JPH02236113A - Phase modulation type optical fiber gyro - Google Patents

Phase modulation type optical fiber gyro

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Publication number
JPH02236113A
JPH02236113A JP5763689A JP5763689A JPH02236113A JP H02236113 A JPH02236113 A JP H02236113A JP 5763689 A JP5763689 A JP 5763689A JP 5763689 A JP5763689 A JP 5763689A JP H02236113 A JPH02236113 A JP H02236113A
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JP
Japan
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light
optical fiber
output
phase modulation
component
Prior art date
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JP5763689A
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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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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make an output of a light emitting element and the phase modulation constant thereby to measure an angular velocity correctly by making components of a direct current of an output of a light receiving element and components of a two-fold higher harmonic when said light receiving element is static or nearly static closer to a predetermined value. CONSTITUTION:A direct current component detecting unit 10 detects components D of a direct current of an output of a light receiving element 9. The direct current components D are compared with a predetermined value D0 by a direct current component controlling unit 12. A controlling circuit 13 for controlling an output of a light emitting element controls the light emitting element 1 so that the direct current components D become closer to the predetermined value D0. On the other hand, a two-fold higher harmonic detecting unit 11 detects a two-fold higher harmonic Q among an output of the light receiving element 9. The two-fold higher harmonic Q is compared with a predetermined value Q0 by a controlling unit 14 which controls the two-fold higher harmonic. The power to be supplied to a modulating element 7 is controlled to reduce the difference between the Q and Q0 via a controlling unit 15 which controls oscillations of the phase modulating element. Accordingly, both an output of the light emitting element and the phase modulation are kept constant even when the temperature is changed or through the change with time, and a correct measurement is secured.

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吠に多数回巻き回し
、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 around 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1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を検出するのは容易ではない。However, it is not easy to detect 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
、著しく変動する。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。これでは八〇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 varies significantly with 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 With this, the sensitivity is poor when 80 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.

こレハ、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 case, the optical fiber at one end of the 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は大部分がセンナコイル8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 senna coil 8, 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18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 18 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
はビームスプリッタ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8の光ファイバ長をLとし、光ファイバコ
アの屈折率をnとする。光がセンサコイルθ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 8, and let n be the refractive index of the optical fiber core. The time τ required for light to pass through the sensor coil θ 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θ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 enters the phase modulation element 7 after passing through the sensor coil θ.

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、EL%ERとすると
、 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。
If the electric field strength of the counterclockwise light and the clockwise light is EL%ER, then the following equation is obtained. 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.1)を和の形に書き換える
と、 となる。
If we remove the DC component and rewrite S(Δθ.1) in the form of a sum, we get:

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の出力は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、 +D.C.+ {2ω以上}  (7)2      
 t     n:一 φである。t=expiθ と
置くと、 S.=2Σ(−)”.r ....<ξ)cos(2n
+1)Ωt    (14)となる。この式の実数部虚
数部の展開から、S(Δθ,1)のsin,cosの部
分Ss1Scの級数展開を得る。
The counterclockwise light and clockwise light having such electric field strength are square-law detected by the light receiving element 9. The output of the light receiving element 9 is S(Δθ,
1) becomes. These are expanded using Bessel functions. From the generating function expansion of the Bessel function, +D. C. + {2ω or more} (7)2
t n: one φ. If we set t=expiθ, then S. =2Σ(-)”.r ...<ξ)cos(2n
+1) Ωt (14). From the expansion of the real and imaginary parts of this equation, the series expansion of the sin and cos parts Ss1Sc of S(Δθ, 1) is obtained.

S(Δθ,1) =(SocosΔθ+SsS1nΔθ)Eo2(10)
というように定義する。
S(Δθ, 1) = (SocosΔθ+SsS1nΔθ)Eo2(10)
Define it as follows.

θ→θ+π/2という変換をし、ベツセル関数の良く知
られた性質、 J−n(x)=  (−)”  Ja  (x)   
   (II)(但し、nは正の整数)を使い、 φ ξ:2 b sln (!2) と置くと、 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) 十E。”J.(ξ)cosΔθ n=1 n=O (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 obtain the well-known property of Betzel function, J−n(x)=(−)” Ja (x)
Using (II) (where n is a positive integer) and setting φ ξ: 2 b sln (!2), we get the following. Rewriting using these equations, the signal S(Δ
θ, 1) is (DC component) + (2ω component) 10E. "J.(ξ)cosΔθ n=1 n=O (l5). This is an expansion by harmonics of the modulation frequency Ω. By passing it through a filter, any harmonic component can be found. These Among them, the first-order term is assumed to be a fundamental wave component P, and the second-order term is assumed to be a double harmonic component Q.

