JP2936204B2 - リング共振器ジヤイロ - Google Patents
リング共振器ジヤイロInfo
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- JP2936204B2 JP2936204B2 JP2162991A JP16299190A JP2936204B2 JP 2936204 B2 JP2936204 B2 JP 2936204B2 JP 2162991 A JP2162991 A JP 2162991A JP 16299190 A JP16299190 A JP 16299190A JP 2936204 B2 JP2936204 B2 JP 2936204B2
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- Japan
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- frequency
- ccw
- loop
- resonance
- ring
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/727—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers using a passive ring resonator
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、リング共振器ジヤイロスコープ（ジヤイ
ロ）に関する。
ロ）に関する。
ジヤイロスコープのかかる典型的な例において、時計
回り（CW）および反時計回り（CCW）のビームが、共振
器ループのまわりを反対の方向に進行し、各方向が、例
えば圧電変換器により共振器ループの長さを直接に変化
させることによつて、関連の周波数（振動数）を修正す
ることによつて、或いは源の周波数を変えることによつ
て、共振に保たれる。双方の方向が共振のときに、ジヤ
イロに加えられる回転速度は、共振のCWおよびCCWのビ
ームの間の周波数の差を検出し、差を換算係数で割るこ
とによつて、決定できる。
回り（CW）および反時計回り（CCW）のビームが、共振
器ループのまわりを反対の方向に進行し、各方向が、例
えば圧電変換器により共振器ループの長さを直接に変化
させることによつて、関連の周波数（振動数）を修正す
ることによつて、或いは源の周波数を変えることによつ
て、共振に保たれる。双方の方向が共振のときに、ジヤ
イロに加えられる回転速度は、共振のCWおよびCCWのビ
ームの間の周波数の差を検出し、差を換算係数で割るこ
とによつて、決定できる。
リング共振器ジヤイロスコープに対する現在の提案に
おいて、CWおよびCCWのビームの周波数は、音響光学変
向器またはセロダイン位相変調によつて、CWおよびCCW
のビームが異なる周波数になるように、変位される。
おいて、CWおよびCCWのビームの周波数は、音響光学変
向器またはセロダイン位相変調によつて、CWおよびCCW
のビームが異なる周波数になるように、変位される。
この発明の１つの観点によれば、共振器ループ手段
と、CWおよびCCWのビームに対して、共通のキヤリヤ信
号を発生するための手段と、前記のCWおよびCCWのビー
ムにそれぞれの周波数変調を加えて、そのおのおのに、
前記キヤリヤ信号および２つの側帯域を備えたスペクト
ルを与えるための、それぞれの周波数変調手段とを有す
る、リング共振器ジヤイロが提供される。
と、CWおよびCCWのビームに対して、共通のキヤリヤ信
号を発生するための手段と、前記のCWおよびCCWのビー
ムにそれぞれの周波数変調を加えて、そのおのおのに、
前記キヤリヤ信号および２つの側帯域を備えたスペクト
ルを与えるための、それぞれの周波数変調手段とを有す
る、リング共振器ジヤイロが提供される。
この発明の別の観点によれば、閉じたループの形の共
振器手段と、前記のループの中にそれぞれCWおよびCCW
のビームを射入して、そのおのおのに、キヤリヤおよび
２つの側帯域を有するスペクトルを与えるための手段
と、前記CWの側帯域の１つおよび前記CCWの側帯域の１
つを共振に保たせるように、ジヤイロを制御するための
手段と有する、リング共振器ジヤイロが提供される。
振器手段と、前記のループの中にそれぞれCWおよびCCW
のビームを射入して、そのおのおのに、キヤリヤおよび
２つの側帯域を有するスペクトルを与えるための手段
と、前記CWの側帯域の１つおよび前記CCWの側帯域の１
つを共振に保たせるように、ジヤイロを制御するための
手段と有する、リング共振器ジヤイロが提供される。
この発明は、各種の方法で遂行できるが、その１つの
実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。
実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。
第１図を参照すれば、リング共振器ジヤイロの例の光
