JPH02236111A - System of correcting phase modulation degree in optical fiber gyro - Google Patents

System of correcting phase modulation degree in optical fiber gyro

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JPH02236111A
JPH02236111A JP5763489A JP5763489A JPH02236111A JP H02236111 A JPH02236111 A JP H02236111A JP 5763489 A JP5763489 A JP 5763489A JP 5763489 A JP5763489 A JP 5763489A JP H02236111 A JPH02236111 A JP H02236111A
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JP
Japan
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phase modulation
light
optical fiber
constant
modulation element
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JP5763489A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Okamoto
賢司 岡本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To keep a constant phase modulation degree at all times by winding a phase modulation element with a correcting optical fiber, extracting one-fold, and two-fold frequency signal components related to a modulating wave and making an output of said element constant. CONSTITUTION:An optical fiber 14 for correction use is wound around a phase modulation element 7 which is a piezoelectric element. When a light is sent from a second light emitting element 11, a second photodetector 16 receives the interference light. A second synchronous wave detecting unit 18 obtains the size of a fundamental wave (p) or a two-fold higher harmonic (q) related to a modulating wave from an output of the photodetector 16. The synchronous wave detecting unit 18 sends such a control signal to a controlling unit 15 which controls oscillations of the phase modulation element that the fundamental wave (p) and two-fold higher harmonic (q) are kept constant in size. The controlling unit 15 adjusts the power to be applied to the phase modulation element 7, whereby the fundamental wave and two-fold higher harmonic are made constant. Accordingly, irrespective of the temperature change and the like, the phase modulation degree can be kept constant at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 (ア)  技  術  分  野 この発明は、位相変調方式の光ファイバジャイロに関す
る。
[Detailed Description of the Invention] (A) Technical Field The present invention relates to a phase modulation type optical fiber gyro.

光ファイバジャイロは、運動体の角速度を測定する装置
である。
An optical fiber gyro is a device that measures the angular velocity of a moving body.

シングルモード光ファイバをコイル状に多数回巻き回し
、単色光を光ファイバの両端に入れこの中を、左回り、
右回りに伝搬させて、両端から出た光を干渉させる。も
しも、光ファイバコイルが軸まわりに回転していると、
左回り光、右回り光の間に位相差が現れる。この位相差
が回転角速度に比例するので、位相差が分かれば、回転
角速度が求められる。
A single-mode optical fiber is wound into a coil many times, and monochromatic light is introduced into both ends of the optical fiber.
The light propagates clockwise, causing the light emitted from both ends to interfere. If the optical fiber coil is rotating around its axis,
A phase difference appears between the counterclockwise light and the clockwise light. Since this phase difference is proportional to the rotational angular velocity, if the phase difference is known, the rotational angular velocity can be determined.

位相差をΔθ、角速度をΩとすると、次の関係がある。When the phase difference is Δθ and the angular velocity is Ω, the following relationship exists.

ここで、Lはセンサコイルのファイバ長、aはコイルの
直径、Cは真空中の光速、λは真空中での光の波長であ
る。これをサニャック効果といいこれ自体は周知である
Here, L is the fiber length of the sensor coil, a is the diameter of the coil, C is the speed of light in vacuum, and λ is the wavelength of light in vacuum. This is called the Sagnac effect and is well known.

ところが、位相差Δθを検出するのは容昌ではない。However, it is not Yoshimasa who detects the phase difference Δθ.

実際には、位相差に、回転に基づかない光学系のオフセ
ットが含まれる。このオフセットは温度の変化によって
、著し《変動する。さらに原理的な構成の光ファイバジ
ャイロでは、受光素子出力が( 1 + cosΔθ)
の形で現れる。これではΔθが小さい時に感度が悪いし
、回転方向が分からない。
In reality, the phase difference includes optical system offsets that are not based on rotation. This offset fluctuates significantly due to changes in temperature. Furthermore, in an optical fiber gyro with a basic configuration, the light receiving element output is (1 + cosΔθ)
appears in the form of This has poor sensitivity when Δθ is small, and the direction of rotation cannot be determined.

このような難点を解決するため、周波数変調、位相変調
、位相シフト方式光ファイバジャイロが考えられている
To solve these difficulties, frequency modulation, phase modulation, and phase shift type optical fiber gyros are being considered.

本発明は、このうち位相変調方式光ファイバジャイロに
関する。
The present invention relates to a phase modulation type optical fiber gyro.

(イ)位相変調方式光ファイバジャイロ位相変調方式光
ファイバジャイロの基本形について、第3図によって説
明する。
(a) Phase modulation type optical fiber gyro The basic form of the phase modulation type optical fiber gyro will be explained with reference to FIG.

これは、光ファイバセンサコイルの一方の端部の光ファ
イバを圧電素子に巻き付け位相変調を掛けるようにした
ものである。変調波の一次の項を取ると、位相差がs1
nΔθの形で、求められる。
In this system, the optical fiber at one end of an optical fiber sensor coil is wound around a piezoelectric element to apply phase modulation. Taking the first-order term of the modulated wave, the phase difference is s1
It is obtained in the form of nΔθ.

