JP2567486B2 - 閉ループ光ファイバジャイロスコープ - Google Patents
閉ループ光ファイバジャイロスコープInfo
- Publication number
- JP2567486B2 JP2567486B2 JP1503656A JP50365689A JP2567486B2 JP 2567486 B2 JP2567486 B2 JP 2567486B2 JP 1503656 A JP1503656 A JP 1503656A JP 50365689 A JP50365689 A JP 50365689A JP 2567486 B2 JP2567486 B2 JP 2567486B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- signal
- phase difference
- counter
- modulation
- 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 - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/721—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般的にジャイロスコープに関係し、さらに
詳細には、光ファイバジャイロスコープに関係する。
詳細には、光ファイバジャイロスコープに関係する。
従来の技術 現在迄に閉ループ光ファイバジャイロスコープが集積
光学系を使用して作成されている。公知のジャイロスコ
ープに於いて、光源は光をビームスプリッターに送り、
このビームスプリッターはビームを２つの液に分ける。
これら２つの波は、光ファイバの回りを逆向きに伝播
し、ビームスプリッター上で結合する。位相変調器は光
ファイバ中で中心をずらして設置され、対向して伝播す
る波を位相変調して、信号処理を支援する。合成された
対向して伝播する光波は、パワー検出器によって検出さ
れ、対向して伝播された波間の位相差の関数で増大され
た余弦波出力（Sagnac干渉計効果）を得る。回転軸に対
するファイバループの回転は結合波に位相差を発生し、
これは検出されて回転を決定する出力が導き出される。
光学系を使用して作成されている。公知のジャイロスコ
ープに於いて、光源は光をビームスプリッターに送り、
このビームスプリッターはビームを２つの液に分ける。
これら２つの波は、光ファイバの回りを逆向きに伝播
し、ビームスプリッター上で結合する。位相変調器は光
ファイバ中で中心をずらして設置され、対向して伝播す
る波を位相変調して、信号処理を支援する。合成された
対向して伝播する光波は、パワー検出器によって検出さ
れ、対向して伝播された波間の位相差の関数で増大され
た余弦波出力（Sagnac干渉計効果）を得る。回転軸に対
するファイバループの回転は結合波に位相差を発生し、
これは検出されて回転を決定する出力が導き出される。
フィードバック位相シフトを対向して伝播される波に
与える閉ループ操作を達成し、システムを零動作点に戻
すことにより、その機能が大きく改良される。エラー信
号をキャンセルするのに必要なフィードバックの量は、
回転速度の物差しとなる。
与える閉ループ操作を達成し、システムを零動作点に戻
すことにより、その機能が大きく改良される。エラー信
号をキャンセルするのに必要なフィードバックの量は、
回転速度の物差しとなる。
従来技術の閉ループ光ファイバジャイロスコープの例
が、1987年８月18日に発行された米国特許4,687,330号
及び「INTEGRATED OPTICS:A PRACTICAL SOLUTION FOR T
HE FIBER−OPTIC GYROSCOPE」と題されるSPIEVol.719光
ファイバジャイロ：第10周年会議91986）頁101−112に
見出される。
が、1987年８月18日に発行された米国特許4,687,330号
及び「INTEGRATED OPTICS:A PRACTICAL SOLUTION FOR T
HE FIBER−OPTIC GYROSCOPE」と題されるSPIEVol.719光
ファイバジャイロ：第10周年会議91986）頁101−112に
見出される。
米国特許４、687、330号の場合は、閉ループフィード
バックシステムは、対向して伝播する波の第２高調波変
調に基づき、且つジャイロは第２高調波フィードバック
信号を十分な精度で測定することを不能にする不正確な
スケール因子を被る。
バックシステムは、対向して伝播する波の第２高調波変
調に基づき、且つジャイロは第２高調波フィードバック
信号を十分な精度で測定することを不能にする不正確な
スケール因子を被る。
前掲のSPIE論文に記述される閉ループジャイロの場合
において、デジタル位相傾斜のリセット点がカウントさ
れて、回転の測定がなされる。
において、デジタル位相傾斜のリセット点がカウントさ
れて、回転の測定がなされる。
発明の要約 本発明の主要な目的は、改良された閉ループ光ファイ
バジャイロスコープを提供することにある。
バジャイロスコープを提供することにある。
本発明の一つの特徴において、光ファイバジャイロは
サーボ制御されて、位相差を交互にロックして、３角波
位相変調フィードバック信号の回転による位相差よりも
大きい値及び小さい値を特定する。この３角波は、回転
により誘起された位相シフトをオフセットするように傾
斜づけられる。
サーボ制御されて、位相差を交互にロックして、３角波
位相変調フィードバック信号の回転による位相差よりも
大きい値及び小さい値を特定する。この３角波は、回転
により誘起された位相シフトをオフセットするように傾
斜づけられる。
本発明の別の特徴において、位相変調の傾斜３角波の
上昇傾斜及び下降傾斜において費やされる時間差が測定
されて、回転の測定がなされる。
上昇傾斜及び下降傾斜において費やされる時間差が測定
されて、回転の測定がなされる。
本発明の他の特徴において、対向伝播光波の第２の、
より高い周波数、より低い振幅の位相差変調が採用さ
れ、光ファイバループ内の対向伝播波から導かれる信号
の処理が支援される。
より高い周波数、より低い振幅の位相差変調が採用さ
れ、光ファイバループ内の対向伝播波から導かれる信号
の処理が支援される。
本発明の別の特徴において、第２の、より高い周波数
及びより低い振幅の位相差変調はπ/5ラジアンよりも少
ない振幅を有する。
及びより低い振幅の位相差変調はπ/5ラジアンよりも少
ない振幅を有する。
本発明の別の特徴において、３角波変調の遷移及び第
２位相差変調信号が同期される。
２位相差変調信号が同期される。
本発明の別の特徴において、第２の位相変調信号の変
調周波数fmが以下の関係から決められる。
調周波数fmが以下の関係から決められる。
ここでｎは正の整数であり、T1はファイバループの光
波伝播時間である。
波伝播時間である。
本発明の他の特徴に於いて、３角波位相変調による複
屈折変調の主軸であり、３角波モジュレータへ入るファ
イバループへ導入する光波の偏光と向きが一致され、偏
光子の不完全性によって発生されたエラーが減少され
る。
屈折変調の主軸であり、３角波モジュレータへ入るファ
イバループへ導入する光波の偏光と向きが一致され、偏
光子の不完全性によって発生されたエラーが減少され
る。
本発明の他の特徴において、３角波変調によって導入
された複屈折変調の振幅は、対向して伝播する光波の半
波長の整数倍に調整される。
された複屈折変調の振幅は、対向して伝播する光波の半
波長の整数倍に調整される。
本発明の他の特徴は、増大された余弦波干渉系出力の
フリンジが、３角波位相変調の傾斜間遷移中に計数さ
れ、３角波変調の各傾斜に対する尺度因子が決められ
る。
フリンジが、３角波位相変調の傾斜間遷移中に計数さ
れ、３角波変調の各傾斜に対する尺度因子が決められ
る。
本発明の他の特徴及び利点が添付図面を参照して以下
の記述から明らかである。
の記述から明らかである。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の閉ループファイバジャイロの概略
図、 第２図は２−２線によって囲まれた第１図の装置の電
子回路部分のブロック図、 第３図は第１図のファイバループの結合された対向方
向伝播波のパワー出力対位相差Δφを検出するSagnac干
渉計、 第４図は第１図のジャイロスコープに対する位相変調
及び結果として得られる位相差変調波形図であり、位相
差のπ及び−π値でのロックを示している。
図、 第２図は２−２線によって囲まれた第１図の装置の電
子回路部分のブロック図、 第３図は第１図のファイバループの結合された対向方
向伝播波のパワー出力対位相差Δφを検出するSagnac干
渉計、 第４図は第１図のジャイロスコープに対する位相変調
及び結果として得られる位相差変調波形図であり、位相
差のπ及び−π値でのロックを示している。
第５図はファイバループの回転に対する状態を示す第
４図と同様の波形図、 第６図は別の階段状位相変調を示す第５図と同様の波
形図。
４図と同様の波形図、 第６図は別の階段状位相変調を示す第５図と同様の波
形図。
好適な実施形態の記述 第１図を参照する。本発明の特徴を有する閉ループフ
ァイバジャイロスコープ11が示される。基本ジャイロ11
は上記米国特許4,687,330に開示されるものと同じであ
る。
ァイバジャイロスコープ11が示される。基本ジャイロ11
は上記米国特許4,687,330に開示されるものと同じであ
る。
簡単には、ジャイロスコープ11は、1.3μｍ、1.06μ
ｍ又は0.8μｍの波長の光出力を有するダイオードレー
ザーポンプNd:YAG又はNd:ガラスレーザー、レーザーダ
イオード、又はスーパールミネッセントダイオードの如
き、光源12を含む。光源12からの光は、光ファイバ導波
管13に向けられる。この導波管は次に光を、カナダ国、