P  (t)  = 2Eo”Jt  ( ξ)cos
 Ω t  sln  Δ θ  (l6)Q  (t
)=2Eo”J2(ξ)cos  2Ωt  cos 
 Δθ  (I7)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、
J,(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”Jt (ξ)cos
Ω t sln Δ θ (l6)Q (t
)=2Eo”J2(ξ) cos 2Ωt cos
Δθ (I7). In many cases, the fundamental wave P is detected and Δθ is determined. In order to maximize the sensitivity of P,
Maximize J, (ξ). Therefore, the modulation degree is set so that ξ=1.8. At this time J. (ξ》 is approximately 0.3
It is.

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) 発明が解決しようする問題点 従来の光ファイバジャイロは、発光素子からファイバに
入射する光の量の変動が大きい。つまり振幅E。の変動
が大きいのである。このため、同じ角速度に対して、光
量変動のために、見掛け上異なる出力が得られた。
(c) Problems to be Solved by the Invention In conventional optical fiber gyros, the amount of light incident on the fiber from the light emitting element fluctuates greatly. In other words, the amplitude E. There are large fluctuations. Therefore, for the same angular velocity, apparently different outputs were obtained due to variations in the amount of light.

特開昭61一目710Bは、信号の直流成分が一定にな
るような制御系を提案している。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 1983-1971 Ichimoku 710B proposes a control system in which the DC component of the signal is constant.

特開昭lie−135818は、信号の位相変調周波数
成分を直流成分で割り、光量変動の影響を打ち消すこと
を提案している。
Japanese Patent Laid-Open No. 135818 proposes dividing the phase modulation frequency component of the signal by the DC component to cancel out the influence of light intensity fluctuations.

この他に、2倍高調波を一定にするようにした位相変調
方式光ファイバアジャイ口がある。
In addition, there is a phase modulation type optical fiber adjuster which keeps the second harmonic constant.

特願昭59−244641号である。This is patent application No. 59-244641.

2倍高調波は、J2(ξ)を含み、これを一定に保つこ
とが位相変調度を一定に保つことに等しいと考えられた
のである。
The second harmonic includes J2(ξ), and it was thought that keeping this constant is equivalent to keeping the phase modulation degree constant.

ところが、直流成分を一定に保つことは、光量を一定に
保つことと等価ではない。直流成分は、CO8Δθとい
う形で、Δθを含む。
However, keeping the DC component constant is not equivalent to keeping the amount of light constant. The DC component includes Δθ in the form CO8Δθ.

前記の発明は、Δθ崎Oという近似で直流成分が発光素
子の光強度と比例するという前提をし、直流成分を一定
にしている。
The invention described above makes the premise that the DC component is proportional to the light intensity of the light emitting element using the approximation ΔθzakiO, and the DC component is kept constant.

ところが、Δθが無視できない大きさを持つときもある
。Δθが大きいとき、このような近似をすることが不正
確になる。
However, there are times when Δθ has a size that cannot be ignored. When Δθ is large, making such an approximation becomes inaccurate.

位相変調度を一定にするために2倍高調波を一定に保つ
というものには、次の問題がある。
There are the following problems in keeping the second harmonic constant in order to keep the phase modulation degree constant.

(17)に示すように、2倍高調波Qは、J2(ξ)と
ともにCOSΔθの項をも持つ。Δθ一〇という近似を
し、2倍高調波を一定にしている。然しΔθが大きい時
、この近似は不正確である。結局、位相変調度は一定に
ならない。
As shown in (17), the second harmonic Q has a term of COSΔθ as well as J2(ξ). An approximation of Δθ10 is made, and the second harmonic is kept constant. However, when Δθ is large, this approximation is inaccurate. After all, the degree of phase modulation is not constant.

( 工 )   目   的 発光素子の光量変動を抑え、位相変調度を一定にできる
位相変調方式光ファイバジャイロを提供することが本発
明の目的である。
(Engineering) Purpose It is an object of the present invention to provide a phase modulation type optical fiber gyro that can suppress variations in the amount of light from a light emitting element and keep the degree of phase modulation constant.

