JPH04130212A - 回転速度の測定のための光ファイバサニャック干渉計 - Google Patents
回転速度の測定のための光ファイバサニャック干渉計Info
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- JPH04130212A JPH04130212A JP90409179A JP40917990A JPH04130212A JP H04130212 A JPH04130212 A JP H04130212A JP 90409179 A JP90409179 A JP 90409179A JP 40917990 A JP40917990 A JP 40917990A JP H04130212 A JPH04130212 A JP H04130212A
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- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
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- G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[0001]
この発明は、回転速度の測定のための光ファイバサニヤ
ック干渉計に関するものであり、それにおいて光源から
発しかつビーム分割により発生される2つの光ビームは
、反対の方向にファイバコイルに照射されかつその後再
び一体にされ、それにおいて生じられる干渉パターンは
、その出力信号が干渉パターンの光強度に対応する検出
器装置により走査され、それにおいてファイバコイルに
位置された位相変調器の助けで2つの光ビームは複数個
の可変信号成分から組合わされかつ基本周波数f。=1
72toを有する周期的方形信号により変調され、10
はファイバコイルを介した光ビームの各々の走行時間に
対応し、かつ変調のずれにおける周期豹変化に関連して
、第1の信号成分は2つの動作モードの間に周波数fo
と合わせて2つの逆回転する光ビームの逆方向の交互の
位相シフトをもたらし、かつ、さらに、第2の信号成分
は、その立上りが各々走行時間10またはt。の整数倍
数に対応する持続時間および2つの光ビームの逆方向で
ない増分の位相シフトを補償する振幅増分を有する階段
状ランプ信号であり、そこにおいて増幅された光検出器
出力信号は、周波数f。によりクロック動作される第1
の同期復調器に送られ、そこにおいて復調されかつ増幅
された出力信号は、アナログ−ディジタル変換器に送ら
れ、かつディジタル化の後でディジタル積分器において
積分され、かつディジタル−アナログ変換器およびドラ
イバ増幅器を介して光ビームの逆方向でない位相シフト
を第2の信号成分を補償する位相を介して位相変調器に
与え、それにおいてスケールファクタ補正回路が与えら
れ、それは増幅された光検出器出力信号をモード反転に
合わせて復調しかつアナログスケールファクタ補正信号
を積分増幅器を介してディジタル−アナログ変換器に伝
送し、かつそれにおいて水晶発振器によりクロック動作
されるプロセッサは、第1の同期復調器、アナログ−デ
ィジタル変換器およびディジタル積分器のために制御お
よび同期化信号を供給する。 [0002] リング干渉計としても知られる、光ファイバサニヤック
干渉計における逆方向でない位相シフトを測定するため
に、印刷刊行物DE−Al−3,144,162から、
ファイバコイルの入力の領域に位置された位相変調器に
、一方では、特定の振幅を有しかつ周波数fo=1/2
toにより逆にすることができる位相のずれおよび他方
では位相のずれを同様にシフトするのこぎり波電圧を与
えることにより、たとえば回転速度を基準として逆方向
でない位相シフトを再調整し、tOはファイバコイルを
介した光ビームの各々の走行時間を示すことが知られて
いる。補償するまたは再設定するのこぎり波電圧のこう
配(位相ランプ)は回転速度に対応し、かつしたがって
Δφo/loに正比例し、φ0は、たとえば回転運動に
より引き起こされた逆方向でない位相シフトを示す。し
かしながら実際は前記DE印刷刊行物に述べられたいわ
ゆる位相ランプ再設定方法を使用することはほとんど可
能でない、なぜならば回転速度の慣性測定は、特に可逆
の位相のずれ、再設定信号の振幅またはこう配およびス
ケールファクタの比例に関して正確さを必要とし、それ
