JPH0348715A - 閉ループ位相変調装置及び方法 - 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】 皮■豆１ 本発明は一般に光フアイバ回転センサに関し。

特にサグナック干渉計の光フアイバコイルの回転速度を
決定するために、コイル中を対向伝播する光波の回転誘
起による位相差を測定する装置と方法に関する。

値迷ＪＩＩ１反用 回転の検知と測定に使用する光フアイバ干渉計は、一般
に、コヒーレントな光源と、多数巻回の光フアイバコイ
ルと、光源からの光をコイルに対して入出力する手段と
、コイルからの干渉光信号を検出して処理する手段とよ
り構成されている。

干渉計の“適切“周波数はｌ／２てと規定されており、
ここにては光がジャイロコイルを周回するに必要な時間
である。

閉じられた光路の周りを対向伝播する光波に位相差を生
じさせる。相互的および非相互的な二種類のしよう乱が
光路中に存在している。相互的じよう乱は、２個の光波
が異なった方向で伝播し異なった回散じよう乱に会うこ
とがあるにもかかわらず、どちらの光波に対しても同様
な影響を及ぼすものである。非相互的じよう乱は、この
じよう乱が光波が閉路を周回するのに要する時間に匹適
した時間の間生じるか、あるいは、じよう乱が光波に及
ぼす影響が閉路を周回する光波の伝播方向に依存してい
るかの理由によって、２個の光波に異なった影響を与え
るものである。

相対的現象であるサグナック効果は、非相互的効果であ
り、閉光路の回転によって光路を対向伝播する光は異な
った時間でそれを通過する。この通過時間差によって回
転速度に比例した２個の光波間の位相差が生じる。光ビ
ームが光検出器で合成されると、非相互的位相差あるい
は位相シフトの関数である干渉縞が発生する。この位相
差を測定して光路の回転速度を得ている。

再結合した２個の対向伝播光ビーム間のサグナック位相
差をΔφとすると、干渉ビームによる光強度の変化はｃ
ｏｓ　（Δφ）である０位相差が零に近いと、コサイン
関数は位相差の変化に対して少ししか変化しない、検出
感度を上げるためには、Δφに対する出力強度の変化率
の大きなコサイン曲線上の動作点に移動させるために、
人工的に固定した位相シフトあるいは“バイアス”を加
えることが得策である。すなわち２最大応答感度および
直線性は例＾ばπ／２の点に移動させることによって達
成される。この動作点では、光強度はｃｏｓ　（Δφ＋
π／２）＝ｓｉｎ（Δφ）に比例する。コサイン関数の
周期性によって＋π／２あるいは−ｖｃ　／　２の奇数
（３の点において同一の（符号は無視）最大感度と直線
性となる。

非相互的バイアスを与えるのに充分安定なデバイスを構
成することは困難であることが実証されている。安定性
の問題を回避するために、サグナック干渉計の閉光路中
を伝播する光波の位相を変調する涌ノＪな方法が提案さ
れている。

位相変調器は１例えば、干渉計の閉光路の電気光学クリ
スタル形成部の印加電圧によって変化する屈折率を用い
ることができる。光フアイバコイルの一端の近くに光変
調器を配置してこれに電圧を印加すると、コイルを周回
伝播する間に相いに対向する方向に伝播する光波のうち
一方の光波には位相差を゛生じ他方には位相差を生じな
い、苛って第２の光波は、光がコイルを周回伝播するに
必要な時間て。＝　ｎ　Ｌ　／　ｃだけ遅れた位相差を
受ける。ここでｎはファイバ材料の屈折率、Ｌはファイ
バコイルの長さ、Ｃは真空中の光速である。　Ｖ　（ｔ
）を位相変調器に印加する時間的に変化する信号とする
と対向伝播光波の位相差φ、（ｔ）−φ、［ｔ　−２’
）は。

ｖ　（ｔ）　−ｖ　（ｔ−τ。）に比例する。このよ・
）にして、干渉計の動作点を設定する位相バイアスをつ
くることができる。

ファイバコイルが回転すると、サグナック効果の非相互
性によって位相差Δφが位相バイアスに加わる、光検出
器の出力信号を用いて回転を直接測定することも可能で
あるが、光レベルに依存するドリフトによる誤差を避け
てリニアな倍率を（′Ｉるためには“ヌル”あるいは零
“法を用いて回転を間接的に測定するのが好ましい、こ
の考えは、回転誘起信号に大きさが等しいが符号が反対
である負のフィードバック信号を電気的につくり、フィ
ードバック信号によって回転信号な”ヌル”あるいは”
零”とすることである。

フィードバック変調信号を位相変調器に印加すると、閉
光路の回転によって誘起される位相シフトと比較すると
常時等しく符号が反対である対向伝播波位相差が生じる
。閉フィードバックループのあるこのような方法はしば
しば“閉ルーブー法と称されているユ 閉ループ法で使用される一般に“セロダイン法゛として
知られる位相変調方法は、Δφ。／−ｃｏに比例した傾
斜を有する電圧ランプ信号のフィードバック変調信号を
つくる。ここにφ。は回転誘起位相シフト定数であり、
Ｌｏは回転がない時の干渉計の閉光路を周回伝播するの
にかかる光波の時間である６位相ランプ信号の増加には
限界があり、実際には、セロゲイン法は尖頭値振幅が２
πラジアンの鋸歯状波を発生し、２πの位相遷移は効果
的に干渉計の動作点を、出力信号を入力位相差に関連づ
ける等両市な動作曲線上の点にリセットしている。バイ
アス変調信号は、＋π／２あるいは一−ｒｔ　／　２ラ
ジアンの位相シフトと１　／　２　ｒ、。

に等しい周波数を誘起する振幅を有した電圧方形波より
構成されている。

“閉ループ干渉計に発生する非相互的位相シフトの測定
デバイス”という名称のダレインドルジ等の米国特許第
４，７０５．３９９号は、ゼロダイン位相変調方法を開
示し、この方法では階段状フィードバック信号のディジ
タル位相ランプ信号が。

