JP2722013B2 - 基準信号位相揺動方式による単段復調器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光ファイバ回転センサに関し、特に検出さ
れた回転速度信号中の誤差を少なくする信号処理能力を
有する光ファイバ回転センサに関する。

背景技術 光ファイバ回転センサは、サニャック効果（Sagnac
effect）に基づいて動作する干渉測定装置である。光フ
ァイバコイル中を互いに逆方向に伝播する２本の光ビー
ム（逆方向伝播ビーム対）の間の位相ずれ量はセンサの
回転速度に正比例する。回転速度ゼロの場合、逆方向伝
播ビーム対はコイル内を同じ距離だけ進むので、コイル
の出力点では互いに同相になる。

逆方向伝播ビーム対の位相関係から、これらのビーム
対を再結合した光ビームの強度はコイルの出力点で検出
される位相ずれ量に比例する。回転速度ゼロでは、逆方
向伝播ビーム対は互いに同相で再結合するから、光強度
は、位相ずれ量の関数として変化する余弦特性のために
最大となる。しかしながら、この余弦特性の結果、回転
センサは、余弦曲線の頂点近辺においては位相ずれに関
する光強度の導関数の値が小さいため、回転速度の小さ
な変化に対する感度が比較的低い。

このような感度の低さをなくすため、位相バイアスを
逆方向伝播ビーム対に加えて、回転速度ゼロの点が増感
領域に入るよう光強度曲線の位相を変えることが行われ
る。典型的な場合で言うと、これはコイル伝播時間の逆
数の２分の１、すなわち固有周波数に等しい変調周波数
の正弦波または方形波により位相変調することによって
行われる。

位相変調された信号中の回転速度情報を再生するのに
単段復調器を用いると、系の速度バイアスに直流オフセ
ット電圧が占める割合を小さくするために復調器前段の
増幅器の交流利得を大きくする必要がある。すなわち、
オフセット電圧は信号振幅の増加に比較的影響されない
ため、信号を増幅することにより直流オフセット電圧が
寄与する誤差率を減少させることができる。このように
大きい利得が要求されることから、正弦波位相変調の特
徴である固有周波数の大きな偶数高調波を伴わない理想
的な変調された速度信号が得られる方形波位相変調を用
いることが必要となる。

しかしながら、方形波位相変調自体にも、速度バイア
スが大きく、また変化し易い（すなわち変調された速度
信号が不正確）等の正弦波位相変調を用いたシステムで
は見られない問題がある。これらのバイアス項は、例え
ばエッジの立ち下がりが完全に時間ゼロでは行われな
い、デューティサイクルが50％でない、または周波数が
正確に固有周波数になっていない、あるいはこれらの条
件が併存する等、方形波の波形が完全でないことに起因
するものである。これらの欠陥は、変調された速度信号
中に固有周波数の２倍の周波数の好ましくないスパイク
を生じさせる。

理想的な場合について言うと、スパイクは基準周波数
について矩象状（90度位相がずれた）の誤差信号であ
り、基準信号が変調された速度信号と正確に同相であれ
ば、位相を検出する復調器によって拒絶されるはずであ
る。しかしながら、誤差信号スパイクのパワーは非常に
狭い範囲に集中しているため、基準信号と変調された速
度信号との間に小さな誤差があると、これらのスパイク
が全面的に復調されてしまうことがある。スパイクによ
って引き起こされるこのような小さい位相誤差の大きさ
と方向は回転速度バイアス誤差の大きさと極性を決定
し、これが重要な意味を持つことがある。

