JP2548072B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は少なくとも一周する光
学路に右回り光、左回り光を通し、その光学路にその軸
心まわりに印加される角速度を、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に関する。
学路に右回り光、左回り光を通し、その光学路にその軸
心まわりに印加される角速度を、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を経て光
学路としての光ファイバコイル１５の両端から投入す
る。光ファイバコイル１５を伝搬する右回り光、左回り
光は、光ファイバコイル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で結合され干渉し
再び偏光子１３を経て光カプラ１２により受光器１７へ
分岐される。
す）を図４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を経て光
学路としての光ファイバコイル１５の両端から投入す
る。光ファイバコイル１５を伝搬する右回り光、左回り
光は、光ファイバコイル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で結合され干渉し
再び偏光子１３を経て光カプラ１２により受光器１７へ
分岐される。
【０００３】このときの受光器１７の出力Ｖpは、位相
変調信号をＰ(t) ＝Ａsin ωmt とすると、次式で表せ
る。 Ｖp＝(I/2)・Ｋop・Ｋpd｛１＋cosΔΦ（Σεn・(-1)n・Ｊ2n(X)・ cos２nωmｔ')−sinΔΦ(２Σ(-1)n・Ｊ2n+1(X)・cos(２n+1)ωmｔ'）｝ （１） ここで Σはｎ＝０から無限大 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 受光器１７の出力は、同期検波回路１８に入力され、そ
こで位相変調周波数と同じ成分すなわち（１）式におけ
る一次成分がクロック回路２１からの参照信号を受けて
取り出される。同期検波回路１８の出力は、さらにロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）２０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出力として端子２
１に取り出される。
変調信号をＰ(t) ＝Ａsin ωmt とすると、次式で表せ
る。 Ｖp＝(I/2)・Ｋop・Ｋpd｛１＋cosΔΦ（Σεn・(-1)n・Ｊ2n(X)・ cos２nωmｔ')−sinΔΦ(２Σ(-1)n・Ｊ2n+1(X)・cos(２n+1)ωmｔ'）｝ （１） ここで Σはｎ＝０から無限大 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 受光器１７の出力は、同期検波回路１８に入力され、そ
こで位相変調周波数と同じ成分すなわち（１）式におけ
る一次成分がクロック回路２１からの参照信号を受けて
取り出される。同期検波回路１８の出力は、さらにロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）２０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出力として端子２
１に取り出される。
【０００４】ＦＯＧの出力Ｖ1 は次式で表される。 Ｖ1 ＝Ｉ・Ｋop・Ｋpd・Ｊ1(x)・ＫA1・sinΔΦ ＝Ｉo Ｋ1 ・sinΔΦ ただしＫ1 ＝ＫpdＪ1(x)ＫA1 とおく （２） ＫA1：利得 ここで両光間の位相差ΔΦは、光ファイバコイル１５に
回転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック（sagn
ac) 位相差ΔΦs を示し、次式で表される。
回転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック（sagn
ac) 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１５の半径 Ｌ：光ファイバコイル１５の光ファイバの長さ よってローパスフィルタ２０の出力Ｖ1 を計測すれば、
入力された回転角速度Ωを知ることができる。
入力された回転角速度Ωを知ることができる。
【０００６】なお、クロック回路２１から駆動回路２２
を通じて変調信号が位相変調器１６に印加される。
を通じて変調信号が位相変調器１６に印加される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＦＯＧの出力Ｖ1 は、
