JP4318808B2

JP4318808B2 - クローズドループ干渉型光ファイバジャイロ

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Publication number: JP4318808B2
Application number: JP25216499A
Authority: JP
Inventors: 栄一浅見
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: JP2001074471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロに関し、特に、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スケールファクタの直線性の良好なクローズドループ干渉型光ファイバジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図７を参照して説明する。
光源１から出射した光は、光カップラ２を介して光ＩＣ３に導入される。この光ＩＣ３は、単一の偏光成分のみを選択し、この光を２分し、光を変調する構成を有する光学素子である。即ち、光ＩＣ３に導入された光はここにおいて単一の偏光成分のみが選択されると共に、ここから２分して出射される。この２分された光は、それぞれ右回りＣＷ光および左回りＣＣＷ光として光ファイバコイル４に導入される。光ファイバコイル４を伝播した右回り光および左回り光は、光ＩＣ３において再会して相互に干渉する。この干渉した光には、サニャック効果により生ぜしめられた左右両回り光間の位相差に関する情報が、干渉の結果光強度の形で含まれている。従って、この光干渉強度の変化を検出し処理することにより、サニャック効果を発生させる原因である光ファイバコイル４に入力された角速度を知ることができる。
【０００３】
ここで、光ＩＣ３において相互干渉した光は再び光カップラ２に到達し、２分されて、一方は光検出器５に導入される。光検出器５においては、干渉光強度が電気信号に変換される。そして、この光検出器５から出力された電気信号は、信号処理部６に入力される。信号処理部６は、入力角速度を示す左右両回り光間の位相差に比例する成分を検出し、この入力角速度に比例する左右両回り光間の位相差を相殺するフィードバック信号を発生する。ここで、左右両回り光間の位相差の検出は、光ＩＣ３内に設けられた光位相変調器３０を介して左右両回り光に印加される光位相変調と光検出器５の出力のその位相変調に対応した同期検波によりなされる。また、このフィードバク信号は鋸歯状波に形成されており、これを光ＩＣ３内に設けられるフィードバック光位相変調器３１に印加することにより、入力角速度により左右両回り光間に発生せしめられた位相差を相殺する位相差、即ち、入力角速度により発生した位相差と符号が逆の位相差を左右両回り光間に発生させる。
【０００４】
ここで、信号処理部６の構成および動作を図７を参照して具体的に説明する。信号処理部６は光検出器５、ＡＤコンバータ６１、同期検波器６２、積分器６３、ランプジェネレータ６４、ＤＡコンバータ６５、光ＩＣ３、光カップラ２、光検出器５によりメインループを構成している。６０は位相変調信号発生器である。
【０００５】
先ず、位相差検出のための光位相変調と同期検波について説明する。位相変調信号発生器６０は光が光ファイバコイル４内を伝播するのに要する時間τ（ｓｅｃ）に対して２τの周期を有する矩形波状の位相変調信号を発生しており、これにより光ＩＣ３に設けられた光位相変調器３０は、これを通過する光に対してτ毎に＋π／４（ラジアン）と−π／４（ラジアン）の光位相偏移を交互に付与している。この光位相偏移は左右両回り光に対して加えられるが、光位相変調器３０が光ファイバコイル４の端分に位置しているところから、光ＩＣ３の分岐部において再会して干渉する両光にとっては必ずτの時間差をもってこの光位相偏移を受けており、結果として左右両回り光間には差し引き±π／２の相対的な位相差が常に形成されていることになり、且つ、その符号（極性）はやはりτ毎に交番する。ここで、光位相変調により作り出される位相差以外の位相差であるサニャック効果による回転角速度誘起の位相差がなく、位相差が完全に零点を中心として±π／２を交番するなら、交番の両者に対応する干渉光強度は等しいから光検出器５の出力は一定となる。もし、左右両回り光間の位相差にサニャック効果によるバイアスがあれば、τ毎に交番して得られる干渉光強度にはそのバイアスに応じた極性と大きさを有する差異が形成され、この差異分を取り出す処理が同期検波に他ならない。
【０００６】
この様な光位相変調の結果、τ毎に交互に変化する強度を持つ光検出器５の出力電気信号はＡＤコンバータ６１に入力され、ディジタル信号に変換される。ＡＤコンバータ６１から出力されるディジタル信号は復調器である同期検波器６２に入力され、これにより入力角速度に関する情報を含み変調周波数と同期した成分が、より詳しくは上述のτ毎に交互に変化する強度の差異分が検出される。