学的構成要素は、レーザ源10、集積光学チツプ12、結合
器14、圧電リング18に沿つて巻かれた繊維の共振器リン
グ18、および光検出器20と22からなる。レーザ源10から
の光は、繊維によつて、集積光学チツプ12に送られ、こ
こで次の作用が遂行される。すなわち、ビームの分割お
よび再結合、ビームの偏光、および位相変調器PM1とPM2
によるCW（時計回り）およびCCW（反時計回り）の位相
変調。集積光学チツプ12にはいつた光は、偏光され、次
いで23において、２つの等しい部分に分割される。これ
ら部分は、次いで、位相変調器PM1およびPM2を通過し、
次いで、結合器14を介して共振器リング16の中に射入さ
れる。
学的構成要素は、レーザ源10、集積光学チツプ12、結合
器14、圧電リング18に沿つて巻かれた繊維の共振器リン
グ18、および光検出器20と22からなる。レーザ源10から
の光は、繊維によつて、集積光学チツプ12に送られ、こ
こで次の作用が遂行される。すなわち、ビームの分割お
よび再結合、ビームの偏光、および位相変調器PM1とPM2
によるCW（時計回り）およびCCW（反時計回り）の位相
変調。集積光学チツプ12にはいつた光は、偏光され、次
いで23において、２つの等しい部分に分割される。これ
ら部分は、次いで、位相変調器PM1およびPM2を通過し、
次いで、結合器14を介して共振器リング16の中に射入さ
れる。
回転を加えられたときの、CWおよびCCWの方向におけ
る共振器リング16のフイルタ作用は、第２図に図示され
る。ここに見られるように、CWおよびCCWの「くし」
は、回転速度に比例した量だけ互に変位する。作動にお
いて、第３図に図示される制御系は、CWおよびCCWの方
向の双方を共振に拘束（ロック）し、２つの共振くしの
間の周波数における差を読取る。
る共振器リング16のフイルタ作用は、第２図に図示され
る。ここに見られるように、CWおよびCCWの「くし」
は、回転速度に比例した量だけ互に変位する。作動にお
いて、第３図に図示される制御系は、CWおよびCCWの方
向の双方を共振に拘束（ロック）し、２つの共振くしの
間の周波数における差を読取る。
共振器リング16を離れるときに、光は、集積光学チツ
プ12を通る戻りにおいて、26で分割し、CWおよびCCWの
部分は、２つの光検出器20および22にそれぞれ向けられ
る。この例における光検出器は、合理的に低いノイズ形
態で、20MHzまでの広い帯域幅を有する。検出器におけ
る光強度は、典型的に２と10UWの間にできる。共振器コ
イルは、典型的には10メートルの長さであり、それで、
自由なスペクトル範囲またはモード間隔は約20MHzであ
る。
プ12を通る戻りにおいて、26で分割し、CWおよびCCWの
部分は、２つの光検出器20および22にそれぞれ向けられ
る。この例における光検出器は、合理的に低いノイズ形
態で、20MHzまでの広い帯域幅を有する。検出器におけ
る光強度は、典型的に２と10UWの間にできる。共振器コ
イルは、典型的には10メートルの長さであり、それで、
自由なスペクトル範囲またはモード間隔は約20MHzであ
る。
次いで第２図および第３図を参照すれば、5MHz（すな
わち自由なスペクトル範囲の約1/4）の周波数が、低い
振幅で位相変調器PM1に加えられ、それで、180゜位相の
ずれた上方側帯域（USB）および下方側帯域（LSB）から
なる２つの側帯域を備えた（レーザ源の作動周波数にお
いて）キヤリヤのスペクトルを生じる、位相（または振
動数）の変調が起る。
わち自由なスペクトル範囲の約1/4）の周波数が、低い
振幅で位相変調器PM1に加えられ、それで、180゜位相の
ずれた上方側帯域（USB）および下方側帯域（LSB）から
なる２つの側帯域を備えた（レーザ源の作動周波数にお
いて）キヤリヤのスペクトルを生じる、位相（または振
動数）の変調が起る。
この例において、CCWのビームのUSBを共振に拘束する
ために、圧電リング18への電圧の印加で繊維長を制御す
る、径路長制御ループ24が使用される。径路長制御ルー
プにおいて、源28からの5MHz信号は、周波数10KHzにお
ける＋／−100KHzの偏差で30において周波数変調され、
次いで、CCWのビームに周波数変調を加えるために、位
相変調器PM1に加えられ、それで、周波数変調されたCCW
ビームは、USBおよびLSBを備えたキヤリヤのスペクトル
を有する。10KHz周波数変調は、共振を横切つてレーザ
光（すなわちUSB）を走査するという効果を有する。CCW
のビームが共振器リング16を離れると、これは、光検出
器22に進み、これが、混合器32に送られる信号を提供す
る。この混合器32は、固定の5MHzを供給され、10KHzで
情報を得るための低域通過フイルタを有する。信号は、
5MHz信号において10KHzで振幅変調される。混合器32を
離れたのちに、信号は分岐され、一部分は、信号を復調
する位相感知検出器34に進む。復調された信号は、積分
器36において積分され、高電圧増幅器38において増幅さ
