JP2840985B2

JP2840985B2 - 光ファイバジャイロスコープ

Info

Publication number: JP2840985B2
Application number: JP52309594A
Authority: JP
Inventors: コックス，ジェイムズ・ビイ; ジョンソン，ロナルド・アール; ナヴィディ，サラー; リチャーズ，エルネスト・エス
Original assignee: HANEIUERU Inc
Current assignee: HANEIUERU Inc
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH08509062A

Description

【発明の詳細な説明】ここでは、発明者ピー・デイン他による米国特許願第
70/636,305号、発明の名称「光ファイバジャイロスコー
プ」が参照される。この発明は、本発明の出願人と同じ
出願人により出願されている。

発明の背景本発明は、光ファイバ装置の位相変調器に関し、さら
に詳しくは、状態を変更しながら進行する電磁波のこの
ような位相変調に適合した装置に関している。

光ファイバジャイロスコープは、このようなジャイロ
スコープを支持している部材の回転を検知する魅力ある
装置である。このようなジャイロスコープは、非常に小
さく作ることができ、しかも、かなりの機械的衝撃や温
度変化、また他の環境的に過酷な状態によく耐えるよう
に構成することができる。動く部分がないので、これら
は、ほとんどメインテナンスの必要がなく、価格的にも
経済的にできる。また、これらは、他の種類の光ジャイ
ロスコープにおいて問題となることがある低い回転速度
に対しても感知可能である。

光ファイバジャイロスコープは、コア上にかつその軸
の周囲に巻き付けられた光ファイバコイルを有し、軸の
まわりの回転が検出される。光ファイバは、代表的には
100〜2,000メートルぐらいの長さで、閉じた光路の一部
である。この光路に電磁波すなわち光波が導入され、一
対の光波に分割されてコイルを互いに反対方向に伝播
し、最終的には両方とも一緒に光検出器に捕らえられ
る。コアの検出軸すなわちコイル光ファイバのまわりの
回転によって、これら光波の１つに対して、一方の回転
方向では光路長が有効的に増加し、また他の回転方向で
は減少する。他の方向の回転に関しては逆の結果が生じ
る。光波のこのような光路長の差は、両回転方向のこれ
ら波に位相シフトすなわち周知のサグナック効果を生じ
る。回転による位相差シフトの量、すなわち出力信号
が、反対方向に進行する２つの電磁波が通るコイルの光
路の全長により決まるので、光ファイバコイルを使用す
ることは望ましく、したがって、長くても、コイル状に
することにより比較的小さい体積の光ファイバに、大き
い位相差を生じることができる。

光ファイバコイルを通過した後、フォトダイオードに
入射する互いに反対方向に進行する電磁波に応じた光検
出器装置のフォトダイオードからの出力電流は、二乗コ
サイン関数にしたがう。すなわち、出力電流は、これら
２つの波の位相差のコサインにより決まる。コサイン関
数は偶関数であるので、このような出力関数は、位相差
シフトの相対的方向に関する表示は行なわず、したがっ
て、コイル軸の周りの回転方向に関する表示もない。さ
らに、ゼロ位相に近いコサイン関数の変化率は非常に小
さいので、このような出力関数は、低い回転速度の場
合、感度が非常に低くなる。

このような問題のある特性のため、２つの反対方向に
進行する電磁波の位相差は、通常、光ファイバコイルの
一方の側の光路に光位相変調器を配置することにより変
調される。その結果、これら反対方向に伝播する波の一
方は、途中で変調器を通過してコイルに送られ、他の波
はコイルを出てから変調器を通過する。

さらに、光検出器の出力電流を表す信号を受信するよ
う、復調装置の一部として動作する位相感知検出器が設
けられている。位相変調器と位相感知検出器は、変調器
が生じた振幅変調を減少または除去するよう、いわゆる
「適切な」周波数で正弦波信号発生器により作動させる
ことができるが、同じ基本周波数の他の種類の波形を用
いてもよい。また、周波数レベルをより管理しやすい値
に減少するため他の周波数を使用することもでき、また
しばしば使用されている。

得られた位相感知検出器の信号出力はサイン関数にし
たがう。すなわち、その出信号は、フォトダイオード
に入射する２つの電磁波の位相差、主に他の重要ではあ
るが望ましくない位相シフトの発生がない場合、コイル
の軸に関する回転による位相シフトのサインにより決ま
る。サイン関数は、位相シフトがゼロにおいて最大変化
率を有する奇関数であり、ゼロ位相シフトの両側の代数
符号が変化する。したがって、位相感知検出器の信号
は、コイルの軸に関してどちらの方向の回転が生じてい
るかを表示することができ、さらに回転速度がゼロが近
い回転速度の関数として信号値の最大変化率を供給す
る。すなわち、その検出器は、その出力信号が低い回転
速度に対して非常に感度が高いので、ゼロに近い位相シ
フトに関して最大の感度を有する。これは、無論、他の
電磁波源による位相ソフト、すなわちエラーが十分小さ
い場合のみ起こり得ることである。さらに、これら環境
におけるこの出力信号は、比較的低い回転速度において
線形に非常に近い。位相感知検出器の出力信号のこのよ
うな特性は、光検出器の出力電流の特性よりかなり改善
されている。

図１は、従来技術によるこのようなは装置の例を示し
ている。装置の光学部分は、この装置が相互的であるこ
とを確実化する光路に沿っていくつかの機構を含んでい
る。すなわち、以下に示すような非相反位差シフトの特
別な導入を除けば、反対方向に伝播する電磁波のそれぞ
れに対して実質的に等しい光路が存在する。光ファイバ
コイルは、その回りの回転が検出される軸の周囲に巻き
付けられた単一モードの光ファイバを用いてコアすなわ
ちスプールの周りのコイル10を形成する。単一モードの
ファイバを用いることにより、電磁波すなわち光波の光
路を固有に決定することができ、また、このようなガイ
ドされた波の同位相波面も固有に決定することができ
る。これは、以下に示すような非相互的位相差シフトの
導入同様、相互作用を保持するのに大いに役立ってい
る。

さらに、光ファイバは、非常に重要な複屈折がファイ
バ中に構成されているいわゆる偏光保持ファイバであっ
てもよい。これによれば、避けられない機械的応力によ
り、磁界におけるファラデー効果により、または他の光
源から生じ、かつ逆方向に伝播する波の位相差シフトを
変える原因になることがある偏光変動がそれほど重要で
なくなる。したがって、電磁波を伝播するのに、装置に
おける他の光学素子にしたがって高い屈折率の軸すなわ
ち比較的遅い伝播軸か、または低い屈折率の軸が選択さ
れる。この装置では、ここで用いられている光学素子を
考慮して、遅い軸が選択されているる。

コイル10を反対方向に伝播する電磁波は、図１におけ
る電磁波源すなわち光源11から発生される。この光源
は、代表的には、スペクトルの近赤外部分の、代表的な
波長830nmの電磁波を発生するレーザ・ダイオードであ
る。光源11は、コイル10の散乱位置におけるレイリーお
よびフレネル散乱によるこれら電磁波の位相シフト差エ
ラーを減少するよう、発光される光として短いコヒレン
ト長を有していなければならない。コイル10の非線形カ
ー効果のため、２つの逆方向に伝播する電磁波の異なる
強さは、それらの間の異なる位相シフトの原因になるこ
とがある。この状況は、形態上の位相シフトの取消しに
つながる短いコヒレント長の光源を光源11として使用す
ることにより解決することかできる。

レーザ・ダイオード11とファイバ光コイル10の間に
は、図１に示すような光路装置があり、これは、コイル
10を形成する光ファイバの両端から、全光路をいくつか
の光路部分に分割するいくつかの光結合素子までの間に
形成される。コイル10におけるファイバと同様の種類の
偏光保持光ファイバの一部は、レーザ・ダイオード11に
向けて最適な発光点に配置され、そこから第１光指向カ
プラ12に延びている。

