JP3390943B2 - Optical interference angular velocity meter - Google Patents

Optical interference angular velocity meter

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JP3390943B2
JP3390943B2 JP19724499A JP19724499A JP3390943B2 JP 3390943 B2 JP3390943 B2 JP 3390943B2 JP 19724499 A JP19724499 A JP 19724499A JP 19724499 A JP19724499 A JP 19724499A JP 3390943 B2 JP3390943 B2 JP 3390943B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光干渉角速度計
に関し、特に、受光器から出力される検出信号にAD変
換を施すに際して折り返し雑音の影響を小さくしてジャ
イロ出力のランダムノイズを減少する光干渉角速度計に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical interference gyroscope, and more particularly to an optical interferometer that reduces the influence of aliasing noise when AD conversion is performed on a detection signal output from a light receiver to reduce random noise of a gyro output. Interference gyroscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4を参照して従来例を説明する。図4
はクローズドループ型光干渉角速度計の従来例を示す。
図4において、光源1出射した光は、光カプラ2、光集
積回路3の偏光子部31、Y分岐部32を経て、光学路
としての光ファイバコイル4の両端に右回り光(CW
光)、左回り光(CCW光)として入射される。光ファ
イバコイル4を伝播するCW光、CCW光は、Y分岐部
32の片端に配置した光位相変調器33および光位相変
調器34により位相変調される。即ち、光位相変調器3
3に位相変調信号を印加して光ファイバコイル4の一方
の端部においてCW光およびCCW光を位相変調する。
これに対して、光位相変調器34にフィードバック位相
信号を印加して光ファイバコイル4の他方の端部におい
て両光間の位相差を常にゼロに打ち消す制御をしてい
る。位相変調されたCW光ファイバコイル4の一方のフ
ァイバ端に入射する一方、CCW光は、光ファイバコイ
ル4の他方のファイバ端に入射する。CW光は光ファイ
バコイル4を時計方向に巡回伝播してその他方のファイ
バ端を介して出射し、光集積回路3に再び送り込まれ
る。CCW光も、光ファイバコイル4を反時計方向に巡
回伝播してその一方のファイバ端を介して出射し、光集
積回路3に再び送り込まれる。ここで、光ファイバコイ
ル4の中心軸に関して角速度が入力されると、サニャッ
ク効果に基づいてCW光とCCW光の間にサニャック位
相差が発生するので、光ファイバコイル4を伝播後の再
び光集積回路3に送り込まれたCW光およびCCW光は
光集積回路3のY分岐部32において相互に干渉して干
渉縞を発生を発生する。この干渉光は偏光子部31、光
カプラ2を経て光電変換器である受光器5に受光され、
その干渉縞の干渉光強度を電気信号に変換する。この電
気信号に基づいて光ファイバコイル4の中心軸回りに入
力される角速度を検知することができる。この光干渉角
速度計は、CW光およびCCW光に対して入力角速度に
基づいて発生したサニャック位相差を打ち消す向きにフ
ィードバック位相を与え、光ファイバコイル4の両光間
の位相差を常にゼロに制御するクローズドループ制御が
実施され、与えたフィードバック量を測定してこれを入
力角速度として検知している。これにより、クローズド
ループ光干渉角速度計は光源出射光量の変動、光学部伝
送損失の変動その他の変動の影響を殆ど受けない。
2. Description of the Related Art A conventional example will be described with reference to FIG. Figure 4
Shows a conventional example of a closed loop type optical interference gyro.
In FIG. 4, the light emitted from the light source 1 passes through the optical coupler 2, the polarizer section 31 of the optical integrated circuit 3, and the Y branch section 32, and is turned clockwise (CW) to both ends of the optical fiber coil 4 as an optical path.
Light) and counterclockwise light (CCW light). The CW light and the CCW light propagating through the optical fiber coil 4 are phase-modulated by the optical phase modulator 33 and the optical phase modulator 34 arranged at one end of the Y branch section 32. That is, the optical phase modulator 3
A phase modulation signal is applied to 3 to phase-modulate the CW light and the CCW light at one end of the optical fiber coil 4.
On the other hand, a feedback phase signal is applied to the optical phase modulator 34 so that the phase difference between the two lights at the other end of the optical fiber coil 4 is always canceled to zero. The CCW light is incident on one fiber end of the phase-modulated CW optical fiber coil 4, while the CCW light is incident on the other fiber end of the optical fiber coil 4. The CW light propagates in the clockwise direction in the optical fiber coil 4 and exits through the other fiber end, and is sent to the optical integrated circuit 3 again. The CCW light also propagates through the optical fiber coil 4 in the counterclockwise direction, exits through one of the fiber ends, and is sent to the optical integrated circuit 3 again. Here, when an angular velocity is input with respect to the central axis of the optical fiber coil 4, a Sagnac phase difference is generated between the CW light and the CCW light based on the Sagnac effect. The CW light and the CCW light sent to the circuit 3 interfere with each other in the Y branch section 32 of the optical integrated circuit 3 to generate interference fringes. This interference light is received by the light receiver 5 which is a photoelectric converter via the polarizer section 31 and the optical coupler 2,
The interference light intensity of the interference fringe is converted into an electric signal. Based on this electric signal, the angular velocity input around the central axis of the optical fiber coil 4 can be detected. This optical interference angular velocity meter gives a feedback phase to CW light and CCW light in a direction to cancel the Sagnac phase difference generated based on the input angular velocity, and always controls the phase difference between both lights of the optical fiber coil 4 to zero. Closed loop control is performed, the amount of feedback given is measured, and this is detected as the input angular velocity. As a result, the closed-loop optical interference gyro is hardly affected by fluctuations in the amount of light emitted from the light source, fluctuations in transmission loss of the optical section, and other fluctuations.