オンタリオ州、ミッソーガのCanadian Instrumentation
and Research社から得られるモデムFCの如き、方向性
カプラー14に向ける。方向性カップラー14の出力は、19
83年６月７日発行された米国特許第4,386,822に開示さ
れた様な直線偏光子15をに結合される。偏光された出力
光は、次いで第２の方向性カップラー16に送られる。こ
こで、パワーが分離され、一半分がファイバーコイル17
の一端に与えられ、他の半分がファイバコイル17の他端
に与えられる。２つの波長が１キロメータ長を有する様
なファイバコイル17の回りを対向方向に伝播する。対向
方向でファイバループの回りを通過した後、２つの対向
方向を伝播する光波が、方向性カップラー16内で結合さ
れ、偏光子15及び方向性カップラー14を通過して、パワ
ー検出器に逆に送られて、第３図に示される様に隆起余
弦波信号19を生成している。隆起余弦波信号19は、結合
された反対方向に伝播された光波の位相間の位相差Δφ
のπラジアンの０を含む偶数の整数倍で最大値を有し、
πラジアンの位相差の奇数倍で最小値になる。
ｍ又は0.8μｍの波長の光出力を有するダイオードレー
ザーポンプNd:YAG又はNd:ガラスレーザー、レーザーダ
イオード、又はスーパールミネッセントダイオードの如
き、光源12を含む。光源12からの光は、光ファイバ導波
管13に向けられる。この導波管は次に光を、カナダ国、
オンタリオ州、ミッソーガのCanadian Instrumentation
and Research社から得られるモデムFCの如き、方向性
カプラー14に向ける。方向性カップラー14の出力は、19
83年６月７日発行された米国特許第4,386,822に開示さ
れた様な直線偏光子15をに結合される。偏光された出力
光は、次いで第２の方向性カップラー16に送られる。こ
こで、パワーが分離され、一半分がファイバーコイル17
の一端に与えられ、他の半分がファイバコイル17の他端
に与えられる。２つの波長が１キロメータ長を有する様
なファイバコイル17の回りを対向方向に伝播する。対向
方向でファイバループの回りを通過した後、２つの対向
方向を伝播する光波が、方向性カップラー16内で結合さ
れ、偏光子15及び方向性カップラー14を通過して、パワ
ー検出器に逆に送られて、第３図に示される様に隆起余
弦波信号19を生成している。隆起余弦波信号19は、結合
された反対方向に伝播された光波の位相間の位相差Δφ
のπラジアンの０を含む偶数の整数倍で最大値を有し、
πラジアンの位相差の奇数倍で最小値になる。
検出器18の出力は、電子回路21のシステム内へ送られ
る。このシステムは第２図を参照してより完全に説明さ
れるが、これは、３角波フィードバック信号を発生し、
この信号はファイバコイル17の中心24に関して対称に設
置されファイバコイル17の端部に近接する一対のプッシ
ュプル位相変調器22及び23に送られる。また、電子回路
21は第３の位相変調器25へ出力を発生する。この第３の
位相変調器は、ファイバコイル17の一端に近接して非対
称に設置され、第２位相変調信号は、３角波信号よりも
高い周波数fmを有し、より低い振幅を有する。
る。このシステムは第２図を参照してより完全に説明さ
れるが、これは、３角波フィードバック信号を発生し、
この信号はファイバコイル17の中心24に関して対称に設
置されファイバコイル17の端部に近接する一対のプッシ
ュプル位相変調器22及び23に送られる。また、電子回路
21は第３の位相変調器25へ出力を発生する。この第３の
位相変調器は、ファイバコイル17の一端に近接して非対
称に設置され、第２位相変調信号は、３角波信号よりも
高い周波数fmを有し、より低い振幅を有する。
又、ファイバループ17の一端に近接して設置された単
一位相変調器を、３角波位相変調及び第２の位相変調信
号の両方を印加するのに使用することができる。
一位相変調器を、３角波位相変調及び第２の位相変調信
号の両方を印加するのに使用することができる。
第２図を参照する。電子回路21がより詳細に示され
る。ジャイロ11は、フィードバック３角波によって余弦
波の位相差の＋π及び−πラジアンにロックされる。こ
れは、スイッチ27を介して、±5Vの様な正及び負の参照
電圧を順次切り換えて、加算器28の入力に与え、スイッ
チ31及び32を介して加算器28へ同期して接続されるロッ
クインアンプ29の出力に加えることにより達成される。
る。ジャイロ11は、フィードバック３角波によって余弦
波の位相差の＋π及び−πラジアンにロックされる。こ
れは、スイッチ27を介して、±5Vの様な正及び負の参照
電圧を順次切り換えて、加算器28の入力に与え、スイッ
チ31及び32を介して加算器28へ同期して接続されるロッ
クインアンプ29の出力に加えることにより達成される。
説明を容易にするために、回転がなく、且つ回転がな
い場合、ロックインアンプ29からの出力が零であると仮
定する。従って、回転がない場合、加算器28の出力は、
正及び負の参照電圧間でスイッチされる。加算器28の出
力が積分器33内で積分され、第４図の34で示される形態
の３角波出力信号が生成される。３角波出力34はバッフ
ァーアンプ35によって増幅され、150Vを有しており、位
相変調器22へ送られる。増幅された３角波出力34の第２
の部分はインバータ36によって反転され、第２の位相変
調器23に送られる。２つの３角波は等しい振幅及び反対
の符号を有する相補的な波である。
い場合、ロックインアンプ29からの出力が零であると仮
定する。従って、回転がない場合、加算器28の出力は、
正及び負の参照電圧間でスイッチされる。加算器28の出
力が積分器33内で積分され、第４図の34で示される形態
の３角波出力信号が生成される。３角波出力34はバッフ
ァーアンプ35によって増幅され、150Vを有しており、位
相変調器22へ送られる。増幅された３角波出力34の第２
の部分はインバータ36によって反転され、第２の位相変
調器23に送られる。２つの３角波は等しい振幅及び反対
の符号を有する相補的な波である。
積分器33の時間定数及び参照電圧の値は、３角波の正
及び負の傾斜部分の変化即ち傾斜の割合が、回転による
位相差値Δφｒよりも大きい及び小さい差の値Δφに、
結果として隆起余弦波信号19の位相差Δφを交互に切り
換える修正値を有するように選択される。
及び負の傾斜部分の変化即ち傾斜の割合が、回転による
位相差値Δφｒよりも大きい及び小さい差の値Δφに、
結果として隆起余弦波信号19の位相差Δφを交互に切り
換える修正値を有するように選択される。
低い値の回転の場合、即ち、Δφｒがπラジアンより
も小さい場合、上述の時間定数及び参照電圧レベルは、
第３図の波形19によって示される様に、＋π及び−πラ
ジアンの値にΔφをスイッチする。±πが低回転速度に
対するΔφの好ましい動作値であるが、他の値例えば±
π/2ラジアン、±πラジアンの偶数整数値の様なΔφが
同様に動作値として利用可能である。
も小さい場合、上述の時間定数及び参照電圧レベルは、
第３図の波形19によって示される様に、＋π及び−πラ
ジアンの値にΔφをスイッチする。±πが低回転速度に
対するΔφの好ましい動作値であるが、他の値例えば±
π/2ラジアン、±πラジアンの偶数整数値の様なΔφが
同様に動作値として利用可能である。
３角波変調の傾斜は以下の表現によってΔφと関係し
ている。
ている。
ここでφは単一位相変調器に印加された位相変調であ
り、プッシュプル位相変調ではφ＝φ１−φ２である。
り、プッシュプル位相変調ではφ＝φ１−φ２である。
積分器33からの３角波出力は低及び高参照レベルとの
比較のために高及び低レベル比較器37に送られ、３角波
が参照入力によって決められる各高及び低参照レベルに
到達する時に、出力が出される。参照レベルは３角波の
ピーク値を決める様に設定される。
比較のために高及び低レベル比較器37に送られ、３角波
が参照入力によって決められる各高及び低参照レベルに
到達する時に、出力が出される。参照レベルは３角波の
ピーク値を決める様に設定される。
比較器37の出力は、３角波が比較器37の参照レベルの
一つに当たる時は常に信号を発生するスイッチャー38を
駆動する。スイッチャー38の一出力と同期して、スイッ
チ27が加算器28内の参照電圧を切り換える。スイッチャ
ー38の他の出力は、アップダウンカウンタ39に送られ、
３角波34の正の傾斜中にカウントアップし、３角波34の
負の傾斜中にカウントダウンする。カウンタ39には比較
器／クロックパルス発生器41からのカウントパルスが供
給される。この発生器41は、例えば100kHzの局所発振器
42の出力周波数fmと同期するパルスを発生する。クロッ
クパルス発生器41はまたスイッチャー38に同期パルスを
供給し、スイッチャー38がクロックパルスの積分値と同
期する出力のみを与える様にする。
一つに当たる時は常に信号を発生するスイッチャー38を
駆動する。スイッチャー38の一出力と同期して、スイッ
チ27が加算器28内の参照電圧を切り換える。スイッチャ
ー38の他の出力は、アップダウンカウンタ39に送られ、
３角波34の正の傾斜中にカウントアップし、３角波34の
負の傾斜中にカウントダウンする。カウンタ39には比較
器／クロックパルス発生器41からのカウントパルスが供
給される。この発生器41は、例えば100kHzの局所発振器
42の出力周波数fmと同期するパルスを発生する。クロッ
クパルス発生器41はまたスイッチャー38に同期パルスを
供給し、スイッチャー38がクロックパルスの積分値と同
期する出力のみを与える様にする。
各３角波サイクルの後、アップダウンカウンタ39の出
力が、回転角Θの尺度となる。回転角出力Θの部分は微
分器43に送られ、回転速度Ωの尺度である出力Ωが導か
れる。
力が、回転角Θの尺度となる。回転角出力Θの部分は微