（２）式から明らかなように正弦関数であるため本質的
に入力に対し、直線性（リニアリティ）誤差が生じる。
ちなみに位相差ΔΦs が４５°で１０％のリニアリティ
誤差が生じる。また（２）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 すなわち
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，ＫA1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。
（２）式から明らかなように正弦関数であるため本質的
に入力に対し、直線性（リニアリティ）誤差が生じる。
ちなみに位相差ΔΦs が４５°で１０％のリニアリティ
誤差が生じる。また（２）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 すなわち
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，ＫA1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。
【０００８】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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、受光器の出力から、スケールファクタの温度安定性
を改善するための制御信号として、第２復調手段で位相
変調周波数の偶数次成分、つまりcos ΔΦS 成分が検出
され、また入力に対するリニアリティを改善を改善する
ための制御信号として、sin ΔΦS 成分であるＶ1 から
補正信号生成手段で多項式Ｖc ＝Ａ0 ＋Ａ1 ・Ｖ1 ＋Ａ
2 ・Ｖ1 2＋…＋Ａn・Ｖ1 n （Ａi ：係数、ｉ＝１，２，
…，ｎ）で表される補正信号が生成され、その出力Ｖc
と第２復調手段の出力とが加算手段で加算され、その加
算出力が一定になるように、光量や、受光器の出力レベ
ルなどが制御手段により制御される。請求項２の発明に
よれば、上記構成において上記補正信号生成手段は上記
多項式の２次の項以外の係数をすべて零とした補正信号
Ｖc ＝Ａ2 ・Ｖ1 2を生成する。
ば、受光器の出力から、スケールファクタの温度安定性
を改善するための制御信号として、第２復調手段で位相
変調周波数の偶数次成分、つまりcos ΔΦS 成分が検出
され、また入力に対するリニアリティを改善を改善する
ための制御信号として、sin ΔΦS 成分であるＶ1 から
補正信号生成手段で多項式Ｖc ＝Ａ0 ＋Ａ1 ・Ｖ1 ＋Ａ
2 ・Ｖ1 2＋…＋Ａn・Ｖ1 n （Ａi ：係数、ｉ＝１，２，
…，ｎ）で表される補正信号が生成され、その出力Ｖc
と第２復調手段の出力とが加算手段で加算され、その加
算出力が一定になるように、光量や、受光器の出力レベ
ルなどが制御手段により制御される。請求項２の発明に
よれば、上記構成において上記補正信号生成手段は上記
多項式の２次の項以外の係数をすべて零とした補正信号
Ｖc ＝Ａ2 ・Ｖ1 2を生成する。
【００１０】請求項３の発明によれば、請求項１の構成
において上記補正信号生成手段は上記多項式中の１次の
項Ａ1 Ｖ1 のみに基づいて補正信号Ｖc ＝Ａ1｜Ｖ1｜を
生成する。
において上記補正信号生成手段は上記多項式中の１次の
項Ａ1 Ｖ1 のみに基づいて補正信号Ｖc ＝Ａ1｜Ｖ1｜を
生成する。
【００１１】
【実施例】この発明の一実施例を図１に示し、図４と対
応する部分に同一符号を付けてある。受光器１７からの
光電変換信号Ｖp は、従来と同様に同期検波回路１８に
よって位相変調周波数と同じ成分が発振回路２４からの
参照信号ＶＲ1 によって同期検波され、ローパスフィル
タ２０によって高域がろ波され、また所定の利得に設定
され、ＦＯＧ出力Ｖ1 として端子２１に出力される。Ｖ
1 は、（２）式で表される。
応する部分に同一符号を付けてある。受光器１７からの
光電変換信号Ｖp は、従来と同様に同期検波回路１８に
よって位相変調周波数と同じ成分が発振回路２４からの
参照信号ＶＲ1 によって同期検波され、ローパスフィル
タ２０によって高域がろ波され、また所定の利得に設定
され、ＦＯＧ出力Ｖ1 として端子２１に出力される。Ｖ
1 は、（２）式で表される。
【００１２】この発明においては、さらに光電変換信号
Ｖp は、第２復調手段を構成する同期検波回路２５によ
って位相変調周波数の２倍波成分が発振回路２４からの
参照信号ＶＲ2 によって同期検波され、ローパスフィル
タ２６によって高域がろ波され、また所定の利得に設定
される。そのときのローパスフィルタ２６の出力Ｖ2