＋π／２あるいは一π／２ラジアンの位相シフトとπ／
２て。に等しい周波数を誘起する振幅を有した電圧方形
波よりなるバイアス変調信号と合成される。ディジタル
階段状信号は、各々幅て。の一連の電圧ステップより構
成されている。一般に、各ステップの振幅変化を計算し
て、＋π／２あるいは一π／２ラジアンからサグナック
位相シフトを引いた非相互的位相シフトを得ている。ス
テップは一般に正電圧レベルのｎステップとこれに続く
負電圧レベルの旦ステップとより成る。干渉計ファイバ
ループの光強度出力はバイアス変調周波数あるいはその
倍数、即ち、π／２ｎτ。で復調される。ここに旦は零
でないａｈである。

得られた信号はサグナック位相シフトに比例する。この
信号は閉ループ型動作によってサグナック位相シフトを
常にヌルとするのに用いられる。

電圧の飽和問題を避けるために、ステップ電圧信号を印
加することによって変調ステップを“ロールオーバすな
わち再度初めからやりなおすことがたまに要求される０
位相変調器に印加されるステップ電圧は、これを適当な
動作範囲に維持するために２πｍ（ここにｍは整数）の
位相シフトを付加するように調整される。これらロール
オーバ中に１位相変調器の評価利得の誤差を決定するた
めｉＭ調ロジックを付加することもできる。連続的なロ
ールオーバによって倍率誤差あるいは利得誤差なヌルに
できる６倍率あるいは利得は、所与の値を有した入力電
圧に応じて位相変調器によって誘起された位相に関連す
る比例定数である。

使用できる他の位相変調は直接ディジタルフィードバッ
クでこれも閉ループ法である。この方法は本発明の譲受
人に譲渡され、１９８７年３月２７日に出願されたジム
スチールによる“光フアイバ回転センサの回転速度ヌル
サーボおよび方法”という名称の米国特許出願第０３１
．３２３号に開示されている。スチールの出願を参照の
ために本発明に引用する。

スチールの出願は直接ディジタルフィードバック回路を
開示し、この回路は、位相変調器の駆動電圧を交互に零
にプリセットし、少な（とも］通過時間τ。の間待期し
、つぎに基準信号（−３π／２、−π／２．＋π／２、
＋３π／２ラジアン）とサグナック位相信号との差であ
る非相互的位相シフトに対応するレベルに位相変調器電
圧を切替えるように動作する。その結果書られる光強度
信号をゲートにかけて基準電圧設定直後の一通過時間て
。の間観察する。この処理は一連の所定基準レベルで繰
返され、その結果を処理することによってサグナック位
相評価値と位相変調器倍率あるいは利得の誤差（二次制
御）とを常時得て、これらに対して位相変調器の電圧振
幅を調整している。

閉ループ干渉計の全体の倍率あるいは利得は。

サグナック倍率あるいは利得と位相変調器の倍率あるい
は利得との積である。サグナック倍率は。

閉光路の回転速度とサグナック位相差との間の比例定数
である１位相変調器倍率は、位相変調器によってつくら
れた位相シフトと位相変調器入力端子との間の比例定数
である。

サグナック干渉計の位相変調器に印加される変調信号に
対しては、干渉計から検出される光信号より抽出される
速度と倍率の訂正信号をつくる必要がある０位相変調方
法で前述のように用いられた電圧信号波形は、適切な周
波数以外の周波数で速度を検出しており測定誤差を掛な
っていた。

ｌ豆辺且１ 本発明は、閉光路の一部として位相変調器を有する干渉
計センサ内を対向伝播する光波の第１と第２の光信号の
位相差を表わす電気信号中の速度を測定し１倍率の誤差
を制御するために閉ループ位相変調を用いた方法を提供
する。この方法は。

位相差電気信号から抽出した速度信号に応じて第１の周
波数でセロゲイン信号をつくり、第１の周波数の周期的
方形波より成る速度バイアス信号をつくり、セロゲイン
信号の周期の半分に等しい連続した等間隔時間の終りで
遷移する一連のステップ電圧より成る利得バイアス信号
をつくり、セロダイン信号と速度バイアス信号と利得バ
イアス信号とを加算して加算位相変調信号をつくり、第
１の周波数の２倍である第２の周波数で加算位相変調信
号と位相差電気信号から抽出した利得信号とを乗算して
訂正加算位相変調信号をつくり、訂正加算位相変調信号
を位相変調器に印加している。

好ましい実施例によれば、位相変調手段を有した閉光路
を持つ干渉計回転センサ中を対向伝播する光波の第１と
第２の光信号の位相差を表わす電気信号中の速度を測定
し、位相変調器利得の誤差を制御するための閉ループ位
相変調装置は、℃は光が閉光路を周回伝播するのに要す
る時間としてπ／２τで与えられる閉光路に特徴的な適
切周波数で位相差電気信号から第１の信号を濾波する第
１のバンドパスフィルタと、適切周波数の２倍の周波数
で位相差電気信号から第２の信号を濾波する第２のバン
ドパスフィルタと、適切周波数で第１のクロック信号を
出力し、適切周波数の２倍の周波数で第２のクロック信
号を出力するクロックと、第１の信号と第１のクロック
信号とを混合する第１のミキサと、第２の（ｅｉ号と第
２のクロック信号とを混合する第２のミキサと、セロダ
イン信号を発生するセロダイン発生器と、周期的速度バ
イアス信号を発生する速度バイアス発生器と１周期的利
得バイアス信号を発生する利得バイアス発生器と、第１
のミキサからの速度誤差信号を加算して速度信号なセロ
ゲイン発生器に送る第１の積分器と、第２のミキサから
の利得誤差信号を加算して利得信号をつくる第２の積分
器と、セロダイン信号を速度バイアス信号と利得バイア
ス信号とに加算して縮合位相バイアス信号をつくる加算
器と、利得信号と縮合位相バイアス信号とを乗算して、
増幅後に・位相変調手段に印加される乗算信号をつくる
乗算器とから構成されている。