発明の開示 本発明の目的は、固有周波数の方形変調信号の不完全
さのために生じる回転速度のバイアス項を補償するため
の手段を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明による光ファイバ回転セ
ンサは、ウェーブガイド（光導波路）ループを具備し、
ある周波数の方形変調波により変調され、コイル出力点
で再結合され、その結果得られる光強度が回転速度変化
の尺度として用いられる上記方形変調波の不完全さに起
因する誤差を含んだビーム対をして上記ウェーブガイド
中を互いに逆方向に伝播させ、ある周波数の信号を中心
として位相揺動させた（phase dithered）基準信号によ
り上記のコイル出力点で再結合されたビームから信号を
復調することによって前述した方形波の不完全さにより
生じる速度バイアス誤差を減少させ、これによって回転
センサの精度を改善するものである。

すなわち、本発明は、方形波変調信号の使用するため
に変調された速度信号中に生じる誤差を減少させるもの
である。このように誤差が減少することによって光ファ
イバ回転センサに単段復調器を使用することが可能とな
り、変調された速度信号の信号処理が簡単化される。

本発明の上記及びその他の目的並びに特徴及び長所
は、この後記載する添付図面に示す本発明の実施例の詳
細な説明に鑑みて明らかとなろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置を含む光ファイバ回転センサの
ブロック図である。

図２は、回転速度変化がない場合における方形変調波
によって変調された逆方向伝播ビーム対の光強度対位相
ずれ曲線を示すグラフである。

図３は、回転速度変化がないときの図１の回路におけ
るセレクト信号のタイミング図で、信号処理に位相揺動
法を用いない場合を示す。

図４は、回転速度変化がないときの図１の回路におけ
るセレクト信号のタイミング図で、信号処理に位相揺動
法を用いた場合を示す。

図５は、回転速度が変化するときにおける方形変調波
によって変調された逆方向伝播ビーム対の光強度対位相
ずれ曲線を示すグラフである。

図６は、回転速度が変化するときの図１の回路におけ
るセレクト信号のタイミング図で、信号処理に位相揺動
法を用いた場合を示す。

図７は、積分器、緩慢な１次遅延回路及び３つの極を
いずれも同じ周波数とした緩慢な３次遅延回路のボード
線図を示すグラフである。

実施例の説明 図１において、例えば光ファイバジャイロスコープ
（FOG）よりなる光ファイバ回転センサ10は、低コヒー
レンス光ビームを光ファイバ14中へ放出する光源12を有
する。この光ビームは、通常約50％の結合効率を有して
入力光の50％を光ファイバ18沿いに集積光デバイス（IO
デバイス）20へ送る周知の結合器16へ伝播する。IOデバ
イス内において、光ビームは、光ファイバジャイロスコ
ープの相反性を確保するため偏光子22に入力される。そ
の後、光ビームは２つに分割される。これら２つの各光
ビームはそれぞれ対応するウェーブガイド24、26を通っ
て伝播し、IOデバイスを出た後、光ファイバコイル28内
を互いに逆方向に伝播する。光ファイバコイル28は、例
えば長さ150メートルの光ファイバを円筒状スプールに
巻きつけたものよりなる。

光ファイバジャイロスコープの動作は、周知のサニャ
ック効果に基づくもので、コイルの平面に垂直な軸の回
りにコイルを回転させると、コイルの逆方向伝播ビーム
対の伝播距離が等しくなり、コイル出力点で位相が互い
にずれて再結合される。その結果生じる位相差は光ファ
イバジャイロスコープの回転速度に正比例したものとな
る。

回転速度情報は逆方向伝播光ビーム対間の位相ずれに
基づいて与えられるから、光ファイバジャイロスコープ
の精度は、一部、各光ビームが進行する光路をどの程度
等しくすることができるかによって決まる。このような
光路沿いの同等性の尺度を相反性と称する。相反性を保
つことがことができれば、逆方向伝播光ビーム対は同相
で再結合されるから、再結合された光信号が、回転がな
い場合、最大強度を有するはずである。しかしながら、
回転速度の小さな変化に対する光ファイバジャイロスコ
ープの感度は、図２の（ｂ）に示すような位相ずれの関
数である光強度の１＋cosφ特性のために十分ではな
い。φはセンサの回転によって生じるサニャック効果に
よる位相ずれ量である。閉ループ光ファイバジャイロス
コープにおいては、φは回転速度の変化、すなわちラジ
アン/sec2を表し、一方閉ループ光ファイバジャイロス
コープにおいては、φは回転速度、すなわちラジアン/s
ecを表す。この本発明の実施例は、閉ループの位相ずれ
零化型光ファイバジャイロスコープよりなるものとして
説明する。