【0003】ここで、フィードバック位相の与え方につ
いて説明する。光電変換された入力角速度に対応する電
気信号は受光器5において適切な値に増幅されてからA
Dコンバータ6に供給される。ADコンバータ6におい
てAD変換されたディジタル電気信号は、ディジタル信
号処理部7の同期検波回路72によりクローズドループ
における制御誤差信号が取り出される。
Here, how to provide the feedback phase will be described. After the photoelectrically converted electric signal corresponding to the input angular velocity is amplified to an appropriate value in the photodetector 5,
It is supplied to the D converter 6. From the digital electric signal AD-converted by the AD converter 6, a synchronous detection circuit 72 of the digital signal processing unit 7 extracts a control error signal in a closed loop.

【0004】同期検波回路72から出力されるフィード
バック信号は、積分器73により積分され、その積分出
力はディジタルフェーズランプ発生回路74に入力さ
れ、積分出力に対応した繰り返し周波数の階段状鋸歯状
波が生成される。次いで、階段状鋸歯状波はDAコンバ
ータ9においてDA変換され、アナログ量のフィードバ
ック位相信号として光集積回路3に設置される光位相変
調器34に印加され、光ファイバコイル4の左右両光間
にフィードバック位相差Δφf が発生する。
The feedback signal output from the synchronous detection circuit 72 is integrated by the integrator 73, the integrated output is input to the digital phase ramp generating circuit 74, and a stepped sawtooth wave having a repeating frequency corresponding to the integrated output is generated. Is generated. Next, the stepped sawtooth wave is DA converted by the DA converter 9 and applied as an analog feedback phase signal to the optical phase modulator 34 installed in the optical integrated circuit 3 so as to be applied between the left and right lights of the optical fiber coil 4. A feedback phase difference Δφ f is generated.

【0005】このフィードバック位相信号としては、図
5に示される如く光ファイバコイル4の光の位相差が2
πになったところでリセットされる階段状鋸歯状波(デ
ィジタルフェーズランプ)が利用される。この階段状鋸
歯状波の一段の階段の幅は、光フィバコイル4を伝播す
る光の通過時間τに合わせて設定され、一段の階段の高
さは、入力角速度に比例して現われる。光フィバコイル
4を伝播する左右両光が受ける階段状鋸歯状波の位相偏
移は、互いにτ時間ずれているので両光間に一段の階段
の高さに等しい量のフィードバック位相差Δφf が付与
される。このフィードバック位相差Δφf はクローズド
ループ作動状態においてサニャック位相差Δφs と極性
が正反対で絶対量が等しいものとして現われる。一方、
階段状鋸歯状波の繰返し周波数fは、 f=2R・Ω/nλ・・・・・・・・(1) ここで、R:光ファイバコイルの半径 n:光ファイバ屈折率 λ:光の波長 フィードバック位相信号として、図6に示される鋸歯状
波を利用することもできる。鋸歯状波の繰返し周波数
は、式(1)式と同じであり、入力角速度Ωと比例関係
にある。そこで、この周波数のパルス出力をジャイロ出
力として取り出すことができる。
As the feedback phase signal, the phase difference of the light from the optical fiber coil 4 is 2 as shown in FIG.
A stepped sawtooth wave (digital phase ramp) that is reset at π is used. The width of one step of this stepped sawtooth wave is set in accordance with the transit time τ of the light propagating through the optical fiber coil 4, and the height of one step appears in proportion to the input angular velocity. Since the phase shifts of the stepwise sawtooth waves received by the left and right lights propagating through the optical fiber coil 4 are deviated from each other by τ time, a feedback phase difference Δφ f equal to the height of one step is given between the two lights. To be done. This feedback phase difference Δφ f appears in the closed loop operating state as having the opposite polarity and the same absolute amount as the Sagnac phase difference Δφ s . on the other hand,
The repetition frequency f of the stepwise sawtooth wave is: f = 2R · Ω / nλ (1) where R: radius of the optical fiber coil n: refractive index of the optical fiber λ: wavelength of light The sawtooth wave shown in FIG. 6 can also be used as the feedback phase signal. The repetition frequency of the sawtooth wave is the same as the expression (1), and is proportional to the input angular velocity Ω. Therefore, the pulse output of this frequency can be taken out as the gyro output.