光方向カプラ12は光伝達媒体を有しており、この光伝
達媒体は各媒体の各端部に対して２つづつ４つのポート
間に延びている。図１のカプラ12の各端部に示されてい
る。これらポートの１つは、レーザ・ダイオード11へ向
けられた光ファイバを有している。光方向カプラ12の感
知端部における他のポートには、別の光ファイバが配置
され、このファイバは、光検出装置14に電気的に接続し
たフォトダイオード13に延びている。

フォトダイオード13は、それに対向して配置された光
ファイバの部分からそれに照射された電磁波すなわち光
波を検出し、それに応じた光電流を発生する。この光電
流は、前述したようにそれに照射した２つの光波がほぼ
コヒレント光波の場合、コサイン関数にしたがい、この
ような一対の実質的なコヒレント光波の位相差のコサイ
ンにより決まる光電流出力を発生する。この光電装置
は、非常に低いインピーダンスで動作して、照射する放
射線の一次関数である光電流を発生する。この光電装置
は、代表的には、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードである。

光方向カプラ12は、その他端部のポートに相対した他
の光ファイバを有し、これは偏光器15に延びている。カ
プラ12の同じ側のの他のポートには、光ファイバの他の
部分を含んでいる非反射終端装置16がある。

いずれかのポートにおいて電磁波すなわち光を受信す
ると、光方向カプラ12は、光の約半分が、入力ポートを
有する端部とは反対側の端部におけるカプラ12の、２つ
のそれぞれのポートに生じるようにこの光を伝達する。
一方、カプラ12の入力光ポートと同じ端部にあるポート
には、光は伝達されない。

たとえ、単一の立体的モードのファイバにおいても、
光がファイバを通過するのに２つの偏光モードが可能で
あるので、偏光器15が使用される。したがって、偏光器
15は、前述したようにその遅い軸に沿って、光ファイバ
にこれら偏光モードの１つを通過させかつその他のモー
ドを阻止するために設けられている。しかしながら、偏
光器15は、偏光の１つの状態において、阻止しようとす
る光を全く阻止するわけではない。これは、そこを通過
する２つの反対方向に進行する電磁波の間の小さな非相
互作用の原因になり、したがって、偏光器が配置された
環境の条件に関して変化することがある小さい非相互位
相シフト差がそれらの間に生じる。この点に関し、前述
したように、使用される光ファイバにおける複屈折が、
その結果得られた位相差を減少するのを助ける。

偏光器15は、その両端部に、それらの間に配置された
光伝達媒体を備えたポートを有している。別の光ファイ
バ部分は、光方向カプラ12に接続した端部とは反対側の
端部のポートに対向して配置され、このファイバ部分
は、カプラ12と同じ光伝達特性を有する別の光両方向カ
プラ17に接続している。

カプラ17の同じ端部のポートは、別の光ファイバ部分
を用いて非反射終端装置18に接続している。あるポート
はカプラ17から偏光器15に接続している。カプラ17の他
端部のポートに関し、一方は、コイル10の光ファイバの
一端からそれに延びている別の光学素子に接続してい
る。カプラ17の他のポートは、光ファイバ10の残りの端
部に直接的に接続している。コイル10とカプラ17の間に
は、直接的に接続した側とは反対側のコイル10の側に、
光位相変調器19が設けられている。光位相変調器19は、
図１の対向端部に示されたそこに含まれている伝達媒体
の両側に２つのポートを有している。コイル10からの光
ファイバは、変調器19の１つのポートに対向して配置さ
れている。カプラ17から延びた光ファイバは、変調器19
の他のポートに対向して配置されている。

光変調器19は電気信号を受信して、伝達媒体の屈折率
を変化しそれにより光路の長さを変えることにより、そ
こを伝達する光の位相差を生じさせることができる。こ
のような電気信号は、C₁sin（ω_gｔ）に等しい変調周波
数f_gで正弦波電圧出力信号を生じるバイアス変調信号発
生器20により、変調器19に供給される。ω_gは変調周波
数ｆ_gに相当するラジアン周波数であるが、他の適切な
周期的波形を用いてもよい。

光源11から照射された電磁波すなわち光波が進行する
光路に沿って形成された図１の装置の光部分の説明は以
上のとおりである。このような電磁波は、光源から光フ
ァイバ部分を通って光方向カプラ12に送られる。光源11
からカプラ12に入力する光の一部は、その対向端部のボ
ートに接続した非反射終端装置16において失われるが、
残りの光は、偏光器15を介して光方向カプラ17に伝達さ
れる。

カプラ17は、偏光器15から受信したそのポートに入る
光を約半分に分割する光線分割装置として動作する。そ
の一部分は、その対向端部における２つのポートのそれ
ぞれから出る。カプラ17の対向端部における１つのポー
トからの電磁波は、光ファイバ・コイル10と変調器19を
介してカプラ17に戻る。この戻ってきた光の一部は、カ
プラ17の偏光器15を接続した端部の他のポートに接続し
た非反射装置18において消失されるが、残りの光は、カ
プラ17のポートを介して偏光器15とカプラ12に送られ、
カプラにおいて、光の一部はフォトダイオード13に伝達
される。偏光器15からコイル10に送られた光の他の部分
は、カプラ17のコイル10への端部における他のポートを
出て、変調器19と光ファイバ・コイル10を通過してカプ
ラ17に再び入る。その一部は、他の部分と同じ通路を通
って、最終的にはフォトダイオード13に入射する。

前述したように、フォトダイオード13は、それに入射
した２つの電磁波すなわち光波の強さに比例した出力光
電流I_PD13を発生し、それは、以下に示すように、その
ダイオードに衝突するこれら２つの波の位相差のコサイ
ンに従うと考えられる。

このことは、電流がフォトダイオード13に入射する２
つのほぼコヒレントな波の光の強さにより決まるからで
ある。この強さは、ピーク電流I_oから、２つの波の間に
建設的なまたは破壊的な干渉がどれだけ生じるかという
ことにより決まるそれより小さい値まで変化する。波の
この干渉は、コイル10を形成している光ファイバコイル
の、その軸に関する回転で波の間に位相差シフトψ_Rを
生じるので、このような回転に関して変化する。さら
に、別の可変位相シフトが、ψ_mの振幅値の変調器19に
よりこのフォトダイオード出力電流に生じ、cos（ω
_gｔ）として変化する。

光位相変調器19は、前述したような種類のもので、前
述したようにコサイン関数にしたがう光検出装置14の出
力信号を、サイン関数にしたがう信号に変換する復調装
置の一部として位相感知検出器に関連して使用される。
このようなサイン関数にしたがうことにより、前述した
ような出力信号に、コイル10の軸に関する回転速度およ
びその回転方向の両方に関する情報が生じる。

したがって、フォトダイオード13を含んでいる光検出
装置14からの出力信号は、増幅器21に送られ、ここでそ
の信号は増幅され、さらにフィルタ22を介して位相感知
検出装置23に送られる。位相復調装置の一部として働く
位相感知検出器23は周知の装置である。このような位相
感知検出器は、変調信号発生器20の第１高調波すなわち
基本周波数の変化を検出し、フォトダイオード13に衝突
する電磁波の相対的位相を表示する。この情報は、位相
感知検出器23により、サイン関数にしたがう出力信号に
供給される。すなわち、この出力信号は、フォトダイオ
ード13に衝突する２つの電磁波の位相差のサインにした
がう。

バイアス変調器信号発生器20は、前述した周波数f_gで
光路の光を変調して、光検出装置14に高調波成分を発生
する。フィルタ22は、増幅器21による増幅後、光検出装
置14の出力信号の変調周波数成分すなわち第１高調波を
通過させる帯域フィルタである。

動作において、コイル10を介して光路を通過する２つ
の反対方向に伝播する電磁波における回転による位相差
変化は、変調器19による位相差変化に比べて比較的ゆっ
くりと変化する。回転すなわちサグナック効果による位
相差は、２つの電磁波の位相差を単にシフトするだけで
ある。フィルタ22の出力に生じる光検出装置14の出力信
号の変調周波数成分の振幅スケーリング・ファクタは、
ａ）変調器19と発生器20によるこれら波の位相変調の振
幅値、およびｂ）装置の様々な利得を表す定数とのファ
クタによってのみさらに変更されるこの位相差のサイン
により設定されると考えられる。したがって、発生器20
と変調器19とによるこの信号成分におけるこの正弦波変
調の周期的作用は、その振幅スケーリング・ファクタに
より決まる復調装置（検出器）の出力信号を残して、位
相感知検出器23を含んでいる装置における復調により取
り除かれると考えられる。