分器43に送られ、回転速度Ωの尺度である出力Ωが導か
れる。
従って、回転がない場合、積分器33の出力は、等しい
時間間隔の正及び負の等しい傾斜を有する３角波34であ
る。従って、アップダウンカウンタの出力は零回転の場
合零を示す。上昇された余弦出力19上の動作点は、−π
及び＋πラジアンで位相ゼロ間で前後に交番する。第３
図参照。
時間間隔の正及び負の等しい傾斜を有する３角波34であ
る。従って、アップダウンカウンタの出力は零回転の場
合零を示す。上昇された余弦出力19上の動作点は、−π
及び＋πラジアンで位相ゼロ間で前後に交番する。第３
図参照。
回転検出を助けるために、局所発振器周波数fmが、以
下の式によってフィイバルール17の対向伝播伝達時間T1
と関係する値に選択される。
下の式によってフィイバルール17の対向伝播伝達時間T1
と関係する値に選択される。
ここでｎは正の整数である。
対向伝播波の位相がfmで変調されている時、各位相差
動作点、ロック値例えば＋π及び−πラジアン（第３図
を見よ）の付近に中心を有する変調周波数fmでのΔφ変
調成分が結果される。Δφのこのfm位相変調は３角波変
調の周波数よりもより高い周波数fmを一般に有し、即
ち、100Hzの３角波周波数に対して100KHzである。
動作点、ロック値例えば＋π及び−πラジアン（第３図
を見よ）の付近に中心を有する変調周波数fmでのΔφ変
調成分が結果される。Δφのこのfm位相変調は３角波変
調の周波数よりもより高い周波数fmを一般に有し、即
ち、100Hzの３角波周波数に対して100KHzである。
fmでの局所発振器42の正弦波出力は、変調位相シフタ
ー44を介して位相変調器25へ送られ、fmでの局所発振器
42の他の出力は検知器18の出力のfm成分の同期検出のた
めにロックインアンプ29に送られる。回転がない場合、
−π及び＋πラジアンのΔφ位相零値にそれぞれロック
された時、検出器18の出力内のfmでの基本周波数成分が
零値（位相零）を有する。ここで、変調周波数fmの第２
高調波が最大振幅である。従って、ロックインアンプ29
の出力及び加算器28への信号入力は零値を有しており、
上昇傾斜部分及び下降傾斜部分に等しい時間間隔を有す
る上述の３角波出力を与える。従って、出力Θ及びΩは
零値を有する。
ー44を介して位相変調器25へ送られ、fmでの局所発振器
42の他の出力は検知器18の出力のfm成分の同期検出のた
めにロックインアンプ29に送られる。回転がない場合、
−π及び＋πラジアンのΔφ位相零値にそれぞれロック
された時、検出器18の出力内のfmでの基本周波数成分が
零値（位相零）を有する。ここで、変調周波数fmの第２
高調波が最大振幅である。従って、ロックインアンプ29
の出力及び加算器28への信号入力は零値を有しており、
上昇傾斜部分及び下降傾斜部分に等しい時間間隔を有す
る上述の３角波出力を与える。従って、出力Θ及びΩは
零値を有する。
しかしながら、回転が存在する場合、回転によって誘
起されたΔφの成分、即ちΔφｒが存在する。これは、
−π及び＋πラジアンの動作点を、回転の符号によって
決められた＋又は−Δφ方向に向かって、回転の速度に
よって決められた量φｒだけシフトする様試みる。φの
−π及び＋πラジアンの位相零値内の動作点において試
みられたシフトは、検出器18の出力で検出された上昇さ
れた余弦信号19内にfmを含むfmの奇数高調波で回転周波
数成分を結果する。好適な実施例に於いて、位相差変調
fmの周波数で回転周波数成分が同期して検出され、ロッ
クインアンプ29によって増幅され、回転の検出に依存す
る符号のdc誤差信号を発生する。このdc誤差信号回転信
号は各増幅器45及び46又は比例積分微分（PID）制御器
によって更に増幅され、スイッチ31及び32によって加算
器28の入力へ同期して切り替わる。
起されたΔφの成分、即ちΔφｒが存在する。これは、
−π及び＋πラジアンの動作点を、回転の符号によって
決められた＋又は−Δφ方向に向かって、回転の速度に
よって決められた量φｒだけシフトする様試みる。φの
−π及び＋πラジアンの位相零値内の動作点において試
みられたシフトは、検出器18の出力で検出された上昇さ
れた余弦信号19内にfmを含むfmの奇数高調波で回転周波
数成分を結果する。好適な実施例に於いて、位相差変調
fmの周波数で回転周波数成分が同期して検出され、ロッ
クインアンプ29によって増幅され、回転の検出に依存す
る符号のdc誤差信号を発生する。このdc誤差信号回転信
号は各増幅器45及び46又は比例積分微分（PID）制御器
によって更に増幅され、スイッチ31及び32によって加算
器28の入力へ同期して切り替わる。
±πラジアンの位相差ロックを有する好適な実施例に
於いて、fmの回転誘起成分は、ｎ＝１を含むfmの奇数整
数ｎ倍である。位相ロックが±πラジアンにある場合、
これは、fmの偶数高調波の零に対応する。後者の場合、
fmの第２高調波を回転を検出するために使用できる。
於いて、fmの回転誘起成分は、ｎ＝１を含むfmの奇数整
数ｎ倍である。位相ロックが±πラジアンにある場合、
これは、fmの偶数高調波の零に対応する。後者の場合、
fmの第２高調波を回転を検出するために使用できる。
加算器28に送られた誤差dc信号の符号は、回転が負の
Δφ方向にある場合、３角波の正の傾斜部分中は誤差信
号は負であり、誤差信号の量だけ加算器28の出力の振幅
を減少し、結果として得られる３角波34の正の傾斜部分
の傾斜をある量だけ減少し、Δφｒをキャンセルし、Δ
φの＋π値上のロックを維持する。これによって、３角
波の経過時間に増大を生じ、高低比較器37の所定の高ピ
ークレベル値に到達する。傾斜された３角波の上方傾斜
部分の減少された正の傾斜はΔφの＋πラジアンにロッ
クするのに十分である。
Δφ方向にある場合、３角波の正の傾斜部分中は誤差信
号は負であり、誤差信号の量だけ加算器28の出力の振幅
を減少し、結果として得られる３角波34の正の傾斜部分
の傾斜をある量だけ減少し、Δφｒをキャンセルし、Δ
φの＋π値上のロックを維持する。これによって、３角
波の経過時間に増大を生じ、高低比較器37の所定の高ピ
ークレベル値に到達する。傾斜された３角波の上方傾斜
部分の減少された正の傾斜はΔφの＋πラジアンにロッ
クするのに十分である。
３角波の負の傾斜部分中、負のdc誤差信号が負の参照
電圧に加えられて、加算器の結果として得られる負の電
圧出力を発生する。この加算器28はdc誤差信号の値だけ
参照電圧よりも負である。これは、３角波の下方傾斜部
分の傾斜を増大し、Δφを−πラジアン値に十分にロッ
クし、時間間隔を減少して高低比較器37の低参照値に到
達する。
電圧に加えられて、加算器の結果として得られる負の電
圧出力を発生する。この加算器28はdc誤差信号の値だけ
参照電圧よりも負である。これは、３角波の下方傾斜部
分の傾斜を増大し、Δφを−πラジアン値に十分にロッ
クし、時間間隔を減少して高低比較器37の低参照値に到
達する。
この結果は第５図に示される様に傾斜した３角波とな
る。アップダウンカウンタ39は傾斜３角波47の上昇傾斜
及び下降傾斜部分間の経過時間の差を測定し、回転角Θ
の尺度であるデジタル出力を発生する。この出力は微分
器43で全経過時間によって割られ、回転速度Ωのデジタ
ル尺度を発生する。
る。アップダウンカウンタ39は傾斜３角波47の上昇傾斜
及び下降傾斜部分間の経過時間の差を測定し、回転角Θ
の尺度であるデジタル出力を発生する。この出力は微分
器43で全経過時間によって割られ、回転速度Ωのデジタ
ル尺度を発生する。
ワンショトマルチバイブレータの様な遷移ブランカー
48は、高及び低レベル比較器37及びクロックパルス発生
器41の遷移出力に応答して、遷移ブランク信号を発生す
る。このブランク信号は、ロックインアンプ29内のゲー
トに送られ、或るスロープから他のスロープへの３角波
の遷移中に、出力を空白にして、遷移に関係する一時的
なエラーを減少する。
48は、高及び低レベル比較器37及びクロックパルス発生
器41の遷移出力に応答して、遷移ブランク信号を発生す
る。このブランク信号は、ロックインアンプ29内のゲー
トに送られ、或るスロープから他のスロープへの３角波
の遷移中に、出力を空白にして、遷移に関係する一時的
なエラーを減少する。
本発明の好適な実施例は、位相差Δφを値＋π及び−
πラジアンの値にロックするが、これは必須事項ではな
い。πラジアン位相差値の他の奇数及び偶数整数倍を採
用することができる。πラジアンΔφ値の偶数整数倍が
好ましい。これは、これらの値は上昇された余弦波信号
の零値に対応し、信号検出は零でより正確であるためで
ある。また、Δφ/2ラジアンの偶数整数倍がロック値と
して採用できる。
πラジアンの値にロックするが、これは必須事項ではな
い。πラジアン位相差値の他の奇数及び偶数整数倍を採
用することができる。πラジアンΔφ値の偶数整数倍が
好ましい。これは、これらの値は上昇された余弦波信号
の零値に対応し、信号検出は零でより正確であるためで
ある。また、Δφ/2ラジアンの偶数整数倍がロック値と
して採用できる。
また、３角波変調器22及び23によって生成された光波
の位相シフトの振幅は相対的に大きい方が、即ち、20π
ラジアンよりも大きい方が好まししが、光ファイバ位相
変調器を使用する場合は、典型的には、100πラジアン
である。
の位相シフトの振幅は相対的に大きい方が、即ち、20π
ラジアンよりも大きい方が好まししが、光ファイバ位相
変調器を使用する場合は、典型的には、100πラジアン
である。
他方、πラジアンの奇数整数倍に対応するロックされ
た位相差Δφ上で作動する時は特に、変調周波数fmでの
正弦波位相変調の振幅は比較的に小さく、即ちπ/5ラジ
アンよりも小さく、好ましくはπ/20ラジアンよりも小
さいピーク値を有する。
た位相差Δφ上で作動する時は特に、変調周波数fmでの
正弦波位相変調の振幅は比較的に小さく、即ちπ/5ラジ
