JP2619015B2 - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JP2619015B2 JP2619015B2 JP63245908A JP24590888A JP2619015B2 JP 2619015 B2 JP2619015 B2 JP 2619015B2 JP 63245908 A JP63245908 A JP 63245908A JP 24590888 A JP24590888 A JP 24590888A JP 2619015 B2 JP2619015 B2 JP 2619015B2
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- Japan
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- optical fiber
- light
- modulation
- frequency
- phase
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、光ファイバループ内を互いに逆方向に伝
播する光の位相差を検出して、例えば回転体の回転角速
度を検出する光ファイバジャイロに関する。
播する光の位相差を検出して、例えば回転体の回転角速
度を検出する光ファイバジャイロに関する。
（従来の技術） 光ファイバジャイロは、例えば回転体の回転角速度を
検出する方式のひとつであり、回転体に固定された光フ
ァイバループを互いに逆方向に伝播する光のサニャック
（Sagnac）の位相差を検出する。この光ファイバループ
を用いた光ファイバジャイロは、光源の出力端から干渉
光の検出側までの光の伝播路をすべて光ファイバで構成
することも可能であり、精度が高く寿命も長い。
検出する方式のひとつであり、回転体に固定された光フ
ァイバループを互いに逆方向に伝播する光のサニャック
（Sagnac）の位相差を検出する。この光ファイバループ
を用いた光ファイバジャイロは、光源の出力端から干渉
光の検出側までの光の伝播路をすべて光ファイバで構成
することも可能であり、精度が高く寿命も長い。
この光ファイバジャイロには、例えば第２図のように
構成された位相変調方式のものがある。
構成された位相変調方式のものがある。
まず、光源（例えばレーザーダイオード）12の出力光
は光ファイバ101に導入された後、光方向性結合器（カ
プラ）131に供給される。光方向性結合器131は、例えば
２本の光ファイバのコアを接近させて接合したものであ
り、光ファイバ101から光方向性結合器131に入射した光
は、エバネセント波の作用によって光ファイバ102に透
過するものと光ファイバ103に結合するものとに分離さ
れる。光ファイバ102に透過した光は、さらに光方向性
結合器132によって光ファイバループ14を互いに逆方向
に伝搬する二つの光に分けられる。一方、発振器19は周
波数f0の位相変調信号を出力するものであり、位相変調
信号は増幅器21で増幅された後、位相変調器15を駆動す
る。上記光ファイバループ14を伝搬する両光には光位相
変調器15により位相変調がかけられる。
は光ファイバ101に導入された後、光方向性結合器（カ
プラ）131に供給される。光方向性結合器131は、例えば
２本の光ファイバのコアを接近させて接合したものであ
り、光ファイバ101から光方向性結合器131に入射した光
は、エバネセント波の作用によって光ファイバ102に透
過するものと光ファイバ103に結合するものとに分離さ
れる。光ファイバ102に透過した光は、さらに光方向性
結合器132によって光ファイバループ14を互いに逆方向
に伝搬する二つの光に分けられる。一方、発振器19は周
波数f0の位相変調信号を出力するものであり、位相変調
信号は増幅器21で増幅された後、位相変調器15を駆動す
る。上記光ファイバループ14を伝搬する両光には光位相
変調器15により位相変調がかけられる。
この光ファイバループを伝播しかつ位相変調された二
つの光は、光方向性結合器132により光ファイバ102へ進
む光と光ファイバ104に進む光に分けられるが、光方向
性結合器132からの光は光ファイバループ14を互いに逆
方向に伝播した二つの光の干渉光となる。尚、光ファイ
バ103,104の端部は無反射終端である。
つの光は、光方向性結合器132により光ファイバ102へ進
む光と光ファイバ104に進む光に分けられるが、光方向
性結合器132からの光は光ファイバループ14を互いに逆
方向に伝播した二つの光の干渉光となる。尚、光ファイ
バ103,104の端部は無反射終端である。
光ファイバ102からの干渉光は光方向性結合器131によ
り光ファイバ105に結合され、光検出器16で電気信号に
変換される。この際、光検出器16の入射光は位相変調器
15で位相変調がかけられているため、光検出器16からは
第４図に示すような出力電気信号が得られる。この信号
は増幅器17で増幅された後、同期検波器18に導かれる。
り光ファイバ105に結合され、光検出器16で電気信号に