位相バイアス信号波形は１回転速度が干渉計の適切周波
数で測定され、倍率信号が干渉計からの位相差電気信号
内に維持されるように選択される０位相バイアス信号波
形は一連の位相シフト−π／２．−π／２＋２π、＋π
／２、＋π／２−２πラジアンを与えるよう選択される
ので、π秒毎にあるいは１　／　ｒ、の高次ハーモニッ
クの周波数で２１０−ルオーバが試験される。高次ハー
モニックの場合には、１秒よりも短い時間互いに離れた
連続的な時間で試験がなされる。このことが“サブタウ
変調“という言葉の超厚となっている。

第１図は速度バイアス信号と＋り得バイアス信号との合
計である本発明の位相バイアス電圧波形を示すグラフで
ある。垂直軸は誘起位相シフト単位で表わした位相バイ
アス電圧を示す、水平軸は・て／２単位で表わした時間
を示し、τはファイバコイル中の光の通過時間である。

入力速度のない連続的な時間差に対する誘起位相シフト
φ、（１・）−ｅ、（を−τ）は以Ｆのとうりである。

咋皿差　　誘　　　シフト　ラジアン ２−０６π／４−０＝６π／４−２π＝−π／２３−１
　　　π／４−３π／４＝−２π／４　＝−π／２４−
２　　０−Ｇπ／４＝−６π／４＋２π＝　π／２５−
３３π／４−π／４＝２π／４＝　π／２時間２から３
と３から４に比較して時間Ｏから１とｌから２の期間は
１回転速度に比例した適切周波数のハーモニックを与え
ている０時間ｌから２に比較して時間０から１ならびに
時間３か６４に比較して時間２から３の期間は１倍率に
比例した適切周波数（ｌ／２℃）の２倍のハーモニック
を与えている。

別な位相バイアス信号電圧波形が第３図に示されている
。第３図の垂直軸は誘起位相シフト単位で表わした電圧
を示し、水平軸はτ／２単位で表わした時間を示す、こ
こにてはファイバコイル中の光の通過時間である。

入力速度のない連続的な時間差に対する誘起位相シフト
φ、（ｔ）−φ、（１−τ）は以下のとうりである。

吐皿五舌　　　亡　シフト　ラジアン ２−０　　　：ｌｘ　／４−５ｕ　／４＝　−２ｘ　／
４　　　＝　−７ｍ　／２３−１６π／４−０＝６π／
４−２π＝−π／２４−２　　５７ｃ／４−３π／４＝
２π／４　＝　　π／２５−：ｌｌ　　　Ｏ−６π７４
　　＝−６π／４＋２π＝　π／２時間２か６３と３か
ら４に比較して時間０から１と時間１か６２の期間は、
回転速度に比例した適切周波数のハーモニックを与えて
いる０時間１か６２に比較して時間０から１ならびに時
間３から４に比較して時間２かも３の期間は１倍率に比
例した適切周波数（π／　２　ｔ：　）の２倍のハーモ
ニックを与えている。波形はオフセットによって少し変
えてもよい。

本発明の種々な特徴と利点は、添付の図面を参照した以
下の詳細な説明から明らかとなろう。

口ましい一−一　の１■ 本発明による閉ループ位相変調装置および方法は、位相
変調手段を有した閉光路を持つ干渉計回転センサ中を対
向伝、播する光波の第１と第２の光信号の位相差を示す
電気信号中の回転および制（１位相変調器利得の誤差を
測定する。

第２図はファイバコイル回転検知干渉計に関する本発明
装置１０の概略ブロック図である。第２図において、フ
ァイバコイル回転検出機構は、コヒーレントなあるいは
準コヒーレントな光源１２と、双方向性ファイバカブラ
１４と、光フアイバコイル１６と、多機能集積光チップ
（ＬＩＩＯＣ）　１ｇと、検出器／増幅器２０とより構
成されている。　ＭＩＯＣ１８の一端近くにあるＹビー
ムスプリッタ２２の両アームは電気光学位相変調デバイ
ス２４の影響を受ける。多機能集積光チップ１８上のポ
ラライザ２６はＹビームスプリッタ２２の前方に位置す
る。コヒーレントな光Ｍ１２からの出力光は光ファイバ
２８に沿って双方向性ファイバカブラ１４に進む、光フ
ァイバ３０は双方向性カブラｉ４を多機能集積光チップ
１８に結合する。

マルチプレクスカブラ１４から出力した光ビームはファ
イバ３２を進み検出器／増幅器２０に結合する。双方向
性カツラ１４はスタップとして示されている出力ファイ
バ３４を有し、これを光源波長安定化ユニットに接続で
きる。

第２図を参照するに、装置１Ｇは、第１のバンドパスフ
ィルタ３６と、第２のパンドパスフｆルタ３８と、クロ
ック４０と、第１のディジタルミキサ４２と、第２のデ
ィジタルミキサ４４と、ディジタルセロダイン信号発生
器４６と、ディジタル速度バイアス発生器４７と、ディ
ジタル利得バイアス発生器４８と、第１のディジタル積
分器５０と、第２のディジタル積分器５２と、加算器５
４と１乗算１２３５６と、ディジタル／アナログコンバ
ータおよび増幅器５８とより構成されている。

位相変調装置１０は、第２図に示す光フアイバサグナッ
ク回転センサの検出器／増幅器２０からの入力６０を第
１のバンドパスフィルタ３６と第２のバンドパスフィル
タ３８の共通入力信号としている。第１のバンドパスフ
ィルタ３６の出力６２は、光フアイバコイル１６の閉光
路を対向伝播する第１と第２の光波の相対位相差を示す
信号である６位相変調器２４はプッシュプル動作を行い
、２個の光波がファイバコイル１６を逆方向に伝播開始
する際にこれら光波に逆符号の位相変化を誘起させる。