れ、次いで、圧電リング18に供給される。
ために、圧電リング18への電圧の印加で繊維長を制御す
る、径路長制御ループ24が使用される。径路長制御ルー
プにおいて、源28からの5MHz信号は、周波数10KHzにお
ける＋／−100KHzの偏差で30において周波数変調され、
次いで、CCWのビームに周波数変調を加えるために、位
相変調器PM1に加えられ、それで、周波数変調されたCCW
ビームは、USBおよびLSBを備えたキヤリヤのスペクトル
を有する。10KHz周波数変調は、共振を横切つてレーザ
光（すなわちUSB）を走査するという効果を有する。CCW
のビームが共振器リング16を離れると、これは、光検出
器22に進み、これが、混合器32に送られる信号を提供す
る。この混合器32は、固定の5MHzを供給され、10KHzで
情報を得るための低域通過フイルタを有する。信号は、
5MHz信号において10KHzで振幅変調される。混合器32を
離れたのちに、信号は分岐され、一部分は、信号を復調
する位相感知検出器34に進む。復調された信号は、積分
器36において積分され、高電圧増幅器38において増幅さ
れ、次いで、圧電リング18に供給される。
速度制御ループ40は、CWのビームのUSBを共振に拘束
（ロック）するように作動する。速度制御ループ40にお
いて、源42からの（５＋ｄ）MHz信号は、10KHzの周波数
における＋／−100KHzの偏差で、43において周波数変調
され、次いで、USBおよびLSBを備えたキヤリヤを提供す
るためにCWのビームに周波数変調を加えるため、位相変
調器PM2に加えられる。CWのビームが共振器リング16を
離れると、これは、信号を混合器44に供給する光検出器
20に進む。この混合器44は、同じく（５＋ｄ）MHz信号
を供給され、10KHz情報を得るために低域通過フイルタ
を有する。混合器44からの信号は、他の混合器32からの
信号を備える差動増幅器46に供給され、次いで、２つの
方向の間の光強度の差が、位相感知検出器48によつて復
調され、復調された信号は、積分器50において積分さ
れ、ｄの値の設定のために、電圧で制御される発振器52
に加えられる。出力（すなわち速度）信号は、5M Hzお
よび（５＋ｄ）M Hzの信号を混合することによって、或
いは差計数器を使用することによって、得ることがで
き、かくして、速度に比例するディジタル出力が得られ
る、すなわち、ｄは速度に比例する出力周波数である。
（ロック）するように作動する。速度制御ループ40にお
いて、源42からの（５＋ｄ）MHz信号は、10KHzの周波数
における＋／−100KHzの偏差で、43において周波数変調
され、次いで、USBおよびLSBを備えたキヤリヤを提供す
るためにCWのビームに周波数変調を加えるため、位相変
調器PM2に加えられる。CWのビームが共振器リング16を
離れると、これは、信号を混合器44に供給する光検出器
20に進む。この混合器44は、同じく（５＋ｄ）MHz信号
を供給され、10KHz情報を得るために低域通過フイルタ
を有する。混合器44からの信号は、他の混合器32からの
信号を備える差動増幅器46に供給され、次いで、２つの
方向の間の光強度の差が、位相感知検出器48によつて復
調され、復調された信号は、積分器50において積分さ
れ、ｄの値の設定のために、電圧で制御される発振器52
に加えられる。出力（すなわち速度）信号は、5M Hzお
よび（５＋ｄ）M Hzの信号を混合することによって、或
いは差計数器を使用することによって、得ることがで
き、かくして、速度に比例するディジタル出力が得られ
る、すなわち、ｄは速度に比例する出力周波数である。
経路長制御ループ24および速度制御ループ40の双方に
ついて、キャリヤとUSBおよびLSBが共振していなけれ
ば、5M Hzの大きな信号が存在する。もし、キャリヤが
共振していれば、キャリヤは共振器リングのフィルタ作
用によって除去されるから、10M Hzで信号は存在しな
い。共振点の前後で位相反転も存在するので、必要なら
ば、5M Hzにおける位相検出によってキャリヤへの拘束
（ロック）を行える。しかしながら、上述した実施例に
おいては、5M Hz信号の位相反転が存在する一方の側帯
域（USB）への拘束（ロック）が行われる。
ついて、キャリヤとUSBおよびLSBが共振していなけれ
ば、5M Hzの大きな信号が存在する。もし、キャリヤが
共振していれば、キャリヤは共振器リングのフィルタ作
用によって除去されるから、10M Hzで信号は存在しな
い。共振点の前後で位相反転も存在するので、必要なら
ば、5M Hzにおける位相検出によってキャリヤへの拘束
（ロック）を行える。しかしながら、上述した実施例に
おいては、5M Hz信号の位相反転が存在する一方の側帯
域（USB）への拘束（ロック）が行われる。
第２図を参照して、5M Hzの周波数は固定の周波数で
あり、USBで共振していると、LSBは確実に２つの共振点
の中間に位置することになる。かくして、LSBはカーブ
の平らな部分に位置するので、LSBに由来する信号変化