アンよりも小さく、好ましくはπ/20ラジアンよりも小
さいピーク値を有する。
ジャイロを動的にバイアスするのに使用されるfm正弦
波位相振幅の強度の減少は、３通りの方法でシステムに
影響を及ぼす。第１は、所望の変調周波数fm以外の周波
数で検出器18上に入射するスプリアス信号の相対的振幅
を減少し、第２は、光源に戻される光パワーを零に近接
することにより減少して、光源12が分離されることを助
ける。第３は、フォトンノイズを減少する。
波位相振幅の強度の減少は、３通りの方法でシステムに
影響を及ぼす。第１は、所望の変調周波数fm以外の周波
数で検出器18上に入射するスプリアス信号の相対的振幅
を減少し、第２は、光源に戻される光パワーを零に近接
することにより減少して、光源12が分離されることを助
ける。第３は、フォトンノイズを減少する。
作動理論 要約すると、位相変調器22及び23に印加される低周波
数３角波信号は、正方形状波の位相差変調を発生する。
第４図及び第５図を見よ。従って、位相差は、回転によ
るものよりも大きい値から小さい値にへ前後に交番す
る。これら値は、３角波の足の傾斜を調整することによ
り独立に調整される。検出器18に入射する光パワーＰ
は、これらの位相シフトの上昇余弦波の関数として変化
する。従って、出力からのフィードバックは、位相差を
２つの特定の値に交互にロックするために、３角波の傾
斜を調節するのに使用される。例えば、小さい回転速度
に対して、位相差が交互にロックしてπラジアンを足し
たり引いたりすることができる。ジャイロは回転しない
時、３角波は対称であり、位相差を厳密にπ上昇及び下
降シフトする。第４図を見よ。非零回転速度は、しかし
ながら、３角波が傾斜し始めることを必要とする。傾斜
が独立に調節されて一方の方向が他方の方向よりもより
多くの位相差を独立してシフトして、回転速度誘起位相
差に対して補償され、全位相差がプラス及びマイナスπ
ラジアンにロックされる。第５図参照。回転速度は、３
角波の２つの足上で費やされる相対時間によって決定す
ることが出来る。これを理解するために、一つは＋πに
関し、他方は−πに関する回転速度誘起位相差に対する
２つの測定値を有することに我々は気付く。これらの測
定値は傾斜の形態を有し、これらは、或る場合上方傾斜
時間によって、他の場合下降傾斜時間によって割られた
振幅によって考えることが出来る。この振幅は十分な精
度で測定することができない。しかし、上昇振幅は下降
振幅と同じであるので、この上昇振幅は、二つの測定値
を比較することにより除去することが出来る。振幅とは
異なって、時間は正確に測定することができ、回転速度
誘起位相差の正確な測定値が与えられる。この位相シフ
トと回転速度間に正確な関係があると考えると、回転速
度の正確な知識が得られる。
数３角波信号は、正方形状波の位相差変調を発生する。
第４図及び第５図を見よ。従って、位相差は、回転によ
るものよりも大きい値から小さい値にへ前後に交番す
る。これら値は、３角波の足の傾斜を調整することによ
り独立に調整される。検出器18に入射する光パワーＰ
は、これらの位相シフトの上昇余弦波の関数として変化
する。従って、出力からのフィードバックは、位相差を
２つの特定の値に交互にロックするために、３角波の傾
斜を調節するのに使用される。例えば、小さい回転速度
に対して、位相差が交互にロックしてπラジアンを足し
たり引いたりすることができる。ジャイロは回転しない
時、３角波は対称であり、位相差を厳密にπ上昇及び下
降シフトする。第４図を見よ。非零回転速度は、しかし
ながら、３角波が傾斜し始めることを必要とする。傾斜
が独立に調節されて一方の方向が他方の方向よりもより
多くの位相差を独立してシフトして、回転速度誘起位相
差に対して補償され、全位相差がプラス及びマイナスπ
ラジアンにロックされる。第５図参照。回転速度は、３
角波の２つの足上で費やされる相対時間によって決定す
ることが出来る。これを理解するために、一つは＋πに
関し、他方は−πに関する回転速度誘起位相差に対する
２つの測定値を有することに我々は気付く。これらの測
定値は傾斜の形態を有し、これらは、或る場合上方傾斜
時間によって、他の場合下降傾斜時間によって割られた
振幅によって考えることが出来る。この振幅は十分な精
度で測定することができない。しかし、上昇振幅は下降
振幅と同じであるので、この上昇振幅は、二つの測定値
を比較することにより除去することが出来る。振幅とは
異なって、時間は正確に測定することができ、回転速度
誘起位相差の正確な測定値が与えられる。この位相シフ
トと回転速度間に正確な関係があると考えると、回転速
度の正確な知識が得られる。
回転速度測定 回転速度誘起位相差に対する表現、Δφｒは、 Δφｒはπ（T1−T2）／（T1＋T2） ここで、T1及びT2は、３角波の上昇及び下方足に費や
された時間である。これに回転速度Ωを代入すると、 Ω＝λｃ（T1−T2）/4LR（T1＋T2） ここで、λは光の真空中の波長であり、ｃは光の真空
中の速度、Ｌはコイル17中のファイバの長さ、Ｒはコイ
ル17の半径である。
された時間である。これに回転速度Ωを代入すると、 Ω＝λｃ（T1−T2）/4LR（T1＋T2） ここで、λは光の真空中の波長であり、ｃは光の真空
中の速度、Ｌはコイル17中のファイバの長さ、Ｒはコイ
ル17の半径である。
回転角測定 この表現に全時間Ｔ＝T1＋T2を乗算すると、システム
が回転角Θに対する表現は次式で得られる。
が回転角Θに対する表現は次式で得られる。
Θ＝（T1−T2）λc/4LR デジタル化 上述の表現は整数N1N2に対してT1＝N1Tc及びT2＝N2Tc
の関係式を使用することによりクロック時間Tcによって
デジタル化される。これを行うことにより、３角波の遷
移が離散間隔で発生する。しかしながら、３角波の足の
傾斜はデジタル化によって制約を受けず、前と同様に、
位相差がロック点によって一義的に決められる。結果と
して、３角波は、各サイクルの後は同じピーク値に戻ら
ない。３角波のピークの値は一つのサイクルから他のサ
イクルへと返送される情報を含む。一サイクルの後に一
カウントを発生するのには充分に３角波を傾斜しない様
な極めて小さい回転速度だと、複数のサイクルの後に一
カウントを生じる。関係式ΔＮ＝N1−N2をまた使用する
と、 Θ＝ΔNTCλc/4LR を得る。
の関係式を使用することによりクロック時間Tcによって
デジタル化される。これを行うことにより、３角波の遷
移が離散間隔で発生する。しかしながら、３角波の足の
傾斜はデジタル化によって制約を受けず、前と同様に、
位相差がロック点によって一義的に決められる。結果と
して、３角波は、各サイクルの後は同じピーク値に戻ら
ない。３角波のピークの値は一つのサイクルから他のサ
イクルへと返送される情報を含む。一サイクルの後に一
カウントを発生するのには充分に３角波を傾斜しない様
な極めて小さい回転速度だと、複数のサイクルの後に一
カウントを生じる。関係式ΔＮ＝N1−N2をまた使用する
と、 Θ＝ΔNTCλc/4LR を得る。
この形態だと、このシステムはデジタル速度積分ジャ
イロスコープである。
イロスコープである。
ダイナミックレンジの拡張 πラジアンよりも大きいか、−πラジアンより小さい
回転速度は、システムがロックする隆起余弦波上の値を
変化することにより正確に測定できる。このシステムは
隆起余弦波の最小値にロックする場合、回転速度誘起位
相差に対する公式は以下に表現できる。
回転速度は、システムがロックする隆起余弦波上の値を
変化することにより正確に測定できる。このシステムは
隆起余弦波の最小値にロックする場合、回転速度誘起位
相差に対する公式は以下に表現できる。
Δφｒ＝π（nT1＋mT2）／（T1＋T2） ここで、ｎ及びｍは奇数整数であり、ｎπ及びｍπが
システムがロックされる位相差である。ｎ＝１及びｍ＝
−１の場合が上記で扱われている。アナログデジタル速
度積分ジャイロ出力は、 Θ＝（nN1＋mN2）Tcλc/4LR ｎ及びｍの値は、３角波の傾斜の遷移中、フランジ
（隆起余弦波信号19）を計数することによって決定され
る。このフランジの計数は、計数された信号をカウンタ
51へ送り、３角波変調の傾斜間の遷移中のフランジを計
数してｎ及びｍ計数値を導くことにより、第２図の回路
内で達成される。これらの計数値は、マイクロプロセッ
サ52へ送られ、カウンタ39から導かれた対応する累積計
数値N1＋N2と乗算され、出力nN1及びmN2を得、これらは
次に加算されて出力Θが得られる。
システムがロックされる位相差である。ｎ＝１及びｍ＝
−１の場合が上記で扱われている。アナログデジタル速
度積分ジャイロ出力は、 Θ＝（nN1＋mN2）Tcλc/4LR ｎ及びｍの値は、３角波の傾斜の遷移中、フランジ
（隆起余弦波信号19）を計数することによって決定され
る。このフランジの計数は、計数された信号をカウンタ
51へ送り、３角波変調の傾斜間の遷移中のフランジを計
数してｎ及びｍ計数値を導くことにより、第２図の回路
内で達成される。これらの計数値は、マイクロプロセッ
サ52へ送られ、カウンタ39から導かれた対応する累積計
数値N1＋N2と乗算され、出力nN1及びmN2を得、これらは
次に加算されて出力Θが得られる。
相補的３角波変調 ループ17の各端部に設けられ、相補的３角波によって
駆動される２つの位相変調22及び23を使用すると有利で
ある。利点の一つは上方から下方へ及び下方から上方へ
の傾斜の遷移がより対称的であると言うことにある。対
称性が重要であるのは、下降傾斜の振幅が上昇傾斜の振
幅と理想的に同じであるという理由からである。対称的
遷移はシステムの精度を向上する。
駆動される２つの位相変調22及び23を使用すると有利で
ある。利点の一つは上方から下方へ及び下方から上方へ
の傾斜の遷移がより対称的であると言うことにある。対
称性が重要であるのは、下降傾斜の振幅が上昇傾斜の振