光波は検波器／増幅器２０で合成されて干渉し、相対位
相差から抽出される電気値では光波が伝播してきた閉光
路の回転を示している。

第１のバンドパスフィルタ３６の出力信号６２は閉光路
に特徴的なｌ／２てで与えられる中心周波数の通過帯域
にあり、ここにては光が閉光路を通過するのに要する時
間である。第２のバンドパスフィルタ３８の出力信号６
４は、光フアイバコイル１６の閉光路を周回伝播してき
た第１と第２の光波が利得誤差によって受けた相対位相
差を示す信号である。この信号６４は前記適切周波数の
二倍であるπ／τの中心周波数の通過帯域にある。

クロック４０は適切周波１ｉｔ／２τの第１のクロック
信号出力６６と、適切周波数の２倍のｌ／τの第２のク
ロック信号６８とをつくる。適切周波数は、ファイバル
ープの長さとファイバ材料の圧接率とに依存している。

クロック４０は適切周波数に設定する必要があり、これ
は例えば測定することによって決定する。第１のディジ
タルミキサ４２は第１のバンドパス濾波信号６２を入力
しこれを第１のクロック信号と混合することによって１
回転速度誤差を示すディジタル混合出力信号７０をつく
る。第２のディジタルミキサ４４は第２のバンドパス濾
波信号６４と第２のクロック信号６８とを混合して利得
誤差を示す直流出力信号７２をつくる。

ディジタルセロダイン発生器４６は出カフ４に七ログイ
ン信号をつくる。第１のクロック信号６６である第１の
入力と第１のディジタル積分器５０からの第２の入力と
の２個の信号がゼロダイン発生器４６に入力される。第
１のディジタル積分器５０は第１のディジタルミキサ４
２からの回転速度誤差信号７０を積分して、ディジタル
セロダイン発生器４６に制御信号７６を送る。この制御
信号７６は符号７４でのセロゲイン電圧波形の傾斜を設
定するのに用いられる。第２のディジタル積分器５２は
第２のディジタルミキサ４４からの出カフ２である利得
誤差信号を積分することによって利得誤差制御信号７８
をつくる。

ディジタルバイアス発生器４８は、周波数２ｆ、の第２
のクロック信号であるクロック４０からの入力６８を用
いることによって、所定の波形を有した周期的バイアス
信号出力８０をつくる１周期的バイアス信号の所定波形
を決める情報は、ディジタル速度バイアス発生器４７と
ディジタル利得バイアス発生器４８の回路でハードワイ
アド構成として実現でき、あるいは、ディジタル利得誤
差発生器４８の一部を構成するマイクロプロセッサ内に
プログラムできる。以下に説明するように１周期的バイ
アス信号の波形には選択の自由がある。

加算器５４は２ディジタルセロダイン発生器４６の出カ
フ４であるセロダイン信号と、ディジタル速度バイアス
発生器４７からの速度バイアス信号８０と、周期的バイ
アス信号８０とを加算した加算信号８２をつくる。第２
のディジタル積分器５２の出力である利得制（ｉｆ信号
７８と加算器５４の出力である加算信号８２は１乗算器
５６で乗算され乗算信号８４を出力する。

ディジタル／アナログコンバータおよび増幅器５８は、
乗算器５Ｇの出力８４であるディジタル入力信号をアナ
凸グ信号に変換しこれを増幅することによって増幅アナ
ログ信号８６をつくる。この信号８Ｇは光フアイバコイ
ル１Ｇの閉光路を周回伝播する２個の光波の位相を変調
するために、位相変調デバイス２４に印加される。

位相変調デバイス２４は、好ましくはＬｉＮ５Ｏｓ等の
材料の電気光学効果に基づいている。光波の位相はそれ
が伝播する光路長に依存し、光路長は実際の伝播長とそ
の間の屈折率との積である。Ｙビームスプリッタ２２の
アームに沿って進行する光波の位相は、アームを構成し
ているチャネル導波部を有した一対の離間電極間に印加
された電圧によって屈折率を変えることによって変化す
る。

第１図は本発明の一実施例で見られる速度バイアス発生
器４７の出力波形８０と利得バイアス発生器４８の出力
波形８Ｉとの加算波形を示すグラフである。］ｒ！直軸
は誘起位相シフト単位で表わした電圧を示し、水平軸は
て／２単位で表わした時間を示す、ここにてはファイバ
コイル内の光波通過時間である。

入力速度のない連続的な時間差に対する誘起位相シフト
φ、（１）−φ、（１−て）は以下のとうりである。

咋皿羞　　−シフト　ラジアン ２−Ｄ　　　６ｘ／４−０　　　＝６−ｒＬ／４−２ｘ
　＝−π／２３−１　　　　π／４−３π／４＝−２π
／４　　＝〜π／２４−２　　　　０−６ｘ　／４＝−
６π／４÷２π＝　π／２５−３３π／４−π／４＝２
π／４　　＝　π／２時間２か６３と３から４に比較し
て時間０か６１と１から２の期間は、回転速度に比例し
た適切周波数のハーモニックを与えている１時間ｌか６
２に比較して時間０か６１ならびに時間３から４に比較
して時間２か６３の期間は、倍率に比例した適切周波ａ
（π／２で）の２倍のハーモニックを与えている。

本発明の別の実施例によれば、第３図に示すようにディ
ジタルバイアス発生器４６は出力波形８０と♂ｌの別な
加算波形をつくる。第３図の垂直軸は誘起位相シフト単
位で表わした電圧を示し、水平軸はτ／２単位で表わし
た時間を示す、ここにＣはファイバコイル中の光の通過
時間である。

