JP3211187B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JP3211187B2 JP3211187B2 JP10108798A JP10108798A JP3211187B2 JP 3211187 B2 JP3211187 B2 JP 3211187B2 JP 10108798 A JP10108798 A JP 10108798A JP 10108798 A JP10108798 A JP 10108798A JP 3211187 B2 JP3211187 B2 JP 3211187B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- feedback signal
- gyro
- phase
- optical interference
- integrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、フィードバック
信号としてランプ状波形を利用するクローズドループ方
式の光干渉角速度計に関し、出力パルスの角度分解能を
落さず入力角速度の最大計測範囲の拡大を図った信号処
理技術に関する。又ランプ状波形のフライバック時、デ
ータをブランキングすることによりフライバック時の誤
差によるスケールファクタの変動を抑える技術も関連す
る。
信号としてランプ状波形を利用するクローズドループ方
式の光干渉角速度計に関し、出力パルスの角度分解能を
落さず入力角速度の最大計測範囲の拡大を図った信号処
理技術に関する。又ランプ状波形のフライバック時、デ
ータをブランキングすることによりフライバック時の誤
差によるスケールファクタの変動を抑える技術も関連す
る。
【０００２】
【従来の技術】図３は、クローズドループ方式光干渉角
速度計（以下ＦＯＧと称す）の一実施例を示す。このク
ローズドループのＦＯＧは、フィードバック信号Ｖf と
して階段状の位相偏移を付与するディジタルフェーズラ
ンプ方式と呼ばれているもので、一般の階段状の幅は、
光学路としての光ファイバコイル１７を通過する光の伝
搬時間τに設定されている。
速度計（以下ＦＯＧと称す）の一実施例を示す。このク
ローズドループのＦＯＧは、フィードバック信号Ｖf と
して階段状の位相偏移を付与するディジタルフェーズラ
ンプ方式と呼ばれているもので、一般の階段状の幅は、
光学路としての光ファイバコイル１７を通過する光の伝
搬時間τに設定されている。
【０００３】また位相変調も半周期をτとする±（ｎπ
＋π／２）（ｒａｄ）の矩形波がＣＷ光とＣＣＷ光間の
位相差として付与される。位相変調駆動回路３０よりパ
ルス幅をτとする矩形波Ｖp を光ファイバコイル１７の
片端に配置した位相変調器１６に印加し、光ファイバコ
イル１７を伝搬する両光間に±π／２（ｒａｄ）の位相
差を交互に付与する矩形波位相変調が行われる。
＋π／２）（ｒａｄ）の矩形波がＣＷ光とＣＣＷ光間の
位相差として付与される。位相変調駆動回路３０よりパ
ルス幅をτとする矩形波Ｖp を光ファイバコイル１７の
片端に配置した位相変調器１６に印加し、光ファイバコ
イル１７を伝搬する両光間に±π／２（ｒａｄ）の位相
差を交互に付与する矩形波位相変調が行われる。
【０００４】その結果、受光器１８に到達した干渉光
は、図４のようになる。位相変調のの期間は、両光間
の位相差が“０”の状態を示し、の期間は、角速度が
印加されサニャック位相差Δφs が生じた状態を示す。
位相変調のの期間φ1 〜φ4に相当する干渉光の出力
Ｉ1 〜Ｉ4 は、図４に示すように同レベルとなり干渉光
の強度の差異は生じない。の期間は、φ5 ，φ7 に対
応するＩ5 ，Ｉ7 とφ6，φ8 に対応するＩ6 ，Ｉ8 の
干渉光強度に差異ΔＩが生じる。その差異ΔＩは、次式
で表わされる。
は、図４のようになる。位相変調のの期間は、両光間
の位相差が“０”の状態を示し、の期間は、角速度が
印加されサニャック位相差Δφs が生じた状態を示す。
位相変調のの期間φ1 〜φ4に相当する干渉光の出力
Ｉ1 〜Ｉ4 は、図４に示すように同レベルとなり干渉光
の強度の差異は生じない。の期間は、φ5 ，φ7 に対
応するＩ5 ，Ｉ7 とφ6，φ8 に対応するＩ6 ，Ｉ8 の
干渉光強度に差異ΔＩが生じる。その差異ΔＩは、次式
で表わされる。
【０００５】 ΔＩ＝Ｐ0 ・ｓｉｎΔφs ・・・（１） 上記（１）式に示すようにφ5 ，φ7 に対応するＩ5 ，
Ｉ7 とφ6 ，φ8 に対応するＩ6 ，Ｉ8 の干渉光強度の
差異ΔＩを検出すれば、サニャック位相差Δφ s を知る
ことができる。ここでサニャック位相差Δφs は、 Δφs ＝（４πＲＬ／ｃλ）Ω＝Ｋs Ω ・・・（２） Ω：入力角速度 Ｒ：光ファイバコイルの半径 Ｌ：光ファイバコイルの光ファイバ長 ｃ：光速 λ：光源波長 Ｋs ：サニャック係数 で表わされ、サニャック係数Ｋs を比例定数として入力
角速度Ωに比例する。続いて干渉光出力Ｉ1 〜Ｉn は、
受光器１８で光電変換された後、Ａ／Ｄ変換器１９にお
いて周期τでＡ／Ｄ変換され、その後同期検波回路２０
により（１）式に対応するディジタル量が演算される。
即ち入力角速度Ωの正弦関数に比例したディジタル量を
求めることができる。 ＜クローズドループの方法についての説明＞クローズド
ループ方式の場合には、（１）式における位相差Δφs
は、光ファイバコイル１７の両光間の位相差Δφに置き
換えられる。このΔφは Δφ＝Δφs ＋Δφf ・・・（３） ここでΔφs は、光ファイバコイル１７に角速度を印加
したときに生じるサニャック位相差を示し、Δφf はフ
ィードバック信号Ｖf により生じる位相差を示す。同期
検波回路２０により生成された（１）式に対応したディ
ジタル量をフィードバック回路２２に負帰還となるよう
与えると、積分器２１の入力即ち同期検波回路２０の出
力は零となり（ΔＩ＝０）、Δφ＝０となる。 従っ
て、 Δφs ＝−Δφf ・・・（４） の関係が成り立つ。フィードバック位相差Δφf を発生
させる方法は、光の伝搬時間τを一段の幅とする階段状