幅と理想的に同じであるという理由からである。対称的
遷移はシステムの精度を向上する。
動的バイアス 上述された、動的バイアス手法（fmでの位相変調）
は、上昇された余弦波の最小値に関してシステムを動的
にバイアスする様に機能し、クロックとして機能する。
バイアス変調周波数の信号振幅は、プラス又はマイナス
πからの位相差のずれを見出す。フィードバック電子回
路は、位相差内のエラーを修正することによりこの振幅
を零にする。同じ位相変調器25を、３角波に対するダイ
ナミックバイアスに対して位相変調を生じるのに使用で
きる。しかしながら、好ましい実施例においては、分離
変調器25、22、23はより良く作動する。これは、２つの
波の振幅はその桁を異にするからである。
は、上昇された余弦波の最小値に関してシステムを動的
にバイアスする様に機能し、クロックとして機能する。
バイアス変調周波数の信号振幅は、プラス又はマイナス
πからの位相差のずれを見出す。フィードバック電子回
路は、位相差内のエラーを修正することによりこの振幅
を零にする。同じ位相変調器25を、３角波に対するダイ
ナミックバイアスに対して位相変調を生じるのに使用で
きる。しかしながら、好ましい実施例においては、分離
変調器25、22、23はより良く作動する。これは、２つの
波の振幅はその桁を異にするからである。
入力結合 第１図のジャイロの低い光パワーの要請は、入力結合
を自由に変更することを可能にする。光源12から検出ル
ープ17へ転送されるパワーの量を減少するために第１の
カップラーを調整すると、検出ループ17から光源12へ戻
される量も同様に減少され、ファイバループ17内の光の
より多くが検出器18に与えられる。これは、検出器18上
に入射したパワーを大幅に減少すること無しに干渉計に
よって戻された光から光源12を分離する。約二分の一の
みだけ検出器18上の全パワーを減少することにより、光
源12に戻される光を一桁以上の強度が減少する。更に、
ループ17内のパワーをより効率的に使用すると、光学Ke
rr効果誘起エラーに関する信号が増大される。減少され
た入力結合に対する付加的な利点は、光源パワーのより
多くの部分が他の目的のために利用出来ることにある。
を自由に変更することを可能にする。光源12から検出ル
ープ17へ転送されるパワーの量を減少するために第１の
カップラーを調整すると、検出ループ17から光源12へ戻
される量も同様に減少され、ファイバループ17内の光の
より多くが検出器18に与えられる。これは、検出器18上
に入射したパワーを大幅に減少すること無しに干渉計に
よって戻された光から光源12を分離する。約二分の一の
みだけ検出器18上の全パワーを減少することにより、光
源12に戻される光を一桁以上の強度が減少する。更に、
ループ17内のパワーをより効率的に使用すると、光学Ke
rr効果誘起エラーに関する信号が増大される。減少され
た入力結合に対する付加的な利点は、光源パワーのより
多くの部分が他の目的のために利用出来ることにある。
例えば、多くのジャイロ11に、同じ光源12によってパ
ワーを与えることができる。これはコストを減少し、又
は例えば慣性航法システムにおいてより高価な光源12の
使用を可能とする。又、これは、多重化ジャイロの全て
において光波長が同じであることを補償する。波長の変
異は、３軸システム内の回転ベクトルの方向を間違って
読むことを結果せず、その強度の測定値のみに影響する
ことを意味する。
ワーを与えることができる。これはコストを減少し、又
は例えば慣性航法システムにおいてより高価な光源12の
使用を可能とする。又、これは、多重化ジャイロの全て
において光波長が同じであることを補償する。波長の変
異は、３軸システム内の回転ベクトルの方向を間違って
読むことを結果せず、その強度の測定値のみに影響する
ことを意味する。
周波数シフト、レイリーバックスキャッタリング及びレ
ーザー源 ３角波位相変調は、伝播波の周波数をシフトする。拡
張位相変調器（圧電）は周波数を下方にシフトする。収
縮位相変調器は周波数を上方にシフトする。位相変調
は、ループの回りを伝播する波の周波数を上方及び下方
に交互にシフトする。ループ17の片側の一つの３角波位
相変調器の場合において、一方の波はそれがループ17を
去るまで周波数シフトされず、他方の波は入り込む際に
周波数シフトされる。両波は、プラス及びマイナスftだ
け交互にシフトされた同じ周波数を有してループ17内に
残される。ループ17内に存在する異なる周波数のレイリ
ーバックスキャッタ波は、シフトされないで、３角波変
調器を通過しないか、又は二重に、即ちプラス又はマイ
ナス2ftシフトされて、変調器を２度通過するかの何れ
かである。結果として、バックスキャスタ波は単一波に
又は相互には干渉しない。これは、単一モード及び数モ
ードレーザー12の様な狭いバンド源の使用を可能にする
システム内に於けるノイズへの寄与を著しく減少する。
２つの相補的位相変調器22及び23が使用される場合、２
つの信号波はシフトされないでループ内に存在し、一つ
のバックスキャッタされた波はプラス次にマイナスftだ
けシフトされて存在し、他方のバックスキャッタされた
波はマイナス次にプラスftシフトされる。再び、バック
スキャッタ波は単一波又は互いに干渉しない。プラス又
はマイナスπラジアンにロックされる場合、ftはプラス
及びマイナス1/2T1Hzと等しい。ここで、T1はループ17
の回りの遷移時間である。この後者の場合、fmは1/2T1
である場合、第２の変調信号との干渉を生じ得る。従っ
て、fmは好ましくは3/2T1と選択される。
ーザー源 ３角波位相変調は、伝播波の周波数をシフトする。拡
張位相変調器（圧電）は周波数を下方にシフトする。収
縮位相変調器は周波数を上方にシフトする。位相変調
は、ループの回りを伝播する波の周波数を上方及び下方
に交互にシフトする。ループ17の片側の一つの３角波位
相変調器の場合において、一方の波はそれがループ17を
去るまで周波数シフトされず、他方の波は入り込む際に
周波数シフトされる。両波は、プラス及びマイナスftだ
け交互にシフトされた同じ周波数を有してループ17内に
残される。ループ17内に存在する異なる周波数のレイリ
ーバックスキャッタ波は、シフトされないで、３角波変
調器を通過しないか、又は二重に、即ちプラス又はマイ
ナス2ftシフトされて、変調器を２度通過するかの何れ
かである。結果として、バックスキャスタ波は単一波に
又は相互には干渉しない。これは、単一モード及び数モ
ードレーザー12の様な狭いバンド源の使用を可能にする
システム内に於けるノイズへの寄与を著しく減少する。
２つの相補的位相変調器22及び23が使用される場合、２
つの信号波はシフトされないでループ内に存在し、一つ
のバックスキャッタされた波はプラス次にマイナスftだ
けシフトされて存在し、他方のバックスキャッタされた
波はマイナス次にプラスftシフトされる。再び、バック
スキャッタ波は単一波又は互いに干渉しない。プラス又
はマイナスπラジアンにロックされる場合、ftはプラス
及びマイナス1/2T1Hzと等しい。ここで、T1はループ17
の回りの遷移時間である。この後者の場合、fmは1/2T1
である場合、第２の変調信号との干渉を生じ得る。従っ
て、fmは好ましくは3/2T1と選択される。
偏光エラー 回転速度エラーが不完全偏光子15の結果として生じる
場合がある。少量の光りが、偏光子15の減衰軸を通過し
て存続する。この光は、次に別偏光の光と、両者が偏光
子15から戻り干渉計に存在する時に混合される。これに
よって、元来減衰される偏光光の非往復通路による対向
方向伝播波間に位相エラーを生じる場合がある。位相エ
ラーは偏光子15の振幅減衰比に比例する。結果として、
極めて良好な偏光子15を用いてもかなり大きなものとな
る場合がある。「不完全な偏光子／検光子を有するファ
イバジャイロの位相エラー領域」と題されるElectron.L
ett.20,330−332（1984）を見よ。
場合がある。少量の光りが、偏光子15の減衰軸を通過し
て存続する。この光は、次に別偏光の光と、両者が偏光
子15から戻り干渉計に存在する時に混合される。これに
よって、元来減衰される偏光光の非往復通路による対向
方向伝播波間に位相エラーを生じる場合がある。位相エ
ラーは偏光子15の振幅減衰比に比例する。結果として、
極めて良好な偏光子15を用いてもかなり大きなものとな
る場合がある。「不完全な偏光子／検光子を有するファ
イバジャイロの位相エラー領域」と題されるElectron.L
ett.20,330−332（1984）を見よ。
位相変調器はしばしば複屈折変調に位相変調を伴わせ
る。圧電チューブ形位相変調器は、位相変調に対して約
１から0.01パーセントの複屈折力変調を伴う。
る。圧電チューブ形位相変調器は、位相変調に対して約
１から0.01パーセントの複屈折力変調を伴う。
第１図を再び参照する。２つの変調器22及び23からの
複屈折変調の主軸は偏光子15の主軸と一致する。これ
は、圧電チューブの対称軸が偏光子15と整列する場合に
似ている。３角波の振幅は、２つ相補的な３角波位相変
調器22及び23の各々において近似的にｐπのピーク−ピ
ークの複屈折変調ΔβmLmを生じる様に選択される。こ
こで、ｐは整数であり、Δβｍは２つのことなる偏光子
の偏光定数間の差の変調であり、Lmは変調されたファイ
バの長さである。複屈折率変調振幅を設定すると、上述
では拘束されていない位相変調振幅が同様に設定され
る。従って、偏光子の減衰軸を通過する光位相は、非減
衰波に関して変調される。これは、位相差の関数である
上記２つの間の干渉を平均し、エラーを減少する。
複屈折変調の主軸は偏光子15の主軸と一致する。これ
は、圧電チューブの対称軸が偏光子15と整列する場合に
似ている。３角波の振幅は、２つ相補的な３角波位相変
調器22及び23の各々において近似的にｐπのピーク−ピ