【0006】図7を参照して位相差バイアシングの付与
について説明する。以上のクローズドループ型光干渉角
速度計において、τ時間のパルス幅の矩形波で、+π/
4と−π/4の位相変調が交互に加えられる。干渉光の
変化率の最大である+π/2と−π/2の点に着目し
て、両光間には図7(b)に示される如くに+π/2と
−π/2が交互に与えられる矩形波状の位相差バイアシ
ングが付与される。
Applying the phase difference biasing will be described with reference to FIG. In the above closed-loop optical interference gyro, a square wave with a pulse width of τ time gives + π /
Alternating phase modulations of 4 and -π / 4 are applied. Focusing on the points of + π / 2 and −π / 2, which are the maximum rates of change of interference light, + π / 2 and −π / 2 alternate between both lights, as shown in FIG. 7B. A given rectangular wave phase difference biasing is applied.

【0007】図7(b)のIの領域は、クローズドルー
プ制御における制御エラーが0の場合、即ち、両光間の
位相差が0であることを示す。IIの領域は制御エラーが
生じて両光間に位相差Δφε(=Δφs −Δφf )が生
じた場合を示す。その結果、図4における受光器5に到
達する干渉光Iは位相差バイアシングのΦ1 、Φ2 、・・
・・・・、Φ8 に対応して、I1 、I2 ・・・・・・、I8 として
現われてくる。Iの領域においてはΦ1 に対応する
1 、Φ2 に対応するI2 、Φ3 に対応するI3 、Φ4
に対応するI4 の間にレベル差はないが、IIの領域にお
いてはΦ5 、Φ7 に対応するI5 、I7 とΦ6 、Φ8
対応するI6 、I8 間にレベル差が生じる。
The area I in FIG. 7B shows that the control error in the closed loop control is 0, that is, the phase difference between the two lights is 0. Region II shows the case where a control error occurs and a phase difference Δφε (= Δφ s −Δφ f ) occurs between the two lights. As a result, the interference light I reaching the photodetector 5 in FIG. 4 has the phase difference biasing Φ 1 , Φ 2 , ...
.., .PHI. 8 and appear as I 1 , I 2, ..., I 8 . I 1, corresponding to the [Phi 2 I 2, I 3 corresponding to the [Phi 3 in the region of I corresponding to the Φ 1, Φ 4
There is no level difference between I 4 and I 4 , which correspond to Φ 5 , but in the region of II, there is a level difference between I 5 and I 7 corresponding to Φ 5 and Φ 7 and I 6 and I 8 corresponding to Φ 6 and Φ 8. Occurs.