したがって、増幅器21の出力における電圧は、代表的
には、次のように示される。

V_21-out＝ｋ｛１＋cos［ψ_R＋ψ_mcos（ω_g＋θ）］｝定数ｋは、増幅器21の出力への装置の利得を表してい
る。記号θは、発生器20により発生された信号の位相に
関する増幅器21の出力信号における付加位相遅延を表し
ている。この位相シフトのいくらかは光検出装置14に生
じ、またいくらかは、媒体の屈折率、または長さやそれ
に対応する変化を含んでいる、発生器20により供給され
る信号の位相と変調器19のレスポンスとの間の、変調器
19における位相シフトのような他の原因による。上記式
で用いられている他の記号は、最初の式の場合と同じ意
味を有している。

前記の式は、ベッセル級数展開により展開することが
でき、次のような式になる。

増幅器21の出力信号は、フィルタ22の入力に供給され
る。

フィルタ22は、前述のように、最後の式から第１高調
波、すなわち変調周波数成分を主として通過させる。そ
の結果、フィルタ22の出力信号は次のように表される。

V_22-out＝−2kJ₁（ψ_m）sinψ_Rcos（ω_gｔ＋θ＋Ψ₁）別の位相遅延項Ψ₁は、フィルタ22を通過した結果と
して加えられた第１高調波項における付加位相シフトで
ある。この付加位相シフトは、ほぼ一定で、フィルタ22
の周知の特性であると考えられる。

フィルタ22からの信号は、バイアス変調発生器20から
の信号と同じように、位相感知検出器23に供給される。
後者の信号はC₁sin（ω_gｔ）に等しく、ω_gは、変調周
波数f_gに相当するラジアン周波数である。θ＋Ψ₁に等
しい位相シフトが位相感知検出器23によりその出力信号
に加えられると仮定すると、その検出器の出力は、次の
ように表される。

V_23-out＝ｋ′J₁（ψ_m）sinψ_R 定数Ｋ′は、位相感知検出器23を介した装置の利得を
示している。

この後者の式に示すように、位相感知検出器23の出力
は、バイアス変調発生器20により作動されるバイアス変
調器19により供給される振幅ψ_mにより決まる。したが
って、バイアス変調発生器20により供給される信号の振
幅は、その軸の回りのコイル10の所定の回転速度に関し
て、位相感知検出器23の出力における信号の値を設定す
る、すなわち少なくとも可能な値の範囲内でジャイロス
コープのスケール・ファクタを設定する。

光ファイバジャイロスコープのオペレータが、図１の
装置におけるバイアス位相変調の振幅を選択された値に
設定することができるようにしたい理由はいくつかあ
る。その振幅は、装置の電子部分の他の部分に信号が生
じることによってバイアス変調発生器20により実際に発
生されるノイズの他、光ファイバを進行する光波に生じ
る歪に影響する。また、無論、光検出器出力における信
号の強さは、位相変調振幅によって適度に決定されるこ
とは明らかである。

さらに、一旦、位相変調振幅が選択されると、スケー
ル・ファクタとして選択されたその値を定数として保持
するという強い要求がある。光ファイバジャイロスコー
プのスケール・ファクタは、その信号により表されてい
るのはどんな回転速度なのかを決定するため、回転セン
サ出力信号を受信する装置により使用される。したがっ
て、スケール・ファクタ値における予期しない変化は、
これら他の装置に供給される角回転情報の値におけるエ
ラーの原因になる。選択およびその後の保持のようなス
ケール・ファクタの選択および安定要件がそれほど要求
されない光ファイバジャイロスコープにおいては、バイ
アス変調発生器20により供給された信号の安定した振幅
で十分である。しかし、光ファイバジャイロスコープ
は、スケール・ファクタ値の選択に関し、また選択され
たスケール・ファクタを保持する限り安定性に関して、
さらに多くの必要条件を満たさなければならない場合が
しばしばある。また、スケール・ファクタの選択および
安定化装置が、望ましくない値を有するスケール・ファ
クタを生むような、位相変調振幅にかなり大きい外乱が
生じる場合がある。したがって、その広い連続的な範囲
からスケール・ファクタを選択し、かつ一旦選択された
スケール・ファクタを安定保持することができるスケー
ル・ファクタ選択および安定化装置が要求されている。

発明の概要本発明は、光検出器出力信号における第１および第２
周波数成分の大きさを供給することができる第１および
第２光検出器出力信号成分決定装置と、回転センサがそ
の選択された回転速度に関する値の範囲において選択さ
れた値を有しかつ何らかの位相変調振幅変動による偏位
が、これら第１および第２周波数成分の大きさの相対値
に基づいて修正されるように光検出器出力信号を調整す
ることができる成分関係決定装置とを備えたバイアス変
調振幅モニタ装置を有し、少なくとも部分的に前述した
構成を有する回転センサを提供する。この成分関係決定
装置は、上記第１および第２周波数成分の大きさを表し
ている信号を受信しかつ光検出器出力信号を受信して、
第１および第２周波数成分の大きさの相対的大きさに基
づいた調整の後、光検出器出力信号に基づいた回転セン
サ出力信号を供給する信号処理装置を有していてもよ
い。または、その大きさを制御することができるような
方法で、成分関係決定装置を光変調器に接続してもよ
い。この状況において、この成分関係決定装置は、上記
第１および第２周波数成分の大きさの相対値に基づいた
信号を出力に供給し、光位相変調器を制御することがで
きる。また、位相変調振幅にかなり大きい外乱が生じた
とき、成分関係決定装置をリセットすることができるリ
セット装置が設けられている。

図面の簡単な説明図１は、従来技術による装置のブロック図および回路
図である。

図２は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図および回路図である。

図３は、本発明の特徴を示したパラメータの動作を表
したグラフである。

図４は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図および回路図である。

図５は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図および回路図である。

図６は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図および回路図である。

図７は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図および回路図である。

図８は、図１の一部と置換えられる本発明の一部を具
体化した混成ブロック図おび回路図である。

実施例の詳細な説明図１の光ファイバジャイロスコープの正確なスケール
・ファクタを選択しかつ保持するのにバイアス変調装置
信号発生器20の出力振幅設定に頼ることが困難なため、
本発明を具体化する、それに代わる装置が図２に示され
ている。図２は、光位相変調器19を作動するのに使用さ
れる信号の振幅を制御するフィードバック装置を示して
いる。図２の装置により、位相感応検出器23の出力にお
ける信号を光ファイバコイル10の軸に関する回転速度に
関係させるスケール・ファクタを精密に保持できるだけ
でなく、そのように保持されるスケール・ファクタの値
を広い範囲から選択することができる。図２では、図１
と同様の素子に用いられている同じ参照番号を用いてい
る。

フィードバック・ループの新しい部分に関する入力信
号は、増幅器21の出力であって、閉鎖型および拡張型の
いずれにおいても信号V_21-outと示される。この信号
は、増幅器21のローディングを避けるためのバッファと
して作用する別の増幅器24に供給される。この動作を行
う際、増幅器24では、増幅器21の出力に供給された信号
をどんな有効な方法でも変更することはない。

増幅器24の出力における信号は、２つのフィルタ25、
26に同時に供給される。フィルタ25は、高域フィルタ
で、バイアス変調信号発生器20の周波数ω_gに左右され
ない光検出装置14の出力信号のその成分が、増幅器21,2
4を通過した後、通過するのを阻止する。すなわち、上
記展開の第１項においてV_21-outと示されている増幅器2
4の出力における信号の最低周波数内容信号成分は、フ
ィルタ25により阻止される。