発光素子lから出た可干渉光が、ビームスプリッタ2で
二つの光線に分けられる。
Coherent light emitted from the light emitting element 1 is split into two beams by the beam splitter 2.

ひとつは、結合レンズ4によって絞られて、光ファイバ
5のA端に入射する。これは、センサコイル6の中を左
回りに伝搬する。
One is focused by the coupling lens 4 and enters the A end of the optical fiber 5. This propagates counterclockwise in the sensor coil 6.

もうひとつの光線は、結合レンズ3によって絞られて、
B端から光ファイバ5に入射し、センサコイル6の中を
、右回りに伝搬する。
The other ray is narrowed down by the coupling lens 3,
The light enters the optical fiber 5 from the B end and propagates clockwise inside the sensor coil 6.

光ファイバ5は大部分がセンサコイル6になっているが
、B端に近い部分が圧電素子などに巻き付けられ、位相
変調素子7を構成している。
Most of the optical fiber 5 is a sensor coil 6, but a portion near the B end is wound around a piezoelectric element or the like to form a phase modulation element 7.

発振器10が、圧電素子に振動電圧を与えるから、圧電
素子が膨縮する。光ファイバの位相変調部8は圧電素子
に巻き付けられているので、圧電素子と共に膨縮し、光
信号に変調成分が含まれる事になる。
Since the oscillator 10 applies an oscillating voltage to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts. Since the phase modulation section 8 of the optical fiber is wound around the piezoelectric element, it expands and contracts together with the piezoelectric element, and the optical signal contains a modulation component.

右回り光、左回り光は、位相変調素子7の位相変調部8
とセンサコイル8とを通り、他端から出射する。これ等
は、ビームスブリッタ2で合一し、受光素子9に入射す
る。受光素子9は、干渉光を二乗検波する。
The clockwise light and the counterclockwise light are transmitted through the phase modulation section 8 of the phase modulation element 7.
and sensor coil 8, and is emitted from the other end. These are combined by the beam splitter 2 and incident on the light receiving element 9. The light receiving element 9 performs square law detection of the interference light.

位相変調素子7が、光ファイバ5の全体からみて非対称
の位置に設けられているので、左回り光と、右回り光と
が、位相変調を受けるタイミングが異なる。
Since the phase modulation element 7 is provided at an asymmetrical position when viewed from the entire optical fiber 5, the counterclockwise light and the clockwise light receive phase modulation at different timings.

センサコイル6の光ファイバ長をLとし、光フ1イパコ
アの屈折率をnとする。光がセンサコイル6を通過する
のに要する時間τは、 nL τ =           (2) C で与えられる。
Let L be the length of the optical fiber of the sensor coil 6, and n be the refractive index of the optical fiber core. The time τ required for light to pass through the sensor coil 6 is given by nL τ = (2) C .

位相変調素子7を、B端の近くに設けると、左回り光は
、先に位相変調を受け、それからセンサコイル6に入る
。右回り光は、センサコイル6を通ってから、位相変調
素子7に入る。
When the phase modulation element 7 is provided near the B end, the counterclockwise light first undergoes phase modulation and then enters the sensor coil 6. The clockwise light passes through the sensor coil 6 and then enters the phase modulation element 7.

変調信号の角周波数をΩとする。位相変調素子7で位相
変調を受けてから、受光素子9にはいるまでの時間の違
いがτであるので、干渉光に含まれる変調信号の位相差
φは φ = Ω τ       (3) となる。
Let the angular frequency of the modulation signal be Ω. Since the difference in time between receiving phase modulation at the phase modulation element 7 and entering the light receiving element 9 is τ, the phase difference φ between the modulation signals included in the interference light is φ = Ω τ (3) .

前述のように、サニャック効果によって、右回り光と、
左回り光とが、Δθの位相差を持つが、位相変調によっ
てさらに、位相変調の部分が、φの位相差を持つのであ
る。位相変調素子7の作用による振幅をbとする。
As mentioned above, due to the Sagnac effect, clockwise light and
The counterclockwise light has a phase difference of Δθ, but due to the phase modulation, the phase modulation part also has a phase difference of φ. Let b be the amplitude due to the action of the phase modulation element 7.

左回り光、右回り光の電界強度を、Ei. N ERと
すると、 となる。
The electric field intensities of the counterclockwise light and the clockwise light are Ei. If NER, then it becomes.

このような電界強度を持つ左回り光、右回り光が受光素
子9で二乗検波される。受光素子9の出力S(Δθ.1
>は となる。これらを、ベッセル関数によって展開する。ベ
ッセル関数の母関数展開から、 となる。ここで、D.C.は、直流成分を意味する。ω
は、光の振動数で、2ωはこの2倍の振動数成分を意味
する。このように速い信号は受光素子9が検出できない
のでOである。
The counterclockwise light and clockwise light having such electric field strength are square-law detected by the light receiving element 9. Output S (Δθ.1
>Hato becomes. These are expanded using Bessel functions. From the generating function expansion of the Bessel function, we get . Here, D. C. means a direct current component. ω
is the frequency of light, and 2ω means a frequency component twice this frequency. Since the light receiving element 9 cannot detect such a fast signal, the signal is O.

