JP2739193B2 - 光干渉角速度計のタイミング発生回路 - Google Patents

光干渉角速度計のタイミング発生回路

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JP2739193B2
JP2739193B2 JP5147676A JP14767693A JP2739193B2 JP 2739193 B2 JP2739193 B2 JP 2739193B2 JP 5147676 A JP5147676 A JP 5147676A JP 14767693 A JP14767693 A JP 14767693A JP 2739193 B2 JP2739193 B2 JP 2739193B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、少くとも一周する光
学路に右回り光と左回り光を通し、その光学路に印加さ
れる軸心まわりの角速度を、右回り光と左回り光との位
相差により検出する光干渉角速度計における前記位相差
を検出するための基準タイミング信号と、安定な動作点
を得るために必要な基準タイミング信号とを発生するタ
イミング発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光干渉角速度計(以下FOGと称
す)を図3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を順次経
てループ状光学路15にその両端から投入される。光学
路15を伝搬する左右両回り光は、光学路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。その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へ分岐され光電変換される。光学
路15は、例えば光ファイバを複数回ループ状に巻いた
もので構成される。光学路15にその周方向の角速度が
印加されない状態においては、光学路15中における両
光間の位相差は、理想的には、ゼロであるが光学路15
の円周回りに角速度Ωが印加されると、この角速度Ωに
よっていわゆるサニャック(sagnac)効果が生じ
両光間に位相差ΔΦS が生じる。この位相差ΔΦS は、
次式で表される。
【0003】 ΔΦS =4πRLΩ/(Cλ) (1) 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 ところで受光器17からの光電変換信号VP は、位相変
調器16による位相変調をP(t)=Asinωm tと
すると次式で表わせる。
【0004】 VP =(I/2)K1 {1+cosΔΦ(Σεn ・(−1)n ・J2n(X)・cos2nωm t′)−sinΔΦ(2Σ(−1)n ・J2n+1(X)・cos(2n+1)ωm t′)} (2) ここで、Σはn=0から無限大まで、 t′=t−τ/2 εn =1;n=0.2;n≧1 K:定数 I:光源11からの出射光 Jn :第一種ベッセル関数 X:2Asinπfmτ ΔΦS :光学系における左右両光間の位相差 ωm :位相変調の角周波数(ωm =2πfm) τ:光学路15中における光の伝搬時間 (2)式から明らかなように光電変換信号VP には、s
inΔΦS に比例する項と、cosΔΦS に比例する項
とが含まれており、従って干渉光の強度を測定すること
により角速度Ωを検出することができる。
【0005】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の第3高調波成分が、
タイミング発生回路19からの参照タイミング信号f3
=3fm により同期検波されて取り出される。同期検波
回路18の出力は、さらにローパスフィルタ(LPF)
21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出力として出力端子22に取り出される。
FOGの出力V3 は次式で表される。
【0006】 V3 =I・K2 ・J3 (X)・sinΔΦS (3) ところで(3)式における入力感度は、ベッセル関数の
Xの値に左右されるため、従来において(特開昭62−
12811)は、ベッセル関数のJ2 (X)とJ4
(X)とが交わる位置でJ3 (X)が最大値となり、そ
の位置(X=4.2)で位相変調を動作させ、J2
(X)とJ4 (X)とが実質的に等しくなる、即ち受光
器17の出力中の第2高調波成分と第4高調波成分とが
実質的に等しくなるように位相変調器16の駆動状態を
制御する自動制御ループを設けている。(図4のベッセ
ル関数グラフ参照)即ち受光器17の出力の内、位相変
調周波数の第2高調波成分が同期検波回路23によって
2 =2fm 同位相化された参照タイミング信号とし
て同期検波され、第4高調波成分が同期検波回路24に
よってf4 =4fm 同位相化された参照タイミング信
号として同期検波される。またこれらの高調波成分はそ
れぞれ同位相化された参照信号をもとに検波出力される
ため、最も効率良く信号として取り出される。
【0007】同期検波回路23の出力V2 は、差動増幅
器25の+入力側に供給され、同期検波回路24の出力
4 は差動増幅器25の−入力側に入力される。差動増