鋸歯状波（ディジタルフェーズランプ）を位相変調器１
５に印加し達成することができる。
Ｉ7 とφ6 ，φ8 に対応するＩ6 ，Ｉ8 の干渉光強度の
差異ΔＩを検出すれば、サニャック位相差Δφ s を知る
ことができる。ここでサニャック位相差Δφs は、 Δφs ＝（４πＲＬ／ｃλ）Ω＝Ｋs Ω ・・・（２） Ω：入力角速度 Ｒ：光ファイバコイルの半径 Ｌ：光ファイバコイルの光ファイバ長 ｃ：光速 λ：光源波長 Ｋs ：サニャック係数 で表わされ、サニャック係数Ｋs を比例定数として入力
角速度Ωに比例する。続いて干渉光出力Ｉ1 〜Ｉn は、
受光器１８で光電変換された後、Ａ／Ｄ変換器１９にお
いて周期τでＡ／Ｄ変換され、その後同期検波回路２０
により（１）式に対応するディジタル量が演算される。
即ち入力角速度Ωの正弦関数に比例したディジタル量を
求めることができる。 ＜クローズドループの方法についての説明＞クローズド
ループ方式の場合には、（１）式における位相差Δφs
は、光ファイバコイル１７の両光間の位相差Δφに置き
換えられる。このΔφは Δφ＝Δφs ＋Δφf ・・・（３） ここでΔφs は、光ファイバコイル１７に角速度を印加
したときに生じるサニャック位相差を示し、Δφf はフ
ィードバック信号Ｖf により生じる位相差を示す。同期
検波回路２０により生成された（１）式に対応したディ
ジタル量をフィードバック回路２２に負帰還となるよう
与えると、積分器２１の入力即ち同期検波回路２０の出
力は零となり（ΔＩ＝０）、Δφ＝０となる。 従っ
て、 Δφs ＝−Δφf ・・・（４） の関係が成り立つ。フィードバック位相差Δφf を発生
させる方法は、光の伝搬時間τを一段の幅とする階段状
鋸歯状波（ディジタルフェーズランプ）を位相変調器１
５に印加し達成することができる。
【０００６】ここで光学素子１３は、例えばニオブ酸リ
チューム（ＬｉＮｂＯ3 ）の光学結晶に導波路を形成
し、Ｙ分岐結合部１４、位相変調器１５，１６を集積化
した光集積回路（光ＩＣ）が通常用いられる。今光ファ
イバコイル１７の片端に配置した位相変調器１５にディ
ジタルフェーズランプＶf を印加するとＣＷ光は、図５
Ｂの破線で示した位相シフトを受け、一方ＣＣＷ光は、
実線で示したようにＣＷ光に対して光の伝搬時間τだけ
進んだ位相シフトを受ける。通常ディジタルフェーズラ
ンプは、干渉光の周期性からフィードバック位相φf が
２ｍπを越えたところで絶対値として２ｍπ減じられ
る。このディジタルフェーズランプの繰返し周波数ｆと
入力角速度Ωとの間には、次の関係が成立する。
チューム（ＬｉＮｂＯ3 ）の光学結晶に導波路を形成
し、Ｙ分岐結合部１４、位相変調器１５，１６を集積化
した光集積回路（光ＩＣ）が通常用いられる。今光ファ
イバコイル１７の片端に配置した位相変調器１５にディ
ジタルフェーズランプＶf を印加するとＣＷ光は、図５
Ｂの破線で示した位相シフトを受け、一方ＣＣＷ光は、
実線で示したようにＣＷ光に対して光の伝搬時間τだけ
進んだ位相シフトを受ける。通常ディジタルフェーズラ
ンプは、干渉光の周期性からフィードバック位相φf が
２ｍπを越えたところで絶対値として２ｍπ減じられ
る。このディジタルフェーズランプの繰返し周波数ｆと
入力角速度Ωとの間には、次の関係が成立する。
【０００７】 ｆ＝（４Ａ／ｎｍＬλ）Ω＝（２Ｒ／ｎｍλ）Ω ・・・（５） Ｒ：光ファイバコイルの半径 Ａ：光ファイバコイルにおいて光ファイバが囲む総面積 ｎ：光ファイバの屈折率 すなわちディジタルフェーズランプの繰返し周波数ｆを
計測すれば与えられた入力角速度Ωを知ることができ
る。 ＜ディジタルフェーズランプの最大位相偏移ΦR の２ｍ
π制御について＞ランプ波形の最大位相偏移ΦR の２ｍ
πからのずれは、ＦＯＧのスケールファクタリニアリテ
ィ劣化につながる。図６は、フィードバック位相差Δφ
f と干渉光強度Ｉとの関係を示した図である。で示し
た期間は、最大位相偏移ΦR が丁度２π（ｒａｄ）（ｍ
＝１とした場合）の場合で、ランプ波形のフライバック
の前後で干渉光強度のレベル差は見られずフィードバッ
ク位相差Δφf が継続的に保証される。
計測すれば与えられた入力角速度Ωを知ることができ
る。 ＜ディジタルフェーズランプの最大位相偏移ΦR の２ｍ
π制御について＞ランプ波形の最大位相偏移ΦR の２ｍ
πからのずれは、ＦＯＧのスケールファクタリニアリテ
ィ劣化につながる。図６は、フィードバック位相差Δφ
f と干渉光強度Ｉとの関係を示した図である。で示し
た期間は、最大位相偏移ΦR が丁度２π（ｒａｄ）（ｍ
＝１とした場合）の場合で、ランプ波形のフライバック
の前後で干渉光強度のレベル差は見られずフィードバッ
ク位相差Δφf が継続的に保証される。
【０００８】ところがランプ波形の最大位相偏移ΦR が
２πより小さく与えられた場合、の期間に示されるよ
うにフライバック前後の干渉光強度に差異が現われる。
このように干渉光強度に差異が現われると誤差信号とし
て復調され厳密には（５）式が成り立なくなり、すなわ
ちＦＯＧ入出力のスケールファクタが劣化する。このこ
とは、ランプ波形の最大位相偏移ΦR が２πより大きく
与えられたの期間でも同様である。そこで及びに
示した干渉光強度の差異を検知し、ランプ波形の最大位
相偏移ΦR が常時２πとなるように制御してやれば
（５）式が保証されスケールファクタ誤差を最小に保つ
ことができる。
２πより小さく与えられた場合、の期間に示されるよ
うにフライバック前後の干渉光強度に差異が現われる。
このように干渉光強度に差異が現われると誤差信号とし
て復調され厳密には（５）式が成り立なくなり、すなわ
ちＦＯＧ入出力のスケールファクタが劣化する。このこ
とは、ランプ波形の最大位相偏移ΦR が２πより大きく
与えられたの期間でも同様である。そこで及びに
示した干渉光強度の差異を検知し、ランプ波形の最大位
相偏移ΦR が常時２πとなるように制御してやれば
（５）式が保証されスケールファクタ誤差を最小に保つ
ことができる。
【０００９】図３に示した２ｍπ制御回路３１は、以上
の機能を有するもので及びに示した干渉光強度の差
異は、電気信号に変換された後同期検波回路２５で復調