【０００７】
ここで、図８、図９をも参照して信号処理部の同期検波器６２の動作にを説明する。図８は同期検波器を説明するブロック図である。同期検波器６２においては、入力される信号に＋１と−１の値を交互にとる信号を掛算器６２１’において乗算して得られた出力に対して現時点の出力値と光ファイバコイル４内を伝播するに要する時間τ秒だけτ遅延回路６２４により遅延された前の光の出力値を加算することにより、光検出器５からＡＤコンバータを介して取り込まれた信号の同期検波を実行する。
【０００８】
次段の積分器６３において、同期検波器６２の検波出力信号が積分され、その出力はランプジェネレータ６４に入力される。
積分器６３により、サニャック効果による左右両光間の位相差バイアスを相殺する負帰還量を表す信号が作られる。ランプジェネレータ６４は、積分器６３の出力に基づいて階段状のランプ信号をディジタル的に合成する。
【０００９】
このランプ信号は、伝播時間τ毎に積分器６３の出力に応じた高さづつ変化するステップで構成される階段状信号である。この信号が光ＩＣ３に形成された他方の光位相変調部であるフィードバック光位相変調器３１に印加されると、上述した位相差検出の位相変調における光位相変調器３０の動作と同様にして、光位相偏移はτの時間差をもって両回り光に加わるから、階段状信号のステップの高さに相当する相対的位相差を両回り光間に作り出す効果を奏す。これによって検出された両光の位相差バイアスを相殺する負帰還制御が実現するが、実際のフィードバック光位相変調器３１に対する印加信号は有限の電圧のレンジ内になければならないから、光位相の周期性を利用して、階段状信号の高さが±２ｍπ（ｍは整数）に達すると折り返す、フライバックを行う。ランプジェネレータ６４のの出力はこのフライバックを繰り返す階段状信号である。なお、入力角速度の情報は階段状信号の１段づつのステップの高さに表れているが、これが階段の勾配即ちランプの傾きを規定し、従ってフライバックの頻度を規定する。このフライバックの頻度が後で説明されるランプ信号の周波数ｆ_Rであり、通常の信号処理においてこれを別途計数して角速度計の出力とする。そして、ランプジェネレータ６４の出力はＤＡコンバータ６５に入力される。ＤＡコンバータ６５は、ランプジェネレータ６４の出力するランプ信号をディジタル値からアナログ値へと変換して出力する。ＤＡコンバータ６５の出力するアナログ値のランプ信号は、光ＩＣ３内に設けられるフィードバック光位相変調器３１に印加されると、左右両回り光間に積分器６３の出力に応じた位相差を作りだし、サニャック効果により発生した位相差を相殺するクローズドループが形成される。信号処理部６および光ファイバコイル４を含めた全体のループは、同期検波器６２の出力を“零”とする動作をする。なお、ランプジェネレータ６４により生成されるランプ信号の周波数ｆ_Rが光ファイバコイル４に入力される角速度に比例した成分となり、これを光ファイバジャイロの出力信号として利用する。
【００１０】
また、信号処理部６は、先のメインループにおける同期検波器６２から積分器６３を介さずにランプ波高値コントロール部６９を経由してランプジェネレータ６４に到るループをサブループとして構成し、ランプジェネレータ６４から出力されるランプ信号の上述したフライバック動作に係わる波高値±２ｍπを精確のため動的に制御するフライバック位相コントロール部としている。このフライバック位相コントロール部はランプ信号の波高値を、それにより生ずる光の最大位相偏移が＋２ｍπ（ラジアン）、或は−２ｍπ（ラジアン）とすべく制御する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のクローズドループ信号処理は、原因の何であるかを問わず、同期検波器６２の出力を負帰還量としてクローズドループを動作させる信号処理をしているところから、同期検波器６２の入力信号中に何らかの原因でフィードバック信号であるランプ信号が混入すると、その混入したランプ信号の周波数ｆＲが位相変調・同期検波の周波数である（１／２τ）の偶数分の１の条件を満たすとき、即ち、この様な周波数ｆ_Rを出力する特定の回転角速度が光ファイバコイル４に入力したとき、光干渉角速度計の出力誤差が発生するという欠点がある。この欠点は、入力角速度が零であれば出力誤差が発生しないし、また上述の様な特定の入力角速度のみに応じた誤差が発生するという性格から、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロの性能項目中のスケールファクタ直線性の劣化として観測される。ランプ信号混入の原因としては、ランプ信号の光検出器５への電磁的な結合、および、光ＩＣ３を介したランプ信号による光強度変調が考えられる。これらを原因とするこの欠点を解消或いは低減するのに、ランプ信号がフライバックしたことを検知して、その時の同期検波器６２の出力を“ゼロ”或いは“特定の値”として誤差を除去する方法も有効である。しかし、この方法に依ると、誤差が発生した区間の情報が欠落するので、光干渉角速度計の信号対雑音比が劣化する欠点があった。
