JP2580783B2 - 光回転角速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光回転角速度センサに関するものである。

［従来の技術］ 光回転角速度センサは、サグナック効果を応用して光
回転角速度を検出するもので、干渉型と共振型の２種類
に大別される。干渉型光回転角度センサは、光学部品の
構成方法で検出感度を高める工夫がなされ、直交偏波方
式，位相変調方式等が提案されている。本発明は、この
位相変調方式の光回転角度センサに関するものである。

位相変調方式の基本構成を、第１図を併用して説明す
る。レーザ光源1,偏光子3,位相変調器4,センシングルー
プ5,受光器6,信号処理回路7,の各々１台と、２台の光カ
プラ2a,2bとからなる。レーザ光源１からの光は光カプ
ラ2aで分岐され、一方は偏光子3,光カプラ2bを介してセ
ンシングループ５に導かれる。センシングループ５を伝
搬する左右両回り光は、光カプラ2bで再び結合し、偏光
子3,光カプラ2aを介して受光器６に導かれる。その際、
両回り光で位相変調器４で位相変調を受けるタイミング
が伝搬時間だけずらされ、等価的にπ/2の位相差を与え
られる。

センシングループ５が角速度Ωで回転すると、センシ
ングループ５を伝搬している左右両回り光に位相差が生
じ（サグナック効果）、受光器６に達する光出力が変化
する。信号処理回路７では、その変化を電位差に変換し
て角速度Ωの情報に変えている。

この場合、所望の測定情報を得るためには、電子回路
のノイズに対応する電位を検出し、これを除去した変化
量を測定することが重要である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の技術では、電子回路のノイズに対応す
る電位を地球上で計測対象物の静止中に検出しているた
め、地球の自転速度に対応する電位も一緒に検出してし
まっていた。即ち、従来は地球の自転速度の電位を含め
たノイズ電位からの変化量で回転角速度を計測していた
ため、 （１）電子回路のノイズと地球自転が分離できない。

（２）従って、地球の自転速度が計測できない。

（３）計測対象物が回転中に、基準電位（オフセット
量）を検出できない。

等の問題点があった。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、
地球の自転速度が計測でき、計測対象物が回転中でも基
準電位が検出できる光回転角速度センサを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光回転角速度センサは、光源からの光を偏光
子を通して光カプラで分岐し、その両分岐光を位相変調
器で位相をずらせてそれぞれセンシングループに導き、
該センシングループを伝搬した左右両回り光を光カプラ
で再び結合後受光器で検出し、信号処理回路で角速度情
報を得る位相変調方式の光回転角速度センサにおいて、
センシングループに入射する光を遮断し、そのとき受光
器から得られる信号から、信号処理回路におけるその後
の回転角速度検出の零角度信号を設定した構成のもので
ある。

［作用］ 信号処理回路では、例えば位相変調周波数成分S1と２
倍調波成分S2との比から回転角速度を求めるが、その前
提となる各周波数成分の同期検波において、電子部品の
性能からあるオフセット電圧Voff1が発生する。静止し
た状態で検出されるオフセット量S1offは、地球上で回
転を検出していることから、自転速度に対応する位相変
調周波数成分S1のオフセット電圧Voff2との和にある。

そこで、センサ起動時にセンシングループに入射する
光を遮断してセンサとしての機能をなくすと、電子回路
ノイズのみが、つまり上記Voff1のみが検出される。従
って、この基準電位を零角度信号として設定すれば、被
計測対象物が回転中でもオフセット電圧の除去が可能と
なり、地球の自転速度も計測できる。

［実施例］ 以下、本発明を第１図を参照しながら説明する。

第１図の位相変調器４により、センシングループ５の
右回り光，左回り光に、ある周波数で位相変調を加える
と、受光器６で検出される信号は、位相変調周波数及び
その高周波成分となる。但し、奇数次の信号に関して
は、センシングループ５が回転を受けないと零であるこ
とが原理的に知られている。

信号処理回路７は、内蔵の同期検波回路により、受光
器６の信号から、位相変調周波数成分S1（１次成分）,2
倍調波成分S2（２次成分）,4倍調波成分S4（４次成分）
を同期検波する。そして、その位相変調周波数成分S1と
２倍調波成分S2の比から回転角速度を求める一方、４倍
調波成分S4と２倍調波成分S2の比を一定にするように位
相変調器４の変調度を加減することで、回転角速度のス
ケーリングを管理している。

上記各周波数成分の検出に用いる同期検波の手法は、
各周波数成分を分離，検出するのには最良の方法と考え
られるが、電子部品の性能からあるオフセット電圧Voff
1が発生する。そこで、オフセット電圧Voff1を除く必要
がある。しかし、地球上で回転を検出しているので、そ
の自転速度に対応する位相変調周波数成分S1のオフセッ
ト電圧Voff2も避けられない。つまり、光回転速度セン
サを起動したときに、静止した状態で検出されるオフセ
ット量S1offは、 S1off＝Voff1＋Voff2 となる。従って、通常の如く、光回転速度センサの起動
時に停止状態でのオフセット量S1offを検出し、その後
の位相変調周波数成分値S1mから減算し、実際の位相変
調周波数成分S1を求める（S1＝S1m−S1off）のでは、地
球の自転速度に起因するオフセット電圧Voff2も差し引
かれてしまう。

そこで、光回転角速度センサの起動時に、センシング
ループ５に入射する光を遮断して、光回転角速度センサ
としての機能をなくす。そして、電子部品の性能から生
ずるオフセット電圧Voff1のみを正しく検出して、これ
を基準電位（オフセット量S1off′）、つまり回転角速
度検出の零角度信号とする。次に、その後の位相変調周
波数成分値S1mからオフセット量S1off′（＝Voff1）を
減算して位相変調周波数成分S1を求め（S1＝S1m−S1of
f′）、２倍調波成分S2との比から回転角速度を求め
る。

このようにすれば、計測対象物が回転中でもオフセッ
ト電圧の除去が可能となり、地球の自転速度も計測でき
る。

センシングループに入射する光を遮断する具体的方法
としては、 （１）レーザ光源１を発光させるための注入電流を遮断
する。

（２）光ファイバ型偏光子３の曲げ径を小さくして遮断
する。

（３）光カプラ2aの分岐比をずらして遮断する。

等のいずれの方法であってもよい。

尚、本方式は、直交偏波方式回転角速度センサにも適
用できるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれは下記の効果が得ら
れる。

（１）電子回路のノイズが減算できるので、計測精度が
上がる。

（２）被計測対象物が回転中でも基準電位が計測でき、
その結果、地球の自転速度よ計測可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光回転角速度のセンサの一実施例を示
す構成図である。 図中、１はレーザ光源、2a,2bは光カプラ、３は偏光
子、４は位相変調器、５はセンシングループ、６は受光
器、７は信号処理回路を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を偏光子を通して光カプラで
   分岐し、その両分岐光を位相変調器で位相をずらせてそ
   れぞれセンシングループに導き、該センシングループを
   伝搬した左右両回り光を光カプラで再び結合後受光器で
   検出し、信号処理回路で角速度情報を得る位相変調方式
   の光回転角速度センサにおいて、 計測対象物の回転中にセンシングループに入射する光を
   遮断して、そのとき、光を検出していない受光器で得ら
   れる信号を、その後の検出回転角速度信号に対する新た
   な零角度信号として設定することを特徴とする光回転角
   速度センサ。