は、次式で表されるcos ΔΦS 成分が検出される。
Ｖp は、第２復調手段を構成する同期検波回路２５によ
って位相変調周波数の２倍波成分が発振回路２４からの
参照信号ＶＲ2 によって同期検波され、ローパスフィル
タ２６によって高域がろ波され、また所定の利得に設定
される。そのときのローパスフィルタ２６の出力Ｖ2
は、次式で表されるcos ΔΦS 成分が検出される。
【００１３】 Ｖ2 ＝Ｉ0 ・Ｋop ・Ｋpd・Ｊ2(x)・ＫA2・cosΔΦ ＝Ｉ0 ・Ｋ2・cosΔΦ （４） ここで ＫA2：同期検波回路２５とローパスフィルタ
２６との利得 Ｋ2＝Ｋpd・Ｊ2(x)・ＫA2とする。 ローパスフィルタ２６の出力Ｖ2 は、補正信号発生回路
２７からの補正信号Ｖ C と加算器２９で加算される。加
算器２９の出力Ｖs は、次式で表される。
２６との利得 Ｋ2＝Ｋpd・Ｊ2(x)・ＫA2とする。 ローパスフィルタ２６の出力Ｖ2 は、補正信号発生回路
２７からの補正信号Ｖ C と加算器２９で加算される。加
算器２９の出力Ｖs は、次式で表される。
【００１４】 Ｖs ＝Ｖ2＋ＶC ＝Ｉ0 ・Ｋ2・cosΔΦ＋ＶC （５） ここで補正信号ＶC は、次のｎ次の多項式で表される。 ＶC ＝Ａ0＋Ａ1・Ｖ1＋Ａ2・Ｖ1 2＋Ａ3・Ｖ1 3＋Ａ4・Ｖ1 4＋…＋Ａn・Ｖ1 n （６） 加算器２９の出力Ｖs は、差動増幅器３１で基準信号発
生器３２からの基準信号ＶR と差動演算される。差動増
幅器３１の出力Ｖe は、次式で表される。
生器３２からの基準信号ＶR と差動演算される。差動増
幅器３１の出力Ｖe は、次式で表される。
【００１５】 Ｖe ＝ＶR −Ｖs ＝ＶR −（Ｉ0・Ｋ・cosΔΦ＋ＶC ） （７） ここで Ｋ＝Ｋ1＝Ｋ2 とする この差動増幅器３１の出力Ｖe は、電気フィルタ３３に
印加される。電気フィルタ３３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３４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 ＝Ｉ0 ・Ｋ＝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、すなわ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Ｉ0 が減少したとする。その結果、Ｖe は、（７）式
より正の電圧となる。この正の電圧は、次の電気フィル
タ３３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３４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あり、電気フィルタ
３３の入力すなわち差動増幅器３１の出力Ｖe が常に零
となるよう制御される。つまり第２復調手段の出力Ｖ 2
が基準電圧Ｖ R と等しくなるように光源１１の光量が調
整される。そして入力角速度が増加してcosΔΦに比例
するＶ 2 が減少するとｓｉｎΔΦに比例するＶ C が増加
して、Ｖ 2 とＶ C の和がＶ R と等しくなるように光源１
１の光量が調整される。その結果、次式が成り立つ。
印加される。電気フィルタ３３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３４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 ＝Ｉ0 ・Ｋ＝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、すなわ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Ｉ0 が減少したとする。その結果、Ｖe は、（７）式
より正の電圧となる。この正の電圧は、次の電気フィル
タ３３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３４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あり、電気フィルタ
３３の入力すなわち差動増幅器３１の出力Ｖe が常に零
となるよう制御される。つまり第２復調手段の出力Ｖ 2
が基準電圧Ｖ R と等しくなるように光源１１の光量が調
整される。そして入力角速度が増加してcosΔΦに比例
するＶ 2 が減少するとｓｉｎΔΦに比例するＶ C が増加
して、Ｖ 2 とＶ C の和がＶ R と等しくなるように光源１
１の光量が調整される。その結果、次式が成り立つ。
【００１６】 ＶR ＝Ｉ0・Ｋ・cosΔΦS ＋ＶC （８） 前記光量安定化回路を動作させることによるＦＯＧの出