光ファイバジャイロスコープ感度を改善するために
は、動的位相バイアスを逆方向伝播光ビーム対に加えて
光強度曲線の領域を効果的にずらす。この動的位相バイ
アスは、回転速度の小さな変化に対して最大の感度を達
成するためにセンサを交番に±90゜の位相バイアスで動
作させるよう加えられる。位相バイアスは正弦波または
方形波信号で与えられる。

本発明の図示実施例においては、位相揺動回路30によ
ってコイルの固有周波数の方形波バイアス信号を発生さ
せ、ライン32を介してIOデバイス20に作り込まれた動バ
イアス変調器34に供給する。動バイアス変調器34は、ウ
ェーブガイド26を囲むように設けられた一対の電極36、
38よりなる。動バイアス変調器34は、方形波バイアス信
号で励振されてウェーブガイド26中の光ビームを位相変
調する。

コイル中を互いに逆方向に伝播した光ビームは、IOデ
バイス20に戻って再結合され、偏光子22を通過する。そ
の後、再結合された光ビームはIOデバイスの出、光ファ
イバ18を介して結合器16へ伝播する。再結合されたビー
ムの一部（例えば通常のごとく50％）は、結合器16を
出、光ファイバ42を介して例えばPINダイオードからな
る検波器44へ進む。検波器は、変調された光信号を大き
さが光強度に比例する交流電圧信号に変換する。次に、
この電圧信号はライン46により広い帯域にわたって利得
が一定した広帯域増幅器48に供給され、増幅器48は増幅
した出力信号をライン50を介して復調器52へ供給する。

ライン54より供給される復調器の基準信号は、本発明
による位相揺動回路30によって発生する。発振器56は、
方形波信号を発生させ、ライン58を介してカウンタ60
（例えばテキサス・インスツルメンツのモデル74LS16
3）及びシフトレジスタ62（例えばテキサス・インスツ
ルメントのモデル74LS164）に供給する。カウンタ60
は、ライン58からの入力信号をコイルの固有周波数に分
周して、この周波数を表す信号をライン64を介してシフ
トレジスタ62に供給する。シフトレジスタ62は、ライン
58上の発振器56の出力信号によってクロックされ、３つ
の出力信号を発生させる。そのうちライン32上の１つの
信号は、動バイアス変調器34へ変調信号として供給され
る固有周波数基準信号である。ライン66、68上の他の２
つの信号もやはり固有周波数を有するが、ライン66上の
信号は固有周波数基準信号に対して位相進みを持たせる
よう１クロック周期だけ移相され、ライン68上のもう一
つの信号は固有周波数基準信号に対して位相遅れを持た
せるよう１クロック周期移相されている。これらの２つ
の移相された信号はマルチプレクサ（MUX）70（例え
ば、テキサス・インスツルメンツのモデル74LS157）へ
供給される。

マルチプレクサ70は、位相揺動発生器74からライン72
を介して供給される２レベル信号（例えば方形波信号）
に応答して、ライン66、68を介してマルチプレクサの入
力に供給される２つの信号の一方を選択し、ライン54に
接続されたマルチプレクサの出力に生じさせる。２レベ
ル信号は平均値がゼロであり（すなわち直流分なし）、
周期性でも非周期性でもよい。このような信号は、例え
ば平均値ゼロのホワイトノイズ供給源の出力を固有周波
数より低く、光ファイバジャイロスコープの閉ループ帯
域よりは高い周波数成分を含む周波数スペクトルが得ら
れるように帯域濾過することによって作ることができ
る。ライン54上のマルチプレクサ出力は、復調器52（代
表的なものとしてはギルバート（Gilbert）セルアナロ
グ乗算器）に供給され、ライン50上の変調された速度信
号と乗算される。このようにして、マルチプレクサ出力
信号を復調器基準信号として用いる復調により変調され
た速度信号から回転速度情報が取り出される。