【００１２】
以下、出力誤差発生のメカニズムを具体的に説明する。
フィードバック信号として周波数ｆ_Rが、式（１）を満足するか、或いはその近傍の周波数の階段状ランプ信号が光ＩＣ３内のフィードバック光位相変調器３１に印加された場合を考える。
ｆ_R＝（１／２ｎ）・ｆ_e＝（１／２ｎ）・（１／２τ）＝１／４ｎτ・・・・（１）
但し、
ｆ_R：階段状ランプ信号の周波数
ｆ_e：光ファイバコイルの固有周波数（ｆ_e＝１／２τ）
ｎ：自然数
τ：光が光ファイバコイル中を伝播するのに要する時間（伝播時間）
である。
【００１３】
図９は、光ＩＣ３に本来望ましくない強度変調が存在する時に、ランプ信号により光が強度変調を受けた時の図８の同期検波器６２の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける信号波形を示す。ここで、式（１）の条件を満足するランプ信号が光ＩＣ３に印加されると、光ファイバコイル４から出力される信号光は光強度変調を受けて、光検出器５の入力信号に、ランプ信号の周期を１周期とするクローズドループ干渉型光ファイバジャイロの正常動作にとっては望ましくない不要な信号成分が現われる。この不要な信号成分は、これが印加される同期検波器６２の出力にも現われる。これは図９（Ｅ）に示される如く、長時間平均化してもゼロとはならない。この信号は、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロにとって本来不要であり、光ファイバジャイロのバイアスオフセットエラーを発生させる原因となる。センサとしての角速度計の代表的な性能評価項目として、入力角速度が零であるときの出力オフセット即ち零点バイアスと、入力角速度と出力信号との比例関係の直線性即ちスケールファクタ（感度係数）直線性とがある。上述のバイアスオフセットエラーは、本来感度係数の問題ではなく、むしろ出力に誤差が加重されるバイアスオフセットとして発生しているものであるが、ランプ信号が式（１）を満足するときにのみ発生し、入力角速度が零であるときは発生しないので、性能評価上零点バイアスとしては観測されず、逆に入力角速度に依存する誤差としてスケールファクタ直線性に影響する。実際、角速度計の性能評価として入力角速度を徐々に変化させながら角速度計の出力を測定して行くと、特定の入力角速度においてのみこの誤差を発生するので、これがこの点における感度係数のエラーとして観測され、全体としてスケールファクタ直線性が劣化している様に見えるのである。
【００１４】
この発明は、特に、光ＩＣ３の光強度変調を原因とする従来の欠点を除去し、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロの信号対雑音比を劣化させることなくスケールファクタ直線性を向上させたクローズドループ干渉型光ファイバジャイロを提供するものである。
【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る回転角速度を検出するクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の矩形波信号と偶数倍の矩形波信号とを重畳した位相変調信号を、左右周回光に光位相偏移を付与する光位相変調器３０に印加する位相変調信号発生回路を具備し、光ファイバコイルから出力される光信号が変換された電気信号が入力され、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の周波数と同期した成分を検出する第１同期検波器６２１と、上記電気信号が入力され、固有周波数の偶数倍の周波数と同期した成分を検出する第２同期検波器６２２とを具備し、第２同期検波器６２２から出力される固有周波数の偶数倍の周波数と同期した成分に基づいて、入力角速度依存のバイアスオフセットエラーの補正に用いる第１同期検波器出力補正信号を発生する第１同期検波器出力補正信号発生器６７を具備し、第１同期検波器出力補正信号を第１同期検波器６２１の出力から差し引いて得られる信号に基づいてランプジェネレータが発生するランプ信号を、左右周回光間の位相差を相殺するフィードバック光位相変調器３１に印加するフィードバック信号形成回路を具備するクローズドループ干渉型光ファイバジャイロを構成した。
【００１６】