力Ｖ1 は、（２），（８）式より次式のように表され
る。 Ｖ1 ＝［（ＫR −ＶC ）／cosΔΦS ］・sinΔΦS （９） 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。
力Ｖ1 は、（２），（８）式より次式のように表され
る。 Ｖ1 ＝［（ＫR −ＶC ）／cosΔΦS ］・sinΔΦS （９） 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。
【００１７】 Ｌi ＝｛[(ＫR−ＶC)/cosΔΦS］・sinΔΦS−ＫR・ΔΦ｝ ÷（ＫR・ΔΦS）×100(%) （１０） （１０）式において補正信号が零であると、図２Ａのグ
ラフに示すようにサニャック位相差ΔΦS が大きくなる
と共に、リニアリティ誤差が大きくなる。そこでこのリ
ニアリティを改善するため（１０）式の分子がサニャッ
ク位相差ΔΦSに対して零となるよう最小自乗法によっ
て（６）式における各係数Ａ0 〜Ａn を求め、補正信号
ＶC を発生させている。図２Ｂは、サニャック位相差Δ
ΦS が４０°までの範囲の出力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。
ラフに示すようにサニャック位相差ΔΦS が大きくなる
と共に、リニアリティ誤差が大きくなる。そこでこのリ
ニアリティを改善するため（１０）式の分子がサニャッ
ク位相差ΔΦSに対して零となるよう最小自乗法によっ
て（６）式における各係数Ａ0 〜Ａn を求め、補正信号
ＶC を発生させている。図２Ｂは、サニャック位相差Δ
ΦS が４０°までの範囲の出力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。
【００１８】図３は、この補正信号ＶC を生成する補正
信号発生回路２７の実施例を示した図である。先ず絶対
値回路４５によって信号Ｖ1 が絶対値とされる。ここで
はＶ 1 の値は、絶対値に直され、入力角速度の極性に無
関係にしてあるが、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、この実施例より高次の係数、すなわち乗算手段
がさらに必要となる。１次の補正信号Ｖc1は、増幅器４
６によってＡ1 倍されＶc1＝Ａ1 ・｜Ｖ1 ｜となり、２
次の補正信号Ｖc2は、乗算器４７で自乗され、さらに増
幅器４８でＡ2倍されＶc2＝Ａ2 ・｜Ｖ1 ｜2 となり、
３次の補正信号ＶC3は、乗算器４９で乗算器４７の出力
とＶ1 が乗算され、さらに増幅器５０でＡ3 倍されＶc3
＝Ａ3 ・｜Ｖ1 ｜3 となり、４次の補正信号Ｖc4は、乗
算器５１で乗算器４７の出力が自乗され、さらに増幅器
５２でＡ4 倍され、Ｖc4＝Ａ4 ・｜Ｖ1 ｜4 となる。こ
れらの補正信号は、加算器５３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４６，４
８，５０，５２の利得Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，Ａ4 は、
（６）式における係数と同じ値に設定する。
信号発生回路２７の実施例を示した図である。先ず絶対
値回路４５によって信号Ｖ1 が絶対値とされる。ここで
はＶ 1 の値は、絶対値に直され、入力角速度の極性に無
関係にしてあるが、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、この実施例より高次の係数、すなわち乗算手段
がさらに必要となる。１次の補正信号Ｖc1は、増幅器４
６によってＡ1 倍されＶc1＝Ａ1 ・｜Ｖ1 ｜となり、２
次の補正信号Ｖc2は、乗算器４７で自乗され、さらに増
幅器４８でＡ2倍されＶc2＝Ａ2 ・｜Ｖ1 ｜2 となり、
３次の補正信号ＶC3は、乗算器４９で乗算器４７の出力
とＶ1 が乗算され、さらに増幅器５０でＡ3 倍されＶc3
＝Ａ3 ・｜Ｖ1 ｜3 となり、４次の補正信号Ｖc4は、乗
算器５１で乗算器４７の出力が自乗され、さらに増幅器
５２でＡ4 倍され、Ｖc4＝Ａ4 ・｜Ｖ1 ｜4 となる。こ
れらの補正信号は、加算器５３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４６，４
８，５０，５２の利得Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，Ａ4 は、
（６）式における係数と同じ値に設定する。
【００１９】ちなみに図２Ｂに示したグラフの補正信号
の各係数は、 Ａ0 ＝０ Ａ1 ＝−0.０００１０９ Ａ2 ＝0.０３３４４ Ａ3 ＝−0.００００３８ Ａ4 ＝0.００００２６８ である。基準信号ＶR は、１０Ｖに設定されている。こ
