JPH02262006A - 光フアイバジヤイロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバジャイロスコープに関する。

光ファイバが光源、ビーム分割器、コイル、位相変調器
および電子ユニットを含むように構成されることは公知
である。−殻内に電子ユニットは、干渉計の非可逆性に
依存する信号が伝達されるように、探知した光によって
発生される信号を復調する復調器を含んでいる。

種々の変調および復調技術を備えた開および閉ループ機
構を有する、多くの異なった光ファイバジャイロスコー
プ装置が存在する。閉ループ機構において変調器からの
信号は復調器によってゼロに見えた非可逆性をゼロにす
るのに使用される。

開ループ機構において、コイルの回転によって導入され
たいかなる非可逆的位相もゼロにならず、復調器出力を
観察することによって計測されるだけであった。すべて
のこれらの装置の限定要因は、復調器のオフセットによ
って生じた明らかな回転レート　（ドリフト）である。

このドリフトは復調器前方のゲインを増加することによ
って減少することができるが、しかしながら、増幅器お
よび復調器の飽和のような実際上の限界がある。復調器
のレートが代表的には１００ＫＨｚから１０ＭＨｚの間
にあるため、困難さは一層増大する。これらの周波数は
高くしたがって復調器が十分に低いオフセット電圧をも
つように設計することは困難である。

したがって本発明の目的は復調器のオフセットに対して
ジャイロの悪度を低下する方式を提供することにある。

本発明の１特徴によれば、光ファイバジャイロスコープ
であって、光ファイバのコイル、光源ならびに位相変調
装置およびビーム分離／結合装置を介してコイルに組合
わされ光源からの光がコイルの周りに反対方向に通り結
合されて探知器に伝達される光探知器、探知器の出力に
接続され前記光によりコイルを通るとき実施される非可
逆的位相シフトの大きさを示す電気信号を発生する復調
装置および前記位相変調装置に接続され変調波形に従っ
て前記光の位相を変調する信号発生装置を含み、Ｔを光
がコイルを横切る時間とするとき前記変調波形が約２／
Ｔの周波数ｆを有する周期的波形を有し、波形がいちじ
るしく周波数ｆより低い周波数で位相を周期的に逆転さ
れる、前記光ファイバジャイロスコープが提供される。

本発明の第２の特徴によれば、光ファイバジャイロスコ
ープであって、前記ジャイロスコープを通る放射線が第
２および第３の周期的波形から得られる第１波形によっ
て変調され、第３波形が使用中第２波形よりいちじるし
く低い周波数を有し、第２波形の周波数ｆがＴを放射線
がジャイロスコープを通って移動する時間とするとき約
２／Ｔであり、さらに前記放射線が探知されかつ引続い
て第１復調器によって導入されるいかなるオフセットを
も小さくするため第１および第２波形の双方に対して復
調される、前記光ファイバジャイロスコープが提供され
る。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を単なる例示とし
て説明する。

第１図において、光はエツジ放射発光ダイオード（ＥＬ
ＥＤ）光′ａｌから、光ファイバ３、光フアイバカップ
ラ４、偏分波器５、集合光カップラ（Ｙ接Ｖｔ’）　　
？、２相変調器８および９を通って、光フアイバコイル
２に達する。光はカッブラフにおいて２つのビームに分
離され、ビームは変調器８．９の各一方、ついでコイル
２の周りをそれぞれ反対方向に通り、さらにカッブラフ
に戻り、そこでそれらはふたたび結合されて干渉が生ず
る。再結合されたビームはついで偏分波器５および光フ
アイバカップラ４を通って探知器ＩＯに戻る。第１図に
示すものの変型として、集合光学装置６は炎上周器８．
９のみを備えることができ、カップラ７は別の独立の装
置として装置６と偏分波器５との間に設けることがで々
る。そうでなければ、変調器８．９およびカッブラフに
加えて偏分波器５およびカップラ６の一方または双方を
含むことができる。ｍ　−ｖ半導体関連集合光学装置の
場合、装置は光源および探知器をも含むことができる。