こうして得られる信号の中に位相変調のφが含まれるの
で,位相差Δθを変調信号の振幅に関連づけて求めるこ
とができる。
Since the signal thus obtained includes phase modulation φ, the phase difference Δθ can be determined in relation to the amplitude of the modulation signal.

直流成分を除き、S(Δθ,t)を和の形に書き換える
と、 である。t=expiθ と置くと、 oo            1iθ eXI)  i  Xsin  θ=  ΣJ.  (
x)  e       (9)n=−  oロ となる。この式の実数部虚数部の展開から、S(Δθ.
1)のsln.cosの部分S8vScの級数展開を得
る。
If we remove the DC component and rewrite S(Δθ, t) in the form of a sum, we get: If we set t=expiθ, oo 1iθ eXI) i Xsin θ= ΣJ. (
x) e (9)n=-oro. From the expansion of the real and imaginary parts of this equation, S(Δθ.
1) sln. Obtain the series expansion of the cos part S8vSc.

S(Δθ.1) =(S.cogΔθ+S,sinΔθ)EoQ(to)
というように定義する。
S(Δθ.1) = (S.cogΔθ+S, sinΔθ)EoQ(to)
Define it as follows.

θ→θ+π/2という変換をし、ベッセル関数の良く知
られた性質、 J−n(x)=  (−)”  Jn  (x)(1l
) (但し、nは正の整数)を使い、 φ ξ=2bsin  一 (l2) と置くと、 S0 ”Jo(ξ)+2 Σ(−)″’J2f1(ξ)
cos2nQt  (13)ni1 となる。これらの式を使って書き換えると、信号S(Δ
θ,1)は、 (直流成分)+(2ω成分) +EoQJo(ξ)cos  Δθ n:1 n=0 (l5) となる。これは変調周波数Ωの高調波による展開である
。フィルターを通すことによって、任意の高調波成分を
求める事ができる。これらのうち、1次の項を基本波成
分Pとし、2次の項を2倍高調波成分Qとする。
By converting θ→θ+π/2, we can obtain the well-known property of Bessel function, J−n(x)=(−)” Jn(x)(1l
) (where n is a positive integer) and set φ ξ=2bsin 1(l2), then S0 ``Jo(ξ)+2 Σ(-)'''J2f1(ξ)
cos2nQt (13)ni1. Rewriting using these equations, the signal S(Δ
θ,1) is (DC component)+(2ω component)+EoQJo(ξ)cos Δθ n:1 n=0 (l5). This is an expansion due to harmonics of the modulation frequency Ω. By passing it through a filter, any harmonic component can be found. Among these, the first-order term is assumed to be the fundamental wave component P, and the second-order term is assumed to be the double harmonic component Q.

P  ( t)=2Eo”J t  (ξ)cosΩ 
t sin  Δθ (IB)Q  (t)”2EO2
J2(ξ)cos  2Ωt cos  Δθ  (1
7)となる。多くの場合、基本波Pを検出して、Δθを
求める。Pの感度が最大になるように、J1(ξ)を最
大にする。このため、ξ=1.8になるよう変調度を設
定する。このときJ.(ξ)は約0.3である。
P (t)=2Eo”J t (ξ)cosΩ
t sin Δθ (IB)Q (t)”2EO2
J2(ξ) cos 2Ωt cos Δθ (1
7). In many cases, the fundamental wave P is detected and Δθ is determined. Maximize J1(ξ) so that the sensitivity of P is maximized. Therefore, the modulation degree is set so that ξ=1.8. At this time, J. (ξ) is approximately 0.3.

以上が、位相変調方式光ファイバジャイロの基本構成で
ある。
The above is the basic configuration of the phase modulation type optical fiber gyro.

(ウ)  従  来  技  術 基本波Pを検出してΔθを求めるとき、変調度ξが一定
していなければならない。そうでないとJl(ξ)の値
が変動するからである。
(C) Prior art When detecting the fundamental wave P and finding Δθ, the modulation degree ξ must be constant. This is because otherwise, the value of Jl(ξ) would fluctuate.

変調度を一定にするため、たとえば2倍高調波Qをモニ
ターしてJ2(ξ)の値を求めるという方法が提案され
ている。
In order to keep the modulation degree constant, a method has been proposed in which, for example, the second harmonic Q is monitored and the value of J2(ξ) is determined.

特願昭59−244841号はこのようなものである。Japanese Patent Application No. 59-244841 is like this.

位相変調素子の駆動回路から、Ωの信号とこれを逓倍し
た2Ωの信号を取る。それぞれの信号によって、受光素
子の出力を同期検波する。これをローパスフィルターに
通して、低周波成分を求める。2倍高調波成分Qは、 Q=2EO2J2(ξ)cosΔθ  (l8)となる
。変調度ξを一定にしなければならないので、Qを一定
にするよう、位相変調素子を制御する。
A Ω signal and a 2Ω signal obtained by multiplying this signal are obtained from the drive circuit of the phase modulation element. The output of the light receiving element is synchronously detected using each signal. This is passed through a low-pass filter to obtain low frequency components. The second harmonic component Q is Q=2EO2J2(ξ)cosΔθ (l8). Since the modulation degree ξ must be constant, the phase modulation element is controlled so that Q is constant.