はアナログ回路工学において保証することができない。 [0003] 米国特許A −第4 、705 、 399号(=ヨー
ロッハ特許A1−第0.168292号)は、前記DE
印刷刊行物において原則として述べられた光フアイバリ
ング干渉計のためのランプ再設定方法の注目すべきさら
なる開発を開示しており、それは、信号の評価および条
件付けのために全くディジタル的に動作し、そのため、
特に可逆の位相のずれのおよびランプ再設定信号の正確
さに関して、必要とされる信号の精度は、自動測定範囲
反転の独自の割当ておよびスケールファクタの補正によ
り得ることができる。先行技術に従った光フアイバ回転
速度センサのためのディジタル位相ランプ再設定方法の
機能的原理は、第1に図14を参照して説明され、それ
は、簡単にされた表示において前記印刷刊行物米国特許
A−第4,705,399号の図14に従った先行技術
に対応しくまた1986年光77イバジヤイ1ニア (
Fiber 0ptic Gyros ) 、S P
I E第719巻、エイチ・シー・ルファブル(H,C
,Lefevre )氏らによる、集積光学(Inte
grated 0ptics )における「光フアイバ
ジャイロスコープのための実際的解決(A pract
ical 5olution for the Fib
er−Optic Gyroscope) Jを参照さ
れたイ)、前記文献に詳細に関して参照が行なわれる。 [0004] 前記先行技術に対応しかつ閉ファイバループを有するサ
ニヤック干渉計の図14の概略的表示は、光源し、たと
えばレーザを示し、それの平行な光ビームはビームスプ
リッタSTIを介して2つの光ビームに分割され、かつ
反対方向に干渉計ファイバコイルFSに照射される。干
渉計ファイバコイルFSは、好ましくは光学モノモード
ファイバからなる。ビームスプリッタST1は、ファイ
バコイルFSの横断の後で2つの光ビームを再び組合わ
せるためにミクサとして同時に作用する。2つの重ね合
わせされた光ビームの干渉信号は、第2のビームスプリ
ッタST2およびそれの出力分岐AUSを介して光検出
器PDに通過し、それは干渉パターンの強さを走査する
。閉ファイバコイルFSにおいて反対方向に伝搬する2
つの光ビームの間の位相の差異を示すためにΔφ。を使
用すると、反対方向でない妨害がない限り、Δφ =O
であることを保つ。位相差異Δ≠0および回転速度の間
の数学的関係、光検出器(PDの入力における光パワー
密度および測定感度に関して引用された文献が参照され
るべきである。そこにはまた、ファイバコイルFSにお
ける2つの逆回転する光ビームに与えられるべき一定の
逆方向のバイアスを導入することにより、2つ逆回転す
る光ビーム(光波)が位相変調器PMによって、干渉計
の最も高い感度の動作点に、(2n+1)π/2の角度
だけ周期的にシフトされ、nは整数であるような方法に
おいて正確であるようにどのように干渉計の感度が増加
することができるかが述べられる。この目的のために、
位相変調器PMはしたがって第1に信号φ1 (t)に
より励起され、それはたとえば±π/2.3/2π、・
・・の周期的位相シフトをもたらし、その期間は2to
であり、10はファイバコイルFSにおける光波の走行
時間を示す。 [0005] 図14に従った回路の場合には、位相変調器PMへの負
帰還からの逆方向でない位相シフトは、前記米国特許に
おいて述べられるように、いわゆる位相ランプ信号によ
り補償され、そのそのこう配はΔφ/loに、すなわち
Δφに正比例しそれは逆方向でない位相シフトにである
。図14に従った回路の場合には、再設定位相ランプ信
号はのこぎり波または階段状信号であり、それにおいて
のこぎり波の増幅または立上りの高さはΔφに等しく、
またのこぎり波のまたは立上りの持続時間は走行時間t
にまたはt。の奇数の倍数に対応する。 [0006] アナログ解と比べると、文献において、特に前記米国人
−第4,705,399号において述べられるこのディ
ジタル位相ランプ原理は、位相変調制御信号および位相
ランプ再設定信号のスケールファクタは少なくとも原理
において補正されることと、再設定信号ののこぎり波の
増幅の正確な規定は保証されることとの決定的な利点を
有する。 [0007] 図14に従った回路の機能、すなわち周波数f。に合わ
せて交代しかつ動作点を最適化する逆方向の位相シフト
およびスケールファクタ規則化を含む階段状ランプ再設