入力速度のない連続的な時間差に対する誘起位相シフト
φ、（ｔ）−φ、（シー℃）は以下のとうりである。

！ＬＬ！　　！　　ウ　シフト　ラジアン２−０３π／
４−５π／４＝−２π／４　　＝−π／２３−１　　　
　　　　６−ｒｃ　／４−　ロ　　　　−　　６　　π
／４−：！＋ｔ　　＝　　−１１；／２４−２５π／４
−３π／４＝２π／４＝１ｒ、／２５−３　　　０−６
π／４＝−６π／４＋２π＝ｎ／２時間２から３と３か
ら４に比較して時間０から１と時間１から２の期間は、
回転速度に比例した適切周波数のハーモニックを与え七
いる０時間１か６２に比較して時間Ｏから１ならびに時
間３がも４に比較して時間２から３の期間は２倍率に比
例した適切周波Ｗｉｔ／２τ）の２倍のハーモニックを
与えている。波形はオフセットによって少し変えてもよ
い。

動ｊすｌ甥 φＩＩ　（Ｌｓｌ−φ、、ｆｔｅｌ　　＝　−φ、−３
π／２は Ｐ（ｔ）＝Ｐ、＋π／２ＰＯ （１＋ｃｏｓ（φ、＋φ、（し）＋　φ、（１−τ））
］で与えられる。ここにＰ、はバックグランドパワー、
Ｐｏは位相感応パワー、φ、は回転誘起位相シフト、φ
、は位相変調器誘起位相シフト、そしてτはジャイロル
ープの光−の通過時間である。

”サブタウ変調−は、変調動作を記述する時間系列ｔ、
＋＝ｎｔ／２．ｎ＝０．１．２−ｍ−を形成するｌ／２
τ秒毎に位相変調器駆動電圧をステップ的に変化させる
ことを意味している０位相変調器電圧の所望の位相差系
列は以下の如し。

φ、（Ｌａ）−φ、ｔｏｌ＝−φ、÷３π／２φ、（＋
３１−φ、　１＋）　＝−φ、−π／２φ、（Ｌ４−φ
−ｔｓ）　＝−φｔ　−３π／２φ、１ｔｓｌ−φ、　
ｔｓ）　＝−φ、÷π／２φ、（Ｌ、−φ＠　＋４）　
＝−φ、＋３π／２φ　−（ｔ））−φ　、　　ｔａｌ
　　　＝　　−φ　、　−π／２φ、＋１．１−φ、（
ｔｙ）　　＝−φｔ　＋　π／２ここでφ１は回転誘起
位相シフトφ１を打消すためにジャイロにフィードバッ
クされる位相である。バイアス系列３π／２、−π／２
、−３π／２、π／２は２個の関数を有している。第１
の関数は１周波数がπ／２てで、ジャイロをヌルとする
ためにフィードバック位相φ、を調整するのに使用され
る零からの変位量φ、−φ、を示す振幅を有した光パワ
ー出力方形波をつくるものである。

第２の関数は、周波数が１　／　２　ｚで、バイアスの
所望値からの変位を示す振幅を有した方形波をつくるも
のである。

位相変調器に電圧■が印加されるとＶ＝Ｇφ。

ラジアンの位相シフトが生じる。ここに電圧はラジアン
単位で測定されるので適切な閉ループ動作ではＧ＝１で
ある。フィードバック位相φ、はフィードバックｆｆ１
Ｆを用いて φ、＝Ｆπ１．−１≦Ｆ＜１ と表わされる。所望のバイアス系列を誘起してジャイロ
をヌルとする電圧系列を見つける必要がある。所望の変
調器誘起位相φ１を変調器印加電圧位相シフトＶ、＝Ｖ
　（ｔ、）を用いて表わすと以下の関係がある。

Ｖｓ−Ｖａ＝Ｇ７！ Ｖ、Ｖ、＝Ｇπ Ｖ４−Ｖ、＝Ｇπ ｖａ−ｖｓ＝ｃπ Ｖ、−Ｖ４＝Ｇπ Ｖ、　−Ｖ蔦＝Ｇπ Ｖ、−Ｖ、＝Ｇπ Ｖ、Ｖ、＝Ｇπ −Ｆ◆３／２ −Ｆ−π／２ −Ｆ−３／２ −Ｆ＋π／２ −Ｆ÷３／２ −Ｆ−π／２ −Ｆ−３／２ −Ｆ＋１７２ 電圧レベル系列を求めると以下のようになる。

ｖ＊＝　Ｇ　ｘ　（−Ｆ＋３／２）＋Ｖ。

Ｖｓ＝　Ｇ　ｘ　（−Ｆ−１７２１＋ｖ。

’Ｊ４＝Ｇ−ｓｒ ＝Ｇπ ＝Ｇπ Ｖ、＝　Ｇ　π ＝　Ｇπ ＝Ｇ　π Ｖ、＝　Ｇ　π ＝　Ｇ　π ＝　Ｇπ Ｖ、＝Ｇ　π ＝Ｇπ ＝　Ｇπ Ｖ、＝　Ｃπ ＝Ｇ　π ＝　Ｇ　π Ｖ、＝　Ｇ　π ＝　Ｇ　π ＝　Ｇ　π −Ｆ−３７２）÷ｖ２ Ｆ−３／２１　＋Ｇｘ　（−Ｆ＋３／２）　＋Ｖ。