ξが1.8になるようにするのである。J2はξが1.
8のとき、約0.3である。ξが、これより増加すると
、J2は増加し、ξがこれより減少すると、J2が減少
する。従って、Qを一定にするということが、ξ=!.
8に保つことである。
This is done so that ξ becomes 1.8. J2 has ξ of 1.
8, it is about 0.3. If ξ increases beyond this, J2 increases, and if ξ decreases beyond this, J2 decreases. Therefore, keeping Q constant means ξ=! ..
Keep it at 8.

(工)発明が解決しようとする問題点 前記の方法では、2倍高調波のQを表す(18)におい
て、COSΔθ=1という前提があった。これは、回転
角速度が小さいときには正しい。
(Engineering) Problems to be Solved by the Invention In the above method, there is an assumption that COSΔθ=1 in (18) representing the Q of the second harmonic. This is true when the rotational angular velocity is small.

つまり、静止時に於ても、回転時に於でも、2倍高調波
レベルは一定だと仮定されていた訳である。この場合の
み、J2を一定にすることと、ξを一定にすること等価
でありうる。
In other words, it was assumed that the second harmonic level is constant both when stationary and when rotating. Only in this case, keeping J2 constant can be equivalent to keeping ξ constant.

しかし、回転が速ければ、Δθが太き《なる。However, if the rotation is fast, Δθ becomes thick.

正確な回転速度を求めようとすれば、coBΔθの正確
な値を用いなければならない。ところが、Δθは、この
装置が求めようとする値自身である。
If an accurate rotational speed is to be determined, an accurate value of coBΔθ must be used. However, Δθ is the value itself that this device attempts to find.

(オ) 目 的 位相変調方式光ファイバジャイロにおいて、変調度を一
定に保つことができる機構を与えることが、本発明の目
的である。
(E) Purpose It is an object of the present invention to provide a mechanism that can keep the degree of modulation constant in a phase modulation type optical fiber gyro.

(力) 構 成 本発明にあっては、新たに補正処理用光ファイバと、第
2の発光素子、受光素子を用いる。
(Force) Configuration The present invention newly uses an optical fiber for correction processing, a second light emitting element, and a light receiving element.

位相変調素子に補正処理用の光ファイバを巻き付けて、
第2の発光素子からこの光ファイバに光を通し、これか
ら出射した光と、第2の発光素子からでたそのままの光
を干渉させて第2の受光素子に入射させる。この出力か
ら、変調波に関して基本波または、2倍高調波の大きさ
を求める。
By wrapping an optical fiber for correction processing around the phase modulation element,
Light is passed through the optical fiber from the second light emitting element, and the light emitted from the optical fiber is caused to interfere with the light directly emitted from the second light emitting element, and is made to enter the second light receiving element. From this output, the magnitude of the fundamental wave or second harmonic of the modulated wave is determined.

この基本波はJ+(ξ)を、2倍高調波はJ2(ξ)を
含むが、COSΔθを含まないので、変調度ξを正確に
求めることができる。そして、基本波または2倍高調波
の大きさを一定に保つことによって、変調度ξを一定の
値に保持する。
This fundamental wave includes J+(ξ) and the second harmonic includes J2(ξ), but does not include COS Δθ, so the modulation degree ξ can be determined accurately. Then, by keeping the magnitude of the fundamental wave or the second harmonic constant, the modulation degree ξ is maintained at a constant value.

図面によって、説明する。This will be explained with reference to drawings.

第1図は本発明の構成を示している。FIG. 1 shows the configuration of the present invention.

第1の発光素子1から出た光を、ビームスブリッタ2で
ふたつの光線に分け、結合レンズ3、4を通し、シング
ルモード光ファイバ5の両端A1Bに入射させる。
The light emitted from the first light emitting element 1 is split into two beams by a beam splitter 2, passed through coupling lenses 3 and 4, and made incident on both ends A1B of a single mode optical fiber 5.

シングノレモード光ファイバ5はセンサコイノレ6の部
分と位相変調素子7に巻き付けた位相変調部8とを有す
る。A端から入った光は、センサコイル6を左回りに伝
搬し、位相変調部8を通って、B端に出てゆく。B端よ
り入った光は、位相変調部8をまず通ってセンサコイル
6を右回りに伝搬し、A端から出て行く。
The single mode optical fiber 5 has a sensor coil portion 6 and a phase modulation section 8 wound around a phase modulation element 7. The light entering from the A end propagates counterclockwise through the sensor coil 6, passes through the phase modulation section 8, and exits to the B end. The light entering from the B end first passes through the phase modulation section 8, propagates clockwise through the sensor coil 6, and exits from the A end.

ビームスプリッタ2で合一した光が、受光素子9に入射
する。干渉光の強度が受光素子9の出力にあらわれる。
The light combined by the beam splitter 2 enters the light receiving element 9. The intensity of the interference light appears in the output of the light receiving element 9.