復調器の出力信号はライン76を介して周知の利得を有
する積分器78に供給される。この積分器の出力はライン
80を介して周知のランプ波発生器82に供給され、ランプ
波発生器82は正負両極性のランプ波信号または階段波信
号をライン84に発生させ、前述した動バイアス変調器34
と同様のIOデバイス20上に作り込まれた電極対88、89よ
りなるセロダイン（serrodyne）変調器86に供給する。
この実施例においては、直線性の良い両極性ランプ波信
号を用いるものとする。ライン84上のランプ波信号の勾
配（すなわち周波数）及び極性は、積分器78の出力信号
の関数である。ランプ波信号の大きさ（振幅）が精密電
圧基準によって保持されたレベルに達すると、ランプ波
電圧は急速にゼロボルトまで放電される。そして、ラン
プ電圧の振幅は再び直線状に増加し始め、光ファイバコ
イル28内の逆方向伝播光ビーム対に対する位相バイアス
を与える鋸歯状歯を作り出す。この位相バイアスは回転
によって生じる位相ずれを零化（相殺）する。ライン84
上の信号は、回転速度を表するランプ波周波数をカウン
トしてディスプレイ91に表示させるカウンタ90にも入力
される。ここで、ディスプレイとは、広義の意味におい
て、回転速度情報を最終的に利用する何らかの装置を指
すものとする。

図１の実施例の光ファイバジャイロスコープは、光信
号の位相ずれを閉ループで処理して回転速度を検出す
る。光ファイバジャイロスコープが一定回転速度で動作
しているときは、セロダイン変調器86によって加えられ
る位相バイアスの量も一定である。すなわち、安定状態
で動作する。しかしながら、光ファイバジャイロスコー
プの回転速度が変化する、すなわち加速度が生じると、
セロダイン変調器86により加えられる位相バイアスの大
きさでは、新たな回転速度によって生じる位相ずれを相
殺し得なくなる。従って、セロダイン変調器によって加
えるべき新たな位相バイアスの大きさを算出しなければ
ならない。

光ファイバジャイロスコープの回転速度が変化すると
き、増幅器48の出力は固有周波数の成分を含む。この出
力信号を復調すると、大きさが回転速度の関数である直
流成分を含む周波数スペクトルを有する復調された出力
がライン76上に発生する。次に、復調器出力は積分さ
れ、新たな回転速度によって生じる位相ずれを相殺する
ために、ライン84上のランプ波信号の周波数及び極性が
積分器出力の大きさの関数としてセットされる。実際に
は、積分器は回転の加速度項を積分して回転速度を得て
おり、ランプ波発生器はセロダイン変調器が回転によっ
て生じる位相ずれを相殺するために必要とするランプ波
信号を供給する。

次に、この実施例のシステムの動作を例を用いて詳細
に説明する。図２には、図１の光ファイバジャイロスコ
ープが一定速度で回転している時の主要なライン上の信
号間の関係が示されている。波形92（図２、波形図
（ａ））は、ライン32上のコイルの固有周波数の方形変
調波信号である。波形92が光強度曲線93（図２、曲線
（ｂ））を変調すると、波形94（図２、波形図（ｃ））
が得られる。しかしながら、方形変調波は、変調された
速度信号中に固有周波数の２倍の周波数の周期性スパイ
ク（図２、波形図（ｃ））を生じさせる。これらのスパ
イクは、例えば、変調波の方形波の正変化エッジ及び負
変化エッジの不完全性、及び変調信号の高調波や側波帯
によって引き起こされる。波形図（ｃ）の斜線が付され
ていないスパイク95は変調波の正変化エッジ96より生
じ、他方斜線を付したスパイク98は変調波の負変化エッ
ジ100より生じる。

