3 + A
4 × Vsin 4 + ... + An × Vsin n (An: coefficient), second calculating means, adding means for adding respective outputs from the first calculating means and the second calculating means, An optical interference angular velocity meter comprising: a control unit that controls the output from the adding unit to be constant.
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。2. The optical interference angular velocity meter according to claim 1, wherein the control means is means for adjusting a gain of an electric circuit.
量を制御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。3. The optical interference angular velocity meter according to claim 1, wherein the control means is means for controlling the amount of light reaching the light receiver.
段と、 前記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
的に配置されて前記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、前記光学路に入力される角
速度によって生じるサニャック位相差ΔΦs のsin ΔΦ
s成分を復調する第1復調手段と、 前記受光器からの出力の内cos ΔΦs成分を復調する第
2復調手段と、 前記第1復調手段からの出力を所定の利得に調整する出
力手段と、 前記第1復調手段からの出力Vsin と前記第2復調手段
からの出力Vcos とをそれぞれ自乗して加算する第1演
算手段と、 A0 +A1 ×Vsin +A2 ×Vsin2+A3 ×Vsin3+A
4 ×Vsin4+・・・+An ×Vsin n (An :係数)を
演算する第2演算手段と、 前記第1演算手段と前記第2演算手段とからの各出力を
加算する加算手段と、 その加算手段の初期設定値をVR 、前記加算手段からの
出力をVssとしたとき前記出力手段の初期設定利得をV
R /Vss倍する利得調整手段と、 を有する光干渉角速度計。4. An optical path that makes at least one round, branching means for passing clockwise light and counterclockwise light to the optical path, and interference means for interfering the clockwise light and counterclockwise light propagating through the optical path. A phase modulating means for providing a phase change to the clockwise light and the counterclockwise light, which are arranged in cascade between the branching means and one end of the optical path, and an electric signal for the optical intensity of the interference light. Of the Sagnac phase difference ΔΦs caused by the angular velocity input to the optical path among the outputs from the photodetector detected as
first demodulation means for demodulating the s component, second demodulation means for demodulating the cos ΔΦs component of the output from the photodetector, output means for adjusting the output from the first demodulation means to a predetermined gain, A first calculating means for squaring and adding the output Vsin from the first demodulating means and the output Vcos from the second demodulating means, and A 0 + A 1 × Vsin + A 2 × Vsin 2 + A 3 × Vsin 3 + A
4 × Vsin 4 + ... + An × Vsin n (An: coefficient), second calculating means, adding means for adding respective outputs from the first calculating means and the second calculating means, When the initial setting value of the adding means is V R and the output from the adding means is Vss, the initial setting gain of the output means is V
An optical interference gyro having a gain adjusting means for multiplying R / Vss.
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