そして、請求項２：請求項１に記載されるクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、位相変調信号発生回路は、光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍波を発生する奇数倍波位相変調信号発生器６０１、光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍波を発生する偶数倍波強度変調信号発生器６０２、光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍波と偶数倍波とを加算する第１加算器６６１を有し、フィードバック信号形成回路は、ランプジェネレータ６４の出力するフライバック信号を第１同期検波器出力補正信号発生器の出力に乗算して第１同期検波器出力補正信号を出力するフライバック信号掛算器６８と、第１同期検波器６２１の出力からフライバック信号掛算器６８の出力を差し引く第２加算器６６２を有するものであるクローズドループ干渉型光ファイバジャイロを構成した。
【００１７】
また、請求項３：請求項１および請求項２に記載されるクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、奇数を１とし、偶数を２としたクローズドループ干渉型光ファイバジャイロを構成した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明は、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の矩形波信号と偶数倍の矩形波信号とを重畳した位相変調信号を光ファイバコイルの光位相変調器３０に印加し、光ファイバコイルの固有周波数の偶数倍の周波数成分を同期検波することにより光ＩＣにおいて発生する光強度変調レベルを検知し、この検知した光強度変調レベルに基づいてメインループの同期検波出力を補正する。このクローズドループ干渉型光ファイバジャイロは、光ＩＣにおいてランプ信号がゼロに戻るフライバックした時に発生する光強度変調を原因とする入力角速度依存のバイアスオフセットエラーを解消、或いは低減することができるので、すべての入力角速度に対して精度の良い測定がなされ、その結果、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロのスケールファクタの直線性が向上する。そして、この発明によれば、誤差が発生した時の情報の欠落がないので、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロの信号対雑音比の劣化が発生しない。従って、この発明によれば、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロの信号対雑音比を劣化させることなく、スケールファクタ直線性を向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
この発明の実施例を図１を参照して具体的に説明する。この実施例において、従来例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において、６０１は光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍波を発生する奇数倍波位相変調信号発生器であり、６０２は光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍波を発生する偶数倍波強度変調信号発生器である。位相変調信号として、奇数倍波位相変調信号発生器６０１の発生する光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍波と偶数倍波強度変調信号発生器６０２の発生する光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍波とが第１加算器６６１において重畳され、第１ＤＡコンバータ６５１を介してアナログ信号に変換された位相変調信号として、光ＩＣ３の光位相変調器３０に印加される。光ファイバコイル４から出力される光信号は光ＩＣ３および光カップラ２を介して光検出器５に入力され、ここにおいて電気信号に変換される。変換された電気信号はＡＤコンバータ６１に入力され、ディジタル信号に変換される。変換されたディジタルの電気信号は２分され、それぞれの周波数と同期した成分を検出する第１同期検波器６２１および第２同期検波器６２２の双方に入力される。第１同期検波器６２１に入力される電気信号は、奇数倍波位相変調信号発生器６０１の発生する参照信号を入力して奇数倍波と同期した成分が検出される。第２同期検波器６２２に入力される電気信号は、偶数倍波強度変調信号発生器６０２の発生する参照信号を入力して偶数倍波と同期した成分が検出される。この第１同期検波器６２１の検波出力信号は、光ファイバコイル４を伝播する両回り光のサニャック効果による入力角速度誘起の光位相差に比例する出力成分である。一方、第２同期検波器６２２の検波出力信号は基本的に両回り光の光位相差には不感である。第２同期検波器６２２から出力される信号は、第１同期検波器出力補正信号発生器６７に入力される。