され、ここでの誤差信号は、積分器２６に入力される。
前記最大位相偏移ΦR は、初期値として２ｍπ基準値発
生器２８より２ｍπにより近い値になるよう対応するデ
ィジタル量が設定されるが、位相変調器１５の電気光学
係数が温度特性を有していることなどの理由により周囲
温度によってランプ波形の最大位相偏移が両光の位相偏
移として理想的な２ｍπの値からずれてしまう。
の機能を有するもので及びに示した干渉光強度の差
異は、電気信号に変換された後同期検波回路２５で復調
され、ここでの誤差信号は、積分器２６に入力される。
前記最大位相偏移ΦR は、初期値として２ｍπ基準値発
生器２８より２ｍπにより近い値になるよう対応するデ
ィジタル量が設定されるが、位相変調器１５の電気光学
係数が温度特性を有していることなどの理由により周囲
温度によってランプ波形の最大位相偏移が両光の位相偏
移として理想的な２ｍπの値からずれてしまう。
【００１０】そこで積分器２６からの制御信号を２ｍπ
基準値発生器２８からの基準値に加算し、Ｄ／Ａ変換器
２９でＤ／Ａ変換後、このＤ／Ａ変換出力でフィードバ
ック信号のディジタル量をアナログ量に変換するＤ／Ａ
変換器２３の利得を２πの値が大きくなった時に下げ２
πの値が小さくなった時に利得を上げるように制御する
ことによりランプ波形の最大位相偏移を常時２ｍπにな
るよう制御することができる。図３では、Ｄ／Ａ変換器
２３の利得を制御したがフィードバック信号発生回路２
２で生成するランプ波形の最大位相偏移点を決めるしき
い値の値を積分器２９の出力で補償するようにしてもよ
い。 ＜ＦＯＧの最大入力角速度について＞階段状フィードバ
ック信号の一段の幅をτとするディジタルフェーズラン
プの最大繰返し周波数ｆmax は、パルス幅τで制限され
る。よって ｆmax ＝１／τ＝ｃ／ｎＬ ・・・（６） ここでτ＝ｎＬ／ｃ 入力角速度Ωとフィードバック信号の繰返し周波数ｆと
の関係は、（５）式に示されるので、（６）式で決まる
最大周波数ｆmax と最大入力角速度との関係は、 ｆmax ＝ｃ／ｎＬ＝（２Ｒ／ｍｎλ）Ωmax ・・・（７） となる。又（７）式により次のことが云える。
基準値発生器２８からの基準値に加算し、Ｄ／Ａ変換器
２９でＤ／Ａ変換後、このＤ／Ａ変換出力でフィードバ
ック信号のディジタル量をアナログ量に変換するＤ／Ａ
変換器２３の利得を２πの値が大きくなった時に下げ２
πの値が小さくなった時に利得を上げるように制御する
ことによりランプ波形の最大位相偏移を常時２ｍπにな
るよう制御することができる。図３では、Ｄ／Ａ変換器
２３の利得を制御したがフィードバック信号発生回路２
２で生成するランプ波形の最大位相偏移点を決めるしき
い値の値を積分器２９の出力で補償するようにしてもよ
い。 ＜ＦＯＧの最大入力角速度について＞階段状フィードバ
ック信号の一段の幅をτとするディジタルフェーズラン
プの最大繰返し周波数ｆmax は、パルス幅τで制限され
る。よって ｆmax ＝１／τ＝ｃ／ｎＬ ・・・（６） ここでτ＝ｎＬ／ｃ 入力角速度Ωとフィードバック信号の繰返し周波数ｆと
の関係は、（５）式に示されるので、（６）式で決まる
最大周波数ｆmax と最大入力角速度との関係は、 ｆmax ＝ｃ／ｎＬ＝（２Ｒ／ｍｎλ）Ωmax ・・・（７） となる。又（７）式により次のことが云える。
【００１１】 Ωmax ＝ｃｍλ／Ｌ２Ｒ ・・・（８） ＝ｍ・２π／Ｋs ・・・（８′） 以上より最大入力角速度Ωmax は、ランプ波形の最大位
相偏移２πの倍率ｍ（ｍ＝１，２，３…）に比例して拡
大することができる。 ＜ジャイロ出力パルスについて＞（５）式で示したよう
にフィードバック信号としてのランプ波形の繰返し周波
数ｆを計測すれば入力角速度Ωを知ることができる。
相偏移２πの倍率ｍ（ｍ＝１，２，３…）に比例して拡
大することができる。 ＜ジャイロ出力パルスについて＞（５）式で示したよう
にフィードバック信号としてのランプ波形の繰返し周波
数ｆを計測すれば入力角速度Ωを知ることができる。
【００１２】従来は、図７に示すように正のランプ波形
のフライバックにより、正パルス出力端子ＯＵＴ１に少
なくとも１つのパルスを送出し、負のランプ波形のフラ
イバックで負パルス出力端子ＯＵＴ２に少なくとも１つ
のパルスを送出する。ここでパルス１個分の角度増分す
なわちパルスウェイトＰＷは、（５）式より ＰＷ＝Ω／ｆ＝ｎｍλ／２Ｒ［ arc−sec ／Pulse ］ ・・・（９） で表わされる。
のフライバックにより、正パルス出力端子ＯＵＴ１に少
なくとも１つのパルスを送出し、負のランプ波形のフラ
イバックで負パルス出力端子ＯＵＴ２に少なくとも１つ
のパルスを送出する。ここでパルス１個分の角度増分す
なわちパルスウェイトＰＷは、（５）式より ＰＷ＝Ω／ｆ＝ｎｍλ／２Ｒ［ arc−sec ／Pulse ］ ・・・（９） で表わされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
のランプ波形をフィードバック信号とするクローズドル
ープ方式光干渉角速度計は、（８）、（９）式より最大
位相偏移２ｍπの倍率ｍを増加させて最大入力角速度Ω
max の拡大をはかろうとするとパルスウェイトＰＷが大
きくなり角度分解能が悪くなる。
のランプ波形をフィードバック信号とするクローズドル
ープ方式光干渉角速度計は、（８）、（９）式より最大
位相偏移２ｍπの倍率ｍを増加させて最大入力角速度Ω
max の拡大をはかろうとするとパルスウェイトＰＷが大
きくなり角度分解能が悪くなる。
【００１４】又フィードバック信号（ランプ波形）のフ
ライバック時のデータも含めて復調しているため２ｍπ
からのずれがジャイロ出力に取り込まれスケールファク
タリニアリティが劣化する欠点があった。この発明は、
従来の欠点を除去し、角度分解能を劣化させないで最大
入力角速度Ωmax の拡大をはかることのできる信号処理
技術を提供する。さらに２ｍπからのずれによる誤差信
号の影響を受けない信号処理技術も併せて提供する。
ライバック時のデータも含めて復調しているため２ｍπ
からのずれがジャイロ出力に取り込まれスケールファク