(オ) 構 成 本発明の光ファイバジャイロは、 (1)光ファイバジャイロが静止しているか、角速度が
十分に小さいことを、このジャイロまたは他のセンサか
らの信号によって認識する。
(E) Configuration The optical fiber gyro of the present invention: (1) Recognizes whether the optical fiber gyro is stationary or has a sufficiently small angular velocity by a signal from the gyro or another sensor.

(2)上記の条件が成り立ったとき、受光素子出力のう
ち直流成分を一定にするよう、発光素子出力を制御する
(2) When the above conditions are met, the light emitting element output is controlled so that the DC component of the light receiving element output is constant.

(3)上記の条件が成り立ったとき、受光素子出力のう
ち2倍高調波成分を一定にするよう位相変調度を制御す
る。
(3) When the above conditions are met, the degree of phase modulation is controlled so that the second harmonic component of the light receiving element output is constant.

図面によって説明する。This will be explained using 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構
成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a phase modulation type optical fiber gyro according to the present invention.

発光素子1は可干渉性光を生ずる光源である。The light emitting element 1 is a light source that generates coherent light.

半導体レーザ、スーパールミネッセントダイオード、気
体レーザ、など任意である。
Semiconductor lasers, superluminescent diodes, gas lasers, etc. are optional.

ビームスプリッタ2はこの光を2本の光に分割する。ビ
ームスプリブタというのは、ここでは広義の光分岐素子
を意味する。
Beam splitter 2 splits this light into two beams. The beam splitter here means a light branching element in a broad sense.

2本に分割された光はレンズ3、4で絞られた後、光フ
ァイバ5の両端A,Bに入射する。
The two light beams are focused by lenses 3 and 4 and then enter both ends A and B of optical fiber 5.

光ファイバ5はシングルモード光ファイバである。これ
は多数回光ファイバをコイル吠に巻き回したセンサコイ
ル6と、位相変調素子7に巻き回した部分8を備えてい
る。センサコイルが回転角速度を検出するものである。
Optical fiber 5 is a single mode optical fiber. This includes a sensor coil 6 in which an optical fiber is wound in a coil shape many times, and a portion 8 in which the optical fiber is wound around a phase modulation element 7. A sensor coil detects rotational angular velocity.

位相変調素子7は、例えば円筒状の圧電素子の外面と内
面に電極を設け、外周に光ファイバを巻き付けたもので
ある。これは光ファイバ中を伝搬する光に周期的な位相
変化を与えるものである。
The phase modulation element 7 is, for example, a cylindrical piezoelectric element provided with electrodes on the outer and inner surfaces thereof, and an optical fiber wound around the outer periphery. This gives periodic phase changes to the light propagating in the optical fiber.

電極間に、位相変調素子励振制御部15が周波数Ωの変
調電圧を印加する。この電圧振幅が位相変調度に比例す
る。
The phase modulation element excitation control unit 15 applies a modulation voltage with a frequency Ω between the electrodes. This voltage amplitude is proportional to the phase modulation degree.

A端から入射した光はセンサコイル6の中を右回り光と
して伝搬する。B端からの光は左回り光となる。両方の
光はビームスブリソタ2で再び合一し、受光素子9に入
射する。
The light incident from the A end propagates in the sensor coil 6 as clockwise light. The light from the B end becomes counterclockwise light. Both lights are combined again in the beam stabilizer 2 and enter the light receiving element 9.

受光素子9は干渉光の強度を検出しこれを出力する。受
光素子出力には、直流成分D1基本波成分P12倍高調
波Q1およびさらに高次の高調波が含まれる。
The light receiving element 9 detects the intensity of the interference light and outputs it. The light receiving element output includes a DC component D1, a fundamental wave component P1, a 2nd harmonic Q1, and higher harmonics.

直流成分Dは、直流成分検出部lOによって検出される
。此の信号は、直流成分制御部12に送られる。
The DC component D is detected by the DC component detection unit IO. This signal is sent to the DC component control section 12.

直流成分Dは発光素子の出力を安定させるために用いら
れるが、常時、発光素子を制御するのではない。停止信
号Uが他のセンサから与えられるか、またはこのジャイ
ロ自身の最終出力SがOであるときのみ発光素子出力の
制御に使われる。
Although the DC component D is used to stabilize the output of the light emitting element, it does not always control the light emitting element. It is used to control the light emitting element output only when the stop signal U is given from another sensor or the final output S of this gyro itself is O.