フィルタ25は、高域フィルタではなく、図２の装置の
以下に示す部分において使用される増幅器24の出力信号
における残りの信号成分の中から選択された信号成分の
周波数値をかなり超える帯域値を有する帯域フィルタで
あってもよい。さらに、選択された高調波成分が他の高
調波成分に関して大きい場合、フィルタ25は、ある状況
においては必要ない。

図２の装置は、増幅器24の出力に表されるような光検
出装置14の出力信号の第２高調波成分が、このように使
用するため選択されたと仮定して述べられているが、第
４高調波のような他の偶数高調波成分を使用してもよ
い。これら偶数高調波のいずれの場合においても、フィ
ルタ25の上方遮断周波数は、帯域フィルタの場合、それ
に関して不当な位相遅延問題が生じるのを避けるために
その後使用されるよう選択された高調波成分を実質的に
超えていなければならない。このような周波数成分の位
相は、その振幅を表している信号を得るのに必要なその
成分の周波数変換がうまく行われるならば、フィルタ25
により遅延されてはならない。

一方、フィルタ26は、光検出装置14により供給され、
増幅器24の出力に生じた光検出器出力信号の成分を引き
出すのに使用される低域フィルタである。上記信号成分
は、バイアス変調信号発生器の周波数ω_g、すなわち最
低周波数成分を有する信号成分により左右されることは
ない。すなわち、前述したように、増幅器24により増幅
した後、増幅器21の出力電圧信号に関する上記展開にお
ける第１項は、以下のように示される。

V_26-out＝k_A［１＋J_o（ψ_m）cosψ_R］cosθ 定数k_Aは、光検出器13に入射する電磁波の強さの他、
増幅器21,24の合成利得を表している。低域フィルタ26
の遮断周波数は、この出力信号が代表的には周波数内容
を有しかつジャイロスコープの角回転速度の変化がない
場合には一定であるので、比較的低い値に選択される。
この遮断周波数の代表的な値は、５〜100Hzである。こ
のフィルタによる位相遅延は大して影響しないので、フ
ィルタ26により付加された位相遅延を制御するための特
別な努力は必要ない。したがって、その位相遅延は、以
下に示す式では示されていない。

高域または帯域フィルタ25の出力は、周波数ダウン・
コンバータ27に供給される。周波数ダウン・コンバータ
27は、また、装置の残りの部分において使用されるよう
選択された増幅器24の出力信号の偶数高調波成分の周波
数に等しい周波数の基準信号を受信する。偶数高調波周
波数のこの基準信号は、バイアス変調信号発生器の周波
数に基づいている。この説明においては、第２高調波が
使用されているので、周波数２ω_gの信号が、バイアス
変調信号発生器により周波数ダウン・コンバータ27に供
給される。したがって、この信号発生器は、周波数ω_g
のバイアス変調記号だけでなく、周波数２ω_gのその信
号の第２高調波も供給するので、この信号発生器は図２
においては参照番号20′で示されている。その結果得ら
れた周波数ダウン・コンバータ27の出力における信号
は、次のように書くことができる。

V_27-out＝k_Dk_AJ₂（ψ_m）cosθcosψ_R 定数k_Aは前の場合と同じ意味を有している。定数k
_Dは、周波数ダウン・コンバータ27により行なわれる振
幅値調整を表している。

光検出装置14から得られた光検出器13の増幅された出
力信号の選択された周波数成分の振幅を表しているこれ
ら後者の２つの信号V_26-out，V_27-outは、一方から他方
を引く前に、それに対応する選択された乗算定数により
それぞれ基準化される。したがって、高域すなわち帯域
フィルタ25から生じた信号は、周波数ダウン・コンバー
タ27により変換された後、V_27-out、選択可能な乗算定
数G₁が掛けられ、かつ低域フィルタ26から生じた信号に
は、選択可能な定数G₂が掛けられる。

この後者の乗算は、図２において示された定数G₂の乗
算利得ブロック28により表されている。このような乗算
は、以下に示すような信号を発生する。

V_28-out＝G₂k_A［１＋J_o（ψ_m）cosψ_R］cosθ 前者の乗算は、図２において示された定数G₁の別の乗
算利得ブロック29により表されている。これは、そのブ
ロックの出力に次のような信号を生じる。

V_29-out＝G₁k_Dk_AJ₂（ψ_m）cosθcosψ_R この後者の信号は、前者の信号から減算されて、代数
加算器30の出力に次のような出力信号を供給する。

V_30-out＝V_28-out−V_29-out ＝k_A｛G₂［１＋J_o（ψ_m）cosψ_R］−G₁k_DJ
₂（ψ_m）cosψ_R｝cosθ この差信号は、図２においてブロック31により示され
た積分器により時間に関して積分される。この積分の結
果は、図２において別のブロック32により示された可変
利得増幅器に供給される。可変利得増幅器32の利得設定
は、バイアス変調信号発生器20′から光位相変調器19に
供給されるバイアス変調周波数ω_gにおけるバイアス変
調信号の大きさを決定する。図１の光ファイバコイル10
を含んでいる光装置における電磁波の位相変調は、これ
ら波が光検出器13に入射してフィードバック・ループを
閉じることにより光検出器13の出力信号における影響を
受ける。

積分器31に正味信号が供給されるかぎり、その積分器
は、時間に関して積分し、その出力に絶えず変化する値
を生じる。したがって、一旦、値ψ_moが、バイアス変調
位相シフト振幅の振幅値ψ_mとして選択され、図２の装
置がその値に関して安定状態に設定される場合、積分器
31の出力における信号値は、光位相変調器19にバイアス
位相変調位相シフト振幅のその値を供給させるために、
それにより可変利得増幅器32がその出力に信号c₁ _′sin
（ω_gｔ）を発生するよう変化しないようにすべきであ
る。上記信号は、バイアス変調信号発生器20′の出力信
号c₁sin（ω_gｔ）を適切に乗算された信号である。した
がって、この後者の差信号は、バイアス位相変調位相シ
フト振幅ψ_mがψ_moの選択された値を有する場合、ゼロ
に等しい。すなわち、 V_30-out＝０＝k_A｛G₂［１＋J_o（ψ_mo）cosψ_R］−G₁k_DJ
₂（ψ_mo）cosψ_R｝cosθ これは、次のように変形される。

この後者の式は、バイアス位相変調位相シフト振幅ψ
_mとして特定の値ψ_moを選択するために満たされなけれ
ばならない条件である。バイアス位相変調位相シフト振
幅として選択されるべき値は、少なくとも、十分に小さ
い対応するサグナック位相シフトψ_Rに反映される十分
遅い回転速度に関し、定数G₁，G₂として選択された値の
中から選択されることは明らかである。

しかし、バイアス位相変調振幅ψ_mの値における外乱
が、温度変化や素子の経時変化などにより装置の動作中
に生じて、図２のフィードバック・ループを安定状態で
作動できなくさせる。目標値ψ_moからのバイアス位相変
調位相シフト振幅ψ_mの値におけるこのような外乱は、
そこからの小さい増分または減少分として次のように表
すことができる。

ψ_m＝ψ_mo＋δ（ｔ）ここで、δ（ｔ）は、バイアス位相変調位相シフト振
幅の選択された値ψ_moからの、外乱による小さい変化を
表わしている。

ψ_moの選択された値からのバイアス位相変調位相シフ
ト振幅の値にこのような外乱が発生することにより、加
算器30の出力信号電圧は、もはやゼロではなくなり、そ
の結果得られた値は、次のように表すことができる。

V_30-out＝K_A｛G₂［１＋J_o（ψ_mo＋δ）cosψ_R］−G₁K_DJ
₂（ψ_mo＋δ）cosψ_R｝cosθ δが十分小さい場合、この後者の式は、次のようにほ
ぼ線形に表される。

定数G₂は、上記バイアス位相変調位相シフト振幅の値
の選択のため満たされなければならない条件を表してい
る式をそれに置換えることにより、後者の式において除
去することができる。すなわち、この信号は、その後、積分器31により積分され、可変
利得増幅器32の利得を制御する次のような出力信号をそ
こから発生する。