図３には、位相揺動した復調器基準信号を得るための
本発明の位相揺動装置を使用せず、光ファイバジャイロ
スコープガが一定速度で回転している場合の信号のタイ
ミング図が示されている。波形102（図３、波形図
（ａ））は、ライン58上の発振器56の出力である。波形
104（図３、波形図（ｂ））はライン64上におけるカウ
ンタ60のコイル固有周波数の出力である。カウンタ出力
はシフトレジスタ62によって数クロックサイクル移相さ
れ、その結果ライン32上に生じるシフトレジスタ出力が
波形106（図３、波形図（ｃ）））として示されてい
る。図示省略してあるが、本発明の位相揺動装置を使用
しない従来の光ファイバジャイロスコープの動作を説明
する上において、ライン32上のシフトレジスタ出力は動
バイアス変調器34と復調器52の両方に供給されるものと
仮定する。

図３の波形図（ｄ）には、ライン50上の増幅器48の出
力信号の波形107が示されている。図示のように、増幅
器出力には、動バイアス変調器に供給される信号（波形
106）のエッジ遷移部分で発生する固有周波数の２倍の
周波数の周期性スパイクが含まれている。図を見易くす
るために、波形107及び108にはこれらのスパイクの復調
により生じる閉ループの速度誤差信号は示されていな
い。波形108（図３、波形図（ｅ））はライン76上の復
調器出力信号である。波形108の斜線を付した部分と斜
線を付していない部分の面積は等しいとは限らず、その
場合に信号を積分すると、積分器出力にこれらのスパイ
クに応じてゼロでない直流分が付加される。これにより
付加される直流信号は閉ループの速度バイアス誤差を表
し、波形110（図３、波形図（ｆ））として示されてい
る。波形110は、斜線を付したスパイクの面積が斜線を
付してないスパイクの面積より大きいという仮定によ
り、負の直流信号として示されている。

一般に、復調器はコイルの固有周波数を中心とする増
幅器出力のスペクトル成分をベースバンドに変換する。
光ファイバジャイロスコープが一定速度で回転している
とき、ベースバンド信号（波形108）には、ほぼゼロの
直流成分と固有周波数の２倍の周波数のスパイク109が
含まれる。これらのスパイクは、光ファイバジャイロス
コープの精度を改善するために除去するかまたは減少さ
せなければならない代表的な回転速度バイアス誤差であ
る。

一定速度で回転しているときには安定状態の動作を確
保するようにした図１に示す位相ずれ零化型閉ループ光
ファイバジャイロスコープの場合、積分器入力の直流成
分はゼロに近付けなけらばならず、あるいは入力の周波
数スペクトルが主高周波項（例えばコイルの固有周波数
の２倍）を含み、直流成分は積分器によって十分減衰さ
れるようゼロに近付けなければならない。これが必要な
のは、スパイク109による積分器出力への影響を小さく
するためである。

本発明の装置は、位相揺動を復調器基準信号に加える
ことによってスパイクを補償する。図４には、本発明の
装置を使用した図１の光ファイバジャイロスコープが一
定速度で回転しているときの各部の信号波形が示されて
いる。波形111（図４、波形図（ａ））はライン58上の
発振器出力信号である。波形112（図４、波形図
（ｂ））はライン64上における固有周波数のカウンタ60
の出力を示す。波形114〜117（図４、波形図（ｃ）〜
（ｅ））は、各々ライン32、66、68上におけるシフトレ
ジスタからの３つの出力信号を示す。波形114〜117は、
各々波形112に対してＮ、Ｎ−１及びＮ＋１クロックサ
イクルだけ移相されている。波形118（図４、波形図
（ｆ））はライン72上のマルチプレクサセレクト信号を
示す。波形119（図４、波形図（ｇ））はライン50上の
増幅器48の出力信号を示す。波形120（図４、波形図
（ｈ））は、本発明による位相揺動を適用した場合のラ
イン54上のマルチプレクサ出力信号を示す。波形120は
位相揺動を加えた場合の波形を示し、PHI1とPHI2は等し
くない。波形122（図４、波形図（ｉ））は、ライン76
上の復調器出力を示す。