直流成分制御部12は、発光素子制御回路13に発光素
子の駆動電流Wを指示している。これは停止信号Uが与
えられるか、または最終出力SがOであるとき、受光素
子出力の直流成分Dが一定になるように制御するのであ
る。
The DC component control section 12 instructs the light emitting element control circuit 13 to drive current W for the light emitting element. This is to control the DC component D of the light receiving element output to be constant when the stop signal U is given or the final output S is O.

ただし停止信号Uといっても厳密に停止でなくても良い
。停止に近ければ良い。同じことが最終出力についても
いえる。SがOに近ければ良い。
However, the stop signal U does not necessarily have to be a stop signal. The closer it is to the stop, the better. The same goes for the final output. It is good if S is close to O.

直流成分制御部12は、停止または停止に近いときの直
流成分Dを記憶し、所定の値D。と比較し、これに近ず
けるように発光素子出力制御回路13に指示を与える。
The DC component control unit 12 stores the DC component D when stopped or close to stopping, and stores the DC component D at a predetermined value D. An instruction is given to the light emitting element output control circuit 13 to approach this value.

受光素子9の出力の内、基本波成分Pは同期検波部17
で検出される。同期信号は位相変調素子励振制御部15
から与えられる。
Of the output of the light receiving element 9, the fundamental wave component P is transmitted to the synchronous detection section 17.
Detected in The synchronization signal is sent to the phase modulation element excitation control section 15.
given from.

受光素子9の出力の内、2倍高調波Qは2倍高調波検出
部l1によって検出される。位相変調素子励振制御部1
5の変調信号を逓倍器20で2倍にし、同期信号とする
Of the output of the light receiving element 9, the second harmonic Q is detected by the second harmonic detection section l1. Phase modulation element excitation control section 1
The modulated signal of No. 5 is doubled by a multiplier 20 and used as a synchronization signal.

位相変調素子励振制御部15の変調度は、2倍高調波を
一定にするように制御される。ここで変調度はbである
が、ξと比例しているので、ξも変調度ということにす
る。
The modulation degree of the phase modulation element excitation control section 15 is controlled to keep the second harmonic constant. Here, the degree of modulation is b, but since it is proportional to ξ, ξ will also be referred to as the degree of modulation.

常時、2倍高調波を一定にするのではない。The second harmonic is not always kept constant.

他のセンサから停止信号Uが与えられるか、このジャイ
ロの最終出力Sが0、またはOに近い時にのみ、2倍高
調波を所定の値Q0にするように制御するのである。
Only when a stop signal U is given from another sensor or when the final output S of this gyro is 0 or close to 0, the second harmonic is controlled to a predetermined value Q0.

2倍高調波制御部14がこのような間欠的制御を行う。The second harmonic control section 14 performs such intermittent control.

静止または静止に近いことを、他のセンサからの停止信
号、またはこのジャイロの出力Sがほぼ0であることか
ら知る。そのときの2倍高調波Qの値を採用し、所定の
Q。と比較しこの差が少なくなるように、位相変調素子
励振制御部15の変調度ξを与える。
It is known that the vehicle is stationary or nearly stationary from a stop signal from another sensor or from the fact that the output S of this gyro is approximately 0. The value of the second harmonic Q at that time is adopted, and the predetermined Q is determined. The modulation degree ξ of the phase modulation element excitation control section 15 is given so that this difference is smaller compared to .

基本波Pが同期検波部17の出力として現れ、これが最
終出力Sとなる。これは(l6)式から振動項を除き、 S”P=2Eo”Jt  (ξ)sln  Δθ  (
I8)となる。直流成分を一定にすることにより、光の
強度E。′を一定にできる。2倍高調波を一定にするこ
とにより位相変調度ξを一定にできる。(!8)の中に
ある係数はこのように一定に保持されている。最終出力
SからsinΔθのかたちでΔθが求められる。
The fundamental wave P appears as the output of the synchronous detection section 17, and this becomes the final output S. This can be done by removing the vibration term from equation (l6) and calculating S”P=2Eo”Jt (ξ)sln Δθ (
I8). By keeping the DC component constant, the light intensity E. ′ can be kept constant. By keeping the second harmonic constant, the phase modulation degree ξ can be kept constant. The coefficients in (!8) are thus held constant. Δθ is determined from the final output S in the form of sin Δθ.