は存していない。
あり、USBで共振していると、LSBは確実に２つの共振点
の中間に位置することになる。かくして、LSBはカーブ
の平らな部分に位置するので、LSBに由来する信号変化
は存していない。
側帯波への拘束（ロック）のために、5M HzのCCWおよ
び（５＋ｄ）M HzのCWは、上述のように、100K Hzの偏
差および10K Hzの周波数で変調される。何れの方向のビ
ームも同じ周波数変調を受ける。LSBとLSBとは、10K Hz
変調によって、相互に逆の向きにスイープ（掃引）され
る。この事実を利用して、サーボ系の位相を調べること
により、実施例では、LSBではなく、USBへの拘束（ロッ
ク）が確実に行われる。
び（５＋ｄ）M HzのCWは、上述のように、100K Hzの偏
差および10K Hzの周波数で変調される。何れの方向のビ
ームも同じ周波数変調を受ける。LSBとLSBとは、10K Hz
変調によって、相互に逆の向きにスイープ（掃引）され
る。この事実を利用して、サーボ系の位相を調べること
により、実施例では、LSBではなく、USBへの拘束（ロッ
ク）が確実に行われる。
第１図および第３図に示されるシステムにおいて、２
つの検出器の出力の差をとることによって、ある程度の
コモン・モード・リジェクションの効果が得られる。そ
のような効果がないと、経路調誤差が、速度誤差として
速度制御ループに現れてしまう。さらなる改良は、英国
特許出願8823250.9号に記載され図示された構成を使用
して得ることができる。これにおいては、双方の経路が
共振のとき、10K Hz変調周波数の２倍における光検出器
に入射する信号の相対強度が比較されて、光検出器と付
随の前置増幅器の組の相互間における利得差を解消する
よう自動利得制御ループが調節される。
つの検出器の出力の差をとることによって、ある程度の
コモン・モード・リジェクションの効果が得られる。そ
のような効果がないと、経路調誤差が、速度誤差として
速度制御ループに現れてしまう。さらなる改良は、英国
特許出願8823250.9号に記載され図示された構成を使用
して得ることができる。これにおいては、双方の経路が
共振のとき、10K Hz変調周波数の２倍における光検出器
に入射する信号の相対強度が比較されて、光検出器と付
随の前置増幅器の組の相互間における利得差を解消する
よう自動利得制御ループが調節される。
上記の実施例においては、CWおよびCCWのビームのUSB
に共振するよう拘束（ロック）が行われたが、容易に理
解できる通り、CWおよびCCWのビームのいずれか又は双
方についてLSBに共振するよう拘束（ロック）を行うよ
うにすることができる。
に共振するよう拘束（ロック）が行われたが、容易に理
解できる通り、CWおよびCCWのビームのいずれか又は双
方についてLSBに共振するよう拘束（ロック）を行うよ
うにすることができる。
第１図は、この発明によるリング共振器ジヤイロの光学
配備の図解的線図である。第２図は、第１図のリング共
振器ジヤイロに回転を加えたときの時計回り方向および
反時計回り方向のフイルタ作用を図示するグラフであ
る。第３図は、第１図のリング共振器ジヤイロにおいて
径路長を制御し周波数を設定するための制御系の１つの
図解的線図である。 図面において、10はレーザ源、12は集積光学チツプ、14
は結合器、16は共振器リング、18は圧電リング、20と22
は光検出器を示す。
配備の図解的線図である。第２図は、第１図のリング共
振器ジヤイロに回転を加えたときの時計回り方向および
反時計回り方向のフイルタ作用を図示するグラフであ
る。第３図は、第１図のリング共振器ジヤイロにおいて
径路長を制御し周波数を設定するための制御系の１つの
図解的線図である。 図面において、10はレーザ源、12は集積光学チツプ、14
は結合器、16は共振器リング、18は圧電リング、20と22
は光検出器を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72
Claims (9)
- 【請求項１】時計回り（CW）に進むCWビームをCWループ
経路に沿って送るとともに、反時計回り（CCW）に進むC
CWビームをCCWループ経路に沿って送る共振器ループ手
段を備え、前記CWループ経路はCWループ共振周波数を有
し、前記CCWルーブ経路はCCWループ共振周波数を有して
おり； CWビームおよびCCWビームに対して、キャリヤ信号を発
生する手段と、 CWビームおよびCCWビームにそれぞれ周波数変調を加え
て、おのおのに、キャリヤ信号および２つの側帯波を備
えたスペクトルを与える、それぞれの周波数変調手段を
備え； それらの周波数変調手段を制御する制御手段であって、
前記CWループ共振周波数および前記CCWループ共振周波
数に関して、CWビームの選択した１の側帯波の周波数お
よびCCWビームの選択した１の側帯波の周波数をそれぞ
れに調節し、CWビームの側帯波およびCCWビームの側帯