幅器25の出力は、積分器26に入力される。自動電圧
調整器27は、積分器26からの正の信号によって位相
変調器16に印加する駆動周波数fm の信号の電圧を増
加させ、積分器26からの負の信号によって位相変調器
16に印加する駆動周波数fm の信号の電圧を小さくす
るよう構成し、自動制御ループを構成している。ここで
装置は、差動増幅器25の出力がゼロ、即ちV2 =V4
の時第1種ベッセル関数のJ2 (X)とJ4 (X)とが
同じ値、即ちXの値が約4.20になるように自動電圧
調整器27によって位相変調器16に印加される電圧が
調整される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述したように受光器
17の出力を2fm 、3fm 、4fm の各同位相の参照
タイミング信号で同期検波することにより動作を安定化
し、かつ感度よくジャイロ出力を得ることができるが、
タイミング発生回路19の具体的構成が示されていな
い。所で受光器17中の被検出信号に対し参照タイミン
グ信号が逆位相の場合は、検波出力の極性が負となり、
90度位相が異なると、検波出力がゼロとなり、検波す
ることができない。この発明の目的は受光器の出力から
2fm 、3fm 、4fm の各成分を同位相のタイミング
適切に取出すことを可能とする各参照タイミング信号
を発生するタイミング発生回路の具体的構成を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、クロ
ック発生器からのクロック信号が第1分周手段で2分の
1に分周され、その正極性分周出力が第2分周手段で2
分の1に分周され、その逆極性分周出力が第3分周手段
により8分の1に分周されて第1同期検波手段へ参照タ
イミング信号として供給され、第1分周手段の逆極性分
周出力が第4分周手段により3分の1に分周され、その
分周出力が第5分周手段により2分の1に分周され、そ
の正極性分周出力が第6分周手段により4分の1に分周
されて第2同期検波手段へ参照タイミング信号として供
給され、第5分周手段の逆極性分周出力が第7分周手段
により2分の1に分周されて第3同期検波手段へ参照タ
イミング信号として供給される。この分周手段から供給
される各参照タイミング信号は、それぞれデューテイ比
が50%の方形波であり、かつこれら3つの参照タイミ
ング信号の各高レベル期間の2分の1の時点が、前記位
相変調周期ごとに一致している。
【0010】
【実施例】図1にこの発明の実施例を示す。クロック発
生器31からのクロック信号はD形フリップフロップ3
2よりなる第1分周手段33にて2分の1に分周され、
その正極性分周出力、つまりD形フリップフロップ32
のQ出力はD形フリップフロップ34よりなる第2分周
手段35により2分の1に分周される。第2分周手段3
5の逆極性分周出力、つまりD形フリップフロップ34
のq出力は、第3分周手段36により8分の1に分周さ
れる。第3分周手段36はD形フリップフロップ37,
38,39によりそれぞれ構成された各2分の1分周期
が縦続接続されて構成され、しかも、そのフリップフロ
ップ37のQ出力がフリップフロップ38へ供給され、
フリップフロップ38のq出力がフリップフロップ39
へ供給され、フリップフロップ39のQ出力が第3分周
手段36の出力とされる。
【0011】一方、第1分周手段33の逆極性分周出
力、つまりD形フリップフロップ32のq出力はJKフ
リップフロップ41,42よりなる第4分周手段43に
より3分の1に分周される。その正極性分周出力はD形
フリップフロップ44からなる第5分周手段45により
2分の1に分周され、その正極性分周出力は第6分周手
段46により4分の1に分周される。第6分周手段46
はそれぞれD形フリップフロップ47,48よりなる2
分の1分周器が縦続接続されて構成される。
【0012】第5分周手段45の逆極性分周出力、つま
りフリップフロップ44のq出力はD形フリップフロッ
プ49よりなる第7分周手段51で2分の1に分周され
る。第6分周手段46の正極性分周出力はD形フリップ
フロップ52よりなる第8分周手段53により2分の1
に分周される。この構成において、図2に示すように電
源電圧が所定値に立上って各フリップフロップに対する
リセットが解除されると(図2A)、クロック発生器3
1からのクロック信号(図2B)が第1分周手段23に
より2分の1に分周され、第1分周手段23から図2
C,Dに示すような正極性分周出力、逆極性分周出力が
得られ、その正極性分周出力は第2分周手段35により
更に2分の1に分周され、図2Eに示す出力が得られ、
その出力は第3分周手段36の初段、中段、終段で順次
2分の1に分周され、それぞれ図2F,G,Hに示す出
力が得られる。この第3分周手段36の分周出力(図2
H)が、図3中の同期検波回路18へ参照タイミング信
号f3 =3fmrとして供給される。
【0013】第1分周手段33の逆極性分周出力(図2
D)は第4分周手段43で3分の1に分周され、図2I
に示す出力が得られる。この分周出力は第5分周手段4
5で2分の1に分周され、その正極性分周出力は図2J
に示すようになり、この出力は更に第6分周手段46で
分周され、そのフリップフロップ47,48のQ出力は
図2K,Iに示すようになる。この第6分周手段46の