波形122には、回転速度の変化がゼロであることを示
す直流成分とライン32上の方形波変調信号の固有の不完
全性によるスパイクが含まれている。図４の波形図
（ｉ）に示す周期のスパイクは直流レベルの上下に等し
く分布しているので、積分後の出力におけるこれらのス
パイクの純寄与分は、波形123（図４、波形図（ｊ））
に示されているようにゼロである。このように、位相揺
動によれば、図４の波形図（ｇ）に示すスパイクを回転
速度の変化の表す直流レベルの上下に均等な状態に変換
することによって速度バイアス誤差が低減し易くなり、
積分器によるスパイクの除去が可能となる。本発明の装
置を使用する以前の例では、増幅器の出力において斜線
を付したスパイクと斜線を付してないスパイクの面積が
等しくないために、積分器出力に対するスパイクの純寄
与分がゼロとはならず、これによって速度バイアス誤差
が生じた。

１次遅延回路の動態は、折点周波数が低い周波数に設
定されていると、積分器のそれに近くなるから、積分器
に代えて緩慢な１次遅延（すなわち単極遅延）回路を用
いることができるということは理解できよう。また、開
ループ回転センサにおいては、積分器よりむしろ単極あ
るいは多重極フィルタを用いることが望ましい場合もあ
る。図７には、積分器のボード線図121A及び極を周波数
w2に設定した１次遅延回路のボード線図121Bが低周波漸
近線と高周波漸近線を近似的に用いて示され、各々−20
dB/ディケード（周波数の１桁を表す単位）の高周波漸
近線を有する積分器と緩慢な遅延回路との間における周
知の動的類似性が示されている。また、図７には３極フ
ィルタのボード線図121Cも示されており、この場合は３
つの極を全てw2に設定し、−60dB/ディケードの高周波
漸近線が得られている。図を分かり易くするため、図７
の周波数軸はある周波数w1に関して正規化してある。

図５には、光ファイバジャイロスコープの回転速度が
変化する場合の本発明の位相揺動の効果が示されてい
る。図５の波形図（ａ）において、ライン32上の周期性
方形波信号の波形124は回転速度の変化によって位相が
ずれている。その結果、方形波は、直流レベルゼロの上
下に均等に分布した状態ではなくなる。波形124によっ
て光強度曲線126（図５、曲線（ｂ））を変調すると、
波形128（図５、波形図（ｃ））が得られる。この場
合、増幅器出力を示す波形128の周波数スペクトルは、
コイルの固有周波数と同じ所に顕著な周波数成分を含ん
でいる。これに対して、前に説明したように、光ファイ
バジャイロスコープが一定速度で回転する場合、増幅器
の出力周波数スペクトルには、コイルの固有周波数（図
２、波形図（ｃ））の所に顕著な周波数成分は現れな
い。

図６には、本発明の装置を用いた場合に、光ファイバ
ジャイロスコープがゼロでない一定の加速度で回転する
時の各部の信号波形が示されている。図６の波形図
（ａ）及至（ｆ）は、図４の波形図（ａ）及至（ｆ）と
全く同様である。