定信号を発生することは、以下に簡単に説明される。 [0008] 光検出器PDの出力信号VDは、インピーダンス変換器
および増幅器A。を介して上げられ、その出力信号VD
’ は同期復調器5YNCDを送り、それは走査周波数
f =172toに同期化される。復調された出力信
号は、信号VAとして増幅器Aを介して通過し、それは
、一般に、フィルタにより、アナログ−ディジタル変換
器ADに組合わせられ、そのディジタル出力信号は、回
転速度に正比例しかつ回転の方向に関して符号情報の項
目を含む。次いで、信号VADは回路GSCに通過し、
それは本質的にディジタル積分器を含み、かつディジタ
ル位相ランプ再設定信号およびディジタル位相変調信号
からなる組合わせられた信号として、組合わせられた位
相制御信号■SCを供給する。その後で、組合わせられ
たディジタル信号vSCは、ディジタル−アナログ変換
器DAにおいてアナログ制御電圧VCに変換され、かつ
ドライバ増幅器APを介して制御電圧として位相変調器
PMに伝送される。 [0009] 信号■SCを発生するための回路GSCは、ディジタル
信号VADの中間のストレージのために第1のメモリM
1を含み、その中間にストアされた出力信号Sケートに
接続される。第2のメモリM2に中間にストアされた出
力信号vSCは、加算器ADDの第2の入力e2に送り
戻され、かつ回転速度信号のディジタル値に付加される
。したがって、加算器ADDの出力信号5ADDは、回
転角度に対応する。 [0010] 位相変調信号および位相ランプ再設定信号を発生するた
めのこれまで述べられた回路は、二方向性バスBCを介
して中央プロセッサCPUにより同期化されかつ制御さ
れ、それは水晶安定発振器O8Cに接続され、それは周
波数f。を供給する。 [0011] その数は特定の回転角度、たとえば4秒の弧を指示し、
そのビットは加算器ADDの容量に対応する、ワード当
りのビットの数から離れて、前記加算器は、出力SLに
おいてバスBCを介して中央プロセッサCPUにオーバ
ーフロー信号を供給する。加算器のオーバーフロー信号
に依存して、かつ発振器O8Cのクロック信号に一致し
て中央プロセッサCPUは種々の制御および同期化信号
を発生しそれは、スケールファクタの補正を可能にする
ために、加算器ADDのオーバフローに依存して、「モ
ードA」および「モードB」の間の変調のずれの切換え
が行なわれ、それは、たとえば±π/2の変調のずれは
モードAを保持し、かつ±3/2πの位相のずれはモー
ドBを保持するような方法においてである場合である。 引用された文献において述べられるように、動作状態お
よび異なった変調のずれの間の検出された振幅の差異は
、位相ランプ信号のオーバフローの場合のスケールファ
クタの誤差の測度である。このスケールファクタの誤差
を補正するために、図14に従った公知の回路には、復
調器SFCが装備され、それは、モードA(たとえば±
π/2の位相のずれ)およびモードB(たとえば±3/
2πの位相のずれ)におけるfo変調信号の振幅の差異
を検出し、かつこの復調された信号をアナログ補正信号
SIAとして積分増幅器IAを介してディジタル−アナ
ログ変換器DAの補正するアナログ入力ガに伝送する。 [0012] 図14の参照により簡単に述べられており、位相ランプ
のこう配は回転の再設定速度の測度であり、かつ復帰位
相においてスケールファクタのための補正信号を得るた
めに比率1:3における変調のずれの反転がある、光フ
アイバ回転速度センサのためのディジタル位相ランプ再
設定方法の機能的原理は、そのような寄生回転速度測定
装置の実際の動作において、以下の理由のために実質的
な困難に導く。 [0013] 「モードA」から「モードB」への反転は、再設定のこ
ぎり波信号のランプ値に、かつしたがってジャイロスコ
ープの回転角度に、直接に依存する。このことについて
は、ランプの横断は、たとえば、約4秒の弧の角増分に
対応することができる。しかしながら、変調信号の振幅
の3倍になることを介して、かつ光検出器信号VDの感
応的信号経路における後者の寄生を介して、変調のずれ
の反転はジャイロスコープのバイアスの反転をもたらす
。これらの不所望の寄生効果は図14に従った回路にお
いて点線および結合係数Kにより示される。しかしなが
ら、この変調のずれ信号の反転は回転角度に依存するの
で、それはジャイロスコープの不感帯(ロック・イン)
に導く。以下に説明されるように、この効果はロック・
インゾーンの外側のスケールファクタの非直線性に導く