【0008】ここで、I1 、I3 、I5 、I7 に対応す
る干渉光出力をIA として、I2 、I4 、I6 、I8
対応する干渉光出力をIB とすると、図7(c)の受光
光量のグラフを参照して、IA 、IB は次式で表わすこ
とができる。 IA =−(P0 /2)sinΔφε・・・・・・・・(2) IB = (P0 /2)sinΔφε・・・・・・・・(3) IA とIB の差ΔIを求めると ΔI=IA −IB =−P0 sinΔφε・・・・・・・・・・・・・・・・(4) ここで、P0 :受光器に到達する干渉光の最大値 Δφε:制御誤差(位相=Δφs −Δφf ) Δφs :サニャック位相差 Δφf :フィードバック位相差 となる。式(4)は、ΔIを知れば、制御誤差Δφεを
知ることができることを示している。この干渉光は、受
光器5において光電変換され、増幅器50により増幅さ
れた後、ADコンバータ6に入力される。ADコンバー
タ6においては、干渉光I1 、I2 、・・・・・・に対応した
電気信号をそれぞれ逐次読み込み、ディジタル信号に変
換する。同期検波回路72はエンコードされたディジタ
ル信号を逐次減算処理し、式(4)に対応するディジタ
ル量を出力する。
Here, the interference light output corresponding to I 1 , I 3 , I 5 , and I 7 is I A , and the interference light output corresponding to I 2 , I 4 , I 6 , and I 8 is I B. , I A and I B can be expressed by the following equations with reference to the graph of the amount of received light in FIG. I A = - (P 0/ 2) sinΔφε ········ (2) I B = (P 0/2) sinΔφε ········ (3) the difference between I A and I B When seeking ΔI ΔI = I a -I B = -P 0 sinΔφε ················ (4) where, P 0: maximum interference light reaching the light receiver Value Δφε: Control error (phase = Δφ s −Δφ f ) Δφ s : Sagnac phase difference Δφ f : Feedback phase difference. Equation (4) indicates that the control error Δφε can be known by knowing ΔI. The interference light is photoelectrically converted in the light receiver 5, amplified by the amplifier 50, and then input to the AD converter 6. In the AD converter 6, the electric signals corresponding to the interference lights I 1 , I 2 , ... Are sequentially read and converted into digital signals. The synchronous detection circuit 72 sequentially subtracts the encoded digital signal and outputs a digital amount corresponding to the equation (4).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】検出された干渉光に対
応する光電変換されたアナログ信号をADコンバータ6
に入力してサンプリングする場合、通常、元のアナログ
信号を復元する必要上、サンプリング定理に従って、サ
ンプリング周波数fs は元のアナログ信号の最高周波数
c に対してfs >2fc に設定される。
An AD converter 6 converts the photoelectrically converted analog signal corresponding to the detected interference light.
In the case of inputting to and sampling in, the sampling frequency f s is usually set to f s > 2f c with respect to the maximum frequency f c of the original analog signal in accordance with the sampling theorem because the original analog signal needs to be restored. .

【0010】ところが、上述した光ファイバジャイロの
従来例の場合、図7に示される如くI2 、I2 、・・・・・・
で示される受光光量のレベルを読み取るに際して、矩形
波のアナログ信号ができる限り変形しないことを必要と
する。これには、受光器5からADコンバータ6の前段
までに挿入されている図示されない低域通過フィルタ
(LPF)のカットオフ周波数fLPF を、サンプリング
周波数fs より充分大きく、fLPF >10fs に設計し
ている。従って、ノイズを含むアナログ信号は、サンプ
リング周波数fs より高い周波数成分を有することにな
る。従って、サンプリング周波数fs より高い周波数成
分についてはアンダサンプリング状態にあり、これによ
り折り返し雑音が発生する。この折り返し雑音の発生は
ジャイロ出力としてのランダムノイズの増をもたらす。
ここで、この低域通過フィルタは、これを1次遅れの低
域通過フィルタにより構成すると、等価雑音帯域f
n は、次で表わされる。
However, in the case of the conventional example of the above-mentioned optical fiber gyro, as shown in FIG. 7, I 2 , I 2 , ...
When reading the level of the received light amount indicated by, it is necessary that the rectangular wave analog signal is not deformed as much as possible. To this end, the cutoff frequency f LPF of a low-pass filter (LPF) (not shown) inserted from the photodetector 5 to the front stage of the AD converter 6 is set sufficiently higher than the sampling frequency f s , and f LPF > 10 f s . I'm designing. Therefore, the analog signal including noise has a frequency component higher than the sampling frequency f s . Therefore, the frequency components higher than the sampling frequency f s are in the undersampling state, which causes aliasing noise. The generation of this aliasing noise causes an increase in random noise as the gyro output.
Here, when this low pass filter is configured by a low pass filter with a first-order delay, the equivalent noise band f
n is expressed as follows.

【0011】 fn ≒1.6fLPF ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5) 一方、受光器5から出力される雑音をVn [Vrms /√
(Hz)]とすると、ADコンバータ6に入力されるア
ナログ信号に含まれるランダム雑音成分Vn1[Vrms
は、次式で表わされる。 Vn1=Vn √(fn )=Vn √(1.6fLPF )・・・・(6) ここで、fLPF =10fs とすると、式(6)は Vn1=4Vn √(fs )・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7) となる。ところで、折返し雑音の発生しない限界の条件
は、 fc =(1/2)fs であるので、折返し雑音のない時のランダム雑音成分V
n2は、式(6)より、 Vn2=Vn √(fn/2)・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8) となる。ところで、ランダム雑音の最大周波数成分fc
は低域通過フィルタの等価雑音帯域fn と同一である。
F n ≈1.6 f LPF (5) On the other hand, the noise output from the light receiver 5 is changed to V n [V rms / √
(Hz)], the random noise component V n1 [V rms ] included in the analog signal input to the AD converter 6
Is expressed by the following equation. V n1 = V n √ (f n ) = V n √ (1.6f LPF ) ... (6) Here, when f LPF = 10 f s , the formula (6) is V n1 = 4V n √ ( f s ) ... (7) Incidentally, the conditions of the limit causing no aliasing noise, because it is f c = (1/2) f s , the random noise component V when no aliasing noise
From the equation (6), n2 becomes V n2 = V n √ (f n / 2) ... (8). By the way, the maximum frequency component f c of random noise
Is the same as the equivalent noise band f n of the low pass filter.