タリニアリティが劣化する欠点があった。この発明は、
従来の欠点を除去し、角度分解能を劣化させないで最大
入力角速度Ωmax の拡大をはかることのできる信号処理
技術を提供する。さらに２ｍπからのずれによる誤差信
号の影響を受けない信号処理技術も併せて提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】（１）請求項１の発明
は、少なくとも一周する光学路と、その光学路に対して
右廻り光及び左廻り光を通す分岐手段と、その光学路を
伝搬してきた左右両廻り光を干渉させる干渉手段と、そ
の干渉手段と上記光学路の一端との間に設けられ、左右
両廻り光間に位相差を与える位相変調器と、上記干渉手
段により得られる干渉光の強度を電気信号として検出す
る受光器と、位相変調器により位相変調された受光器か
らの光電変換信号を復調し角速度情報を検出する同期検
波手段と、その同期検波手段からの出力を積分する積分
器と、その積分器の出力を入力して、ランプ波形状のフ
ィードバック信号を生成するフィードバック信号発生回
路とを具備し、その出力のフィードバック信号を位相変
調器の位相変調信号に加算するか又は位相変調器とは別
に干渉手段と光学路の一端との間に設けた第２位相変調
器に印加し、光学路の左右両廻り光間の位相差が常時零
となるよう制御するクローズドループ方式の光干渉角速
度計に関する。
は、少なくとも一周する光学路と、その光学路に対して
右廻り光及び左廻り光を通す分岐手段と、その光学路を
伝搬してきた左右両廻り光を干渉させる干渉手段と、そ
の干渉手段と上記光学路の一端との間に設けられ、左右
両廻り光間に位相差を与える位相変調器と、上記干渉手
段により得られる干渉光の強度を電気信号として検出す
る受光器と、位相変調器により位相変調された受光器か
らの光電変換信号を復調し角速度情報を検出する同期検
波手段と、その同期検波手段からの出力を積分する積分
器と、その積分器の出力を入力して、ランプ波形状のフ
ィードバック信号を生成するフィードバック信号発生回
路とを具備し、その出力のフィードバック信号を位相変
調器の位相変調信号に加算するか又は位相変調器とは別
に干渉手段と光学路の一端との間に設けた第２位相変調
器に印加し、光学路の左右両廻り光間の位相差が常時零
となるよう制御するクローズドループ方式の光干渉角速
度計に関する。
【００１６】請求項１の発明では、積分器からの信号を
積分し、任意に設定されたしきい値ＤTHを用いて、フィ
ードバック信号とは別のランプ波形を形成し、その繰返
し周波数をジャイロ出力とするジャイロ出力パルス発生
回路を設ける。 （２）請求項２の発明では、前記（１）において、フィ
ードバック信号のフライバック振幅を２ｍπ（ｍ＝１，
２，３…）に設定する。
積分し、任意に設定されたしきい値ＤTHを用いて、フィ
ードバック信号とは別のランプ波形を形成し、その繰返
し周波数をジャイロ出力とするジャイロ出力パルス発生
回路を設ける。 （２）請求項２の発明では、前記（１）において、フィ
ードバック信号のフライバック振幅を２ｍπ（ｍ＝１，
２，３…）に設定する。
【００１７】（３）請求項３の発明では、前記（１）ま
たは（２）において、フィードバック信号のフライバッ
ク時のデータを、同期検波手段に取り込まないようにす
るブランキング手段を設ける。 （４）請求項４の発明では、フィードバック信号は、階
段状ランプ波形で、１段のパルス幅が光学路の光伝搬時
間τとされる。
たは（２）において、フィードバック信号のフライバッ
ク時のデータを、同期検波手段に取り込まないようにす
るブランキング手段を設ける。 （４）請求項４の発明では、フィードバック信号は、階
段状ランプ波形で、１段のパルス幅が光学路の光伝搬時
間τとされる。
【００１８】（５）請求項５の発明では、フィードバッ
ク信号は、階段状ランプ波形で、１段のパルス幅ＴW が
ＴW ≦τ／２とされる。 （６）請求項６の発明では、フィードバック信号は、リ
ニアフェーズランプ波形とされる。 （７）請求項７の発明では、ジャイロ出力パルス発生回
路のランプ波形のしきい値ＤTHは、フィードバック信号
のフライバックの値をＤFBとすると、ＤTH≦Ｄ FBとされ
る。
ク信号は、階段状ランプ波形で、１段のパルス幅ＴW が
ＴW ≦τ／２とされる。 （６）請求項６の発明では、フィードバック信号は、リ
ニアフェーズランプ波形とされる。 （７）請求項７の発明では、ジャイロ出力パルス発生回
路のランプ波形のしきい値ＤTHは、フィードバック信号
のフライバックの値をＤFBとすると、ＤTH≦Ｄ FBとされ
る。
【００１９】（８）請求項８の発明では、ジャイロ出力
パルス発生回路は、積分器からの値を累積加算する累積
加算器を有し、その累積加算器のデータ更新用クロック
周波数ｆc 1 がｆc 1 ＞１／τとされる。 （９）請求項９の発明では、ジャイロ出力パルス発生回
路は、積分器の出力を更に積分する第２の積分器を有
し、その第２の積分器の積分定数が光学路の光伝搬時間
τより小さく設定される。
パルス発生回路は、積分器からの値を累積加算する累積
加算器を有し、その累積加算器のデータ更新用クロック
周波数ｆc 1 がｆc 1 ＞１／τとされる。 （９）請求項９の発明では、ジャイロ出力パルス発生回
路は、積分器の出力を更に積分する第２の積分器を有
し、その第２の積分器の積分定数が光学路の光伝搬時間
τより小さく設定される。
【００２０】（１０）請求項１０の発明では、同期検波
手段の出力を積分する積分器が、電気フィルタで構成さ
れる。
手段の出力を積分する積分器が、電気フィルタで構成さ
れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に、図３と
対応する部分に同じ符号を付けて示す。図３に示した従
来例との違いは、しきい値発生回路３３を追加し、ジャ
イロ出力パルス発生回路３２を改良したことにある。こ
こで分り易いように次の具体例を引き合いに出して説明
する。
対応する部分に同じ符号を付けて示す。図３に示した従
来例との違いは、しきい値発生回路３３を追加し、ジャ