これは多くの高調波を含む。This includes many harmonics.

同期検波部17が、この内の基本波成分Pを求める。同
期検波するために、位相変調素子励振制御部l5からの
同期信号sinΩtを同期検波部17に与えている。
The synchronous detection section 17 obtains the fundamental wave component P among these. For synchronous detection, a synchronous signal sinΩt from the phase modulation element excitation control section 15 is given to the synchronous detection section 17.

以上の構成は、位相変調方式光ファイバジャイロの基本
形である。本発明はさらに、つぎの改良がなされている
The above configuration is the basic form of a phase modulation type optical fiber gyro. The present invention has further been improved as follows.

圧電素子などである位相変調素子7に、補正処理用光フ
ァイバ14を巻き付ける。巻き付けた部分の長さが、主
たる光ファイバ5の位相変調に巻き付けた部分の長さに
等しいことは、全く、要求されない。しかし説明を簡単
にするため、どちらの光ファイバも位相変調素子7に巻
き付けた部分の長さが等しいものとする。
The optical fiber 14 for correction processing is wound around the phase modulation element 7, which is a piezoelectric element or the like. There is no requirement that the length of the wrapped portion be equal to the length of the wrapped portion around the phase modulation of the main optical fiber 5. However, to simplify the explanation, it is assumed that both optical fibers have the same length of the portion wound around the phase modulation element 7.

第2の発光素子11と、第2の受光素子16をを新たに
設ける。発光素子11も干渉光を生ずるものでなければ
ならない。しかし、波長は、第1の発光素子1と同じで
も、違っていても良い。
A second light emitting element 11 and a second light receiving element 16 are newly provided. The light emitting element 11 must also produce interference light. However, the wavelength may be the same as or different from that of the first light emitting element 1.

第2の発光素子11から生じた光を、ビームスプリッタ
12でふたつの光線に分ける。
The light generated from the second light emitting element 11 is split into two beams by a beam splitter 12.

一方の光線は,光結合素子13を通って、受光素子16
に入る。これを参照光と呼ぶ。
One light beam passes through the optical coupling element 13 and passes through the light receiving element 16.
to go into. This is called the reference light.

他方の光線は、補正処理用光ファイバ14の一端Cに入
射し、この光ファイバの中を通って他端Dより出射する
。この光ファイバは位相変調素子7に巻き付けてあるの
で、位相変調素子の膨縮に応じて光路長が変化する。こ
れは、出射光の位相変化となって現れる。この光を変調
光とよぶ。
The other light beam enters one end C of the optical fiber 14 for correction processing, passes through this optical fiber, and exits from the other end D. Since this optical fiber is wound around the phase modulation element 7, the optical path length changes according to expansion and contraction of the phase modulation element. This appears as a phase change in the emitted light. This light is called modulated light.

変調光は光結合素子13によって、前記の参照光と合体
されて、第2の受光素子16に入る。干渉光の強度が検
出される。変調光の位相変化は干渉光の強度変化として
検出できる。
The modulated light is combined with the reference light by the optical coupling element 13 and enters the second light receiving element 16 . The intensity of the interference light is detected. The phase change of the modulated light can be detected as the intensity change of the interference light.

主光ファイバ5の位相変調素子7に巻き付けた部分8と
、補正処理用光ファイバ14の位相変調素子7に巻き付
けた部分の長さが等しければ、補正処理用光ファイバ1
4と、主光ファイバの位相変調部8に生ずる位相変調と
は全く同一である。
If the length of the portion 8 of the main optical fiber 5 wound around the phase modulation element 7 and the length of the portion of the correction processing optical fiber 14 wound around the phase modulation element 7 are equal, the correction processing optical fiber 1
4 and the phase modulation generated in the phase modulation section 8 of the main optical fiber are exactly the same.

つまり、補正処理用光ファイバ14が主光ファイバの位
相変調をモニタしているのである。
In other words, the correction processing optical fiber 14 monitors the phase modulation of the main optical fiber.

第2の同期検波部18は受光素子16の出力から、基本
波pまたは2倍高調波qのみの大きさを求める。同期検
波するために、位相変調素子励振制御部15から、周波
数Ω、または、2Ωの信号を得ている。
The second synchronous detection section 18 determines the magnitude of only the fundamental wave p or the second harmonic q from the output of the light receiving element 16. For synchronous detection, a signal with a frequency of Ω or 2Ω is obtained from the phase modulation element excitation control section 15.

第1の受光素子9によって検出される主光ファイバの基
本波、2倍高調波をP1Qとしたので、これらと区別す
るため、第2受光素子16の出力の基本波、2倍高調波
を小文字のp1qで表すことにする。
The fundamental wave and double harmonic of the main optical fiber detected by the first light receiving element 9 are referred to as P1Q, so to distinguish them from these, the fundamental wave and double harmonic of the output of the second light receiving element 16 are written in lowercase letters. Let it be expressed as p1q.

同期検波部18は、基本波、または2倍高調波の大きさ
を一定に保つように、位相変調素子励振制御部15に制
御信号を送る。
The synchronous detection section 18 sends a control signal to the phase modulation element excitation control section 15 so as to keep the magnitude of the fundamental wave or the second harmonic constant.