【0012】ここで、アンダサンプリング状態の時と折
返し雑音のない時の雑音レベルの比を取ってみる。 Vn1/Vn2=4√(2)=5.66・・・・・・・・・・(9) 即ち、光ファイバジャイロの従来例は、本来の光ファイ
バジャイロが含むランダムノイズと比較して、5. 66
倍のノイズをアンダーサンプリングにより発生している
ことになり、この折り返し雑音の発生は光ファイバジャ
イロの精度を向上する際の障害となっている。そして、
受光器5および増幅器50より成るアナログ信号処理部
5’において、増幅器50の増幅度を上昇すると、これ
に対応して当然に雑音も増幅されるし、増幅器50およ
びADコンバータ6の入力範囲に制限され、必要充分な
増幅度をとることができない場合も生ずる。特に、受光
器5に到達する光量が少ない場合に必要充分な増幅度を
とることができない。
Here, the ratio of the noise level in the undersampling state and the noise level in the absence of aliasing noise will be taken. V n1 / V n2 = 4√ (2) = 5.66 (9) That is, the conventional example of the optical fiber gyro is compared with the random noise included in the original optical fiber gyro. 5.66
This means that double noise is generated by undersampling, and the generation of this aliasing noise is an obstacle in improving the accuracy of the optical fiber gyro. And
In the analog signal processing unit 5 ′ including the light receiver 5 and the amplifier 50, when the amplification degree of the amplifier 50 is increased, noise is naturally amplified correspondingly, and the input range of the amplifier 50 and the AD converter 6 is limited. In some cases, the necessary and sufficient amplification degree cannot be obtained. In particular, when the amount of light reaching the light receiver 5 is small, the necessary and sufficient amplification degree cannot be obtained.

【0013】受光器5に到達する光量を少なく抑制する
必要のある場合としては以下の如き場合がある。 光ファイバジャイロを高温作動させ、或いは長寿命
用途に供する場合、光ファイバジャイロの光源の光量を
しぼって使用する。 1個の光源から多軸の光ファイバジャイロに光を分
配して使用する。
There are the following cases where it is necessary to suppress the amount of light reaching the light receiver 5 to a small extent. When the optical fiber gyro is operated at a high temperature or is used for a long life, the light amount of the light source of the optical fiber gyro is narrowed down and used. Light is distributed from one light source to a multi-axis optical fiber gyro for use.

【0014】以上の光ファイバジャイロの従来例は、こ
れらおよびの場合の用途に供することは困難であっ
た。この発明は、上述の問題を解消した光干渉角速度計
を提供するものである。
The above-mentioned conventional examples of the optical fiber gyro have been difficult to be used for these and other cases. The present invention provides an optical interference angular velocity meter that solves the above problems.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1:光ファイバコ
イル4を互いに逆回りに伝播する左右周回光の干渉光強
度により光ファイバコイル軸周りに入力された回転角速
度を検出する光干渉角速度計において、光ファイバコイ
ル4を伝播する左右周回光間に互いに逆極性の光位相差
バイアシングを交互に印加する光位相変調器33を具備
し、干渉光強度を検出する受光器5、受光器5から得ら
れる電気信号を入力して特定範囲の周波数成分を取り出
す電気的フィルタ51、電気的フィルタ51のアナログ
出力信号の正および負のピーク値をサンプリングするピ
ークサンプリング回路52より成るアナログ信号処理部
5’を具備し、アナログ信号処理部5’の出力信号をデ
ィジタル信号に変換するADコンバータ6を具備し、A
Dコンバータ6のディジタル出力信号を処理して入力角
速度に対応する出力信号を取り出すディジタル信号処理
部7を具備する光干渉角速度計を構成した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical interference angular velocimeter for detecting a rotational angular velocity input around an axis of an optical fiber coil by an intensity of interference light of left and right circulating lights propagating in opposite directions in the optical fiber coil 4. In the optical fiber coil 4, the optical phase modulator 33 for alternately applying the optical phase difference biasing of mutually opposite polarities between the left and right circulating lights, and the optical receiver 5 and the optical receiver 5 for detecting the interference light intensity are provided. An analog signal processing unit 5'comprising an electric filter 51 for inputting the obtained electric signal and extracting a frequency component in a specific range, and a peak sampling circuit 52 for sampling positive and negative peak values of an analog output signal of the electric filter 51. And an AD converter 6 for converting the output signal of the analog signal processing unit 5 ′ into a digital signal.
An optical interferometer angular velocity meter having a digital signal processing unit 7 for processing the digital output signal of the D converter 6 and extracting the output signal corresponding to the input angular velocity is constructed.