ークの複屈折変調ΔβmLmを生じる様に選択される。こ
こで、ｐは整数であり、Δβｍは２つのことなる偏光子
の偏光定数間の差の変調であり、Lmは変調されたファイ
バの長さである。複屈折率変調振幅を設定すると、上述
では拘束されていない位相変調振幅が同様に設定され
る。従って、偏光子の減衰軸を通過する光位相は、非減
衰波に関して変調される。これは、位相差の関数である
上記２つの間の干渉を平均し、エラーを減少する。
３角波位相変調 上述された様に、本発明のジャイロ11は変調器22及び
23での３角波位相変調を採用する。これは、φの＋π及
び−πラジアンの様な所望の動作点即ち値間の位相差Δ
φをシフトするために必要なのではない。更に、集積光
学系に使用される広帯域位相変調器22及び23の場合にお
いて、上昇傾斜に対してT1幅及びπ−Δφｒ高さ、下降
傾斜に対してT1幅及び−π−Δφｒ高さのステップを有
する、３角階段波位相変調を採用することが出来る。第
６図参照。３角波位相変調は、第４図及び第５図の単純
な３角波位相変調だけでなく、第６図の３角階段の場合
の変調を含むものと定義される。両方ともにΔφの矩形
波変調を発生する。
23での３角波位相変調を採用する。これは、φの＋π及
び−πラジアンの様な所望の動作点即ち値間の位相差Δ
φをシフトするために必要なのではない。更に、集積光
学系に使用される広帯域位相変調器22及び23の場合にお
いて、上昇傾斜に対してT1幅及びπ−Δφｒ高さ、下降
傾斜に対してT1幅及び−π−Δφｒ高さのステップを有
する、３角階段波位相変調を採用することが出来る。第
６図参照。３角波位相変調は、第４図及び第５図の単純
な３角波位相変調だけでなく、第６図の３角階段の場合
の変調を含むものと定義される。両方ともにΔφの矩形
波変調を発生する。
動作値 システムがロックする特定の位相差値が、例示のため
の本開示事項においてモニターされたが、回転による位
相差よりも大きいものと、回転による位相差よりも小さ
い如何なる２つの値をも使用できる。これら位相差値が
高い精度として知られていることのみが重要である。
の本開示事項においてモニターされたが、回転による位
相差よりも大きいものと、回転による位相差よりも小さ
い如何なる２つの値をも使用できる。これら位相差値が
高い精度として知られていることのみが重要である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−228916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−29715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−283812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−212514（ＪＰ，Ａ) 西独国特許公開3123163（ＤＥ，Ａ) 欧州特許出願公開153123（ＥＰ，Ａ)
Claims (44)
- 【請求項１】対向伝播光波を有する広ループジャイロス
コープでフィードバック位相ロックする方法において、
この方法が、 前記対向伝播光波を結合して、この結合した対向伝播光
波間の位相差の関数の振幅を有し、且つ回転に対応する
成分を有する光出力信号を発生し、 前記光学出力信号の前記回転対応成分を検出し、 前記検出された回転対応成分を利用してフィードバック
信号を発生して、上方傾斜及び下降傾斜部分を時間の経
過と共に与え、 前記対向伝播光波をフィードバック信号で位相変調し、 前記結合された対向伝播光波を、回転による位相差より
もそれぞれの大きい、小さい２つの所定の値に交互にロ
ックし、そして 位相差のロックされた値間での遷移を、クロック周期を
有するクロック信号によって与えられる離散的時間間隔
と同期するステップから成る方法。 - 【請求項２】位相差のロックされた値で費やされる各時
間中で発生するクロック周期の計数を含んで、回転を決
定する出力を導くステップを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項３】回転を決定する出力を導く前記ステップ
が、前記２つのロックされた値で費やされる各時間中で
発生するクロック周期の数の差を計算することを含む請
求項２記載の方法。 - 【請求項４】対向伝播光波がロックされる位相差の前記
所定の値が、π/2ラジアンの奇数整数倍である請求項１
記載の方法。 - 【請求項５】対向伝播光波がロックされる位相差の前記
所定の値が、πラジアンの整数倍である請求項１記載の
方法。 - 【請求項６】対向伝播光波がロックされる位相差の前記
所定の値が、πラジアンの奇数整数倍である請求項１記
載の方法。 - 【請求項７】対向伝播光波をフィードバック信号により
位相変調するステップが、対向伝播波の位相を20πラジ
アンよりも大きい位相シフトで変調することを含む請求
項１記載の方法。 - 【請求項８】光ループが、光ファイバ導波管であり、フ
ァイバ光導波管の一部分を引き伸ばすことにより変調さ
れる請求項７記載の方法。 - 【請求項９】位相が、前記光ループの中心の回りに対称
に設置された一対の位置での光波を相補的なフィードバ
ック信号で変調することにより変調される請求項１記載
の方法。 - 【請求項１０】前記位相フィードバック信号の振幅より
も小さい振幅を有し、前記フィードバック信号の周波数
よりも高い変調周波数の第２の信号で対向伝播光波を位
相変調して、前記フィードバック信号の変調周波数と高
調波で関係する結合光出力内の位相差変調出力成分を発
生し、前記第２の信号の変調周波数と高調波で関係する
結合光出力内の位相差変調出力を発生し、そして 前記第２の信号に高調波で関係する光出力成分を検出し
て、位相差がロックされる位相差値からの小さいずれを
検出するステップを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】第２の位相変調周波数fmが近似的に（2n
−１）/2T1にほぼ等しく、ｎが正の整数であり、T1が光
ループの回りの光波伝播時間である請求項10記載の方
法。 - 【請求項１２】ｎが２である請求項11記載の方法。
- 【請求項１３】第２の信号が正弦波であり、対向伝播光
波の正弦波位相差変調を発生する請求項10記載の方法。 - 【請求項１４】第２の信号位相変調が光ループの一端に
近接して発生された請求項10記載の方法。 - 【請求項１５】第２の信号によって発生された位相差変
調がπ/5ラジアンより小さいピーク振幅値を有する請求
項10記載の方法。 - 【請求項１６】第２の信号によって発生された位相差変
調がπ/20ラジアンより小さいピーク振幅を有する請求
項10記載の方法。 - 【請求項１７】前記クロック信号を第２の信号と同期す
るステップを含む請求項10記載の方法。 - 【請求項１８】フィードバック信号が３角波である請求
項１記載の方法。 - 【請求項１９】位相が、ループの一端に近接する単一の
位置で光波を変調することにより変調される請求項１記
載の方法。 - 【請求項２０】導かれた出力が回転角を決める請求項２
記載の方法。 - 【請求項２１】対向伝播光波を偏光して、前記位相変調
の前に共通の偏光を持たせ、そして対向伝播波を位相変
調するステップが、位相変調器を通過する光路の複屈折
率のこれに伴う変調を発生し、そして 複屈折率変調の主軸を対向伝播光波の前記偏光の軸と一
致させるステップを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項２２】発生された複屈折変調の振幅が、対向伝
播光波の半波長の整数倍に調整される請求項21記載の方
法。 - 【請求項２３】対向伝播光波を有する光ループ干渉計を
有する閉ループ光ファイバジャイロスコープにおいて、
このジャイロスコープが、 前記対向伝播光波を結合して、結合された対向伝播光波
間の位相差の関数の振幅を有し、回転に応答する成分を
有する光出力信号を発生する結合手段、 前記光学出力信号の前記回転対応成分を検出するための
検出手段、 前記検出された回転対応成分に応答し、時間の傾斜と共
に上昇傾斜及び下降傾斜を有するフィードバック信号を
発生する波発生手段、 対向伝播光波を前記フィードバック信号によって位相変
調し、結合された対向伝播光波の位相差を、回転による
位相差よりもそれぞれ大きい、小さい２つの所定の値に
交互にロックする位相変調手段、 クロック周期を有するクロック信号を発生するためのク
ロック手段、及び、 前記クロック信号に、前記フィードバック信号の上昇傾
斜及び下降傾斜部分間の遷移を同期するための同期手段
から成ることを特徴とするジャイロスコープ。 - 【請求項２４】位相差のロックされた値上で経過される
各時間中に発生するクロック周期を計数するカウンタを
含む回転を決定する出力を導くための導出手段を含む請
求項22記載のジャイロスコープ。 - 【請求項２５】前記導出手段が、前記２つのロックされ
た値で費やされた各時間中で発生するクロック周期の数
の差を計数するためのカウンタを含む請求項24記載のジ
ャイロスコープ。 - 【請求項２６】対向伝播光波がロックされる前記位相差
の所定の値がπ/2ラジアンの奇数整数倍である請求項23
記載のジャイロスコープ。 - 【請求項２７】対向伝播光波がロックされる位相差の前
記所定の値がπラジアンの整数倍である請求項23記載の
ジャイロスコープ。 - 【請求項２８】対向伝播光波がロックされる位相差の前
記所定の値がπラジアンの奇数整数倍である請求項23記
載のジャイロスコープ。 - 【請求項２９】前記位相変調手段が対向方向波の位相を
20πラジアンよりも大きい位相シフトで変調する請求項
23記載の方法。 - 【請求項３０】光ループが光ファイバ導波管であり、 前記位相変調手段が光ファイバ導波管の部分を引き伸ば
すことによって位相を変調する請求項29記載のジャイロ