ここでは、2倍高調波を検出部して、これを一定にする
ことにより、位相変調度を一定にしている。しかし2倍
高調波に限らず、3倍あるいは4倍高調波を一定にして
位相変調度を一定にするようにしてもよい。全ての高調
波は位相変調度を含むのでこれが可能である。
Here, the phase modulation degree is made constant by detecting the second harmonic and making it constant. However, the phase modulation degree is not limited to the second harmonic, but may be made constant by making the third or fourth harmonic constant. This is possible because all harmonics contain a phase modulation depth.

(力) 作 用 位相変調方式光ファイバジャイロの動作は既に説明した
ので、此の部分の叙述を省く。
(Force) Action The operation of the phase modulation type optical fiber gyro has already been explained, so a description of this part will be omitted.

これまで、右回り光、左回り光の振幅をE0として区別
していなかった。ここでは、右回り光の振幅をEI、左
回り光の振幅をE2とする。E0′とあったものは、E
.E2と読み変えられるべきである。
Until now, the amplitudes of clockwise light and counterclockwise light have not been distinguished as E0. Here, the amplitude of the clockwise light is assumed to be EI, and the amplitude of the counterclockwise light is assumed to be E2. What was E0' is E
.. It should be read as E2.

受光素子出力の内、直流成分Dは、 と書くことができる。Of the light receiving element output, the DC component D is: It can be written as

ところで、実際の光学系では、右回り光、左回り光の振
幅がほぼ等しく、 Et”lE+a であるから、 (Et″+Eg”) !=FEI  EQ      
  (21)と仮定できる。変調度ξはいずれでも良い
のであるが、ここでは特別の例を考える。基本波の感度
を最大にするには、一次ベッセル関数J.(ξ)を最大
にすれば良く、ξ→1.8に選ぶ事ができる。
By the way, in an actual optical system, the amplitudes of the clockwise and counterclockwise lights are almost equal, Et"lE+a, so (Et"+Eg")!=FEI EQ
(21) can be assumed. Although any modulation degree ξ may be used, a special example will be considered here. To maximize the sensitivity of the fundamental wave, the first-order Bessel function J. It is sufficient to maximize (ξ), and it is possible to select ξ→1.8.

このとき、0次ベッセル関数Jo(ξ)はほぼ0.3で
ある。直流成分Dは、 D:”Es  l,a  (1+0.a cos  八
〇)   (22)となるが、この先ファイバジャイロ
が静止、あるいは殆ど静止しているとき、 Δθ峙O cos  Δθ→ 1 そこで、光ファイバジイロが静止、あるいは殆ど静止し
ているとき、 D =   鳳.3EIE2 となって、Dを予め定めたD0に等し《制御すれば、干
渉光の光量EIEQを一定にすることできる。これは直
流成分検出部10、直流成分制御部12、発光素子出力
制御回路13などの機能である。
At this time, the zero-order Bessel function Jo(ξ) is approximately 0.3. The DC component D becomes D:”Es l,a (1+0.a cos 80) (22), but from now on, when the fiber gyro is stationary or almost stationary, Δθ diagonal O cos Δθ→ 1 So, When the optical fiber is stationary or almost stationary, D = 0.3EIE2, and if D is equal to the predetermined D0 and controlled, the amount of interference light EIEQ can be made constant. These are the functions of the DC component detection section 10, the DC component control section 12, the light emitting element output control circuit 13, etc.

次に2倍高調波Qの制御について説明する。Next, control of the second harmonic Q will be explained.

Q”−2Et  E2  JQ(ξ) cosΔθ  
  (2B)であるが、この内、発光素子の光flEt
Esは既に一定になっている。静止又は静止に近い時、
COSΔθが1である。このとき、 Q=−2Et  E2  JQ (ξ)       
(27)である。此の値を一定にするように、位相変調
素子励振制御部15の、励振電圧を制御するのである。
Q”-2Et E2 JQ(ξ) cosΔθ
(2B), of which the light flEt of the light emitting element is
Es has already become constant. When stationary or near stationary,
COSΔθ is 1. At this time, Q=-2Et E2 JQ (ξ)
(27). The excitation voltage of the phase modulation element excitation control section 15 is controlled so as to keep this value constant.