【0016】そして、請求項2:請求項1に記載される
光干渉角速度計において、電気的フィルタは電気的帯域
通過フィルタ51より成り、電気的帯域通過フィルタ5
1の中心周波数は光位相差バイアシングの周波数に一致
している光干渉角速度計を構成した。また、請求項3:
請求項1および請求項2の内の何れかに記載される光干
渉角速度計において、光位相変調器33による光位相差
バイアシングは両周回光間に±π/2の光位相差を交互
に印加するものである光干渉角速度計を構成した。
According to a second aspect of the present invention, in the optical interference gyro according to the first aspect, the electrical filter comprises an electrical bandpass filter 51 and the electrical bandpass filter 5
The center frequency of 1 constituted the optical interference gyro which coincided with the frequency of the optical phase difference biasing. Further, claim 3:
In the optical interference gyro according to any one of claims 1 and 2, in the optical phase difference biasing by the optical phase modulator 33, an optical phase difference of ± π / 2 is alternately applied between both orbiting lights. An optical interferometer gyro which is the one to be used was constructed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】実施の形態を図1を参照して説明
する。図1において、図4における部材と共通する部材
には共通する参照符号を付与している。図1の実施例
は、図4において、アナログ信号処理部5’を、増幅器
50の後段に電気的帯域通過フィルタ51を接続し、電
気的帯域通過フィルタ51の後段にピークサンプリング
回路52を接続したものに相当する。そして、ピークサ
ンプリング回路52の出力端をADコンバータ6の入力
端に接続している。この電気的帯域通過フィルタ51
は、その中心周波数f0 が位相変調周波数fp に等しく
設定されている。位相変調周波数fp は、±π/2の矩
形波状位相差バイアシングを生じさせる必要から、通
常、fp =1/2τに設定される。その理由は、±π/
4の位相変調信号を位相変調器に印加して左右両回り光
に±π/2の位相差を持った矩形波状バイアシングを生
じさせるには矩形波の片幅がτである必要があることに
よる。但し、左右両回り光が光ファイバコイル中を伝播
する時間:τ=nL/c、nは光ファイバコイルの屈折
率、cは光速、Lは光ファイバコイルの長さである。こ
こで、図8を参照するに、図8(b)は矩形波の片幅が
τではない場合を示す。この場合、位相差バイアシング
は点線の丸印で包囲されるところで不連続であり、全体
として矩形波とはならない。図8(c)は矩形波の片幅
がτである場合を示す。この場合、位相差バイアシング
は実線により示される如く全体として矩形波となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, members common to those in FIG. 4 are designated by common reference numerals. In the embodiment of FIG. 1, the analog signal processing unit 5 ′ in FIG. 4 is connected to an electric bandpass filter 51 after the amplifier 50, and a peak sampling circuit 52 is connected after the electric bandpass filter 51. Equivalent to a thing. The output terminal of the peak sampling circuit 52 is connected to the input terminal of the AD converter 6. This electrical bandpass filter 51
Has its center frequency f 0 set equal to the phase modulation frequency f p . The phase modulation frequency f p is normally set to f p = 1 / 2τ because it is necessary to generate a rectangular wave phase difference biasing of ± π / 2. The reason is ± π /
In order to apply the phase modulation signal of No. 4 to the phase modulator and to generate the rectangular wave-like biasing with the phase difference of ± π / 2 in the left and right light, it is necessary that the width of the rectangular wave is τ. . However, the time during which the left and right light propagates in the optical fiber coil: τ = nL / c, n is the refractive index of the optical fiber coil, c is the speed of light, and L is the length of the optical fiber coil. Here, referring to FIG. 8, FIG. 8B shows a case where the width of the rectangular wave is not τ. In this case, the phase difference biasing is discontinuous where it is surrounded by the dotted circles, and does not result in a rectangular wave as a whole. FIG. 8C shows a case where the width of the rectangular wave is τ. In this case, the phase difference biasing becomes a rectangular wave as a whole as shown by the solid line.