第１同期検波器出力補正信号発生器６７においては、光が光ファイバコイル４内を伝播するに要する時間τに等しい或る持続する区間τの間に発生する強度変調によるエラー分を第２同期検波器６２２の出力より算出、出力する。通常、クローズドループ干渉型光ファイバジャイロに使用されるディジタル同期検波器は、図８に示される如く、現在の出力と光ファイバコイル４内の光伝播時間τ前の出力との間の差をとることによりＤＣドリフト成分を除去する構成を採用している。従って、階段状のランプ信号が混入しても、ランプ信号が単調増加或いは減少している限りにおいては、このＤＣドリフト除去機能が動作して出力誤差は生じない。しかし、ランプ信号が単調増加或は単調減少している時以外、即ち、ランプ信号がフライバックした時は、この混入したランプ信号が出力誤差要素となる。
【００２０】
しかし、それでもランプ信号の周波数が上述の式（１）の値を満足しないときには、誤差発生の周期は同期検波周期の奇数倍となり、同期検波器出力誤差の符号（極性）が交互に正負に反転するので、これをもとにフィードバック信号（ランプ信号）を作り出す際の積分器６３による積分操作によって、この誤差は低減される。これに対して、ランプ信号の周波数が上述の式（１）の値を満足するときには、誤差発生の周期は同期検波周期の偶数倍となり、同期検波器出力誤差の符号は同一のままとなり、フィードバック信号を作り出す際に積分操作を行なうと、これがますます累積されて行く。
【００２１】
そこで、この実施例は、図１に示される如くフライバック信号掛算器６８を具備し、ランプ信号がフライバックした時のみ第１同期検波器出力補正信号が第２加算器６６２に入力される構成を採用し、ランプ信号がフライバックした時の第１同期検波器６２１の出力を補正する。この第１同期検波器出力補正信号は、強度変調信号成分である第２同期検波器６２２の出力に基づいて形成され、ランプジェネレータ６４の発生出力するランプ信号のフライバック信号“１”をフライバック信号掛算器６８において乗算することにより第２加算器６６２に送り込まれる。ランプジェネレータ６４はフライバックする時フライバック信号“１”を出力し、それ以外の時は“０”を出力している。実用上は、これらの積をゲイン調整して使用する。この第１同期検波器６２１出力の補正については、後で図６をも参照して更に説明される。
【００２２】
ここで、光ＩＣ３における光強度変調を検出する仕方を図２および図３を参照して詳細に説明する説明する。
図２は光ファイバコイル４を互いに逆回りに伝播するＣＷ光およびＣＣＷ光に印加される変調信号周波数と光ファイバコイル４の出力信号に現われる光強度変調成分を説明する図である。図２（ａ）は光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍である１倍の変調信号による変調を説明する図であり、図２（ｂ）は光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍である２倍の変調信号による変調を説明する図である。
【００２３】
この種のクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいては、一般に、光ファイバコイル４の固有周波数に一致した周波数で光ファイバコイル４に光位相変調信号を加えて光ファイバコイル４に入力される角速度を高感度で検出する構成を採用している。ここで、図２（ａ）を参照するに、位相変調信号の周波数が固有周波数の奇数倍である１倍、即ち、光ファイバコイル４の固有周波数に一致している場合、光ファイバコイル４の出力信号に光強度変調成分は現われない。その理由は、光ファイバコイル４の一端部に設けられる光位相変調器３０により右回り光であるＣＷ光と左回り光であるＣＣＷ光に対して、光ファイバコイル内伝播時間τの遅延をもって変調が加わり、ＣＷ光とＣＣＷ光に符号の異なる強度変調が生じるので、これら両光が干渉すると、干渉光量はＣＷ光およびＣＣＷ光の和となる。この和は一定値であるところから、光強度変調による交流成分は発生しない。一方、図２（ｂ）を参照するに、位相変調信号として光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍である２倍の周波数の変調信号を印加すると、ＣＷ光とＣＣＷ光に遅延τをもって加わる強度変調信号は強められ、光ファイバコイル４の信号中に光ＩＣ３で生じる光強度変調の大きさに比例した交流信号成分が現れる。この光ＩＣ３で生じる光強度変調成分に比例した信号は加えられた変調信号成分と同一の周波数であるため同期検波することで強度変調に比例した直流成分を得ることができる。
【００２４】