位相変調度ξが一定であるようにできれば、最終出力S
すなわち基本波Pは(18)より、S=P=2E.Eg
  J.(ξ) sin Δθ  (2B)となるが、
slnΔθの前の係数は不変の定数となり、出力Sから
正確なΔθが分かる。これは光量だけ、あるいは変調度
だけを一定にしただけでは得られない効果であ・る。
If the phase modulation degree ξ can be made constant, the final output S
That is, from (18), the fundamental wave P is S=P=2E. Eg
J. (ξ) sin Δθ (2B),
The coefficient before slnΔθ becomes an unchanging constant, and the accurate Δθ can be found from the output S. This is an effect that cannot be obtained by simply keeping the amount of light or modulation constant.

(キ)  実  施  例 位相変調方式光ファイバジャイロの最小構成に関しては
、 Ezek(el S. and▲rdltt31 11
.J.:”FIBER OPTIC ROT▲TION
  SENSOR”  Springer−Verla
g  Berlin.1982に詳しい説明がある。
(g) Example Regarding the minimum configuration of a phase modulation type optical fiber gyro, see Ezek (el S. and▲rdltt31 11
.. J. :”FIBER OPTIC ROT▲TION
SENSOR” Springer-Verla
g Berlin. A detailed explanation can be found in 1982.

第2図によって本発明の実施例を説明する。第1図と同
じものには同じ符号を付した。これらに対しては説明を
繰り返さない。
An embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. Components that are the same as in FIG. 1 are given the same reference numerals. I will not repeat the explanation for these.

直流成分検出部10は、受光素子の出力を受けて、その
直流成分を電圧信号として出力する。これは、A/D変
換器22によって、デジタル信号に変換される。
The DC component detection unit 10 receives the output of the light receiving element and outputs the DC component as a voltage signal. This is converted into a digital signal by the A/D converter 22.

他のセンサからの静止信号を受けたとき、あるいは、こ
の光ファイバジイロ自身の最終出力Sを受けてこれがO
または0近いとき、次の操作を行う。
When receiving a stationary signal from another sensor or receiving the final output S of this optical fiber giro itself, this
Or when it is close to 0, perform the following operation.

直流成分Dが予め設定した値D。になるように発光素子
出射光量を制御するための制御信号を算出、作成する。
DC component D is a preset value D. A control signal is calculated and created to control the amount of light emitted from the light emitting element so that the amount of light emitted from the light emitting element is

この制御信号を、D/A変換器21によってアナログ信
号に変換し、発光素子出力制御回路13に入力する。
This control signal is converted into an analog signal by the D/A converter 21 and input to the light emitting element output control circuit 13.

光ファイバジャイロが速く回転している時は前回の静止
時の制御信号を保持しこれを出力する。
When the optical fiber gyro is rotating rapidly, it retains and outputs the control signal from the previous time when it was stationary.

デジタル処理部1Bによって、デジタル信号として扱っ
ているので、信号を保時し出力し続けることは簡単であ
る。
Since the signal is treated as a digital signal by the digital processing section 1B, it is easy to keep the time of the signal and continue outputting it.

発光素子出力制御回路13は前記信号を受けて発光素子
の出射光量を制御する。
The light emitting element output control circuit 13 receives the signal and controls the amount of light emitted from the light emitting element.

発振器18は周波数がΩの変調信号を生ずる。Oscillator 18 produces a modulated signal of frequency Ω.

発振器18の出力は乗算郎19によって適当な増幅率で
増幅される。増幅された発振器の位相変調信号は、位相
変調素子7の電極に印加される。従って位相変調素子7
の変調度bすなわちξは、乗算部l9によって自由に与
えられる。
The output of the oscillator 18 is amplified by a multiplier 19 with an appropriate amplification factor. The amplified oscillator phase modulation signal is applied to the electrodes of the phase modulation element 7. Therefore, the phase modulation element 7
The modulation degree b, that is, ξ, is freely given by the multiplier l9.

同期検波部17は、発振器18から周波数がΩである同
期信号を取って、受光素子出力から基本波成分Pを求め
る。基本波成分Pは、A/Dコンバータ24によって、
デジタル処理部16に入力される。
The synchronous detection section 17 receives a synchronous signal having a frequency of Ω from the oscillator 18 and obtains a fundamental wave component P from the output of the light receiving element. The fundamental wave component P is converted by the A/D converter 24 into
The signal is input to the digital processing section 16.