変換される。この際、光検出器16の入射光は位相変調器
15で位相変調がかけられているため、光検出器16からは
第４図に示すような出力電気信号が得られる。この信号
は増幅器17で増幅された後、同期検波器18に導かれる。
同期検波器18は、増幅器18からの電気信号と共に位相
変調器15の変調周波数f0を発生する発振器19の出力も導
入し、発振器19の発振周波数f0の成分を抽出する。この
同期検出器18の出力は低域フィルタ20に供給される。こ
の低域フィルタ20の出力はDC成分であり、第１次のベッ
セル関数J1とsinΔφ（Δφ：サニャックの位相差）の
積J1・sinΔφに比例する。ベッセル関数は位相変調量
の関数であり、位相変調量を第１次のベッセル関数値が
大きく変化しない安定な点に設定すれば、このフィルタ
20の出力のJ1・sinΔφはΔφの正弦関数であるから、
第３図に示されるように出力とΔφの直線的関係部分ｌ
を利用すればその出力からΔφを一意的に決めることが
できる。
変調器15の変調周波数f0を発生する発振器19の出力も導
入し、発振器19の発振周波数f0の成分を抽出する。この
同期検出器18の出力は低域フィルタ20に供給される。こ
の低域フィルタ20の出力はDC成分であり、第１次のベッ
セル関数J1とsinΔφ（Δφ：サニャックの位相差）の
積J1・sinΔφに比例する。ベッセル関数は位相変調量
の関数であり、位相変調量を第１次のベッセル関数値が
大きく変化しない安定な点に設定すれば、このフィルタ
20の出力のJ1・sinΔφはΔφの正弦関数であるから、
第３図に示されるように出力とΔφの直線的関係部分ｌ
を利用すればその出力からΔφを一意的に決めることが
できる。
しかしながら、上記の方法では、sinΔφの直線的関
係部分を利用するため、測定可能なΔφとしては小さな
値でかつ狭い範囲でしかなく、ダイナミックレンジが狭
いという問題がある。この問題を改善するために、例え
ば「Electronics Letters 10th November 1983 Vol.19
No.23 P.997」に記載された方法がある。以下にこの方
法を説明する。
係部分を利用するため、測定可能なΔφとしては小さな
値でかつ狭い範囲でしかなく、ダイナミックレンジが狭
いという問題がある。この問題を改善するために、例え
ば「Electronics Letters 10th November 1983 Vol.19
No.23 P.997」に記載された方法がある。以下にこの方
法を説明する。
まず、位相変調方式の出力信号Ｐには、変調周波数f0
とその高周波成分（2f0,3f0,4f0,…）がそれぞれサニャ
ックの位相差Δφ（Δφは検出レートに比例）を係数に
含んだ状態で、次のように現れる。
とその高周波成分（2f0,3f0,4f0,…）がそれぞれサニャ
ックの位相差Δφ（Δφは検出レートに比例）を係数に
含んだ状態で、次のように現れる。
但し、Jnはｎ次のベッセル関数、φｍは変調量であ
る。
る。
この出力Ｐのうち、変調周波数の１次成分s1、２次成
分s2を同期検波し、比をとると、 の関係が成立する。このため、サニャックの位相差Δφ
は、 となる。したがってサニャックの位相差（レート）は出
力信号Ｐに含まれる変調周波数の１次成分s1及び２次成
分s2から検出できる。このとき、J2（φｍ）/J
1（φｍ）、すなわちφｍをコンスタントにするため、
４次成分S4も検出し、 が一定値となるよう変調量φｍをコントロール（一定値
に保つ）して、精度を向上させる。すなわち、この方法
では、二つの変調周波数成分の比s1/s2を用いることで
光量変動の影響を除去し、tan-1の計算でダイナミック
レンジを広げている。
分s2を同期検波し、比をとると、 の関係が成立する。このため、サニャックの位相差Δφ
は、 となる。したがってサニャックの位相差（レート）は出
力信号Ｐに含まれる変調周波数の１次成分s1及び２次成
分s2から検出できる。このとき、J2（φｍ）/J
1（φｍ）、すなわちφｍをコンスタントにするため、
４次成分S4も検出し、 が一定値となるよう変調量φｍをコントロール（一定値
に保つ）して、精度を向上させる。すなわち、この方法
では、二つの変調周波数成分の比s1/s2を用いることで
光量変動の影響を除去し、tan-1の計算でダイナミック
レンジを広げている。
しかしながら、上記文献の方法では、第５図に示すよ
うに、ベッセル関数のJ1成分の感度が良好な変調量φｍ
を選定すると、ベッセル関数のJ2及びJ4成分の感度が低
くなる。すなわち、回転角速度に対する感度を高くする
ためには、できるだけ大きな出力振幅を得る必要がある
が、そのために第５図に示すようにJ1を最大にする変調
量φm1に選定すると、J2及びJ4に対する感度が低くなっ
て変調量φｍを一定にコントロールし難くなり、結果と
して J2（φｍ）/J1（φｍ） が安定せず、検出精度が低下するという欠点を有する。
うに、ベッセル関数のJ1成分の感度が良好な変調量φｍ
を選定すると、ベッセル関数のJ2及びJ4成分の感度が低