ファイバカップ゛う４は通常のファイバから作られた溶
着２円錐テーバカップラとすることができる。偏分波器
５はガラス／金属構造に基づき、羊モードファイバコア
を備え、その側にファイバ層内のＤ型孔にインジウム・
ガリウムが設けられている。集合光学装置はニオブ酸リ
チウムから作られ、２層変調器部分を備えることができ
る。長さ２００ｍの高複屈折度ファイバをコイルに使用
することができる。集合光学装置は偏光性とすることが
できる。

同様のジャイロスコープが復極器および通常の光ファイ
バから作られたコイルによって構成することができる。

ジャイロにおける逆方向伝播波間の位相差はコイル中の
光の位相を信号１５によって変調することにより、下記
に説明する方法で、測定される。

第２図は、チョッパ信号１４Ａのないときの緩衝縞２２
、変調波形２３およびそれぞれ、ゼロ、遅れ位相および
進み位相差２４．２５．２６の線図を示し、チョッパ信
号の作用は下記に説明する。

探知器１０で得られた信号は変調周波数の成分を存し、
小さい誤差に対してはコイルの周りの位相差に比例する
。

位相変調器８は発生器１１からの矩形波信号１２によっ
て駆動され、その信号はＴをコイルの周りを通る時間と
するとき周波数２／Ｔを有し、変調器を通る光の±π／
４の位相ずれを生ずるような振幅を有し、信号１２は位
相変換器１３に通される。信号１２はチョッパ１４と同
期して位相を逆転され、チョッパ１４の信号１４Ａは信
号１２の周波数より低い周波数を有する。得られた信号
１５および信号１２．１４Ａは第３図に示されている。

信号は方式のジャイロ光学装置６に通される。

探知器出力信号１６はレート復調器１７において復調さ
れる。

レート復調器からの信号１８は、全体的に、その振幅が
ジャイロスコープに発生する非可逆性およびその部分の
比較的高いＤＣオフセットの度合を示し、それは少くと
もレート復調器におけるオフセットによるものである。

第３図にジャイロスコープのゼロ、負および正の回転レ
ートの信号が示されている。信号１８は第２復調器１９
によって（チョッパ１４によって発生されたような）低
チョップ周波数において復調される。復調器１９が低周
波数で作用するため、それを復調器８より比較的小さい
ＤＣオフセットを有するが、その生産コストをいちじる
しく増加することのないように設計することができる。

したがって、復調器１９からの出力はオフセットが小さ
い。第３図はジャイロスコープのゼロ、負および正の回
転レートを示す。この信号２０は、適当なフィルタｇ　
１２１を通ってゼロダイン電圧制御発振器（ＶＣＯ）３
１！：導入される。この発振器は鋸歯状信号２９を発生
し、その傾斜はコイルの周りのこの位相差がゼロになる
までいかなる位相差をも調節するように変化する。ゼロ
ダインの振幅は、ｍを整数とするとき、２ｍπに制御さ
れる。

レートおよび振幅制御ループ３０はセロダイン信号２９
の傾斜およびその高さを制御する。従って信号の周波数
はレートに比例し、ジャイロスコープ出力はｖＣＯにお
ける正負のリセット数を合計することにより得ることが
できる。これらは、計算され、換算され利用部分に角度
またはレートの増分として出力される。

ジャイロスコープの出力は七ロダインｖＣＯ周波数であ
り、それは理想的には回転レートに対して直線的に比例
する（負の周波数は負の１Ｊｉｉ歯状傾斜を存し、一方
正の周波数は正の鋸歯状傾斜を有するものとして定義さ
れる） 探知器波形１６は第３図に示す周期的信号３２を有し、
それはチョッパが位相信号１２を逆転するとき発生する
。信号の振幅は探知器における出力の指標であって、増
幅器２８のゲインまたは動力源を調節して一定出力しヘ
ルを維持するため、フィードバックループに使用するこ
とができる。

復調は期間４０の間公知の方法で阻止される。

第５図に示された本発明の第２実施例は、信号１２の位
相がチョッパ信号１４と同期して変化するが、基準信号
３３はレート復調器１７に対して変化するため、第１実
施例の単純化したものとなる。