位相変調素子励振制御部15は、位相変調素子7に与え
る電力を加減して、基本波、または2倍高調波の大きさ
を一定に保持する。
The phase modulation element excitation control section 15 adjusts the power applied to the phase modulation element 7 to maintain the magnitude of the fundamental wave or the second harmonic constant.

(キ) 作 用 主光ファイバ5に関する作用は、従来のものと同じであ
る。第1の発光素子1から出た光が、ビームスプリッタ
2で分けられる。これらが、センサコイル6を右回り、
左回りに伝搬し、ビームスプリッタ2で合体されて、第
1の受光素子9に入射する。干渉光の内、基本波Pの大
きさが、第1の同期検波部17によって求められる。光
ファイバ5に位相変調素子7があるので、Pは(l6)
よりP  (t)=2Eo”J+  (ξ)cosΩ 
t sin  Δθ (I9)となる。検波して、ロー
パスフィルタを通すと、P=2Eo”Jt(ξ)sin
Δθ         (20)これが、同期検波部1
7の出力である。
(G) Function The function regarding the main optical fiber 5 is the same as that of the conventional one. Light emitted from the first light emitting element 1 is split by a beam splitter 2. These rotate the sensor coil 6 clockwise,
The light propagates counterclockwise, is combined by the beam splitter 2, and enters the first light receiving element 9. The magnitude of the fundamental wave P in the interference light is determined by the first synchronous detection section 17. Since the optical fiber 5 has a phase modulation element 7, P is (l6)
From P (t)=2Eo”J+ (ξ)cosΩ
t sin Δθ (I9). When detected and passed through a low-pass filter, P=2Eo”Jt(ξ)sin
Δθ (20) This is the synchronous detection section 1
This is the output of 7.

次に、本発明固有の部分の作用を説明する。Next, the functions of the parts unique to the present invention will be explained.

第2の発光素子11の光の角周波数をω。とすると、直
接受光素子16に入る参照先の受光面に於ける電界強度
は、 E3sin(ωat +Φ) (2l) である。補正処理用光ファイバ14を通った変調光の受
光素子16の受光面における電界強度は、E4sln 
(ωc  t + bsln  Ω t )     
 (22)と書くことができる。E3、E4は振幅であ
る。
The angular frequency of the light from the second light emitting element 11 is ω. Then, the electric field strength at the reference light-receiving surface directly entering the light-receiving element 16 is E3sin(ωat +Φ) (2l). The electric field strength at the light receiving surface of the light receiving element 16 of the modulated light that has passed through the optical fiber 14 for correction processing is E4sln
(ωc t + bsln Ω t )
(22) can be written. E3 and E4 are amplitudes.

変調度をbとしているが、これは(4) 、(5)式と
同じである。補正処理用光ファイバと主光ファイバの位
相変調部8の長さが同じであるので、変調度が等しい。
The degree of modulation is assumed to be b, which is the same as equations (4) and (5). Since the phase modulation section 8 of the correction processing optical fiber and the main optical fiber have the same length, the modulation degrees are the same.

しかし、これは説明の便の為にそうしているだけであっ
て、光ファイバの長さが等しくなくてもよいし、変調度
が等しくなくてもよいのである。
However, this is only done for the convenience of explanation, and the lengths of the optical fibers do not have to be equal, and the degrees of modulation do not have to be equal.

Φは変調光と参照光の位相差である。両者は長さが違う
ので位相差は大きいし、その大きさも予め分からない。
Φ is the phase difference between the modulated light and the reference light. Since the two have different lengths, the phase difference is large, and its magnitude is not known in advance.

位相差は2πの整数倍だけ加減してもよいので、Φは0
から2πの間の値を考えて良い。
The phase difference can be increased or decreased by an integer multiple of 2π, so Φ is 0.
You can consider values between 2π and 2π.

受光素子16の出力Sは、上記のものを加えて二乗した
ものであるから、 s (t) = (直流分)+(2ω。の項)+ E 
3  E 41cos+cos(bslnQt)+ s
lnΦstn(bs+nQt)1これは、既に説明した
式によく似ているので、導出については詳しく記述しな
い。
Since the output S of the light-receiving element 16 is the sum of the above values and squared, s (t) = (DC component) + (2ω. term) + E
3 E 41cos+cos(bslnQt)+s
lnΦstn(bs+nQt)1 This is very similar to the equation already explained, so the derivation will not be described in detail.

基本波pは !) (t)  = 2 E a  E 4  J t
(b)cos  Ωt sin  Φ  (24)であ
る。これを同期検波し、ローパスフィルタに通すと、基
本波の大きさ 1)= 2 E3 E4  J t(b)sin  Φ
        (25)が求められる。同期検波部1
8がこれを求める訳である。変調度bが変化すると、基
本波の大きさpが変化する。そこで、pを一定に保つよ
うに位相変調素子励振制御部15へ制御信号を送る。振
幅E3、E4や位相差Φは定数であるから、bの変化と
pの変化は等価である。
The fundamental wave p is! ) (t) = 2 E a E 4 J t
(b) cos Ωt sin Φ (24). When this is synchronously detected and passed through a low-pass filter, the magnitude of the fundamental wave 1) = 2 E3 E4 J t(b) sin Φ
(25) is required. Synchronous detection section 1
8 seeks this. When the modulation degree b changes, the magnitude p of the fundamental wave changes. Therefore, a control signal is sent to the phase modulation element excitation control section 15 so as to keep p constant. Since the amplitudes E3 and E4 and the phase difference Φ are constants, the change in b and the change in p are equivalent.