【0018】電気的帯域通過フィルタ51の利得特性は
図2に示される如く設計することができる。 選択度:Q=f0 /(f2−f1)、fs=f0、Q=5と
すると、電気的帯域通過フィルタ51の等価雑音帯域B
は、 1.2fs/5=0.24fs となる。これは折り返し雑音が発生するfs>2fcの条
件を充分に満足する。
The gain characteristic of the electric band pass filter 51 can be designed as shown in FIG. Selectivity: If Q = f 0 / (f 2 −f 1 ), f s = f 0 , and Q = 5, the equivalent noise band B of the electric bandpass filter 51 is set.
Becomes 1.2f s /5=0.24f s . This sufficiently satisfies the condition of f s > 2f c at which aliasing noise occurs.

【0019】ここで、図3をも参照して説明するに、干
渉光に対応する光電変換されたアナログ信号は図3
(a)に示されるが如き信号であり、これを増幅器50
において必要な電圧に増幅してから、電気的帯域通過フ
ィルタ51を通過せしめられる。電気的帯域通過フィル
タ51を通過した出力信号は、図3(b)に示される如
く干渉光の強度変化に伴って正弦波形状の波形となる。
この正弦波形状の波形は、ピークサンプリング回路52
に入力される。ピークサンプリング回路52において
は、干渉光出力I1 、I2 、・・・・に対応する光位相変調
の各位相バイアシングの時間のの中点において図3
(b)の波形をサンプリングし、この波形の正のピーク
値および負のピーク値を取得し、これをサンプルホール
ドする。図3(c)はエンコードするクロックパルス列
である。ピークサンプリング回路52にサンプルホール
ドされた正のピーク値および負のピーク値は、次いで、
ADコンバータ6に入力され、AD変換される。
Here, referring also to FIG. 3, the photoelectrically converted analog signal corresponding to the interference light is shown in FIG.
The signal as shown in FIG.
After being amplified to a necessary voltage in, the electric bandpass filter 51 is allowed to pass. The output signal that has passed through the electrical bandpass filter 51 has a sinusoidal waveform as the intensity of the interference light changes, as shown in FIG.
This sinusoidal waveform has a peak sampling circuit 52
Entered in. In the peak sampling circuit 52, at the midpoint of the time of each phase biasing of the optical phase modulation corresponding to the interference light outputs I 1 , I 2 , ...
The waveform of (b) is sampled, the positive peak value and the negative peak value of this waveform are acquired, and this is sample-held. FIG. 3C shows a clock pulse train to be encoded. The positive and negative peak values sampled and held by the peak sampling circuit 52 are then
It is input to the AD converter 6 and AD-converted.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、ADコンバータの前段に電気的帯域通過フィルタを
設けたことにより、等価雑音帯域を大幅に小さくするこ
とができる。これにより、データサンプリングにより発
生する折返し雑音の影響を小さくすことができ、最終的
に光干渉角速度計の出力ノイズを小さく抑制することに
貢献する。そして、アナログ信号に含まれる雑音の大き
さを小さくしたことによりアナログ信号処理部の増幅度
を要求に応じて高くすることができ、受光器に到達する
光量を少なく抑制する必要のある場合にも増幅度を要求
に応じて高くして対処することができる。
As described above, according to the present invention, the equivalent noise band can be significantly reduced by providing the electrical bandpass filter in the preceding stage of the AD converter. As a result, it is possible to reduce the influence of aliasing noise generated by data sampling, and eventually contribute to suppressing the output noise of the optical interference gyro as small as possible. Then, by reducing the size of noise included in the analog signal, the amplification degree of the analog signal processing unit can be increased as required, and even when it is necessary to suppress the amount of light reaching the light receiver to be small. The amplification degree can be increased to meet the demand.

【0021】また、この発明はディジタル位相変調信号
処理をする光ファイバジャイロにおける折り返し周波数
雑音を除去するものであることは上述した通りである
が、ピークサンプリング回路を具備してアナログの電気
的帯域通過フィルタを介して得られる正弦波状の信号の
ピークサンプリングをすることにより、ディジタル型の
不連続な光位相差バイアシングに伴うリンギング、受光
器で発生する雑音、外部から混入するスパイク雑音その
他の雑音に対しても、有効にこれを除去する効果を奏す
る。
As described above, the present invention eliminates aliasing frequency noise in an optical fiber gyro that performs digital phase modulation signal processing. However, a peak sampling circuit is provided and an analog electrical bandpass is provided. By performing peak sampling of the sinusoidal signal obtained through the filter, ringing due to digital discontinuous optical phase difference biasing, noise generated at the photoreceiver, spike noise from the outside, and other noise However, it has the effect of effectively removing it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example.