図３は光ファイバコイル４を互いに逆回りに伝播するＣＷ光およびＣＣＷ光に印加される変調信号周波数とＣＷ光およびＣＣＷ光間に発生する位相差を説明する図である。図３（ａ）は光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍である１倍の変調信号による位相差を説明する図であり、図３（ｂ）は光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍である２倍の変調信号による位相差を説明する図である。
【００２５】
図３（ａ）を参照するに、ＣＷ光およびＣＣＷ光に、それぞれ、±（π／４）の位相差が発生する位相変調を加えると、ＣＷ光とＣＣＷ光との間の位相差は±（π／２）となり、光ファイバコイル４に入力される角速度を高感度で検出するのに有効である。一方、図３（ｂ）を参照するに、これは変調周波数が光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍である２倍の時のＣＷ光とＣＣＷ光の間に発生する位相差であり、光ファイバコイル４により生ずるＣＷ光とＣＣＷ光の間の光伝播時間差τによる遅延の効果により、ＣＷ光とＣＣＷ光の間に位相差は発生しない。従って、光位相変調器３０において発生する光強度変調成分を検出するのに重畳された光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍の変調信号は、ＣＷ光とＣＣＷ光の間に位相差に基づく誤差を発生させない。一方、光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍の周波数の信号による変調は、光位相変調器３０における光強度変調による出力レベルに差を引き起こす。従って、光ファイバコイル４の固有周波数の偶数倍の周波数の信号の変調を印加することにより、位相誤差を発生させることなく光位相変調器３０における光強度変調レベルを検出することができる。
【００２６】
図４は光位相変調器３０に印加される変調信号と、位相変調の結果、信号光に発生する光強度変と、光ファイバコイル４のＣＷ光とＣＣＷ光の間に発生する位相差とを示す図である。位相変調信号として光ファイバコイル４の固有周波数の奇数倍である１倍の位相変調信号と固有周波数の偶数倍である２倍の位相変調信号を重畳した位相変調信号を印加することにより、位相変調信号の他に偶数倍波成分として光強度変調信号を発生させることができる。
【００２７】
図５および図８を参照して第１同期検波器６２１および第２同期検波器６２２の基本動作を説明する。説明の都合上、同期検波器を掛算器６２１’で表した。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は光ファイバコイル４に印加される奇数倍波と偶数倍波を重畳した変調信号であり、図５（Ｃ）は印加された変調信号により発生するＣＷ光とＣＣＷ光の間の位相差を示す。そして、図５（Ｄ）は偶数倍波成分の変調により光ＩＣ３その他の個所において発生する強度変調を示す。以上の変調信号が光ファイバコイル４に印加された場合、光検出器５には、入力角速度がゼロの時は図５（Ｅ）に示される出力が現われる。一定の入力角速度がある時は図５（Ｆ）に示される出力が現われる。この光検出器出力を、第１同期検波器６２１において図５（Ｇ）に示される奇数倍波の参照信号で同期検波すると、入力角速度に比例した図５（Ｈ）に示される出力が得られる。また、この光検出器出力を、第２同期検波器６２２において図５（Ｉ）に示される偶数倍波の参照信号で同期検波すると、光強度変調に比例した図５（Ｊ）に示される出力が得られる。この図５（Ｊ）に示される光強度変調に比例した成分を平均化したものを使用して第１同期検波器６２１の出力を補正する。
【００２８】
図６を参照して第１同期検波器６２１出力の補正について更に説明する。図６は図８に示される同期検波器にランプ信号が混入した場合の誤差補正の仕方を説明する図である。光検出器５の出力中にランプ信号が混入すると、第１同期検波器６２１は図６（Ｅ）に示される誤差信号を出力する。そこで、ランプ信号がフライバックした時に、図６（Ｆ）に示されるフライバックパルスを発生させ、このフライバックパルスと、強度変調誤差を表わす図６（Ｇ）に示される第２同期検波器６２２の出力との間の積を第１同期検波器６２１の出力より差し引くことにより、図６（Ｈ）に示される補正された出力を得ることができる。補正された第１同期検波器６２１の出力信号の平均値はゼロとなり、ランプ信号の混入により発生する誤差をゼロ、或いは低減することができる。その結果、或る特定の入力角速度に対して発生する誤差が低減されるので、スケールファクタ直線性の良いクローズドループ光干渉角速度計を構成することができる。第１同期検波器６２１の出力より補正信号を差し引く際のゲインは、通常、光ファイバコイル４に印加される偶数倍波成分の電圧とランプ信号電圧との間の関係より設定するが、最終的には誤差信号をゼロにするゲイン調整をして最適化する。