スコープ。 - 【請求項３１】前記位相変調手段が、前記光ループの中
心の回りに対称に設置された一対の位相変調部分を含
み、前記波発生器が、一対の相補的波フィードバック信
号を発生し、前記一対の位相変調器部分が対向伝播光波
の位相を変調するための相補的波フィードバック信号に
対応する請求光23記載のジャイロスコープ。 - 【請求項３２】前記フィードバック信号よりも小さい振
幅を有し、前記フィードバック信号の周波数よりも高い
周波数を有する第２の信号を発生するダイナミックバイ
アス信号発生手段、 前記第２の信号に応答して、対向伝播光波の位相を変調
して、前記第２の信号の変調周波数に高調波によって関
係する結合された光出力内の位相差変調出力成分を発生
する位相変調手段、及び 前記第２の信号に高調波で関係している光出力成分を検
出し、位相差がロックする位相差値からの小さなずれを
検出するための検出器手段を含む請求項23記載のジャイ
ロスコープ。 - 【請求項３３】第２の信号fmの周波数がほぼ（2n−１）
/2T1にほぼ等しく、ｎが正の整数であり、T1が前記光ル
ープの回りの光波伝播時間である請求項32記載のジャイ
ロスコープ。 - 【請求項３４】ｎが２である請求項33記載のジャイロス
コープ。 - 【請求項３５】前記第２の信号が正弦波であり、対向伝
播光波の正弦波位相差変調を発生する請求項32記載のジ
ャイロスコープ。 - 【請求項３６】前記位相変調手段が、光ループの一端に
近接して設置される請求項23記載のジャイロスコープ。 - 【請求項３７】第２の信号が、この第２の信号によって
発生された位相差変調がπ/5ラジアンより小さいピーク
振幅を有する様な振幅を有する請求項32記載のジャイロ
スコープ。 - 【請求項３８】第２の信号が、前記第２の信号によって
発生された位相差変調がπ/20ラジアンよりも小さいピ
ーク振幅を有する様な、ピーク値を有する請求項32記載
のジャイロスコープ。 - 【請求項３９】前記クロック信号を第２の信号に対して
同期するための同期手段を含む請求項32のジャイロスコ
ープ。 - 【請求項４０】導かれた出力が回転角を決定する請求項
24記載のジャイロスコープ。 - 【請求項４１】光ループ内の対向伝播光波を直線偏光す
るための光偏光手段、 前記複屈折率変調の主軸を、前記対向伝播光波の前記偏
光軸と一致するための一致手段を含み、 前記位相変調手段が、前記位相変調手段を通過する光路
の複屈折率に伴う変調を発生する請求項23記載のジャイ
ロスコープ。 - 【請求項４２】位相差のロック値間の遷移中に光出力信
号のフリンジを計数し、 この計数されたフリンジの数から、位相差の対応する値
にロックされる前記費やされる時間のスケール因子を決
め、回転を決定する出力を得る請求項２記載の方法。 - 【請求項４３】位相差の２つのロックされた値間の遷移
中に、前記光出力信号のフリンジを計数に対するフリン
ジ計数手段、及び 前記フリンジの計数の数に応答して、位相差の対応する
値にロックされる前記経過時間に対するスケール因子を
導き、回転を決定する出力を導くスケール因子手段を含
む請求項24記載のジャイロスコープ。 - 【請求項４４】前記波発生手段によって発生されたフィ
ードバック信号が３角波である請求項23記載のジャイロ
スコープ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US149,140 | 1988-01-27 | ||
| US07/149,140 US4869592A (en) | 1988-01-27 | 1988-01-27 | Method and apparatus for obtaining a digital measure of absolute rotation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03503568A JPH03503568A (ja) | 1991-08-08 |
| JP2567486B2 true JP2567486B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=22528959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1503656A Expired - Lifetime JP2567486B2 (ja) | 1988-01-27 | 1989-01-27 | 閉ループ光ファイバジャイロスコープ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4869592A (ja) |
| EP (1) | EP0396632B1 (ja) |
| JP (1) | JP2567486B2 (ja) |
| AT (1) | ATE108543T1 (ja) |
| DE (1) | DE68916785T2 (ja) |
| WO (1) | WO1989007237A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220128361A1 (en) * | 2020-10-27 | 2022-04-28 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
| US11815630B2 (en) | 2018-10-22 | 2023-11-14 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Integrated optics quantum weak measurement amplification sensor for remote sensing |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0711423B2 (ja) * | 1990-06-29 | 1995-02-08 | 日本航空電子工業株式会社 | 光干渉角速度計 |
| US5319440A (en) * | 1992-08-25 | 1994-06-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic gyroscopes with depolarized light |
| JPH06307875A (ja) * | 1993-02-24 | 1994-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 信号検出方法及び位相変調度変動の検出方法 |
| US5781296A (en) * | 1995-07-28 | 1998-07-14 | Tokimec Inc. | Closed loop type fiber optic gyroscope for measuring absolute rotation by delta serrodyne wave phase modulation |
| US5767968A (en) * | 1995-12-29 | 1998-06-16 | Honeywell Inc. | Coherent pickup error cancellation device |
| US5854678A (en) * | 1996-06-28 | 1998-12-29 | Honeywell Inc. | Three-axis fiber optic gyroscope having a single source and multi-coupler configuration |
| US5781300A (en) * | 1996-10-31 | 1998-07-14 | Honeywell Inc. | Backscatter error reducer for interferometric fiber optic gyroscope |
| US6115124A (en) * | 1998-12-10 | 2000-09-05 | Litton Systems, Inc. | Method for measurement of PNR bias error in an interferometric fiber optic gyroscope (IFOG) |
| JP4085976B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2008-05-14 | 日産自動車株式会社 | インバータの制御装置及び制御方法 |
| US7515272B2 (en) * | 2006-03-17 | 2009-04-07 | Honeywell International Inc. | Digital feedback systems and methods for optical gyroscopes |
| US7505139B2 (en) * | 2007-03-06 | 2009-03-17 | Bergh Ralph A | Signal processing for a Sagnac interferometer |
| US8497994B2 (en) | 2008-02-14 | 2013-07-30 | Ralph A. Bergh | Interferometer employing a multi-waveguide optical loop path and fiber optic rotation rate sensor employing same |
| WO2011140534A2 (en) | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Bergh Ralph A | Method and apparatus for multiplexing multiple sagnac interferometers with single input for source light |