−２Ｆ÷０１　＋ｖ０ −Ｆ＋π／２）　＋ｌｌ＋３ −Ｆ＋ｌ／２）＋Ｇｉ　（−Ｆ−π／２）＋Ｖ。

−２Ｆ＋０１　＋Ｖ　ｌ −Ｆ＋３７２１÷ｖ４ Ｆ＋３７２１　＋Ｇπ（−２Ｆ＋Ｏ１＋Ｖ。

−３Ｆ＋３／２）＋Ｖ。

−Ｆ−π／２）　＋Ｖ。

−Ｆ−π／２１÷Ｇ７Ｅ　（−２Ｆ＋０）÷Ｖ。

−３Ｆ−１７２）÷Ｖ。

−Ｆ−３／２）　＋’Ｖ。

−Ｆ−３／２１　＋Ｇｘ　１−３Ｆ＋３／２１４Ｖ−−
４Ｆ十〇）÷ｖ０ −Ｆ＋ｌ／２）÷Ｖ。

−Ｆ＋π／２）　＋Ｇ７Ｅ　（−：１Ｆ−π／２１　＋
ｌ／。

−４Ｆ＋Ｏ）　＋ｌ／。

系列を要約すると Ｖａ＝　Ｇ　’ｒｔ　（−１Ｆ＋３／２１　＋ｌ／。

Ｖ−＝　Ｇ　π（−１Ｆ−π／２）　＋ｖ。

Ｖ４：　Ｇ　’ｒｔ　（−２Ｆ＋０１＋Ｖ。

Ｖｓ＝　Ｇ　ｘ　（−２Ｆ÷Ｏ１＋ＶＩＶｓ＝　Ｇ　ｕ
　（−３Ｆ＋３／２１　＋Ｖ０Ｖ、＝　Ｇ　ｍ　（−３
Ｆ−π／２＋＋Ｖ。

ｖａ＝　Ｇ　’ｒｔ　（−４Ｆ＋Ｏｌ＋Ｖ。

Ｌ＝　Ｇ　ｒｃ　（−４Ｆ＋０１＋Ｖ＋ドパｄの電圧系
列を得るためには、各て毎にフィードバック爪Ｆを積算
するセロダイン発生器と、系列３　／　２、−π／２．
Ｏ，Ｏでの次のバイアスを８　ｃ／　２−Ｃ積算したフ
ィードバックｍを加えるバノ”で）、発′１−器とが必
要となる、フィードバック積算器はその内容に２を加算
あるいは減算して値が１以上で１未満にしておくことが
必要であり。

このことによ〕で”Ｉ　”Ｉ　Ｇが１に等しい時に２π
のｔコール１　べが生じる、偶数および奇数の電圧を各
７７の電圧オフセットＶ０とＶｌとによって少し７変化
させてもよ（、偶数および奇数のバイアスの加算値を少
し変化させることも同様である。

上記電圧系列Ｖ（ｔい）は速度変位ヌルの条件を示す特
性φ、＝ＧπＦと利得変位ヌルの条件を示す特性Ｇ＝１
を有したパワーシーケンスｐ（ｔ、）をつくる。

初めにＧ＝１でφ５−ＧｕＦ＝ε、ε（ｌの場合を考え
る。

パワーシーケンスＰ（ｔ、）＝Ｐ、、は以下のとうりで
ある。

Ｐ、　ａ　ｃｏｓ　（φｍ”Ｌａ−Ｖｏｌ＝　ｃｏｓ（
＄　ｘ−７Ｃｐ＋　３ｘ　／２１＝ｃｏｓ（ｇ　−ｘ　
／２１．ｓｉ、ｎｅｅ３ｘ　／２＝　−ｘ　／２　＋　
２ｉ＝ｓｌｎ　　　ε た　Ｃ Ｐ＊ａ　ｃｏｓ（φ、÷Ｖ、−Ｖ、） ＝ｃｏ’ｓｌφ、＝πＦ−π／２） ＝ｃｏｓ（ε−π／２） ＝３１０　ε 二；　ε ＰａｎＣ０８（φｍ÷Ｖ４−Ｖ！１ ＝ｃｏｓ（φｍ−ｘ　Ｆ−３ｉ／２１ ＝　（二ｎｓｆ　ε　（μ　π　／２）、５ｉｎｃｅ−
３π　／２＝　π　／２−２π＝　　−５ｔｎ　ε ｚ　　−し Ｐｓ　ａＣＯ８（φ１÷Ｖ、−Ｖ３１ ＝ｃｏｓ（φ、−πＦ＋π／２） ：Ｃ１）Ｓ（ε　◆　π／２） ＝ｓ＋ｎ−ε の方形波の第１のハーモニックは中心周波数ｆ　、　＝
　１　／　２１：のバンドパスフィルタによって抽出で
きその振幅は周波？Ｒｆ、の方形波とディジタル的に混
合することによって測定できろ、測定した振幅を積分し
て、速度ループを閉じるのに用いるフィードバックｉＦ
をＩｒヨ成する。ここで速度がヌルとなされるφ、−Ｇ
πＦ＝０であるが利得はｌと異なったＧ−１＝ε、ε（
１の場合を考えると、パワーシーケンスは以下のように
なる。

Ｐｔａｃｏｓｌφ、＋ｖ２−Ｖｏ） ＝　ｃｏｓ　（口＋　Ｇｘ　：π／２）＝　ｃｏｓ（（
１＋　ｒ、　ｌ　−：Ｌｒｔ　／２１＝　ｃｏｓ　［−
π／２÷３πε／２）＝ｓｉｎ１３４　Ｆ：　／２１　
ｚ　３ｍ、　ε／２このパワーシーケンスは、速度ヌル
条件φ、＝ＧπＦが満足する時に零となる、周期２″ｃ
で尖頭値振幅２てを有した方形波をつくる。こ１６−−
− Ｐｓａｃｏｓ　［φ、＋Ｖｓ−Ｌ） ＝　ｃｏｓ　（０令　Ｇｘ　／２） ＝ｃｏｓ（（１＋　ε）・π／２） ＝ｃｏｓ（π／２＋　πε／２） ＝　ｓｉｎ　（πＥ　／２） ２−πＥ、／２ Ｐ２Ｏｃｏｓｌ＄　＊＋Ｌ−Ｖｘｌ ＝　ｃｏｓ（０−Ｇｘ　３／２１ ＝ｃｏｓ（１１＋　　ｃｌ・　３ｉ／２１＝ｃｏｓ（−
π／２÷３πＣ／２） ＝：５ｉｎ（３πε／２） 々　３７Ｅ　ε／２ Ｐｓａｃｏｓ（＄　ｔ＋Ｖａ−Ｖ３） ＝　ｃｏｓ　（０÷　Ｇｉ／２） ＝ｃｏｓ（（１＋　　ｃｌ−π／２） ＝ｃｏｓ（π／２＋　πＣ／２） ＝ｓｉｎ［πε／２） ２−πε／２ ファイバコイル。