【図2】電気的帯域通過フィルタの利得特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a gain characteristic of an electrical bandpass filter.

【図3】アナログ信号処理部を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating an analog signal processing unit.

【図4】従来例を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional example.

【図5】フィードバック位相信号を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a feedback phase signal.

【図6】他のフィードバック位相信号を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating another feedback phase signal.

【図7】位相差バイアシングを説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating phase difference biasing.

【図8】位相変調周波数を1/2τに設定する理由を説
明する図。
FIG. 8 is a diagram for explaining the reason why the phase modulation frequency is set to 1 / 2τ.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 光カプラ 3 光集積回路 31 偏光子部 32 Y分岐部 33 光位相変調器 34 光位相変調器 4 光ファイバコイル 5 受光器 5’アナログ信号処理部 50 増幅器 51 電気的帯域通過フィルタ 52 ピークサンプリング回路 6 ADコンバータ 7 ディジタル信号処理部 72 同期検波回路 73 積分器 74 ディジタルフェーズランプ発生回路 9 DAコンバータ 1 light source 2 Optical coupler 3 Optical integrated circuit 31 Polarizer part 32 Y branch 33 Optical phase modulator 34 Optical Phase Modulator 4 Optical fiber coil 5 Light receiver 5'analog signal processing unit 50 amplifier 51 Electrical bandpass filter 52 Peak sampling circuit 6 AD converter 7 Digital signal processor 72 Synchronous detection circuit 73 Integrator 74 Digital Phase Ramp Generator 9 DA converter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/64 - 19/72 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01C 19/64-19/72

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光ファイバコイルを互いに逆回りに伝播
する左右周回光の干渉光強度により光ファイバコイル軸
周りに入力された回転角速度を検出する光干渉角速度計
において、 光ファイバコイルを伝播する左右周回光間に互いに逆極
性の光位相差バイアシングを交互に印加する光位相変調
器を具備し、 干渉光強度を検出する受光器、受光器から得られる電気
信号を入力して特定範囲の周波数成分を取り出す電気的
フィルタ、電気的フィルタのアナログ出力信号の正およ
び負のピーク値をサンプリングするピークサンプリング
回路より成るアナログ信号処理部を具備し、 アナログ信号処理部の出力信号をディジタル信号に変換
するADコンバータを具備し、 ADコンバータのディジタル出力信号を処理し入力角速
度に対応する出力信号を取り出すディジタル信号処理部
を具備することを特徴とする光干渉角速度計。
1. An optical interference angular velocimeter for detecting a rotational angular velocity input around an axis of an optical fiber coil based on an interference light intensity of left and right circulating lights propagating in opposite directions to each other in the optical fiber coil. It is equipped with an optical phase modulator that alternately applies optical phase difference biasing of opposite polarities between orbiting light, a photodetector that detects the intensity of coherent light, and an electrical signal obtained from the photoreceiver is input to input frequency components in a specific range. And an analog signal processing unit including a peak sampling circuit for sampling positive and negative peak values of an analog output signal of the electric filter, and an AD for converting an output signal of the analog signal processing unit into a digital signal It is equipped with a converter and processes the digital output signal of the AD converter to obtain the output signal corresponding to the input angular velocity. Optical interference gyro which is characterized by comprising a digital signal processing unit to issue.
【請求項2】 請求項1に記載される光干渉角速度計に
おいて、 電気的フィルタは電気的帯域通過フィルタより成り、電
気的帯域通過フィルタの中心周波数は光位相差バイアシ
ングの周波数に一致していることを特徴とする光干渉角
速度計。
2. The optical interference gyro according to claim 1, wherein the electric filter is an electric bandpass filter, and the center frequency of the electric bandpass filter is equal to the frequency of the optical phase difference biasing. An optical interference angular velocity meter characterized by the above.
【請求項3】 請求項1および請求項2の内の何れかに
記載される光干渉角速度計において、 光位相変調器による光位相差バイアシングは両周回光間
に±π/2の光位相差を交互に印加するものであること
を特徴とする光干渉角速度計。
3. The optical interference angular velocity meter according to claim 1, wherein the optical phase difference biasing by the optical phase modulator is an optical phase difference of ± π / 2 between both orbiting lights. An optical interference angular velocimeter characterized by applying alternately.
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