第２実施例は第１実施例のようには作用しない。

したがって好ましい実施例ではない。

上記第１実施例に対して多くの変型が存在する。

たとえば、レート復調器出力は増幅されるとともにａ、
ｃ、と組合わされる。このことは第２復調器前方の増幅
が、レート復調器出力において帯域幅が縮小するため、
飽和の難点なしに第１復調器から生ずるオフセットの効
果を減少する利点を有する。

さらに、ａ、ｃ、結合は、第２復調器への入力が正確に
ゼロに等しい平均値を確実に有することにより、第１変
調器からの希望しないＤＣ成分を第２復調器から排除す
るのに役立つ。

二重復調法は、もしアナログ−デジタル変換器が第１変
調器前方に設置されるならば、デジタル的に設置するこ
とができる。さもなければ、アナログ−デジタル変換器
を第２変調器前方に設置することができる。後の場合、
第１の復調器はアナログ電子装置を使用して実施するこ
とができ、方第２変調器はデジタル電子装置を使用して
実施される。

二重復調方法はジャイロスコープが変調される閉および
開ループの双方に使用することができる。

負荷的変調信号１４Ａは固定周波数、可変周波数、疑似
ランダム周波数またはランダム周波数とすることができ
る。ジャイロスコープに対する最初の変調波形（信号１
５）は矩形、サイン曲線または他の形状とすることがで
きる。

第１実施例は好ましいが、唯１つの実施例ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による二重復調法を利用す
る光ファイバジャイロスコープ方式機構のブロック線図
。 第２図は第１図の方式のゼロ、正負の不平衡の干渉縞変
調波形および探知器信号の図。 第３図は第１図の方式の代表的信号の多数のグラフ。 第４図は本発明の第２実施例による二重復調法を利用す
るジャイロスコープのブロック線図。 １−光源、２−　コイル、３−ファイバ、４−カンプラ
５５−・偏分波器、６．７〜カップラ、８９−　　位相
変調器、１０−探知器、１１　〜発生器１２−信号、１
３−位相逆転器、１４−チョッパ、１４Ａ−一信号、１
７．１９−−復調器、２１フィルタ、２８−増幅器、２
９−　　鋸歯状信号３１−一発信器、３３　基準信号 探知強度 位相差シフト Ｆｉｇ、４゜ 手続ネ１１正棗（方式） 平成１年７月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバジャイロスコープであつて、光ファイバ
   のコイル、光源ならびに位相変調装置およびビーム分離
   ／結合装置を介してコイルに組合わされ光源からの光が
   コイルの周りに反対方向に通り結合されて伝達される光
   探知器、探知器の出力に接続され前記光によりコイルを
   通る間に実施される非可逆的位相シフトの大きさを示す
   電気信号を発生する復調装置および前記位相変調装置に
   接続され変調波形に従つて前記光の位相を変調する信号
   発生装置を含み、Ｔを光がコイルを横切る時間とすると
   き前記変調波形が約２／Ｔの周波数ｆを有する周期的波
   形を備え、波形がいちじるしく周波数により低い周波数
   で位相を周期的に逆転される、前記光ファイバジャイロ
   スコープ。 ２、光ファイバジャイロスコープであつて、前記ジャイ
   ロスコープを通る放射線が第２および第３の周期的波形
   から得られる第１波形によつて変調され第３波形が使用
   中第２波形よりいちじるしく低い周波数を有し、第２波
   形の周波数ｆがＴを放射線がジャイロスコープを通つて
   移動する時間とするとき約２／Ｔであり、さらに前記放
   射線が探知されかつ引続いて第１復調器によつて導入さ
   れるいかなるオフセットをも最小にするため第１および
   第２波形の双方に対して復調される、前記ジャイロスコ
   ープ。 ３、ｆよりいちじるしく低い周波数の波形が強いパルス
   を発生しそのパルスは探知されたとき方式の動力を制御
   するため使用される、請求項１または２記載の光ファイ
   バジャイロスコープ。