イロ出力パルス発生回路３２を改良したことにある。こ
こで分り易いように次の具体例を引き合いに出して説明
する。
【００２２】 ＦＯＧ設計値 光ファイバ長Ｌ １ｋｍ 光ファイバコイル半径Ｒ ０．０４ｍ 光源波長λ ０．８３μｍ 光ファイバ屈折率ｎ １．４７ 計算結果 サニャック係数Ｋs ２．０１ 光の伝搬時間τ ４．９μｓｅｃ 以上より（８）式の最大入力角速度Ωmax 及び（９）式
のパルスウェイトＰＷの各ｍ値での値は、表１の通りと
なる。
のパルスウェイトＰＷの各ｍ値での値は、表１の通りと
なる。
【００２３】
【表１】 表１に示す通りフィードバック信号の繰返し周波数ｆを
計測する従来の方法は、ｍの倍率を増やし最大入力角速
度の拡大をはかろうとすると、パルスウェイトＰＷが増
加し角度分解能が下がっていたが、本発明の場合、ジャ
イロ出力パルスの発生は、図１の通り別ラインで生成す
る。積分器２１の出力は、ジャイロ出力パルス発生回路
３２内のランプジェネレータによって累積加算される。
このランプジェネレータの出力がしきい値発生回路３３
からのしきい値と等しくなるか又は越えたらしきい値の
分だけ絶対値として減じられランプジェネレータからの
出力がフライバックさせられる。
計測する従来の方法は、ｍの倍率を増やし最大入力角速
度の拡大をはかろうとすると、パルスウェイトＰＷが増
加し角度分解能が下がっていたが、本発明の場合、ジャ
イロ出力パルスの発生は、図１の通り別ラインで生成す
る。積分器２１の出力は、ジャイロ出力パルス発生回路
３２内のランプジェネレータによって累積加算される。
このランプジェネレータの出力がしきい値発生回路３３
からのしきい値と等しくなるか又は越えたらしきい値の
分だけ絶対値として減じられランプジェネレータからの
出力がフライバックさせられる。
【００２４】図２は、階段状ランプ波形の一段の幅をτ
とするフィードバック信号（図２Ｃ）と一段の幅をτ／
８とするジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形（図
２Ｄ）を示す。フィードバック信号は、８τ目で最大位
相偏移ＤFBへ達し０までフライバックされている。一方
ジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形は、τ毎にし
きい値ＤTHへ達し０までフライバックされている。
とするフィードバック信号（図２Ｃ）と一段の幅をτ／
８とするジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形（図
２Ｄ）を示す。フィードバック信号は、８τ目で最大位
相偏移ＤFBへ達し０までフライバックされている。一方
ジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形は、τ毎にし
きい値ＤTHへ達し０までフライバックされている。
【００２５】従来の方式だとフィードバック信号がフラ
イバックする毎に１個の正方向パルスが出るところであ
るが、図２に示したケースでは、フィードバック信号が
１回フライバックする間に８個の正方向パルスが発生し
ており角度の分解能が上がったことを示している。な
お、ランプ波形が一つ前のτ時間の時フライバックレベ
ルＤFB以内にあり次のτ時間においてＤFBを越えたとす
るとランプ波形は、図８の通りとなる。これについて
は、ジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形も同じで
ある。
イバックする毎に１個の正方向パルスが出るところであ
るが、図２に示したケースでは、フィードバック信号が
１回フライバックする間に８個の正方向パルスが発生し
ており角度の分解能が上がったことを示している。な
お、ランプ波形が一つ前のτ時間の時フライバックレベ
ルＤFB以内にあり次のτ時間においてＤFBを越えたとす
るとランプ波形は、図８の通りとなる。これについて
は、ジャイロ出力パルス発生回路用ランプ波形も同じで
ある。
【００２６】図２に示したジャイロ出力パルス発生回路
用ランプ波形生成のためのクロックＣＬＫ８は、角度分
解能向上のためｆCLK8＝８／τに設定されている。今フ
ィードバック信号の最大位相偏移値ＤFBを、ｍの倍率と
して４倍の８π（ｒａｄ）とすると現在入力されている
角速度は、（５）式より展開して約８９°／ｓとなる。
用ランプ波形生成のためのクロックＣＬＫ８は、角度分
解能向上のためｆCLK8＝８／τに設定されている。今フ
ィードバック信号の最大位相偏移値ＤFBを、ｍの倍率と
して４倍の８π（ｒａｄ）とすると現在入力されている
角速度は、（５）式より展開して約８９°／ｓとなる。
【００２７】以下に入力角速度Ω＝８９°／ｓの時のフ
ィードバック信号の繰返し周波数、ジャイロ出力パルス
発生回路からの出力パルス周波数を示す。
ィードバック信号の繰返し周波数、ジャイロ出力パルス
発生回路からの出力パルス周波数を示す。
【００２８】
【表２】 上表から解かる通りフィードバック信号は、同じ入力角
速度印加でもｍが増えれば繰返し周波数がｍに反比例し
パルスウェイトは比例する。一方ジャイロ出力パルス
は、ｍの値に関係なく一定周波数で一定のパルスウェイ
トを示す。又図２及び上表からも解かる通りジャイロ出
力パルス発生器３１のクロック周波数ｆCL K8を増やして
やれば角度分解能が上がり又図２では、しきい値ＤTHを
フィードバック信号の最大位相偏移値ＤFBと同じ値に設
定したが、ＤTHを下げれば、ジャイロ出力パルスの角度
分解能は、さらに上がる。ＤTHを現在値の１／２にすれ
ばパルス周波数は２倍の４０８１６０Ｈｚとなりパルス
ウェイトは、１／２の０．７８５ａｒｃ−ｓｅｃ／ｐｕ
ｌｓｅになり角度分解能として２倍向上する。この場合
最大入力角速度は、ｍ＝４の最大入力角速度７１７°／
ｓの半分になるが、ｍ＝１のケースから最大入力角速度
の拡大をはかりかつ角度分解能を上げる上では、有効と
なる。以上に述べた以外にも最大入力角速度とパルスウ
ェイトの組合せは、用途によってさまざまなケースが選
択できる。
速度印加でもｍが増えれば繰返し周波数がｍに反比例し