のように受光器１７の出力の高調周波数の偶数次成分の
信号Ｖ2 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）
に改善することができる。以上の説明では、電気フィル
タ３３の出力を光源駆動回路３４にフィードバックした
が、受光器１７の出力側に設けた自動利得調整回路３９
にフィードバックし、（３）式における電気回路の利得
を制御しても同様の効果が得られる。
の各係数は、 Ａ0 ＝０ Ａ1 ＝−0.０００１０９ Ａ2 ＝0.０３３４４ Ａ3 ＝−0.００００３８ Ａ4 ＝0.００００２６８ である。基準信号ＶR は、１０Ｖに設定されている。こ
のように受光器１７の出力の高調周波数の偶数次成分の
信号Ｖ2 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）
に改善することができる。以上の説明では、電気フィル
タ３３の出力を光源駆動回路３４にフィードバックした
が、受光器１７の出力側に設けた自動利得調整回路３９
にフィードバックし、（３）式における電気回路の利得
を制御しても同様の効果が得られる。
【００２０】（６）式においてｎ＝４の場合の上述の係
数Ａ1〜Ａ4のうち、２次の係数が他の係数より際だって
大きいことはリニアリティ補正において２次の項が最も
大きな効果があることを意味している。そこで、リニア
リティ補正精度をある程度犠牲にしてよいのであれば、
図３に示す補正信号発生回路２７の構成においてＡ 1 ＝
Ａ3＝Ａ4＝０とした構成を使ってもよい。即ち、図３の
構成において乗算器４７と増幅器４８を残して他は全て
除去した構成としてもよい。この場合（８）式にＶC＝
Ａ2Ｖ1 2＝Ａ2Ｉ0 2Ｋ2ｓｉｎ2ΔΦS（ただしＫ2＝Ｋ）を
代入すると（８）式は次のようになる。
数Ａ1〜Ａ4のうち、２次の係数が他の係数より際だって
大きいことはリニアリティ補正において２次の項が最も
大きな効果があることを意味している。そこで、リニア
リティ補正精度をある程度犠牲にしてよいのであれば、
図３に示す補正信号発生回路２７の構成においてＡ 1 ＝
Ａ3＝Ａ4＝０とした構成を使ってもよい。即ち、図３の
構成において乗算器４７と増幅器４８を残して他は全て
除去した構成としてもよい。この場合（８）式にＶC＝
Ａ2Ｖ1 2＝Ａ2Ｉ0 2Ｋ2ｓｉｎ2ΔΦS（ただしＫ2＝Ｋ）を
代入すると（８）式は次のようになる。
【００２１】 ＶR＝ＩoＫ（ＩoＫ・ｓｉｎ2ΔΦS＋ｃｏｓΔΦS） （１１） （１１）式をＩoＫ に付いて解けば次式が得られる。 ＩoＫ＝｛−１＋（１＋４Ａ2ＶR・tanΔΦS）1/2｝ ÷（２Ａ2・tanΔΦS・sinΔΦS） （１２） （１２）式を（２）式に中のＩoＫ1＝ＩoＫ に代入する
とＦＯＧ出力Ｖ1 は次式で表される。
とＦＯＧ出力Ｖ1 は次式で表される。
【００２２】 Ｖ1＝２ＶR・tanΔΦS／｛１＋（１＋４Ａ2ＶR・tanΔΦS）1/2｝ （１３） この出力Ｖ1 のリニアリティ誤差Ｌi は次式で表され
る。 Ｌi＝｛２tanΔΦS／［１＋（１＋４Ａ2ＶR・tanΔΦS）1/2］−ΔΦS｝ ÷ΔΦS×１００％ （１４） 予め決めた範囲内の位相差ΔΦS に対し出力Ｖ1 のリニ
アリティ誤差Ｌi が最小となるような係数Ａ2 を求め、
増幅器４８の利得としてその係数Ａ2 を設定すればよ
い。
る。 Ｌi＝｛２tanΔΦS／［１＋（１＋４Ａ2ＶR・tanΔΦS）1/2］−ΔΦS｝ ÷ΔΦS×１００％ （１４） 予め決めた範囲内の位相差ΔΦS に対し出力Ｖ1 のリニ
アリティ誤差Ｌi が最小となるような係数Ａ2 を求め、
増幅器４８の利得としてその係数Ａ2 を設定すればよ
い。
【００２３】上述は（６）式の２次の項のみを使った場
合を説明したが、更に補正精度を犠牲にしてよければ、
１次の項Ａ1Ｖ1のみを使うことにより図３の構成は絶対
値回路４５と増幅器４６だけの簡単な構成となり、それ
だけ製造コストを低くできる。この構成の場合、ＦＯＧ
出力Ｖ1 は次式で表される。 Ｖ1＝｛ＶR／（Ａ1｜sinΔΦS｜＋cosΔΦS）｝sinΔΦS （１５） この場合も所望の範囲の位相誤差ΔΦS に対しリニアリ
ティ誤差が最小となるように係数Ａ1 を決めて増幅器４
６の利得として設定すればよい。
合を説明したが、更に補正精度を犠牲にしてよければ、
１次の項Ａ1Ｖ1のみを使うことにより図３の構成は絶対
値回路４５と増幅器４６だけの簡単な構成となり、それ
だけ製造コストを低くできる。この構成の場合、ＦＯＧ
出力Ｖ1 は次式で表される。 Ｖ1＝｛ＶR／（Ａ1｜sinΔΦS｜＋cosΔΦS）｝sinΔΦS （１５） この場合も所望の範囲の位相誤差ΔΦS に対しリニアリ