０−−− 検出器／増幅器 このパワーシーケンスは利得ヌル条（’１＝（Ｇ＝１）
が満足する時に零となる、周期てで尖頭値振幅２πεを
″有１°る方形波をつくる。この方形波の第１のハーモ
ニックは中心周波数２ｆ、＝π／てのバンドパスフィル
タによって抽出でき、その振幅は周波数２ｆ、の方形波
とディジタル的に混合することによって測定できる。測
定した振幅を積分して、利得ループを閉じるのに用いる
利得乗数Ｇを形成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は速度バイアス信号と利得バイアス信号を合成し
た本発明の位相バイアス電圧波形を示すグラフ。 第２図はファイバスコープ回転検知干渉計に関する本発
明装置の概略ブロック図、そして第３図は速度バイアス
信号と利得バイアス信号を合成した本発明の位相バイア
ス電圧波形の他の例を示すグラフである。 １０一−−閉ループ位相変調装置、１２−ｍ−光源、１
４−−−マルチプレクサ、　１８−−−　ＭＩＯＣ１手 続 有醤１ 正 一書 蝋２ 年 月 日 （１）委任状及び翻訳文各１通を提出致します。 （２）別紙の通り、正式図面１通を提出致します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、位相変調手段を有した閉光路を持つ干渉計回転セン
   サ中を対向伝播する光波の第１と第２の光信号の位相差
   を表わす電気信号中の速度を測定し位相変調器利得誤差
   を制御する閉ループ位相変調装置であって、 前記位相差電気信号から抽出される速度信号に応じて第
   １の周波数でゼロダイン信号をつくる手段と、 前記第１の周波数を有した周期的方形波より成る速度バ
   イアス信号をつくる手段と、 前記ゼロダイン信号の周期の半分に等しい連続した等間
   隔時間の終りで遷移する一連のステップ電圧よりなる利
   得バイアス信号をつくる手段と、 前記ゼロダイン信号と速度バイアス信号と利得バイアス
   信号とを合計して合計位相変調信号をつくる手段と、 前記合計位相変調信号と前記位相差電気信号から抽出し
   た利得信号とを前記第１の周波数の２倍である第２の周
   波数で乗算する手段と、そして 前記利得乗算された合計位相変調信号を前記変調手段に
   印加する手段とを備えた閉ループ位相変調装置。 ２、前記連続した等間隔時間は、各々、τ／ｍで与えら
   れる期間を有し、ここにτは前記閉光路を光が周回伝播
   する通過時間であり、ｍは整数である特許請求の範囲第
   １項の装置。 ３、前記整数は２である特許請求の範囲第２項の装置。 ４、前記速度バイアス信号をつくる手段は、時間τの間
   π／２とそれに続く時間τの間 −π／２の周期的位相バイアスをつくる手段より成り、
   ここにτは前記閉光路を光が周回伝播するに要する時間
   である、特許請求の範囲第１項の装置。 ５、前記利得バイアス信号は、２π、０、−２πおよび
   ０ラジアンの一連の誘起位相シフトを与える一連の周期
   的ステップ電圧遷移より成る特許請求の範囲第１項の装
   置。 ６、位相変調手段を有した閉光路を持つ干渉計回転セン
   サ中を対向伝播する光波の第１と第２の光信号の位相差
   を表わす電気信号中の速度を測定し位相変調器利得の誤
   差を制御する閉ループ位相変調装置であつて、 τを光が前記閉光路を周回伝播するのに要する時間とし
   て、１／２τで与えられる閉光路に特徴的な適切周波数
   を実質的に有する第１の信号を前記電気信号から濾波す
   る第１信号濾波手段と、 １／τで与えられる閉光路に特徴的な適切周波数の２倍
   に等しい周波数を実質的に有する第２の信号を前記電気
   信号から濾波する第２信号濾波手段と、 前記適切周波数で第１のクロック信号を出力し、適切周
   波数の２倍の周波数で第２のクロック信号を出力するク
   ロック手段と、 前記第１の信号と第１のクロック信号とを混合する第１
   の混合手段と、 前記第２の信号と第２のクロック信号とを混合する第２
   の混合手段と、 前記第１のクロック信号の第１の入力と第２の入力とを
   有し、出力としてゼロダイン信号を発生するゼロダイン
   信号発生手段と、 前記第１のクロック信号の入力を有し、周期的速度バイ
   アス信号を発生する速度バイアス発生手段と、 前記第２のクロック信号の入力を有し、周期的利得バイ
   アス信号を発生する利得バイアス発生手段と、 前記第１の混合手段から出力される速度誤差信号を合計
   して制御信号を前記ゼロダイン発生手段に送る第１の積
   分手段と、 前記第２の混合手段から出力される利得誤差信号を合計
   して利得信号を出力する第２の積分手段と、 前記ゼロダイン信号発生手段から出力された前記ゼロダ
   イン信号を前記速度バイアス信号と利得バイアス信号と
   に加算して縮合位相変調信号を出力する加算手段と、 前記第２の積分手段から出力される利得信号と前記加算
   手段から出力される縮合位相変調信号とを乗算して乗算
   信号をつくる乗算手段と、そして 前記乗算手段からの乗算信号を増幅して前記位相変調器
   に印加される増幅信号を出力する増幅手段とを備えた閉
   ループ位相変調装置。 ７、前記第１の混合手段、第２の混合手段、ゼロダイン
   信号発生手段、速度バイアス発生手段、利得バイアス発
   生手段、第１の積分手段、第２の積分手段、加算手段、
   および乗算手段はすべてディジタル電子部品より成り、
   前記乗算信号をアナログ信号に変換するディジタル／ア
   ナログ変換手段をさらに有する特許請求の範囲第６項の
   装置。 ８、連続的な等間隔の時間は各々、τ／ｍで与えられる
   期間を有し、ここにτは光が前記閉光路を周回伝播する