パルスウェイトは比例する。一方ジャイロ出力パルス
は、ｍの値に関係なく一定周波数で一定のパルスウェイ
トを示す。又図２及び上表からも解かる通りジャイロ出
力パルス発生器３１のクロック周波数ｆCL K8を増やして
やれば角度分解能が上がり又図２では、しきい値ＤTHを
フィードバック信号の最大位相偏移値ＤFBと同じ値に設
定したが、ＤTHを下げれば、ジャイロ出力パルスの角度
分解能は、さらに上がる。ＤTHを現在値の１／２にすれ
ばパルス周波数は２倍の４０８１６０Ｈｚとなりパルス
ウェイトは、１／２の０．７８５ａｒｃ−ｓｅｃ／ｐｕ
ｌｓｅになり角度分解能として２倍向上する。この場合
最大入力角速度は、ｍ＝４の最大入力角速度７１７°／
ｓの半分になるが、ｍ＝１のケースから最大入力角速度
の拡大をはかりかつ角度分解能を上げる上では、有効と
なる。以上に述べた以外にも最大入力角速度とパルスウ
ェイトの組合せは、用途によってさまざまなケースが選
択できる。
【００２９】図１に示した２ｍπ制御は、図３に示した
従来方式と同様にフィードバック信号Ｖf のフライバッ
ク時の情報によってフィードバック信号の最大位相偏移
を両光の位相偏移として２ｍπに制御することで達成で
きる。又別の方法としては、フィードバック信号のフラ
イバック情報を使用せず、定期的にフィードバック信号
にｍπ（ｒａｄ）に相当する信号を加算し、両光間の位
相差として２ｍπを発生させ、この位相差の２ｍπから
の誤差を干渉光強度出力として検出し、その信号を２ｍ
π制御の誤差信号として使用することも可能である。こ
の方法は、入力角速度に関係なく２ｍπの制御が出来る
ので、前者のように入力角速度が微小時に２ｍπの更新
レートが少なくなり不確実になることがなくなる。
従来方式と同様にフィードバック信号Ｖf のフライバッ
ク時の情報によってフィードバック信号の最大位相偏移
を両光の位相偏移として２ｍπに制御することで達成で
きる。又別の方法としては、フィードバック信号のフラ
イバック情報を使用せず、定期的にフィードバック信号
にｍπ（ｒａｄ）に相当する信号を加算し、両光間の位
相差として２ｍπを発生させ、この位相差の２ｍπから
の誤差を干渉光強度出力として検出し、その信号を２ｍ
π制御の誤差信号として使用することも可能である。こ
の方法は、入力角速度に関係なく２ｍπの制御が出来る
ので、前者のように入力角速度が微小時に２ｍπの更新
レートが少なくなり不確実になることがなくなる。
【００３０】従来、フィードバック信号のフライバック
時も含め信号を復調していたのでフライバック時の２ｍ
πからのずれによる誤差がジャイロデータに含まれてス
ケールファクタリニアリティ劣化の原因となっていた。
そこでフライバック時のデータを少なくともブランキン
グしてその誤差を取り込まないようにする。しかしこの
場合、最大入力角速度を低減させる原因になる。通常同
期検波回路は、τのパルス幅を持つ矩形波位相変調の一
周期分（２τ）で角速度情報検出の最小単位となる。し
たがって前述のフライバック１回のブランキングは、２
τ分のデータを失なうことになる。又ＦＯＧクローズド
ループ動作のために角速度情報として２τ分のデータが
必要となる。よって最大入力角速度は、ブランキングす
る前の最大入力角速度の１／４となる。
時も含め信号を復調していたのでフライバック時の２ｍ
πからのずれによる誤差がジャイロデータに含まれてス
ケールファクタリニアリティ劣化の原因となっていた。
そこでフライバック時のデータを少なくともブランキン
グしてその誤差を取り込まないようにする。しかしこの
場合、最大入力角速度を低減させる原因になる。通常同
期検波回路は、τのパルス幅を持つ矩形波位相変調の一
周期分（２τ）で角速度情報検出の最小単位となる。し
たがって前述のフライバック１回のブランキングは、２
τ分のデータを失なうことになる。又ＦＯＧクローズド
ループ動作のために角速度情報として２τ分のデータが
必要となる。よって最大入力角速度は、ブランキングす
る前の最大入力角速度の１／４となる。
【００３１】以上のようにブランキングによって最大入
力角速度が減少するか、本発明との併用で例えばｍの倍
率を４にした場合、スケールファクタリニアリティの性
能向上をはかりつつｍ＝１における最大入力角速度を保
つことができる。又併せて角度分解能の向上がはかれ
る。（従来のＦＯＧの場合、ｍ＝１における最大入力角
速度は、ブランキングがない時と比べ１／４となる） 以上までは、フィードバック信号として１段の階段の幅
をτとした場合について述べた来たが１段の階段の幅Ｔ
W がＴW ≦τ／２の階段状ランプ波形及びリニアランプ
波形についても同様のことが言える。
力角速度が減少するか、本発明との併用で例えばｍの倍
率を４にした場合、スケールファクタリニアリティの性
能向上をはかりつつｍ＝１における最大入力角速度を保
つことができる。又併せて角度分解能の向上がはかれ
る。（従来のＦＯＧの場合、ｍ＝１における最大入力角
速度は、ブランキングがない時と比べ１／４となる） 以上までは、フィードバック信号として１段の階段の幅
をτとした場合について述べた来たが１段の階段の幅Ｔ
W がＴW ≦τ／２の階段状ランプ波形及びリニアランプ
波形についても同様のことが言える。
【００３２】ジャイロ出力パルス発生回路用信号は、階
段状ランプ波形について述べたがリニアランプ波形につ
いても同様に達成できる。
段状ランプ波形について述べたがリニアランプ波形につ
いても同様に達成できる。
【００３３】
【発明の効果】この発明ではフィードバック信号用のラ
ンプ波形とジャイロ出力パルス生成用のランプ波形を別
々に構成し、フィードバック信号用のランプ波形は、フ
ィードバック信号のみに使用し、最大位相偏移のｍ倍率
を増加させ最大入力角速度の拡大をはかっている。一方
ジャイロ出力パルス生成用のランプ波形は、累積加算器
のクロック周波数ｆc １をｆc １＞１／τとしたり又最
大位相偏移もフィードバック信号の最大位相偏移と無関
係に設定できるのでフィードバック信号のｍ倍率を増加
させ最大入力角速度の拡大をはかってもジャイロ出力パ
ルスの角度分解能を劣化させることがない。