逓倍器20は、発振器l8の位相変調信号を逓倍し、2
Ωの周波数の同期信号を作る。
The multiplier 20 multiplies the phase modulation signal of the oscillator l8, and
Create a synchronization signal with a frequency of Ω.

2倍高調波検出部11は、逓倍器20の2Ωの同期信号
を使って、受光素子出力の内、2倍高調波Qを検出する
。この値は、A/Dコンバータ25によって、デジタル
値に変換され、デジタル処理部16に入力される。
The second harmonic detection section 11 detects the second harmonic Q from the output of the light receiving element using the 2Ω synchronization signal from the multiplier 20 . This value is converted into a digital value by the A/D converter 25 and input to the digital processing section 16.

デジタル処理部18は、この光ファイバヤイロが静止ま
たは静止に近いことを、それ自身の最終出力S1または
他のセンサからの停止信号Uにょって認識する。
The digital processing unit 18 recognizes that the optical fiber gyro is stationary or nearly stationary based on its own final output S1 or a stop signal U from another sensor.

他のセンサから、停止信号を受ける場合は、他のセンサ
からの状態信号を、状態信号検出インタフェース26に
よってデジタル処理部l6に入力する。デジタル処理部
16が吠態信号から停止であるかないかを判定する。そ
して停止信号Uを作成する。
When receiving a stop signal from another sensor, the status signal from the other sensor is input to the digital processing unit l6 through the status signal detection interface 26. The digital processing unit 16 determines whether the barking signal is stopped or not. Then, a stop signal U is created.

あるいは、他のセンサが停止時に停止信号Uを出力し、
デジタル処理部16に入力するようにしても良い。
Alternatively, another sensor outputs a stop signal U when stopped,
It may also be input to the digital processing section 16.

この光ファイバジャイロ自身から、出力S→Oを得るよ
うにすることもできる。
It is also possible to obtain the output S→O from this optical fiber gyro itself.

デジタル処理部18は、光ファイバジャイロが静止また
は静止に近い時、2つの動作を行う。
The digital processing unit 18 performs two operations when the optical fiber gyro is stationary or nearly stationary.

ひとつは、直流成分Dを予め設定してある、基準となる
D0と比較し、この差を少なくするように発光素子出力
を制御することである。制御信号は、D/Aコンバータ
21から、発光素子出力制御部13に出力される。
One is to compare the DC component D with a preset reference D0 and control the light emitting element output so as to reduce this difference. The control signal is output from the D/A converter 21 to the light emitting element output control section 13.

もうひとつは、2倍高調波成分Qを、予め設定してある
基準となるQ。と比較し、この差が小さくなるように、
位相変調度ξを制御することである。これは、D/Aコ
ンバータ23により、乗算部19に与えられる。
The other is the second harmonic component Q, which is a preset standard. In order to reduce this difference compared to
The purpose is to control the phase modulation degree ξ. This is provided to the multiplier 19 by the D/A converter 23.

光ファイバジャイロが速く回転しているときは前回の静
止時の直流成分、2倍高調波成分の値をそれぞれ保時し
、発光素子出力制御部13、乗算部19に対して出力し
続ける。
When the optical fiber gyro is rotating rapidly, the values of the DC component and double harmonic component at the time of the previous standstill are kept and continue to be output to the light emitting element output control section 13 and the multiplication section 19.

基本波成分Pにより回転角速度を求めることができる。The rotational angular velocity can be determined from the fundamental wave component P.

(ク) 効 果 静止時または静止に近いときに、受光素子出力の直流成
分と、2倍高調波成分を予め決められた値と比較し、こ
れに近づけるようにする。こうして、発光素子出力と位
相変調度を一定にすることができる。
(H) Effect: When stationary or close to stationary, the DC component and second harmonic component of the light receiving element output are compared with predetermined values and brought close to these values. In this way, the light emitting element output and the degree of phase modulation can be made constant.

温度や、経時変化によって結合光社や位相変調度が変動
しても、本発明によれば、これを正しく補正し、常に、
正確で安定した角速度測定が可能になる。
Even if the coupling light intensity or phase modulation degree changes due to temperature or changes over time, according to the present invention, this can be corrected correctly and always
Accurate and stable angular velocity measurement becomes possible.