波での共振を維持する制御手段を備える ことを特徴とする、リング共振ジャイロ。 - 【請求項２】CWビームおよびCCWビームそれぞれの少な
くとも１の成分を各サーボループによって共振状態に置
くために、CWビームおよびCCWビームそれぞれに、固定
周波数の別の周波数変調が付加される、ことを特徴とす
る請求項１に記載のリング共振ジャイロ。 - 【請求項３】前記周波数変調手段の一方は固定された周
波数変調信号を加え、前記周波数変調手段の他方は可変
の周波数変調信号を加える、ことを特徴とする請求項１
または２に記載のリング共振ジャイロ。 - 【請求項４】前記制御手段には、前記周波数変調手段の
前記他方を制御することによって変調信号の周波数を調
節し、周波数変調された信号の側帯波を共振器ループ手
段での共振状態に維持する手段が含まれる、ことを特徴
とする請求項３に記載のリング共振ジャイロ。 - 【請求項５】前記側帯波が上方側帯域にある、請求項４
に記載のリング共振ジャイロ。 - 【請求項６】共振器ループ手段の有効経路長を調節し
て、前記周波数変調手段の前記一方によって生成される
信号の側帯波を共振状態に維持する経路長制御手段を含
む、ことを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載
のリング共振ジャイロ。 - 【請求項７】周波数変調信号の周波数が、共振器ループ
手段の自由スペクトル範囲のほぼ1/4である、請求項１
〜６の何れか１項に記載のリング共振ジャイロ。 - 【請求項８】第１検出器手段および第１増幅器手段を有
してCWビームの一部分を受けCW信号を提供する第１チャ
ネルと、第２検出器手段および第２増幅器手段を有して
CCWビームの一部分を受けCCW信号を提供する第２チャネ
ルと、前記第１チャネルと第２チャネルとの間の利得差
を解消する利得制御手段とを備えている、ことを特徴と
する請求項１〜７の何れか１項に記載のリング共振ジャ
イロ。 - 【請求項９】リング共振ジャイロであって、 閉じたループ形の共振器手段と、 共通のキャリヤ・ビームを与える光源と、 前記キャリヤ・ビームを固定の周波数で変調してCWビー
ムおよびCCWビームの一方を与え、前記キャリヤ・ビー
ムを可変の周波数で変調してCWビームおよびCCWビーム
の他方を与える手段と、 CWビームおよびCCWビームを共振器手段に導入する手段
と、 CWビームおよびCCWビームを変調して、それぞれに、キ
ャリヤと２つの側帯波とを持つスペクトルを与える変調
手段と、 CWビームの２つの側帯波の一方を共振させ且つCCWビー
ムの２つの側帯波の一方を共振させる制御手段にして、
前記共振器手段の光学経路長の変化に応動する第１の制
御ループと、リング共振ジャイロに加わる速度の変化に
応動する第２の制御ループとを有し、CWビームおよびCC
Wビームそれぞれの側帯波の一方を共振状態に維持す
る、制御手段と を備えている、ことを特徴とするリング共振ジャイロ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8914561A GB2233445A (en) | 1989-06-24 | 1989-06-24 | Ring resonator gyro |
| GB8914561.9 | 1989-06-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115917A JPH03115917A (ja) | 1991-05-16 |
| JP2936204B2 true JP2936204B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=10659021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2162991A Expired - Lifetime JP2936204B2 (ja) | 1989-06-24 | 1990-06-22 | リング共振器ジヤイロ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5141315A (ja) |
| EP (1) | EP0405821B1 (ja) |
| JP (1) | JP2936204B2 (ja) |
| DE (1) | DE69001643T2 (ja) |
| GB (1) | GB2233445A (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4107915C2 (de) * | 1991-03-12 | 1998-04-09 | Bodenseewerk Geraetetech | Sensor |
| GB9107125D0 (en) * | 1991-04-05 | 1992-05-27 | British Aerospace | Ring resonator gyroscope |
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