定数ｋが、次のように定義されるならば、ｋΔk_Ik_AG₁k_Dcosθ 後者の式は、十分低い回転速度であるとすると、cosψ_R
は約１であるので、次のように簡単化することができ
る。

後者の定義式は、センサの回転により生じたサグナッ
ク位相変化ψ_Rと位相変調位相シフト振幅ψ_mにより決ま
るｋ′を有している。ψ_Rが十分小さい場合、この因子
は、定数G₁，G₂に関する値の選択により装置のバイアス
位相変調位相シフト振幅として選択された値ψ_moにより
決まる値を有するほぼ定数になる。

図３のグラフは、ψ_moの関数として因子ｋ′を示して
いる（cosψ_Rが約１の場合で、そうでなければ、ψ_Rの
様々な値に関し図３は曲線族になる）。積分器の出力に
おける信号V_31-outは、可変利得増幅器32を介してバイ
アス変調発生器20′から位相光変調器19に供給される信
号を制御することにより、ψ_mの値における変化を決定
するフィードバックを制御する信号であるので、グラフ
は、フィードバックが、約3.4〜3.5ラジアン未満のψ_m
の値に対してフィードバック・ループにおいて負に保持
されていることを示している。したがって、フィードバ
ック・ループは安定し、かつコイルの軸に関するセンサ
の回転速度が十分遅い限り、ファイバ光コイル10を反対
方向に伝播する波の間の、バイアス位相変調位相シフト
振幅におけるこのようなψ_mの値に対するこのような外
乱を減衰するよう作用する。

外乱のこの減衰は、可変利得増幅器32と光位相変調器
19に対する積分器31の出力における信号の影響により示
すことができる。したがって、バイアス変調発生器20′
が出力信号V_32-outにほぼ一定の振幅を生じると仮定す
れば、可変利得増幅器32の出力信号は次のようになる。

V_32-out＝（C₂＋C₃V_31-out）V₂₀ _′ _-out この信号は、最大振幅V_VGAoを有する可変利得増幅器3
2により供給される信号があるということに基づいて他
の形式で書き直すことができる。この最大振幅は、バイ
アス位相変調位相シフト振幅の値に外乱がないというこ
とに相当している。この後者の振幅は、外乱による積分
または減少分を伴なう目標値ψ_moで、簡単化のため再び
V_31-outを用いることにより、定常状態成分が無視さ
れ、可変利得増幅器32を次のように表示することができ
る。

V_32-out＝V_VGAO＋k_VGA V_31-out 定数V_VGAは、可変利得増幅器32の利得の影響を定数と
して表している。光位相変調器19は、それの出力位相シ
フトが次のように表されるので、線形であると推定され
る。

ψ_m＝k_OPM V_32-out 定数K_OPMは、光位相変調器19の利得の影響を定数として
表している。

その結果、大きさδの外乱を表している形態の光位相
変調位相シフト振幅の値は、次のように積分器31の出力
の信号に関係している。

ψ_m＝ψ_mo＋δ（ｔ）＝K_OPM V_32-out ＝K_OPM V_VGAO＋K_OPM K_VGA V_31-out ＝K_OPM V_VGAO＋K_OPM K_VGAＫ′∫δ（ｔ）dt 上記式は、積分器31の出力信号v31−outに関する値を使
用している。この後者の式を時間に関して微分すると、
次のようになる。

イコール記号の右側の最初の項は、K_OPM V_VGAOにお
ける変化が、外乱δ（ｔ）の発生の原因になるとみなさ
れるので、ゼロ値を生じると考えられ、したがって、そ
のように示される。それが行われるならば、外乱は、時
間ｔ＝０で生じたとみなされ、次のような一次微分式に
なる。

この式は、簡単に解かれ、次のような解が得られる。

δ（ｔ）＝δ_oe^KOPMKVGBK′^t 上記のように、Ｋ′は、約3.4〜3.5未満の値を有するψ
_moに関して負である。したがって、後者の式は、外乱が
減衰されることを示している。

位相感知検出器23の出力に生じた光ファイバジャイロ
スコープの出力信号は、次のように示された。

V_23-out＝ｋ′J₁（ψ_mo）cosθ sinψ_R 外乱δ（ｔ）がある場合には、次のような式になる。

V_23-out＝ｋ′J₁（ψ_mo＋δ）cosθ sinψ_R 外乱が十分小さく、十分低い回転速度の場合には、こ
れはほぼ線形になり、次のような式になる。

したがってスケール・ファクタには、次のようなエラ
ーがある。

上記一次微分式の解を代入することは、このスケール
・ファクタのエラーも、外乱の減衰自身を制御する同じ
時定数で減衰されることを示している。

したがって、3.4〜3.5ラジアンより十分小さくかつ定
数G₁，G₂の値に関するそれに対応した選択により提供さ
れるバイアス位相変調信号振幅のψ_moの値の選択は、図
２の装置においては、光ファイバコイル10の軸に関する
光ファイバジャイロスコープの十分低い回転速度におい
てその選択値における外乱に対して保持される。ψ_moが
3.4〜3.5ラジアンより大きい場合には、第２高調波より
大きい偶数高調波が、図２の装置において使用するた
め、第４高調波のような、フィルタ25および周波数ダウ
ン・コンバータ27により供給される光検出器信号から選
択されなければならない。

大きい入力速度ψ_Rの場合、前述した分析は全く適用
されない。しかし、V_30-out＝０となる要件は、図２の
装置により満たされたままである。この状況において、
振幅ψ_mは、最初の選択された値ψ_mのままではないが、
大きい入力速度を表しているψ_Rに対応している他の値
にされることが予測される。したがって、装置の出力信
号を入力速度ψ_Rに関連させる、図２の装置のスケール
・ファクタの安定性は、余り低減されない。

図２のフィードバック装置の別の実施例として、光検
出装置14により供給された光検出器出力信号から選択さ
れた偶数高調波、およびその信号の最も低い周波数成
分、すなわちゼロ周波数値に最も近い成分を用いて、ス
ケール・ファクタを有効的に選択しかつ光ファイバジャ
イロスコープ装置における外乱を阻止するための信号処
理計算基準を設ることができる。そうでない場合、その
ように選択されたスケール・ファクタを変更することに
なる。図４はこのような装置を示している。ここでは、
図１、３における同様の素子に対して用いられた参照番
号と同じ参照番号を用いている。したがって、図２にお
ける同様の信号に関して得られた式と同じ式が、フィル
タ26および周波数ダウン・コンバータ27の出力において
得られる信号を決定する。すなわち V_26-out＝K_A［１＋J_o（ψ_m）cosψ_R］cosθ および V_27-out＝K_DK_AJ₂（ψ_m）cosθ cosψ_R 同様に、図２と同じ式が、図４の装置における位相感
知検出器23の出力の特徴を示している。すなわち、 V_23-out＝Ｋ′J₁（ψ_m）cosθ sinψ_R 図４に示すように、これら３個の信号は、全て、信号
処理装置40に送られる。このような信号処理装置として
多くの種類のものを選択することができる。おそらく最
も一般的なものとしては、これら入力信号の各々に対し
てアナログ−デジタル変換器を提供している装置、すな
わち、このような変換器によりこれらをマルチプレック
スしかつマイクロプロセッサに変換結果を送信する装置
である。または、これら信号の選択された比を、それら
のアナログ形式で得て、それら結果を１つ以上のアナロ
グ−デジタル変換器に送り、マイクロプロセッサにその
変換結果を提供するようにしてもよい。また、別の例で
は、現在市販されている既存の信号処理集積回路チップ
を用いている。

いずれにしろ、後者の３つの式から、増幅器21,24に
よる増幅および光検出器装置14における電流から電圧へ
の変換の有効利得の特徴を表す定数K_Aと、周波数ダウン
・コンバータ27の特徴を表す定数K_D、および光装置によ
る位相遅延θが周知である（すなわち位相遅延の場合除
去可能である）と仮定すると、３つの未知数ψ_m，ψ_R,
K′があることがわかる。これら３つの未知数に関して
３つの式があるので、これら３つの未知数の値は、約3.
4〜3.5ラジアン未満のψ_mの値に関して信号処理装置40
により引き出され、そこから、信号処理装置40は、値ψ
_Rに基づいて、光ファイバコイルの軸に関する光ファイ
バジャイロスコープの実際の回転速度を表した出力を供
給することができる。ψ_mに関する公称値、すなわち光
位相変調振幅の値は、バイアス変調発生器20′により供
給された信号の振幅を選択することにより設定すること
ができる。