【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構
成図。 第2図は本発明の実施例を示す位相変調方式光ファイバ
ジャイロの構成図。 第3図は従来例に係る位相変調方式光ファイバジャイロ
の構成図。 1自●● 2 ● 1 3、 4 ● 5 ● ● ● 6 ● ● ● 7 1 ● 8 φ ● ● 9 1 ● 1 0 拳 ● 1 1 ● ● 1 2 φ ● l 3 ● ● ●発  光  素  子 ●ビームスプリッタ ●レ ン ズ 拳 光   フ   ァ   イ   バ●センサコイ
ノレ ●位相変調素子 ●位相変調に巻付けた光ファイバ部分 ●受.光 素 子 Φ直流成分成分検出部 −2倍高調波検出部 ●直流成分制御部 φ発光素子出力制御回路 14拳●●2倍高調波制御部 15@●会位相変調素子励振制御部 17●●●同期検波部 1 8 ● 命 ●発  振  器 l9●●●乗 算 部 20 ● − ●逓  倍  器 21、23拳●−D/Aコンバータ 22、24、25●●●A/Dコンバータ発  明  
FIG. 1 is a configuration diagram of a phase modulation type optical fiber gyro according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a phase modulation type optical fiber gyro showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional phase modulation type optical fiber gyro. 1 Self ●● 2 ● 1 3, 4 ● 5 ● ● ● 6 ● ● ● 7 1 ● 8 φ ● ● 9 1 ● 1 0 Fist ● 1 1 ● ● 1 2 φ ● l 3 ● ● ● Light emitting element ●Beam splitter ●Lens fist Optical fiber ●Sensor coil ●Phase modulation element ●Optical fiber part wrapped around phase modulator ●Receiver. Optical element Φ DC component component detection section - 2nd harmonic detection section ● DC component control section φ Light emitting element output control circuit 14 ●● 2nd harmonic control section 15 @● Phase modulation element excitation control section 17 ●● ●Synchronous detection unit 1 8 ●Life ●Oscillator 19●●●Multiplication unit 20 ●-●Multiplier 21, 23 ●-D/A converter 22, 24, 25●●●A/D converter invention
person

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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、前記受光素子の出力を受けて直流成分を検出する直
流成分検出部と、位相変調周波数の適当な倍数の高調波
を検出する高調波検出部と、受光素子出力の基本波成分
を検出する同期検波部とを有し、他のセンサの信号また
はこの光ファイバジャイロの最終出力により静止あるい
は静止に近いことを認識した時の直流成分、高調波成分
を予め定めた値に近づけるよう発光素子出力と位相変調
度とを制御することを特徴とする位相変調方式光ファイ
バジャイロ。
(1) 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 from the light emitting element via 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 propagates through the optical fiber and combines the light emitted from both ends of the optical fiber and receives the light; and an output of the light receiving element. A phase modulation type optical fiber gyro including at least a synchronous detection circuit that receives the output of the light receiving element and detects the phase modulated frequency component, and a DC component detector that receives the output of the light receiving element and detects the DC component, and an appropriate phase modulation frequency component. It has a harmonic detection section that detects harmonics of multiples, and a synchronous detection section that detects the fundamental wave component of the light receiving element output. A phase modulation type optical fiber gyro characterized by controlling the output of a light emitting element and the degree of phase modulation so that the DC component and the harmonic component approach a predetermined value when the proximity is recognized.
(2)静止あるいは静止に近い時の受光素子出力の直流
成分を保時し、そのレベルが一定になるように発光素子
出力を制御することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の位相変調方式光ファイバジャイロ。
(2) The phase according to claim 1, characterized in that the DC component of the light-receiving element output when it is stationary or nearly stationary is kept, and the light-emitting element output is controlled so that its level is constant. Modulation type optical fiber gyro.
(3)静止あるいは静止に近い時の受光素子出力の2倍
高調波Qを保持しそのレベルが一定になるように位相変
調度を制御することを特徴とする特許請求の範囲第1項
または第2項記載の位相変調方式光ファイバジャイロ。
(3) The phase modulation degree is controlled so that the double harmonic Q of the light-receiving element output when it is stationary or nearly stationary is maintained and its level is constant. The phase modulation type optical fiber gyro according to item 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05187877A (en) * 1992-01-16 1993-07-27 Japan Aviation Electron Ind Ltd Optical fiber gyro

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