ンプ波形とジャイロ出力パルス生成用のランプ波形を別
々に構成し、フィードバック信号用のランプ波形は、フ
ィードバック信号のみに使用し、最大位相偏移のｍ倍率
を増加させ最大入力角速度の拡大をはかっている。一方
ジャイロ出力パルス生成用のランプ波形は、累積加算器
のクロック周波数ｆc １をｆc １＞１／τとしたり又最
大位相偏移もフィードバック信号の最大位相偏移と無関
係に設定できるのでフィードバック信号のｍ倍率を増加
させ最大入力角速度の拡大をはかってもジャイロ出力パ
ルスの角度分解能を劣化させることがない。
【００３４】又フィードバック信号のフライバック時、
その時点でのデータをブランキングしたのでフィードバ
ック信号の最大位相偏移の２ｍπからのずれによる誤差
信号をジャイロデータとして取り込むことがないのでジ
ャイロスケールファクタリニアリティの劣化を抑えるこ
とができる。
その時点でのデータをブランキングしたのでフィードバ
ック信号の最大位相偏移の２ｍπからのずれによる誤差
信号をジャイロデータとして取り込むことがないのでジ
ャイロスケールファクタリニアリティの劣化を抑えるこ
とができる。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】図１の要部の波形図。
【図３】従来のＦＯＧのブロック図。
【図４】図３の両廻り光の位相差Δφと干渉光強度の関
係を説明するための図。
係を説明するための図。
【図５】ＡはＦＯＧの位相変調信号による位相偏移、Ｂ
はフィードバック信号による両廻り光の位相偏移、Ｃは
両廻り光間の位相差。
はフィードバック信号による両廻り光の位相偏移、Ｃは
両廻り光間の位相差。
【図６】ＦＯＧの最大位相偏移の２πからのずれと干渉
光強度との関係を示す図。
光強度との関係を示す図。
【図７】図３のフィードバック信号とジャイロ出力パル
スの波形図。
スの波形図。
【図８】図３のフィードバック信号発生回路２２におけ
るランプ信号波形の一例を示す図。
るランプ信号波形の一例を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−339212（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270913（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−130612（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221859（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34378（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−60564（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−3154（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−118618（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/64 - 19/72
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも一周する光学路と、その光学
路に対して右廻り光及び左廻り光を通す分岐手段と、そ
の光学路を伝搬してきた左右両廻り光を干渉させる干渉
手段と、その干渉手段と上記光学路の一端との間に設け
られ左右両廻り光間に位相差を与える位相変調器と、上
記干渉手段により得られる干渉光の強度を電気信号とし
て検出する受光器と、前記位相変調器により位相変調さ
れた前記受光器からの光電変換信号を復調し角速度情報
を検出する同期検波手段と、その同期検波手段からの出
力を積分する積分器と、その積分器の出力を入力して、
ランプ波形状のフィードバック信号を生成するフィード
バック信号発生回路とを具備し、その出力のフィードバ
ック信号を前記位相変調器の位相変調信号に加算するか
又は前記位相変調器とは別に前記干渉手段と前記光学路
の一端との間に設けた第２位相変調器に印加し、前記光
学路の左右両廻り光間の位相差が常時零となるよう制御
するクローズドループ方式の光干渉角速度計において、 前記積分器からの信号を積分し、任意に設定されたしき
い値ＤTHを用いて、 前記フィードバック信号とは別のランプ波形を形成し、
その繰返し周波数をジャイロ出力とするジャイロ出力パ
ルス発生回路を設けたことを特徴とする光干渉角速度
計。 - 【請求項２】 前記フィードバック信号のフライバック
振幅を２ｍπ（ｍ＝１，２，３…）に設定することを特
徴とする請求項１記載の光干渉角速度計。 - 【請求項３】 前記フィードバック信号のフライバック
時のデータを、前記同期検波手段に取り込まないように
するブランキング手段を設けたことを特徴とする請求項
１または２記載の光干渉角速度計。 - 【請求項４】 前記フィードバック信号は、階段状ラン
プ波形で、１段のパルス幅が前記光学路を伝搬する光の
伝搬に要する時間τである請求項１乃至３のいずれかに
記載の光干渉角速度計。 - 【請求項５】 前記フィードバック信号は、階段状ラン
プ波形で、１段のパルス幅ＴW がＴW ≦τ／２である請
求項１乃至３のいずれかに記載の光干渉角速度計。 - 【請求項６】 前記フィードバック信号は、リニアフェ
ーズランプ波形である請求項１乃至３のいずれかに記載
の光干渉角速度計。 - 【請求項７】 前記ジャイロ出力パルス発生回路のラン
プ波形の前記しきい値ＤTHは、前記フィードバック信号
のフライバックの値をＤFBとすると、ＤTH≦ＤFBである
請求項１乃至３のいずれかに記載の光干渉角速度計。 - 【請求項８】 前記ジャイロ出力パルス発生回路は、前
記積分器からの値を累積加算する累積加算器を有し、そ
の累積加算器のデータ更新用クロック周波数ｆc １がｆ
c １＞１／τである請求項１乃至３のいずれかに記載の
光干渉角速度計。 - 【請求項９】 前記ジャイロ出力パルス発生回路は、前