図2,4の光ファイバジャイロスコープは、反対方向に
伝播する電磁波の位相差がフィールドバック・ループに
おいてゼロである閉ループ・ジャイロスコープとは異な
る開ループ・ジャイロスコープである。しかし、偶数高
調波は、光信号に残ったままなので、何らかの理由があ
るならば、図2,4の装置は、閉ループ・ジャイロスコー
プにおいて使用することが可能である。

前述したように、目標のバイアス変調位相シフト振幅
ψ_moは、G₁，G₂に関して値を選択することにより得られ
る。各対の値G₁，G₂に関し、次に示す式を満たす２つ以
上のψ_moが存在している。

しかし、G₂／K_DG₁の正の値に対して、上記式には１つ
しか解がなく、ψ_moはπラジアン未満で以下に示すよう
な重要性を有している値である。前述した装置における
起こり得る問題は、ψ_mまたはψ_Rの値における外乱がか
なり大きい場合、図２のフィードバック装置は、ψ_mの
値を、πより大きい値を有する上記式の解ψ_moに近付か
せることがあるということである。そのため、ψ_mとし
て予定した値ψ_moでその装置が確実に動作するよう、リ
セット装置を設けることにより、バイアス変調装置をさ
らに保護することができる。このリセット装置は、ψ_m
またはψ_Rにおける外乱が、バイアス位相変調振幅フィ
ードバック制御ループを、πより大きい値を有する安定
した動作点ψ_moに近付かせる場合、このループの動作点
をリセットするよう働く。

図５に示された１つの適切なリセット装置は、比較器
42、電気信号フィルタ44,46、抵抗性分圧器48、および
アナログ・スイッチ50から成っている。このスイッチ
は、代表的にはCMOSトランジスタを用いて構成されてい
る。図５では、図２と同様の素子には、同じ参照番号が
使用されている。

本発明のリセット装置の入力信号は、増幅器24の出力
の電圧信号V_24-outで、これは、光検出器装置14からの
出力信号にほぼ比例した信号で、フィルタ44,46に同時
に供給される。フィルタ44は、遮断周波数値7kHzの低減
フィルタで、バイアス変調信号発生器20′の周波数ω_g
にほとんど左右されないV_24-outの時間平均値を得るの
に使用される。フィルタ44の出力信号は、分圧器48の入
力に送られ、分圧器48は、選択された値の基準レベル電
圧をその出力に供給する。この基準レベル電圧は、比較
器42の非反転入力に供給される。

フィルタ46も、低減フィルタであって、主に、ディジ
タル交換ノイズを除去する高周波ノイズ・フィルタとし
て使用される。フィルタ46は、200KHzの遮断周波数値を
有し、周波数ω_gの出力信号周波数成分には、第２高調
波と代表的にはいくつかの高高調波が存在したままであ
る。フィルタ46の出力信号は、比較器42の反転入力に供
給される。

比較器42の反転および非反転入力の両方には増幅器24
の出力信号V_24-outに基づいた入力信号が供給される。
したがって、光源の強さにおけるドリフトのような、V
_24-outにおける十分に遅い変化の影響は、このような各
入力信号に比例的に生じる。これは、比較器42による信
号の比較に悪影響を及ぼすことがあるV_24-outのこのよ
うな遅い変化によるそれらの間の差信号の発生を妨げて
いる。そうでないと、リセット装置は、たとえψ_mがπ
に近くなく、またはπを超えていなくても、リセットを
生じ、それにより、ジャイロスコープ出力信号における
回転速度に関する有効なデータを遮断してしまうことが
ある。

動作中に比較器42の反転入力に供給される入力信号の
大きさが、基準レベル電圧の選択された値未満になる
と、比較器42は、毎秒当り約50ボルトのスルー・レート
で、出力に代表的には12ボルトの出力電圧レベル・シフ
トを発生する。このリセット電圧シフトは、積分キャパ
シタ52の両端、すなわち積分器31の出力と反転入力の間
に接続されたアナログ・スイッチ50の入力に供給され
る。リセット電圧シフトの供給により、スイッチ50は閉
じ、約100ナノ秒以内に代表的には30オームの「オン抵
抗」値に到達する。これは積分キャパシタ52を急速に放
電し、積分器31の出力信号V_31-outをゼロに近い値にす
る。それは、バイアス変調振幅フィードバック制御ルー
プが、ψ_moに関して謝っているが安定した値にされる前
に行なわれる。

V_31-outがゼロの場合、積分器31および両方の可変利
得増幅器32と発生器20′は、位相変調器19に、目標値ψ
_moの何分の一かである振幅を有する周波数ω_gの周期的
位相変化を生じさせる振幅を有する増幅器出力信号を供
給する。したがって、光位相変調器19は、バイアス位相
変調を行ない続けるが、安定したループ動作点を生じる
値未満である位相シフト振幅ψ_mを伴なっている。した
がって、バイアス・フィードパック・ループにより、ψ
_mは、外乱の終了後にψ_moに関する目標の最小値（π未
満）に戻される。外乱中、リセット装置は、キャパシタ
52を放電しかつバイアス変調周波数の第２高調波により
設定される各りリセット期間のほぼ25パーセントの間そ
のキャパシタをスイッチ50により分路し続けることによ
り、フィードバック・ループ動作点をリセットし続け
る。図示されていないが、、リセット装置も、フィード
バック・ループのリセット中、回転速度を表している供
給されたデータが無効であることを表している表示信号
を供給する。

基準レベル電圧の値は、分圧器48の出力信号V_48-out
により設定される。動作中、フィルタ46の出力信号V
_46-outの値が基準レベル電圧の値未満になると、リセッ
ト装置は、フィードバック・ループにおいてエラー・メ
モリとして働くキャパシタ52の電圧値をリセットし、そ
れによりループ動作点をリセットする。

基準レベル電圧の選択値は、光サブシステムの動作要
求により設定されるリセット装置の可能なトリップ・レ
ベル電圧の範囲から得られる。その範囲の最低値は、ψ
_mが、安定しているが不要な動作点の原因になる値に達
する前に、リセット装置がフィードバック・ループの動
作点をリセットするように十分に高くなければならな
い。それとは逆に、その範囲の最高値は、ψ_mがψ_moと
同じか、またはそれに近く、かつψ_Rが指定された範囲
内にある場合、リセット装置がフィードバック・ループ
の動作点をリセットしないように十分低い値でなければ
ならない。

上記範囲を指定する下方トリップ・レベル値は、ψ_m
の振幅が大きすぎるだけで、フィードバック・ループの
動作点のリセットを生じるのに十分であるようにするた
めψ_Rからの要因を無視して、フォトダイオードの出力
光電流の対応する最低最小値i_PD13とψ_mのそれに関連し
た値を得ることにより決定される。

この式を調べることにより、i_PD13が最低最小値ゼロ
を有し、かつψ_Rの値がゼロの場合、ψ_mが値πに到達す
ると、i_PD13がゼロ値に到達することがわかる。したが
って、分圧器48の出力におけるトリップ・レベルがゼロ
より大きいi_PD13に対応する値を有している場合、ψ
_mは、フィードバックー・ループの動作点のリセットを
行なうリセット装置なしで、πより大きい値に到達する
ことはできない。これにより、フィードバックー・ルー
プが、安定しているが不要な動作点を得ないようにして
いる。

上記範囲を指定する上方トリップ・レベル値は、ψ_R
が指定された範囲内の最高値にあり、ψ_mが目標値にあ
る場合、i_PD13のそれに対応する最小値を得ることによ
り決定される。上記式の極値を分析することにより、i
_PD13の最小値は次のように表されることがわかる。