ライン72上のマルチプレクサセレクト信号が論理ロー
のとき、マルチプレクサ70はライン66上の信号（図６、
波形図（ｄ））を選択する。マルチプレクサセレクト信
号が時点t4でハイになると、マルチプレクサ70はライン
68上の信号（図６、波形図（ｅ））を選択する。波形13
8（図６、波形図（ｈ））は、これらの選択の結果得ら
れるライン54上のマルチプレクサ出力を示す。ライン50
上の変調された速度信号（図５、波形図（ｃ））の周波
数スペクトルは、コイルの固有周波数の所に振幅が回転
速度の変化を表す周波数成分を含む。しかしながら、こ
の波形には、光ファイバジャイロスコープが一定速度で
回転するときと同様、固有周波数の２倍の周波数の不必
要なスパイク134、136も含まれている。これらのスパイ
クの影響は、受容不可能な大きさの速度バイアス誤差項
を生じることがないよう確実かつ十分に低減しなければ
ならない。本発明の装置によればどのようにしてこれら
のスパイクが低減されるかについて、以下これらのスパ
イクの復調を示す波形により説明する。

変調された速度信号波形137（図６、波形図（ｇ））
を位相揺動をかけた復調器基準信号（図６、波形図
（ｈ））を用いて単段復調した結果の波形、すなわち復
調器出力が波形140（図６、波形図（ｉ））で示されて
いる。ここで、波形140は、図を分かり易くするため簡
単化して、波形138による波形137の復調によって生じる
直流項とスパイクのみが示してあるということは理解で
きよう。時点t1では、マルチプレクサ70は、波形139
（図６波形図（ｄ））を選択しており、その結果波形13
8によって表されるようなマルチプレクサ出力が生じ
る。時点t2においては、変調された速度信号中のスパイ
ク142が波形138によって復調され、復調器出力信号中に
対応するスパイク144（図６、波形図（ｉ））が生じ
る。

時点t3においては、復調器基準信号波形138は論理ロ
ーである。従って、時点t3における変調された速度信号
中のスパイク146は負方向に復調される。t5におけるス
パイク148は、復調器基準信号が論理ローのままである
から、やはり負方向に復調される。時点t6における変調
された速度信号中の斜線を付したスパイク150は、復調
器基準信号が論理ハイになっているから、復調されてス
パイク152となる。

回転速度の変化を表すゼロでない直流成分代表と共
に、波形140には、このゼロでない直流レベルの上下に
均等に分布するスパイクが含まれている。このようにス
パイクが回転の加速度を表すゼロでない直流レベルの上
下に均等に分布しているのは本発明の位相揺動によるも
のである。すなわち、スパイクによる直流分は、位相揺
動した基準信号による復調及びその後の復調信号の積分
を通じて除去される。

このように、復調器出力波形140を積分する際には、
スパイクが除去され、ライン80上にはランプ波形154
（図６、波形図（ｊ））が発生する。回転加速が完了す
ると、光ファイバジャイロスコープ10は閉ループによっ
て回転速度により生じる位相ずれを相殺するので、ライ
ン76上の復調器出力の直流成分の大きさはほぼゼロにな
るまで減少する。これによって、積分器出力の勾配も減
少し、最終的にゼロとなる。この時には、回転速度によ
って生じる位相ずれを相殺するのに適切な量の位相バイ
アスがセロダイン変調器86によって光ビームに加えられ
る状態となっている。さらに、前述の変調波方形波の不
完全性に起因する速度誤差が著しく低減され、信号処理
が単段復調器によって簡単化される。

これまで説明した発振器56、カウンタ60、シフトレジ
スタ62及びマルチプレクサ70よりなる位相揺動回路30
は、位相揺動させた復調器基準信号を発生する機能的要
求を満たすことのできる多くの方法の中のほんの１例に
過ぎないということは理解できよう。さらに、位相揺動
回路は、ゲートアレイのような特定用途向け集積回路
（ASIC）中に作り込むこともできれば、標準的な中規模
または小規模集積回路コンポーネントを用いて組み上げ
ることもできる。また、ライン42上の変調された光速度
信号をアナログ電気信号へ変換する代りに、信号処理は
全て、マイクロプロセッサまたは状態機械とそれらに付
随するソフトウェアまたはファームウエアを用いて行う
ために、信号をディジタル信号に変換することにより実
行するようにしてもよい。