基本波の代わりに、2倍高調波を用いることができる。Instead of the fundamental wave, a second harmonic can be used.

2倍高調波の信号qは q(t)=2E3 E4  JQ(b)cos  2Ω
tcosΦ (2B)である。同期検波して、ローパス
フィルタを通すと、2倍高調波の大きさ Q =2 Ea  Ea  J 2 (b)cosΦ 
       (27)が求められる。これを一定に保
つようにしても良い。いずれにしても、同期検波部18
の信号によって、位相変調素子励振制御部15が位相変
調素子7を制御し、変調度を一定に保持することができ
る。
The second harmonic signal q is q(t)=2E3 E4 JQ(b) cos 2Ω
tcosΦ (2B). When synchronously detected and passed through a low-pass filter, the magnitude of the second harmonic is Q = 2 Ea Ea J 2 (b) cosΦ
(27) is required. This may be kept constant. In any case, the synchronous detection section 18
The phase modulation element excitation control section 15 can control the phase modulation element 7 according to the signal, and can maintain the degree of modulation constant.

ここでは、基本波と2倍高調波について説明したが、3
倍高調波.以上のものを使っても良い。
Here, we have explained the fundamental wave and the second harmonic, but the
Double harmonic. You can use more than that.

ひとつ注意すべきことがある。ベッセル関数の中にある
変数が違う、ということである。第1の受光素子9に入
る信号のベッセル関数の変数はξである。(l2)式か
ら、 φ ξ= 2 b sin               
  (28)という関係がある。第2の受光素子16に
入る信号のベッセル関数の変数はbそのものである。
There is one thing to note. This means that the variables in the Bessel function are different. The variable of the Bessel function of the signal entering the first light receiving element 9 is ξ. From equation (l2), φ ξ= 2 b sin
There is a relationship as (28). The variable of the Bessel function of the signal entering the second light receiving element 16 is b itself.

従って、同じ1次、2次のベッセル関数というてもベッ
セル関数の値が異なる。φの値は、センサコイルの長さ
によって決まるが、bとξの関係はφが間に入っている
ので、一義的に予め決定できない。
Therefore, even if the Bessel functions are the same, the values of the Bessel functions are different. The value of φ is determined by the length of the sensor coil, but the relationship between b and ξ cannot be uniquely determined in advance because φ is in between.

しかし、補正処理用光ファイバを通った変調光と、通ら
ない参照光を干渉させてできた信号の基本波、2倍高調
波などを一定にするよう、位相変調素子励振制御部を制
御するという本発明にとって、これはなんらの不都合と
ならない。
However, it is said that the phase modulation element excitation control unit is controlled so that the fundamental wave, second harmonic, etc. of the signal generated by interfering the modulated light that has passed through the optical fiber for correction processing and the reference light that does not pass through are constant. This poses no disadvantage to the present invention.

φが予め決まっていなくても、この方法にとってなんら
差し支えがないからである。かえって、制御の自由度が
増えたことになる。
This is because there is no problem with this method even if φ is not determined in advance. On the contrary, the degree of freedom in control has increased.

第2図によってこれを説明する。This will be explained with reference to FIG.

これは一次ベッセル関数の一部分のグラフである。上に
ξを変数とする主光ファイバの出力の基本波を示す。下
にbを変数とする補正処理用光ファイバと参照光の干渉
出力の基本波を示す。
This is a graph of a portion of a linear Bessel function. The fundamental wave of the output of the main optical fiber is shown above with ξ as a variable. The fundamental wave of the interference output between the optical fiber for correction processing and the reference light with b as a variable is shown below.

初期設定時にそれぞれが、ξo1boであったとする。Assume that each of them is ξo1bo at the time of initial setting.

これをナ、二点とする。この点での値、勾配は、任意で
ある。(12),(28)式の拘束条件があるだけであ
る。
This is 2 points. The value and gradient at this point are arbitrary. There are only the constraint conditions of equations (12) and (28).

変調度bが、温度変動、経年変化などによって変動して
、ネ点に変わったとする。これとともにξも変動し、ヌ
点に移る。しかし、本発明によれば、位相変調素子励振
制御部15の作用で、ネ点から二点への回復運動が直ち
になされる。するとξも初期設定値ξ。へ回復する。
Assume that the modulation degree b fluctuates due to temperature fluctuations, aging, etc., and changes to the negative point. Along with this, ξ also changes and moves to point Nu. However, according to the present invention, the action of the phase modulation element excitation control section 15 causes the recovery movement from point N to point two to be performed immediately. Then ξ is also the initial setting value ξ. recover to.