前述した装置のフィードバック装置において、ψ
_mは、代表的には2.0ラジアン未満であることが要求され
る。また測定される回転速度が最大であると、ψ_Rは0.6
ラジアンであるかまたはそれ未満であるように指定され
ることになる。この後者の式にこれら値を代入すると、
上方トリップ・レベル限界値は、（0.07）I_oの値を有す
るi_PD13に対応する値であるという結果が得られる。そ
の範囲における下および上トリップ限界値をもたらすた
め、i_PD13に関して得られたこれら２つの限界値に、フ
ォトダイオード13の出力電流と分圧器48の出力電圧との
間の電子装置の特徴を表す様々な利得定数を掛けなけれ
ばならない。

実際の下および上トリップ・レベル電圧値を決定する
には、フォトダイオード信号におけるノイズやオフセッ
ト電圧のような問題を考慮する必要があり、信号処理装
置は、リセット・サブシステムに信号を供給してそれに
対して作用する。これら物理的制限を補償するには、分
圧器48やフィルタ44,46間の相違によるノイズやオフセ
ットとは異なるノイズやオフセットを含んでいるV
_46-outの値が、可能なトリップ値の範囲に関して適切に
配置されるように、低および高トリップ・レベル電圧限
界値を変更する必要がある。基準電圧は、低および高ト
リップ限界値間の得られた値の範囲において選択され
る。

図６は、本発明のリセット装置の第１の別の実施例を
示している。このリセット装置は、フィルタ46の入力に
供給される信号が、増幅器24の出力信号の代わりに積分
器31の出力信号であることを除けば、上記リセット装置
と同じである。フィルタ46の出力信号は、比較器42の非
反転入力に供給される。さらに、抵抗性分圧器48は、代
表的には、積分器出力信号の特性に適しているように選
択された上記リセット装置における基準電圧とは異なる
選択された基準レベル電圧を供給し、かつ比較器42の反
転入力にそれを供給する。積分器31の出力信号は、ψ_mo
からのψ_mの偏差の大きさを表している。この信号の値
は、所定の基準レベル電圧の値より大きい場合、リセッ
ト装置は、前述したリセット装置の場合と同様にフィー
ドバック・ループの動作点をリセットする。

図７に示された第２の別の実施例において、増幅器24
の出力における信号は、電気信号フィルタ54,56に同時
に供給される。フィルタ56は、バイアス変調信号発生器
20′の変調周波数ω_g未満の遮断周波数値を有する高域
フィルタである。フィルタ56は、比較器51の反転入力
に、ω_gの値を有する周波数またはその高調波を含んで
いる光検出器出力信号V_24-outの成分を供給するのに使
用される。フィルタ54は、ω_g未満の遮断周波数値を有
する低域フィルタである。フィルタ54は、ω_gまたはそ
の高調波によりあまり左右されない光検出器の出力信号
の成分を、比較器51の非反転入力に供給するのに使用さ
れる。

ψ_Rが小さい値の場合、ψ_mが約2.45ラジアンの値に到
達すると、比較器51の反転および非反転入力の信号は同
じ値になる。これにより、代表的には12ボルトのリセッ
ト電圧シフトが、比較器51の出力に供給される。比較器
51の出力における信号は、積分比較器52の両端における
アナログ・スイッチ50に供給され、第１実施例と同様に
フィードバック・ループの動作点をリセットする。

図８に示された第３の実施例において、リセット装置
は、比較器42の出力信号が、図３の信号処理装置40の入
力に供給されることを除けば、第１の実施例において示
した装置と同様である。信号処理装置40は、リセット電
圧シフトの表示を受信すると、現在の動作を中断し、ψ
_moに関する間違っているが安定した値の決定を阻止す
る。外乱が終了した後、信号処理装置40は、その計算を
再び開始し、かつ発生器の出力振幅を発生するよう発生
器20′に再び命令して、目標値ψ_moに等しい振幅ψ_mを
有するよう位相変調器19に命令する。