くなる。すなわち、回転角速度に対する感度を高くする
ためには、できるだけ大きな出力振幅を得る必要がある
が、そのために第５図に示すようにJ1を最大にする変調
量φm1に選定すると、J2及びJ4に対する感度が低くなっ
て変調量φｍを一定にコントロールし難くなり、結果と
して J2（φｍ）/J1（φｍ） が安定せず、検出精度が低下するという欠点を有する。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明に係る光ファイバ
ジャイロは、光を検出する光源と、この光源の送出光を
２分配する分配手段と、この分配手段の各分配光が互い
に逆方向まわりに導かれる光ファイバループと、この光
ファイバループ内を伝播する２つの光に対して位相変調
をかける変調手段と、前記光ファイバループから送出さ
れる干渉光を受光して電気信号に変換する光検出手段
と、この光検出手段の出力信号が供給され、該信号から
前記変調手段の位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周
波数成分s1,s2,s4を抽出する抽出手段と、この抽出手段
で抽出された周波数成分s2,s4が供給され、その成分比s
2/s4の値が１次と２次のベッセル関数が等しいときの値
となるように前記変調手段の変調量を調整する調整手段
と、前記抽出手段で抽出された周波数成分s1,s2が供給
され、 を求めて前記光ファイバループ内を伝播する互いに逆ま
わりの２つの光の位相差を導出する位相差導出手段とを
具備して構成される。
ジャイロは、光を検出する光源と、この光源の送出光を
２分配する分配手段と、この分配手段の各分配光が互い
に逆方向まわりに導かれる光ファイバループと、この光
ファイバループ内を伝播する２つの光に対して位相変調
をかける変調手段と、前記光ファイバループから送出さ
れる干渉光を受光して電気信号に変換する光検出手段
と、この光検出手段の出力信号が供給され、該信号から
前記変調手段の位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周
波数成分s1,s2,s4を抽出する抽出手段と、この抽出手段
で抽出された周波数成分s2,s4が供給され、その成分比s
2/s4の値が１次と２次のベッセル関数が等しいときの値
となるように前記変調手段の変調量を調整する調整手段
と、前記抽出手段で抽出された周波数成分s1,s2が供給
され、 を求めて前記光ファイバループ内を伝播する互いに逆ま
わりの２つの光の位相差を導出する位相差導出手段とを
具備して構成される。
（作用） 上記構成による光ファイバジャイロは、光検出手段の
干渉出力から位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周波
数成分s1,s2,s4を抽出する。そして、このうちの２次と
４次の周波数成分の比s2/s4を求め、この値が１次と２
次のベッセル関数が等しいときの値となるように変調量
φｍを調整し、１次と２次の周波数成分s1,s2からサニ
ャックの位相差Δφを で求める。
干渉出力から位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周波
数成分s1,s2,s4を抽出する。そして、このうちの２次と
４次の周波数成分の比s2/s4を求め、この値が１次と２
次のベッセル関数が等しいときの値となるように変調量
φｍを調整し、１次と２次の周波数成分s1,s2からサニ
ャックの位相差Δφを で求める。
（実施例） 以下、第１図を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。
る。
第１図はその構成を示すブロック図である。但し、第
１図において、説明の重複を避けるために、第２図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、第２図
とは異なる部分を主体に説明する。
１図において、説明の重複を避けるために、第２図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、第２図
とは異なる部分を主体に説明する。
第１図を第２図と比較しても明らかなようにこの実施
例では、光源12、光ファイバ101〜105、光ファイバルー
プ14、位相変調器15、発振器19（増幅器を含んでもよ
い）、光検出器16（増幅器を含んでもよい）、光方向性
結合器131,132は第２図と同様であり、以下に述べる点
が第２図と異なり、この発明の特徴をなす部分である。
例では、光源12、光ファイバ101〜105、光ファイバルー
プ14、位相変調器15、発振器19（増幅器を含んでもよ
い）、光検出器16（増幅器を含んでもよい）、光方向性
結合器131,132は第２図と同様であり、以下に述べる点
が第２図と異なり、この発明の特徴をなす部分である。
まず、光検出器16の出力は同期検出器30に送出され
る。同期検波器30には発振器19の位相変調周波数出力も
供給される。同期検波器30の出力は演算回路40に送出さ