記積分器の出力を更に積分する第２の積分器を有し、そ
の第２の積分器の積分定数が前記光学路の光伝搬時間τ
より小さい請求項１乃至３のいずれかに記載の光干渉角
速度計。 - 【請求項１０】 前記同期検波手段の出力を積分する積
分器が、電気フィルタである請求項１乃至３のいずれか
に記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10108798A JP3211187B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10108798A JP3211187B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295077A JPH11295077A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3211187B2 true JP3211187B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=14291324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10108798A Expired - Lifetime JP3211187B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211187B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7411465B2 (en) * | 2005-07-15 | 2008-08-12 | Watson Industries, Inc. | AGC circuit for the reduction of harmonics in the drive signal |
-
1998
- 1998-04-13 JP JP10108798A patent/JP3211187B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11295077A (ja) | 1999-10-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO1995014907A1 (en) | Reduction of optical noise | |
| US10578436B2 (en) | Measuring system and gyrometer comprising such a system | |
| JP2002500376A (ja) | 光ファイバジャイロスコープ | |
| EP0749564A1 (en) | Reduction of resonator fiber optic gyroscope kerr effect error | |
| US5349441A (en) | Fiber optic gyroscope refractive index induced error compensation | |
| US5018859A (en) | Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne modulators phase difference control | |
| US5116129A (en) | Digital phase ramp type fiber optic gyro | |
| JP3211187B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| US5031988A (en) | Fiber optic gyro | |
| EP0455717A1 (en) | Fiber optic gyroscope combined signal phase difference control | |
| EP0501461B1 (en) | Fiber optic gyro | |
| JP4996411B2 (ja) | 閉ループ型光干渉角速度計 | |
| RU2160885C1 (ru) | Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа | |
| JP4847512B2 (ja) | クローズドループ方式光干渉角速度計 | |
| JP3239237B2 (ja) | クローズドループ光干渉角速度計 | |
| JP3245796B2 (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| JP2660573B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JP2532326B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JPH10132578A (ja) | 光ファイバジャイロ | |
| JP2557658B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| JP4430803B2 (ja) | 光干渉角速度計とその駆動方法 | |
| EP0412468B1 (en) | Synthetic serrodyne controller for fiber optic gyroscope | |
| US6317215B1 (en) | Pseudorandom bit sequence generation | |
| JP3635404B2 (ja) | 光干渉角速度計 | |
| EP0492580A2 (en) | Fiber optic gyro |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090719 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100719 Year of fee payment: 9 |