ティ誤差が最小となるように係数Ａ1 を決めて増幅器４
６の利得として設定すればよい。
【００２４】図１では、Ｖ1 出力のため位相変調周波数
と同じ周波数成分を用いているが、３次、５次・・・な
どの他の奇数次成分を用いても良い。またＶ2 出力のた
め２次出力の変わりに４次、６次・・など他の偶数次成
分を用いても良い。またＶ2出力は、同期検波回路２５
によって処理しているが受光器１７からの出力から２倍
波また高次の偶数次成分をフィルタにより選択的に取り
出し、その出力を直流化して前記Ｖ2 の代わりに使用し
ても良い。
と同じ周波数成分を用いているが、３次、５次・・・な
どの他の奇数次成分を用いても良い。またＶ2 出力のた
め２次出力の変わりに４次、６次・・など他の偶数次成
分を用いても良い。またＶ2出力は、同期検波回路２５
によって処理しているが受光器１７からの出力から２倍
波また高次の偶数次成分をフィルタにより選択的に取り
出し、その出力を直流化して前記Ｖ2 の代わりに使用し
ても良い。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば受
光器１７からの出力のうち、光学路１５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Ｖ1 を復調する第１復調手段、受光器１７からの
出力のうち、cos ΔΦS 成分を復調する第２復調手段
と、ＶC ＝Ａ0 ＋Ａ1 ・Ｖ1 ＋Ａ2 ・Ｖ1 2＋Ａ3 ・Ｖ1 3
＋…＋Ａn ・Ｖ1 n (Ａi ＝１，２，…，ｎ：定数）を演
算する演算手段と、前記第２復調手段の出力に前記演算
手段からの出力ＶC を加算する加算手段と、前記加算手
段からの出力が一定となるよう電気回路の利得を調整し
たり、また受光器に到達する光量を制御する手段とを設
け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
定に保つと共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。
光器１７からの出力のうち、光学路１５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Ｖ1 を復調する第１復調手段、受光器１７からの
出力のうち、cos ΔΦS 成分を復調する第２復調手段
と、ＶC ＝Ａ0 ＋Ａ1 ・Ｖ1 ＋Ａ2 ・Ｖ1 2＋Ａ3 ・Ｖ1 3
＋…＋Ａn ・Ｖ1 n (Ａi ＝１，２，…，ｎ：定数）を演
算する演算手段と、前記第２復調手段の出力に前記演算
手段からの出力ＶC を加算する加算手段と、前記加算手
段からの出力が一定となるよう電気回路の利得を調整し
たり、また受光器に到達する光量を制御する手段とを設
け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
定に保つと共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。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】Ａは従来の光干渉角速度計のスケールファクタ
リニアリティ誤差の例を示すグラフ、Ｂはこの発明の実
施例のスケールファクタリニアリティ誤差を示すグラフ
である。
リニアリティ誤差の例を示すグラフ、Ｂはこの発明の実
施例のスケールファクタリニアリティ誤差を示すグラフ
である。
【図３】図１中の補正信号発生回路２７の具体例を示す
ブロック図。
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】 光源よりの光を分岐手段により分岐して
少なくとも一周する光学路に右回り光及び左回り光とし
て入射し、 その光学路を伝搬した右回り光及び左回り光を干渉手段
で干渉させ、 上記分岐手段と上記光学路の一端との間に縦続的に配置
した位相変調手段により、上記右回り光及び左回り光を
位相変調し、 上記干渉光の強度を受光器で電気信号として検出し、 その電気信号から、上記光学路にその軸心回りに印加さ
れた角速度によって生じるサニャック位相差ΔΦS のｓ
ｉｎΔΦS 成分を第１復調手段で復調して、上記角速度
を検出する光干渉角速度計において、 上記第１復調手段の出力をＶ1 として補正信号ＶC ＝Ａ
0＋Ａ1Ｖ1＋Ａ2Ｖ1 2＋…＋ＡnＶ1 n（ｉ＝１，２，…，
ｎ；Ａi ：係数）を生成する補正信号生成手段と、上記電気信号から上記サニャック位相差ΔΦ S のｃｏｓ
ΔΦ S 成分を復調する第２復調手段と、 上記 補正信号生成手段の出力補正信号と、上記第２復調
手段の出力とを加算する加算手段と、 その加算手段の出力が一定になるように制御する制御手