れる。演算回路40は同期検波器30の出力からサニャック
の位相差Δφを導出し、また位相変調量が一定になるよ
う発振器19も制御する。
る。同期検波器30には発振器19の位相変調周波数出力も
供給される。同期検波器30の出力は演算回路40に送出さ
れる。演算回路40は同期検波器30の出力からサニャック
の位相差Δφを導出し、また位相変調量が一定になるよ
う発振器19も制御する。
次に、上記構成によるジャイロの動作について説明す
る。第２図の場合と同様に、発振器19の出力を位相変調
器15に送り、光ファイバループ14を互いに逆方向に伝播
する光に位相変調をかける。このとき、位相変調周波数
信号の振幅（変調量φｍ）は、ベッセル関数 J1（φｍ）＝J2（φｍ） を満足する近くに設定される。この位相変調を受けた光
は光方向性結合器132により光ファイバ102へ進む光と光
ファイバ104へ進む光に分けられるが、光方向性結合器1
32からの光は光ファイバループ14を互いに逆方向に伝播
した二つの光の干渉光となる。
る。第２図の場合と同様に、発振器19の出力を位相変調
器15に送り、光ファイバループ14を互いに逆方向に伝播
する光に位相変調をかける。このとき、位相変調周波数
信号の振幅（変調量φｍ）は、ベッセル関数 J1（φｍ）＝J2（φｍ） を満足する近くに設定される。この位相変調を受けた光
は光方向性結合器132により光ファイバ102へ進む光と光
ファイバ104へ進む光に分けられるが、光方向性結合器1
32からの光は光ファイバループ14を互いに逆方向に伝播
した二つの光の干渉光となる。
光ファイバ102からの干渉光は、光方向性結合器131に
より光ファイバ105に結合された後、光検出器16で検出
され、電気信号となって同期検波器30に送られる。この
同期検波器30は光検出器16の出力を発振器19の位相変調
波出力の整数倍の周波数で同期検波し、周波数が位相変
調周波数の整数倍の信号成分s1,s2,s4を抽出する。この
信号成分s1,s2,s4は演算回路40に供給され、この演算回
路40によりサニャックの位相差Δφが、 により求められる。同時に、s2,s4の値から変調量φｍ
が求められ、 J1（φｍ）＝J2（φｍ） となるよう位相変調器15の変調量φｍがフィードバック
制御される。すなわち、 s2/s4＝J2（φｍ）/J4（φｍ） であるから、J2/J4の値から変調量φｍが第５図に示す
特性により求められる。これはJ2/J4の値に対応した変
調量φｍの値を記憶したメモリからφｍを読み出すこと
により求められる。この変調量φｍはJ1＝J2における変
調量φｍ′になるように制御される。尚、第５図の
φｍ′においてJ2/J4は一意的に決まるので、J2/J4の値
（s2/s4の値）が、φｍ′（J1＝J2）における値になる
ようにφｍを制御する方法でもよい。
より光ファイバ105に結合された後、光検出器16で検出
され、電気信号となって同期検波器30に送られる。この
同期検波器30は光検出器16の出力を発振器19の位相変調
波出力の整数倍の周波数で同期検波し、周波数が位相変
調周波数の整数倍の信号成分s1,s2,s4を抽出する。この
信号成分s1,s2,s4は演算回路40に供給され、この演算回
路40によりサニャックの位相差Δφが、 により求められる。同時に、s2,s4の値から変調量φｍ
が求められ、 J1（φｍ）＝J2（φｍ） となるよう位相変調器15の変調量φｍがフィードバック
制御される。すなわち、 s2/s4＝J2（φｍ）/J4（φｍ） であるから、J2/J4の値から変調量φｍが第５図に示す
特性により求められる。これはJ2/J4の値に対応した変
調量φｍの値を記憶したメモリからφｍを読み出すこと
により求められる。この変調量φｍはJ1＝J2における変
調量φｍ′になるように制御される。尚、第５図の
φｍ′においてJ2/J4は一意的に決まるので、J2/J4の値
（s2/s4の値）が、φｍ′（J1＝J2）における値になる
ようにφｍを制御する方法でもよい。
このようにしてサニャックの位相差Δφを求める第１
の利点は、J1（φｍ）＝J2（φｍ）となるように位相変
調器15の振幅（変調量φｍ）を設定することにより、従
来（３）式より求めていたサニャックの位相差が（５）
式に示されるようにより簡単な式で求められ、これによ
って演算速度が向上する点にあり、第２の利点は位相変
調周波数の２次、４次成分が高感度で求められるため、
位相変調量φｍのフィードバック制御が安定して行える
点にあり、結果として従来の欠点を補うことが可能であ
る。
の利点は、J1（φｍ）＝J2（φｍ）となるように位相変
調器15の振幅（変調量φｍ）を設定することにより、従
来（３）式より求めていたサニャックの位相差が（５）
式に示されるようにより簡単な式で求められ、これによ
って演算速度が向上する点にあり、第２の利点は位相変
調周波数の２次、４次成分が高感度で求められるため、
位相変調量φｍのフィードバック制御が安定して行える
点にあり、結果として従来の欠点を補うことが可能であ
る。