| EP2593749B1 (en) | 2010-07-14 | 2015-10-07 | Ralph A. Bergh | Occasional calibration phase-difference modulation for sagnac interferometer |
| US20150022818A1 (en) * | 2012-06-08 | 2015-01-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Laser-driven optical gyroscope with push-pull modulation |
| EP3516333B1 (en) | 2016-09-20 | 2023-05-03 | The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University | Optical system and method utilizing a laser-driven light source with white noise modulation |
| US11231278B1 (en) | 2020-10-15 | 2022-01-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for generating broadband spectrum by phase modulation of multiple wavelengths |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2123163B2 (de) * | 1971-05-11 | 1979-07-12 | Deutsche Babcock Ag, 4200 Oberhausen | Mehrstufiges Einspritz Regelventil |
| DE3123163A1 (de) * | 1981-06-10 | 1983-01-05 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "verfahren und anordnung zur messung absoluter drehungen" |
| DE3244010A1 (de) * | 1982-11-27 | 1984-05-30 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Einrichtung zur messung der rotationsgeschwindigkeit |
-
1988
- 1988-01-27 US US07/149,140 patent/US4869592A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-01-27 AT AT89904312T patent/ATE108543T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-01-27 JP JP1503656A patent/JP2567486B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-01-27 EP EP89904312A patent/EP0396632B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-01-27 WO PCT/US1989/000276 patent/WO1989007237A1/en active IP Right Grant
- 1989-01-27 DE DE68916785T patent/DE68916785T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11815630B2 (en) | 2018-10-22 | 2023-11-14 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Integrated optics quantum weak measurement amplification sensor for remote sensing |
| US20220128361A1 (en) * | 2020-10-27 | 2022-04-28 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
| US11619493B2 (en) * | 2020-10-27 | 2023-04-04 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
| US12018944B2 (en) | 2020-10-27 | 2024-06-25 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0396632B1 (en) | 1994-07-13 |
| EP0396632A1 (en) | 1990-11-14 |
| DE68916785T2 (de) | 1994-11-03 |
| ATE108543T1 (de) | 1994-07-15 |
| WO1989007237A1 (en) | 1989-08-10 |
| JPH03503568A (ja) | 1991-08-08 |
| EP0396632A4 (en) | 1992-07-15 |
| DE68916785D1 (de) | 1994-08-18 |
| US4869592A (en) | 1989-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2567486B2 (ja) | 閉ループ光ファイバジャイロスコープ | |
| JP2769924B2 (ja) | 光ファイバ回転センサ | |
| EP0990118B1 (en) | Vibration error reduction servo for a fiber optic gyroscope | |
| JP2528199B2 (ja) | 閉ル―プ位相変調装置及び方法 | |
| JP3990450B2 (ja) | 光ファイバ感知コイル用の固有周波数トラッカ | |
| EP0990117B1 (en) | Fiber optic gyroscope vibration error compensator | |
| EP0935738B1 (en) | Backscatter error reducer for interferometric fiber optic gyroscope | |
| US5442442A (en) | Ring laser gyroscope scale factor error control apparatus and method control apparatus and method | |
| CA2130541A1 (en) | Fibre-optic sagnac interferometer for measuring rate of rotation, comprising a wavelength-stabilized light source | |
| US5237387A (en) | Dual serrodyne resonator fiber optic gyroscope | |
| US5009480A (en) | Fiber optic gyro | |
| EP0416531A2 (en) | Serrodyne resonator fiber optic gyroscope and method for operating it | |
| US5170225A (en) | Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer | |
| US5131749A (en) | Reduction of demodulator offset errors in fibre-optic gyroscopes | |
| Jiang et al. | Suppression of residual intensity modulation induced error in resonator fiber optic gyroscopes with improved modulation technique | |
| JP4520560B2 (ja) | 光ファイバジャイロの縞数を決定するための方法および装置 | |
| KR100416283B1 (ko) | 광섬유자이로스코프변조방법및광섬유자이로스코프출력랜덤워크(randomwalk)소음조정방법 | |
| JPS63138208A (ja) | 位相変調方式光フアイバジヤイロ | |
| KR970007041B1 (ko) | 환형 레이저 자이로스코프 시스템 및 그 측정방법 | |
| JPH02189412A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| JP3271019B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| JPS6280512A (ja) | 光フアイバジヤイロ | |
| GB2227833A (en) | Fibre-optic gyroscope | |
| Kim et al. | All-fiber-optic gyroscopes | |
| JPS62212514A (ja) | 光フアイバジヤイロ |