段と、 を設けたことを特徴とする光干渉角速度計。 - 【請求項２】 光源よりの光を分岐手段により分岐して
少なくとも一周する光学路に右回り光及び左回り光とし
て入射し、 その光学路を伝搬した右回り光及び左回り光を干渉手段
で干渉させ、 上記分岐手段と上記光学路の一端との間に縦続的に配置
した位相変調手段により、上記右回り光及び左回り光を
位相変調し、 上記干渉光の強度を受光器で電気信号として検出し、 その電気信号から、上記光学路にその軸心回りに印加さ
れた角速度によって生じるサニャック位相差ΔΦS のｓ
ｉｎΔΦS 成分を第１復調手段で復調して、上記角速度
を検出する光干渉角速度計において、 上記第１復調手段の出力をＶ1 とし、Ａ2 を予め決めた
係数として補正信号ＶC＝Ａ2Ｖ1 2を生成する補正信号生
成手段と、上記電気信号から上記サニャック位相差ΔΦ S のｃｏｓ
ΔΦ S 成分を復調する第２復調手段と、 上記 補正信号生成手段の出力補正信号と、上記第２復調
手段の出力とを加算する加算手段と、 その加算手段の出力が一定になるように制御する制御手
段と、 を設けたことを特徴とする光干渉角速度計。 - 【請求項３】 光源よりの光を分岐手段により分岐して
少なくとも一周する光学路に右回り光及び左回り光とし
て入射し、 その光学路を伝搬した右回り光及び左回り光を干渉手段
で干渉させ、 上記分岐手段と上記光学路の一端との間に縦続的に配置
した位相変調手段により、上記右回り光及び左回り光を
位相変調し、 上記干渉光の強度を受光器で電気信号として検出し、 その電気信号から、上記光学路にその軸心回りに印加さ
れた角速度によって生じるサニャック位相差ΔΦS のｓ
ｉｎΔΦS 成分を第１復調手段で復調して、上記角速度
を検出する光干渉角速度計において、 上記第１復調手段の出力をＶ1 とし、Ａ1 を予め決めた
係数として補正信号ＶC＝Ａ1｜Ｖ1｜ を生成する補正信
号生成手段と、上記電気信号から上記サニャック位相差ΔΦ S のｃｏｓ
ΔΦ S 成分を復調する第２復調手段と、 上記 補正信号生成手段の出力補正信号と、上記第２復調
手段の出力とを加算する加算手段と、 その加算手段の出力が一定になるように制御する制御手
段と、 を設けたことを特徴とする光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5134792A JP2548072B2 (ja) | 1992-06-04 | 1993-06-04 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-144286 | 1992-06-04 | ||
| JP14428692 | 1992-06-04 | ||
| JP5134792A JP2548072B2 (ja) | 1992-06-04 | 1993-06-04 | 光干渉角速度計 |
| US08/190,354 US5412472A (en) | 1992-01-30 | 1994-02-01 | Optical-interference type angular velocity or rate sensor having an output of improved linearity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0650763A JPH0650763A (ja) | 1994-02-25 |
| JP2548072B2 true JP2548072B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=27316954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5134792A Expired - Fee Related JP2548072B2 (ja) | 1992-06-04 | 1993-06-04 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548072B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3000185B2 (ja) * | 1993-04-21 | 2000-01-17 | 株式会社山崎歯車製作所 | インパクトレンチによるボルト締結方法 |
-
1993
- 1993-06-04 JP JP5134792A patent/JP2548072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0650763A (ja) | 1994-02-25 |
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