   通過時間であり、ｍは整数である特許請求の範囲第６項
   の装置。 ９、前記整数は２である特許請求の範囲第８項の装置。 １０、前記速度バイアス信号をつくる手段は、時間τの
   間π／２とそれに続く時間τの間−π／２の周期的位相
   バイアスをつくる手段より成り、ここにては前記閉光路
   を光が周回伝播するに要する時間である特許請求の範囲
   第６項の装置。 １１、前記利得バイアス信号は、２π、０、−２πおよ
   び０ラジアンの一連の誘起位相シフトを与える一連の周
   期的ステップ電圧遷移より成る特許請求の範囲第６項の
   装置。 １２、閉光路の周りを対向伝播する第１および第２の光
   波を合成して干渉させ、相対的位相差から抽出される電
   気信号が閉光路の回転を表わす、位相変調器を有したサ
   グナック回転センサ用の位相変調制御装置であって、 前記電気信号から相対的位相差を表わす第１の信号を濾
   波する第１のバンドパス濾波手段と、前記第１の信号は
   １／２τを与えられる前記閉光路に特徴的な適切周波数
   を中心周波数とする通過帯域中に実質的に存在し、ここ
   にτは光が閉光路を周回伝播するのに要する時間であり
   、 前記電気信号から相対的位相差を表わす第２の信号を濾
   波する第２のバンドパス濾波手段と、前記第２の信号は
   前記適切周波数の２倍の周波数を中心周波数とする通過
   帯域中に実質的に存在し、 前記適切周波数で第１のクロック信号を出力し、前記適
   切周波数の２倍の周波数で第２のクロック信号を出力す
   るクロック手段と、前記第１の信号を第１のクロック信
   号と混合する第１のディジタル混合手段と、 前記第２の信号を第２のクロック信号と混合する第２の
   ディジタル混合手段と、 前記第１のクロック信号を入力としてセロダイン信号を
   発生するディジタルセロダイン信号発生手段と、 前記第１のクロック信号を入力として周期的速度バイア
   ス信号を発生するディジタル速度バイアス発生手段と、 前記第２のクロック信号を入力として周期的利得バイア
   ス信号を発生するディジタル利得バイアス発生手段と、 前記第１のディジタル混合手段から出力される速度誤差
   信号を合計して前記ディジタルセロダイン信号発生手段
   に制御信号を送る第１のディジタル積分手段と、 前記第２のディジタル混合手段から出力される利得誤差
   信号を合計して利得信号を出力する第２のディジタル積
   分手段と、 前記セロダイン信号発生手段から出力されるセロダイン
   信号を前記速度バイアス信号と利得バイアス信号とに加
   算して縮合位相変調信号を出力するディジタル加算手段
   と、 前記第２の積分手段から出力される利得信号と前記加算
   手段から出力される縮合位相変調信号とを乗算して乗算
   信号を出力するディジタル乗算手段と、 前記乗算手段から出力されるディジタル乗算信号をアナ
   ログ信号に変換して出力するディジタル／アナログ変換
   手段と、そして前記ディジタル／アナログ変換手段から
   の出力を増幅して、前記位相変調器に印加される増幅信
   号をつくる増幅手段とを備えた位相変調制御装置。 １３、連続的な等間隔の時間は、各々、τ／ｍで与えら
   れる期間を有し、ここにτは光が前記閉光路を周回伝播
   する通過時間であり、ｍは整数である特許請求の範囲第
   １２項の装置。 １４、前記速度バイアス信号をつくる手段は、時間τの
   間π／２とそれに続く時間τの間−π／２の周期的位相
   バイアスをつくる手段より成り、ここにては前記閉光路
   を光が周回伝播するに要する時間である特許請求の範囲
   第１２項の装置。 １５、前記利得バイアス信号は、２π、０、−２πおよ
   び０ラジアンの一連の誘起位相シフトを与える一連の周
   期的ステップ電圧遷移より成る特許請求の範囲第１２項
   の装置。 １６、位相変調手段を有した閉光路を持つ干渉計回転セ
   ンサ中を対向伝播する光波の第１および第２の光信号の
   位相差を表わす電気信号中の位相変調器利得の誤差を制
   御する閉ループ位相変調方法であって、 前記位相差電気信号に応じてセロダイン信号を第１の周
   波数でつくり、 前記第１の周波数を有した周期的方形波より成る速度バ
   イアス信号をつくり、 前記セロダイン信号の周期の半分に等しい、連続的な等
   間隔時間の終りで遷移する一連のステップ電圧より成る
   利得バイアス信号をつくり、 前記セロダイン信号と速度バイアス信号と利得バイアス
   信号とを合計して合計位相変調信号をつくり、 前記合計位相変調信号と前記位相差電気信 号から抽出される利得信号を前記第１の周波数の２倍の
   第２の周波数で乗算して利得乗算合計位相変調信号をつ
   くり、そして 前記訂正した利得乗算合計位相変調信号を前記位相変調
   手段に印加する、各ステップより成る閉ループ位相変調
   方法。 １７、前記連続した等間隔時間は、各々、τ／ｍで与え
   られる期間を有し、ここにτは前記閉光路を光が周回伝
   播する通過時間であり、ｍは整数である特許請求の範囲
   第１６項の方法。 １８、前記整数は２である特許請求の範囲第１７項の方
   法。 １９、前記速度バイアス信号をつくるステップは、時間
   τの間π／２とそれに続く時間τの間−π／２の周期的
   位相バイアスをつくるステップより成り、ここにτは前
   記閉光路を光が周回伝播するに要する時間である、特許
   請求の範囲第１６項の方法。 ２０、前記利得バイアス信号は、２π、０、−２π、お
   よび０ラジアンの一連の誘起位相シフトを与える一連の
   周期的ステップ電圧遷移より成る特許請求の範囲第１６
   項の方法。