本発明は、実施例に関して述べられてきたが、本発明
の思想から離れることなく様々に改変できることは、当
業者には明白であろう。

フロントページの続き (72)発明者ナヴィディ，サラーアメリカ合衆国 85024 アリゾナ州・フィーニックス・イーストユートピア・416 (72)発明者リチャーズ，エルネスト・エスアメリカ合衆国 85308 アリゾナ州・グレンデイル・ノース 56ティエイチレイン・18228 (56)参考文献特開昭63−16219（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−108110（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／12400（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバコイル（10）の軸に関する回転
を検出する回転センサのバイアス変調モニタ装置であっ
て、前記回転センサでは、一対の電磁波が相互に反対方
向に光ファイバコイル（10）を伝播し、２つの他の光路
部分に沿って伝播して前記光ファイバコイルに向かいか
つそこから離れ、双方とも光検出装置（13,14,21）にそ
の出力信号の基礎となる位相差を持って入力し、前記他
の２つの光路部分の一方にバイアス光位相変調器（19）
が設けられ、そのバイアス光位相変調器（19）はそれを
通過する電磁波に対して選択可能な周波数を有し且つ変
動を受けるが選択可能な振幅を有する変動位相差を与え
るよう当該電磁波を変調することができ、出力と、前記光検出装置（13,14,21）の出力に電気的に
持続した入力とを有する第１の光検出器出力信号成分決
定装置（24,26,28;24,26,40）を備え、前記第１の光検
出器出力信号成分決定装置の出力に、前記光検出装置の
出力信号から周波数により選択した第１の出力信号成分
の大きさを示す表示信号が与えられ、出力と、上記光検出装置（13,14,21）の出力に電気的に
接続した入力とを有する第２の光検出器出力信号成分決
定装置（24,25,27,29;24,25,27,40）を備え、前記第２
の光検出器出力信号成分決定装置の出力に、前記光検出
装置の出力信号から周波数により選択した第２の出力信
号成分の大きさを示す表示信号が与えられ、前記第１および第２の光検出器出力信号成分決定装置
（24,26,28;24,26,40,および24,25,27,29;24,25,27,4
0）の出力の一つと電気的に接続した少なくとも１つの
入力を有する光検出器出力信号成分関係決定装置（30,3
1,52,32,20′;40,20′）を備え、この光検出器出力信号
成分関係決定装置によって、前記回転センサ出力信号
が、前記軸に関する前記回転センサの選択された回転速
度に対する値の範囲で選択された選択値を有するよう
に、前記光検出装置（13,14,21）の出力信号を前記バイ
アス光位相変調器（19）への帰還制御信号を介して調整
すること、および、前記光検出装置の第１および第２の
出力信号成分の大きさの相対値に基づいて、前記位相変
調振幅変動による前記選択値からの偏差を修正すること
ができ、前記第１および第２の光検出器出力信号成分決定装置
（24,26,28;24,26,40および24,25,27,29;24,25,27,4
0）、又は、前記光検出器出力信号成分関係決定装置（3
0,31,52,32,20′;40,20′）に電気的に接続された入力
を有し、かつ前記光検出器出力信号成分関係決定装置に
電気的に接続された出力を有するリセット手段を備え、
このリセット手段によって、前記変動位相差の振幅が選
択された第２の大きい方の所定の値を越えたときは、当
該変動位相差の振幅を第１の所定の値未満の値まで減少
させるよう、前記光検出器出力信号成分関係決定装置
（30,31,52,32,20′;40,20′）に前記光検出装置（13,1
4,21）の出力信号を調整させることができることを特徴とするバイアス変調振幅モニタ装置。
【請求項２】第１光ビームを光方向カプラ（12）に放射
する光源（11）を具備し、該光方向カプラ（12）は上記
第１光ビームを第２および第３光ビームに分割し、該第
２光ビームは偏光器（15）を通過し且つ第３光ビームは
終端装置（16）に進行し；上記第２光ビームは第２光方
向カプラ（17）で第４および第５光ビームに分割され；
第１および第２端部を有する光ファイバコイル（10）
と、第１および第２ポートを有する位相変調器（19）を
具備し、該第１ポートは第２光方向カプラ（17）に接続
すると共に該第２ポートは光ファイバコイル（10）の第
２端部に接続し、上記光ファイバコイル（10）の第１端
部は第２光方向カプラ（17）に接続して、第４光ビーム
は光ファイバコイル（10）の第１端部に入り、第５光ビ
ームは位相変調器（19）を通過して光ファイバコイル
（10）の第２端部に入り、第４および第５光ビームは光
ファイバコイル（10）の中を逆方向に進行し、第４光ビ
ームは位相変調器（19）を通過したのち第２光方向カプ
ラ（17）に入り、光ファイバコイル（10）の第１端部か
ら出た第５光ビームは第２光方向カプラ（17）に入り、
該第２光方向カプラ（17）は第４および第５光ビームを
分割して分割された第４および第５光ビームの第１と第
２セットに分け、この第４および第５光ビームの第２セ
ットは終端装置（18）に進行し、またこれら光ビームの
第１セットは偏光器（15）を介して第１光方向カプラ
（12）に入り、上記第４および第５光ビームの第１セッ
トは分割された第４および第５光ビームの第３および第
４セットとなり、該第３セットは光源（11）に向かって
終端し、また第４セットは光検出器（13,14）に入射
し、且つ第４セットは光ファイバコイル（10）を含む平
面に垂直な軸を回転軸とする該コイル（10）の回転速度
を実質的に示す位相を有しており；光検出器（13,14）
は上記第４セットを第４および第５光ビームを示す第１
電気信号セットに変換し；上記第１電気信号セットは増
幅器（21）に供給され、この増幅器（21）はバッファ
（24）と第１フィルタ（22）に第２電気信号セットを出
力し；上記第１フィルタ（22）は第１調波を有する第３
電気信号セットを出力し、上記バッファ（24）は第４電
気信号セットを出力し；上記第３電気信号セットは回転
速度を示す信号を出力する位相感知検出器（23）に供給
され；また上記第４電気信号は高域ないし帯域フィルタ
（25）と低減フィルタ（26）とに供給され；該高域ない
し帯域フィルタ（25）は第５電気信号セットを周波数ダ
ウン・コンバータ（27）に出力し、該周波数ダウンコン
バータは第１利得増幅器（29）への第６電気信号セット
を出力し、上記低域フィルタ（26）は第２利得増幅器
（28）に第７電気信号セットを出力し；上記第１および
第２利得増幅器（28,29）の出力は代数加算器（30）に
供給され；該代数加算器（30）は積分器（31）に第８電
気信号セットを出力し、この積分器（31）は第８電気信
号セットを積分して可変利得増幅器（32）に与えられる
第９電気信号セットに変換し、該可変利得増幅器（32）
は光位相変調器（19）と位相感知検出器（23）とに与え
られる第10電気信号セットを送出し；上記第６および第
10電気信号セットはバイアス変調周波数発生器（20′）
から上記周波数ダウン・コンバータ（27）および可変利
得増幅器（32）への出力によって一部が得られる光ファ
イバジャイロスコープにおいて：上記光ファイバジャイロスコープは前記第４電気信号セ
ットを受ける第２低域フィルタ（44）と第３低域フィル
タ（46）、分圧器（48）、比較増幅器（42）、コンデン
サ（52）およびアナログスイッチ（50）から構成される
リセット回路によって特徴づけられ：上記第２低域フィルタ（44）は１つの基準信号を出力す
る上記分圧器（48）に第11電気信号セットを出力し、上
記第３低域フィルタ（46）は第12電気信号セットを出力
し；上記比較増幅器（42）は第12電気信号セットを受ける反
転入力端と上記基準信号を受ける非反転入力端を有し、
前記積分器（31）はその反転入力端に前記第８電気信号
セットを受けまたその非反転入力端は接地され且つ出力
端を有する積分増幅器の構成をしており；前記コンデンサ（52）は上記積分増幅器（31）の反転入
力端と出力端との間に接続されており；前記アナログスイッチ（50）は上記比較増幅器（42）か
らの第13電気信号セットを入力として受けるコンデンサ
（52）を短絡でき、上記積分増幅器（31）の出力が上記
可変増幅器（32）に至る第９電気信号セットであることを特徴とする光ファイバジャイロスコープ。
【請求項３】第１光ビームを光方向カプラ（12）に放射
する光源（11）を具備し、該光方向カプラ（12）は上記
第１光ビームを第２および第３光ビームに分割し、該第
２光ビームは偏光器（15）を通過し且つ第３光ビームは
終端装置（16）に進行し；上記第２光ビームは第２光方
向カプラ（17）で第４および第５光ビームに分割され；
第１および第２端部を有する光ファイバコイル（10）
と、第１および第２ポートを有する位相変調器（19）を
具備し、該第１ポートは第２光方向カプラ（17）に接続
すると共に該第２ポートは光ファイバコイル（10）の第
２端部に接続し、上記光ファイバコイル（10）の第１端
部は第２光方向カプラ（17）に接続して、第４光ビーム
は光ファイバコイル（10）の第１端部に入り、第５光ビ
ームは位相変調器（19）を通過して光ファイバコイル
（10）の第２端部に入り、第４および第５光ビームは光
ファイバコイル（10）の中を逆方向に進行し、第４光ビ
ームは位相変調器（19）を通過したのち第２光方向カプ
ラ（17）に入り、光ファイバコイル（10）の第１端部か
ら出た第５光ビームは第２光方向カプラ（17）に入り、
該第２光方向カプラ（17）は第４および第５光ビームを
分割して分割された第４および第５光ビームの第１と第
２セットに分け、この第４および第５光ビームの第２セ
ットは終端装置（18）に進行し、またこれら光ビームの
第１セットは偏光器（15）を介して第１光方向カプラ
（12）に入り、上記第４および第５光ビームの第１セッ
トは分割された第４および第５光ビームの第３および第
４セットとなり、該第３セットは光源（11）に向かって
終端し、また第４セットは光検出器（13,14）に突入
し、且つ第４セットは光ファイバコイル（10）を含む平
面に垂直な軸を回転軸とする該コイル（10）の回転速度
を実質的に示す位相を有しており；光検出器（13,14）
は上記第４セットを第４および第５光ビームを示す第１
電気信号セットに変換し；上記第１電気信号セットは増
幅器（21）に供給され、この増幅器（21）はバッファ
（24）と第１フィルタ（22）に第２電気信号セットを出
力し；上記第１フィルタ（22）は位相感知検出器（23）
に供給する第３電気信号セットを出力し、上記バッファ
（24）は高域ないし帯域フィルタ（25）と第２低域フィ
ルタ（26）とに供給される第４電気信号セットを出力
し；上記高域ないし帯域フィルタ（25）は第５電気信号
セットを周波数ダウン・コンバータ（27）に出力し、バ
イアス変調周波数発生器（20′）は変調駆動信号を位相
変調器（19）と位相感知検出器（23）とに出力すると共
に周波数ダウン・コンバータ（27）に第６電気信号を出
力する光ファイバジャイロスコープにおいて：周波数ダウンカウンタ（27）からの第７電気信号セット
と位相感知検出器（23）からの回転速度信号を受ける信
号処理装置（40）と、上記第４電気信号セットを受ける
第３低域フィルタ（44）および第４低域フィルタ（46）
と、分圧器（48）と、比較増幅器（42）とから構成され
るリセット装置によって特徴づけられ；上記第１低域フィルタ（26）は上記信号処理装置（40）
に供給する第８電気信号セットを出力し、上記第３低域
フィルタ（44）は上記分圧器（48）に供給される第９電
気信号セットを出力し、該分圧器（48）は前記比較増幅
器（42）の非反転入力端に供給する基準電圧を出力し、
また、第４低域フィルタ（46）からの第10電気信号セッ
トは上記比較増幅器（42）の反転入力端に供給され、該
比較増幅器（42）は上記信号処理装置（40）に第11電気
信号セットを供給し、該信号処理装置（40）は光ファイ
バコイル（10）の補正された回転速度信号を出力すると
共に上記バイアス変調周波数発生器（20′）に第12電気
信号セットを出力することを特徴とする光ファイバジャイロスコープ。