【００２９】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の矩形波信号と偶数倍の矩形波信号とを重畳した位相変調信号を光ファイバコイルの光位相変調器に印加し、光ファイバコイルの固有周波数の偶数倍の周波数成分を同期検波することにより光ＩＣにおいて発生する光強度変調レベルを検知し、この検知した光強度変調レベルに基づいてメインループの同期検波出力を補正する構成を具備することにより、光ＩＣにおいてランプ信号により発生した光強度変調を原因とする入力角速度に依存するバイアスオフセットエラーは除去され、或は低減される。その結果、すべての入力角速度に対して精度の良い測定を実施するに到り、光ファイバジャイロのスケールファクタ直線性が向上する。そして、この発明によれば、誤差が発生した時の情報の欠落がないので、光ファイバジャイロの信号対雑音比の劣化が発生しない。従って、光ファイバジャイロの信号対雑音比を劣化させることなしにスケールファクタ直線性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明するブロック図。
【図２】ＣＷ光およびＣＣＷ光に印加される変調信号周波数と光ファイバコイルの出力信号に現われる光強度変調成分を説明する図。
【図３】ＣＷ光およびＣＣＷ光に印加される変調信号周波数とＣＷ光およびＣＣＷ光間に発生する位相差を説明する図。
【図４】変調信号、信号光に発生する光強度変、調光ファイバコイル４のＣＷ光とＣＣＷ光の間に発生する位相差を示す図。
【図５】同期検波器の基本動作を説明する図。
【図６】第１同期検波器出力の補正について説明する図。
【図７】従来例を説明する図。
【図８】同期検波器を説明する図。
【図９】ランプ信号が同期検波器に混入した場合の波形を説明する図。
【符号の説明】
１光源
２光カップラ
３光ＩＣ
３０光位相変調器
３１フィードバック光位相変調器
４光ファイバコイル
５光検出器
６信号処理部
６０位相変調信号発生器
６０１奇数倍波位相変調信号発生器
６０２偶数倍波強度変調信号発生器
６１ＡＤコンバータ
６２同期検波器
６２１第１同期検波器
６２１’掛算器
６２２第２同期検波器
６２３加算器
６２４ τ遅延回路
６３積分器
６４ランプジェネレータ
６５ＤＡコンバータ
６５１第１ＤＡコンバータ
６６１第１加算器
６６２第２加算器
６７第１同期検波器出力補正信号発生器
６８フライバック信号掛算器
６９ランプ波高値コントロール部

Claims

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る回転角速度を検出するクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、
光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の矩形波信号と偶数倍の矩形波信号とを重畳した位相変調信号を、左右周回光に光位相偏移を付与する光位相変調器に印加する位相変調信号発生回路を具備し、
光ファイバコイルから出力される光信号が変換された電気信号が入力され、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍の周波数と同期した成分を検出する第１同期検波器と、上記電気信号が入力され、上記固有周波数の偶数倍の周波数と同期した成分を検出する第２同期検波器とを具備し、
第２同期検波器から出力される上記固有周波数の偶数倍の周波数と同期した成分に基づいて、入力角速度依存のバイアスオフセットエラーの補正に用いる第１同期検波器出力補正信号を発生する第１同期検波器出力補正信号発生器を具備し、
第１同期検波器出力補正信号を第１同期検波器の出力から差し引いて得られる信号に基づいてランプジェネレータが発生するランプ信号を、左右周回光間の位相差を相殺するフィードバック光位相変調器に印加するフィードバック信号形成回路を具備する
ことを特徴とするクローズドループ干渉型光ファイバジャイロ。
請求項１に記載されるクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、
位相変調信号発生回路は、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍波を発生する奇数倍波位相変調信号発生器、光ファイバコイルの固有周波数の偶数倍波を発生する偶数倍波強度変調信号発生器、光ファイバコイルの固有周波数の奇数倍波と偶数倍波とを加算する第１加算器を有し、
フィードバック信号形成回路は、ランプジェネレータの出力するフライバック信号を上記第１同期検波器出力補正信号発生器の出力に乗算し第１同期検波器出力補正信号を出力するフライバック信号掛算器と、第１同期検波器の出力からフライバック信号掛算器の出力を差し引く第２加算器とを有するものである
ことを特徴とするクローズドループ干渉型光ファイバジャイロ。
請求項１および請求項２の内の何れかに記載されるクローズドループ干渉型光ファイバジャイロにおいて、
奇数を１とし、偶数を２とした
ことを特徴とするクローズドループ干渉型光ファイバジャイロ。