(ク)  効 果 位相変調方式光ファイバジャイロにおいて、環境温度や
経時変化によって、位相変調素子の変調度が変化しても
、センサの任意の温度に於いて、常に一定の位相変調度
を維持することができる。
(h) Effects In a phase modulation type optical fiber gyro, even if the modulation degree of the phase modulation element changes due to environmental temperature or changes over time, a constant phase modulation degree is always maintained at any sensor temperature. be able to.

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

第1図は本発明の位相変調方式光ファイバジャイロの原
理構成図。 第2図は主光ファイバと補正処理用光ファイバに現れる
ふたつのベッセル関数の初期設定値からのずれと回復を
説明するための図。 第3図は従来例にかかる位相変調方式光ファイバジャイ
ロの原理構成図。 1 ● ● 2 ● ● 3、4 5 ● ● 6 ● ● 7●拳 8 ● ● 9 ● ● 1 0 ● 1 l ● 1 2 ● ●発  光  素  子 ●ビームスプリッタ 拳●結合レンズ ●光ファイバ ●センサコイル ●位相変調素子 ●光ファイバの位相変調部 ●受  光  素  子 ●発 振 器 ●発  光  素  子 ●ビームスプリッタ ●光結合素子 ●補正処理用光ファイバ ●位相変調素子励振制御部 ●受  光  素  子 ●同期検波部 ●同期検波部 ●位相変調の角周波数 ●第1の発光素子の光の角周波数 ●第2の発光素子の光の角周波数 ●センサコイルを通過する光の位相変 化分 Φ●●●補正処理用光ファイバを通る光と通らない光の
位相差 Δθ●●回転角速度に比例する位相差 Ω ● ω ● ω 0 φ ●
FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of a phase modulation type optical fiber gyro according to the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining the deviation from the initial setting value and recovery of the two Bessel functions that appear in the main optical fiber and the optical fiber for correction processing. FIG. 3 is a diagram showing the principle configuration of a conventional phase modulation type optical fiber gyro. 1 ● ● 2 ● ● 3, 4 5 ● ● 6 ● ● 7 ● Fist 8 ● ● 9 ● ● 1 0 ● 1 l ● 1 2 ● ● Light emitting element ● Beam splitter fist ● Coupling lens ● Optical fiber ● Sensor Coil●Phase modulation element●Optical fiber phase modulation unit●Receiving optical element●Oscillator●Emitting element●Beam splitter●Optical coupling element●Optical fiber for correction processing●Phase modulation element excitation control unit●Receiving optical element Synchronous detection section ● Synchronous detection section ● Angular frequency of phase modulation ● Angular frequency of light of first light emitting element ● Angular frequency of light of second light emitting element ● Phase change of light passing through sensor coil Φ● ●● Phase difference between light passing through the optical fiber for correction processing and light not passing through it Δθ●● Phase difference Ω proportional to rotational angular velocity ● ω ● ω 0 φ ●

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] センサコイルを構成する部分と位相変調素子が設けられ
た部分を有する光ファイバと、可干渉光を発生する発光
素子と、該発光素子からの光、あるいは該発光素子から
光ファイバを介した光を分割して前記光ファイバの両端
に供給するビームスプリッタと、前記光ファイバを伝搬
しその両端から出た光を前記ビームスプリッタを介し結
合して受光する受光素子と、受光素子の出力を受けて位
相変調周波数成分を検出する同期検波回路とを少なくと
も有する位相変調方式光ファイバジャイロに於いて、前
記位相変調素子に補正処理用光ファイバを巻き付け、可
干渉光を生ずる第二の発光素子からの光を二つに分け、
ひとつは前記補正処理用光ファイバの中を伝搬させて第
二の受光素子に入射させ、他の一つは直接第二の受光素
子に入射させることとし、第二の受光素子の出力から同
期検波部により位相変調周波数の1倍または2倍の周波
数の信号成分を抽出し、その出力が一定になるように位
相変調素子励振制御部が、位相変調素子を駆動するよう
にしたことを特徴とする光ファイバジャイロの位相変調
度補正方式。
An optical fiber having a part constituting a sensor coil and a part provided with a phase modulation element, a light emitting element that generates coherent light, and light from the light emitting element or light passing from the light emitting element through the optical fiber. a beam splitter that splits the light and supplies it to both ends of the optical fiber; a light receiving element that receives the light that propagates through the optical fiber and combines the light emitted from both ends via the beam splitter; In a phase modulation type optical fiber gyro having at least a synchronous detection circuit for detecting a modulated frequency component, an optical fiber for correction processing is wound around the phase modulation element, and light from a second light emitting element that generates coherent light is emitted. Divide into two,
One is made to propagate through the optical fiber for correction processing and is made incident on the second light receiving element, and the other one is made to be made directly incident on the second light receiving element, and synchronous detection is performed from the output of the second light receiving element. The phase modulation element excitation control part extracts a signal component having a frequency of one or two times the phase modulation frequency, and the phase modulation element excitation control part drives the phase modulation element so that the output thereof is constant. Phase modulation depth correction method for optical fiber gyro.
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