［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、安定したスケー
ルファクタが得られ、高性能化を実現できる光ファイバ
ジャイロを提供することができる。
ルファクタが得られ、高性能化を実現できる光ファイバ
ジャイロを提供することができる。
第１図はこの発明に係る光ファイバジャイロの一実施例
の構成を示すブロック図、第２図は従来の光ファイバジ
ャイロの構成を示すブロック図、第３図は従来の光ファ
イバジャイロの出力特性図、第４図は位相変調方式の光
ファイバジャイロにおける位相変調波と光検出器出力の
関係を示す特性図、第５図は従来及びこの発明の光ファ
イバジャイロを説明するためのベッセル関数曲線を示す
図である。 12……光源、14……光ファイバループ、15……位相変調
器、16……光検出器、19……発振器、30……同期検波
器、40……演算回路、101〜105……光ファイバ、131,13
2……光方向性結合器。
の構成を示すブロック図、第２図は従来の光ファイバジ
ャイロの構成を示すブロック図、第３図は従来の光ファ
イバジャイロの出力特性図、第４図は位相変調方式の光
ファイバジャイロにおける位相変調波と光検出器出力の
関係を示す特性図、第５図は従来及びこの発明の光ファ
イバジャイロを説明するためのベッセル関数曲線を示す
図である。 12……光源、14……光ファイバループ、15……位相変調
器、16……光検出器、19……発振器、30……同期検波
器、40……演算回路、101〜105……光ファイバ、131,13
2……光方向性結合器。
Claims (1)
- 【請求項１】光を送出する光源と、この光源の送出光を
２分配する分配手段と、この分配手段の各分配光が互い
に逆方向まわりに導かれる光ファイバループと、この光
ファイバループ内を伝播する２つの光に対して位相変調
をかける変調手段と、前記光ファイバループから送出さ
れる干渉光を受光して電気信号に変換する光検出手段
と、この光検出手段の出力信号が供給され、該信号から
前記変調手段の位相変調周波数を１倍、２倍、４倍の周
波数成分s1,s2,s4を抽出する抽出手段と、この抽出手段
で抽出された周波数成分s2,s4が供給され、その成分比s
2/s4の値が、１次と２次のベッセル関数が等しいときの
値となるように前記変調手段の変調量を調整する調整手
段と、前記抽出手段で抽出された周波数成分s1,s2が供
給され、 tan-1（Ｋ・s1/s2） （Ｋは定数） を求めて前記光ファイバループ内を伝播する互いに逆ま
わりの２つの光の位相差を導出する位相差導出手段とを
具備する光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63245908A JP2619015B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63245908A JP2619015B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0293319A JPH0293319A (ja) | 1990-04-04 |
| JP2619015B2 true JP2619015B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=17140618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63245908A Expired - Lifetime JP2619015B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2619015B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4889125B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2012-03-07 | 積水樹脂株式会社 | 防護柵 |
| CN112781578B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-07-15 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种标度因数自适应控制的光纤陀螺及方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6212811A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-21 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63245908A patent/JP2619015B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0293319A (ja) | 1990-04-04 |
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