本発明は、上記実施例により説明した閉ループ位相零
化型光ファイバ回転センサのみに適用されるものではな
い。本発明によれば、開ループで動作する回転センサの
変調波方形波の不完全性に起因する速度バイアス誤差を
低減することも可能である。さらに、IOデバイスの機能
は離散型コンポーネントに遂行させることもできるの
で、本発明がIOデバイスを用いた光ファイバ回転センサ
に限定されるものではないということも理解できよう。

本発明は、その実施例により詳細に説明したが、当業
者であれば、本発明の主旨及び範囲から逸脱することな
く、形態及び細部にについて様々な変更、省略及び追加
を行うことが可能なことは明らかであろう。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発する光源と； 上記光ビームを２本の光ビームに分割するビームスプリ
   ッタと； 上記２本の光ビームを互いに逆方向に伝播させた後、出
   力点で再結合してその光強度が回転速度を表す再結合光
   信号を得る光ファイバコイルと； ある周波数の方形波変調信号を発生すると共に、上記変
   調信号の位相を中心として前後均等に位相揺動される復
   調器基準信号を発生する位相揺動発生器手段と； 上記逆方向に伝播する光ビームを上記変調信号により変
   調するための動バイアス変調器手段と； 上記再結合光信号をその強度を表す信号に変換するため
   の検波器手段と； 上記再結合光信号を上記検波器手段へ送る結合器と； 上記検波器の出力信号を上記復調器基準信号を用いて復
   調してこの検波器の出力信号を表す復調信号を得るため
   の復調器手段と； 上記復調信号の周波数スペクトルに含まれる非直流周波
   数成分を除去して、この復調信号から非直流周波数成分
   が除去された濾波信号を得るための動的手段と； からなる光ファイバ回転センサ。
2. 【請求項２】光ウェーブガイドループ中を互いに逆方向
   に伝播する光ビームをある周波数で動作する方形波変調
   信号によって変調し、これらの光ビームをループ出力点
   で結合し、これらの結合された光ビームを表す結合され
   た光信号が、方形波変調信号の不完全性により生じる上
   記ある周波数の２倍の周波数のスパイクを有する変調さ
   れた信号であり、この変調された信号を検波器に結合す
   ると共に、検波器によって変調された電気信号に変換す
   る光ファイバ回転センサにおいて： 位相が変調信号の位相を中心として前後均等に揺動され
   る方形波基準信号を得るための揺動手段と； 上記の変調された電気信号を上記方形波基準信号によっ
   て復調して、回転センサの回転速度を表す直流値を有す
   る復調信号を発生させるための復調器手段で、上記復調
   信号が上記方形波変調信号の不完全性によるスパイクを
   保持するが、それらのスパイクが上記回転速度を表す上
   記直流項に直流誤差成分を全く付加することがないよう
   上記直流値の上下に配置される復調器手段と； を具備したことを特徴とする光ファイバ回転センサ。
3. 【請求項３】上記揺動手段が： 上記変調信号の上記のある周波数以上の周波数を有する
   方形波信号を発生させるための手段と； 上記の方形波信号を上記のある周波数に分周するための
   信号分周器手段と； 上記変調信号を発生すると共に、上記変調信号の位相を
   中心に前後均等に上記方形波信号を移相して、上記変調
   信号対する位相進み信号及び上記変調信号に対する位相
   遅れ信号を発生させるための移相手段と； 上記のある周波数より低くかつ回転センサの閉ループ帯
   域幅よりは高い周波数成分を有する２レベル信号を発生
   させるための制御手段と； 上記の２レベル信号に応答して上記位相進み信号または
   上記位相遅れ信号のいずれか一方を選択し、出力に生じ
   させるための選択手段と； よりなることを特徴とする請求項２記載の回転センサ。