分周出力(図2L)は図3中の同期検波回路23へ参照
タイミング信号f2 =2fmrとして供給される。
【0014】第5分周手段45の逆極性分周出力は図2
Mのようになり、この出力が第7分周手段51で分周さ
れて図2Nに示すようになり、これが図3中の同期検波
回路24へ参照タイミング信号f4 =4fmrとして供給
される。第6分周手段46の出力(図2L)は第8分周
手段53で2分の1に分周され、図20に示すようにな
り、この出力は図3中の自動電圧調整器27を通じて周
波数fm の変調信号として位相変調器16へ供給され
る。
【0015】図2中に縦の1点鎖線で示すように、3f
mrの参照タイミング信号(図2H)と、2fmrの参照タ
イミング信号(図2L)と、4fmrの参照タイミング信
号(図2N)との各高レベルの時間的中心が、1/fm
ごとに一致し、従って受光器17の出力から、2fms
分、3fms成分、4fms成分をそれぞれ感度よく検出す
ることができ、2fms成分及び4fms成分を利用して安
定に動作させることができ、しかも高い感度でジャイロ
出力が3fms成分により得られる。
【0016】上述ではこの発明を開ループ形のものに適
用したが閉ループ形のものにも適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば干渉
光中の変調周波数fm の2倍、3倍、4倍の各高周波成
分を感度よく検出することができ、安定に動作し、かつ
感度の高いジャイロ出力が得られる。また各分周手段を
汎用のフリップフロップで構成でき、小形軽量化のため
のゲートアレイ化も容易であり、部品点数を減らすこと
も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】図1の動作例を示すタイムチャート。
【図3】この発明が適用される光干渉角速度計の例を示
すブロック図。
【図4】第1種ベッセル関数を示すグラフ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一周する光学路と、 その光学路に対して光源よりの光を右回り光及び左回り
    光として入射する分岐手段と、 その光学路を伝搬してきた右回り光及び左回り光を干渉
    させる干渉手段と、 前記分岐手段と前記光学路の一端との間にこれらと縦続
    的に配置されて右回り光及び左回り光に位相変化を与え
    る位相変調手段と、 前記干渉光の光強度を電気信号として検出する受光器
    と、 その受光器からの出力の内、前記位相変調手段の変調周
    波数の第3高調波を同期検波して角速度を出力する第1
    同期検波手段と、 前記受光器からの出力の内前記変調周波数の第2高調波
    を同期検波する第2同期検波手段と、 前記変調周波数の第4高調波を前記受光器の出力から同
    期検波する第3同期検波手段と、 前記第2同期検波手段の出力と前記第3同期検波手段の
    出力との差を検出する差検出手段と、 その差検出手段の検出力で、その検出力がゼロになるよ
    うに上記位相変調手段を帰還制御する手段と、 を具備する光干渉角速度計のタイミング発生回路におい
    て、 クロック発生器と、 そのクロック発生器からのクロック信号を2分の1に分
    周するフリップフロップより成る第1分周手段と、 その第1分周手段の正極性分周出力を2分の1に分周す
    るフリップフロップより成る第2分周手段と、 その第2分周手段からの逆極性分周出力を8分の1に分
    周してその正極性出力を前記第1同期検波手段へ参照タ
    イミング信号として供給するフリップフロップより成る
    第3分周手段と 前記第1分周手段の逆極性分周出力を3分の1に分周す
    るフリップフロップより成る第4分周手段と、 その第4分周手段の正極性分周出力を2分の1に分周す
    るフリップフロップより成る第5分周手段と、 その第5分周手段の正極性分周出力を4分の1に分周し
    て、その正極性出力を前記第2同期検波手段へ参照タイ
    ミング信号として供給するフリップフロップより成る第
    6分周手段と、 前記第5分周手段の逆極性分周出力を2分の1に分周し
    てその正極性出力を前記第3同期検波手段へ参照タイミ
    ング信号として供給するフリップフロップより成る第7
    分周手段と、 を具備し、 前記第1同期検波手段、前記第2同期検波手段及び前記
    第3同期検波手段へそれぞれ供給する各参照タイミング
    信号はそれぞれデューテイ比が50%の方形波であり、
    かつこれら3つの参照タイミング信号の各高レベル期間
    の2分の1の時点が、前記位相変調周期ごとに一致して
    いる ことを特徴とする光干渉角速度計のタイミング発生
    回路。
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JPH03235018A (ja) * 1990-02-13 1991-10-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 光フアイバジヤイロにおける自動位相調整方式

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