ことを示すことがまた可能である。 [0014] 印刷刊行物米国特許A−第4,705,399号の図1
3に示されるように、スケールファクタの誤差の発生が
与えられて、モードAの変調のずれの場合にまたはモー
ドBの変調のずれの場合に、光検出器信号VDの異なっ
た平均の強さ工がある。この強さの差異は、積分増幅器
IAにおいて積分され、がつアナログ補正信号をディジ
タル−アナログ変換器DAの入力eMに供給する。強さ
における変化の周波数は、モードAからモードBへの変
化の周波数に等しく、かつしたがって、ランプ信号復帰
周波数に等しく、なぜならばたとえばモードAがらモー
ドBへの反転はランプオーバーフロー すなわち加算器
ADDの信号SLにより生じられるからである。この変
化の周波数は回転速度に正比例し、すなわち前記米国特
許において説明される例に従って、2πの復帰は5秒の
弧の角増分に対応しIHzの復帰周波数ではこれは5°
/hの回転速度に対応する。
ック干渉計に関するものであり、それにおいて光源から
発しかつビーム分割により発生される2つの光ビームは
、反対の方向にファイバコイルに照射されかつその後再
び一体にされ、それにおいて生じられる干渉パターンは
、その出力信号が干渉パターンの光強度に対応する検出
器装置により走査され、それにおいてファイバコイルに
位置された位相変調器の助けで2つの光ビームは複数個
の可変信号成分から組合わされかつ基本周波数f。=1
72toを有する周期的方形信号により変調され、10
はファイバコイルを介した光ビームの各々の走行時間に
対応し、かつ変調のずれにおける周期豹変化に関連して
、第1の信号成分は2つの動作モードの間に周波数fo
と合わせて2つの逆回転する光ビームの逆方向の交互の
位相シフトをもたらし、かつ、さらに、第2の信号成分
は、その立上りが各々走行時間10またはt。の整数倍
数に対応する持続時間および2つの光ビームの逆方向で
ない増分の位相シフトを補償する振幅増分を有する階段
状ランプ信号であり、そこにおいて増幅された光検出器
出力信号は、周波数f。によりクロック動作される第1
の同期復調器に送られ、そこにおいて復調されかつ増幅
された出力信号は、アナログ−ディジタル変換器に送ら
れ、かつディジタル化の後でディジタル積分器において
積分され、かつディジタル−アナログ変換器およびドラ
イバ増幅器を介して光ビームの逆方向でない位相シフト
を第2の信号成分を補償する位相を介して位相変調器に
与え、それにおいてスケールファクタ補正回路が与えら
れ、それは増幅された光検出器出力信号をモード反転に
合わせて復調しかつアナログスケールファクタ補正信号
を積分増幅器を介してディジタル−アナログ変換器に伝
送し、かつそれにおいて水晶発振器によりクロック動作
されるプロセッサは、第1の同期復調器、アナログ−デ
ィジタル変換器およびディジタル積分器のために制御お
よび同期化信号を供給する。 [0002] リング干渉計としても知られる、光ファイバサニヤック
干渉計における逆方向でない位相シフトを測定するため
に、印刷刊行物DE−Al−3,144,162から、
ファイバコイルの入力の領域に位置された位相変調器に
、一方では、特定の振幅を有しかつ周波数fo=1/2
toにより逆にすることができる位相のずれおよび他方
では位相のずれを同様にシフトするのこぎり波電圧を与
えることにより、たとえば回転速度を基準として逆方向
でない位相シフトを再調整し、tOはファイバコイルを
介した光ビームの各々の走行時間を示すことが知られて
いる。補償するまたは再設定するのこぎり波電圧のこう
配(位相ランプ)は回転速度に対応し、かつしたがって
Δφo/loに正比例し、φ0は、たとえば回転運動に
より引き起こされた逆方向でない位相シフトを示す。し
かしながら実際は前記DE印刷刊行物に述べられたいわ
ゆる位相ランプ再設定方法を使用することはほとんど可
能でない、なぜならば回転速度の慣性測定は、特に可逆
の位相のずれ、再設定信号の振幅またはこう配およびス
ケールファクタの比例に関して正確さを必要とし、それ
はアナログ回路工学において保証することができない。 [0003] 米国特許A −第4 、705 、 399号(=ヨー
ロッハ特許A1−第0.168292号)は、前記DE
印刷刊行物において原則として述べられた光フアイバリ
ング干渉計のためのランプ再設定方法の注目すべきさら
なる開発を開示しており、それは、信号の評価および条
件付けのために全くディジタル的に動作し、そのため、
特に可逆の位相のずれのおよびランプ再設定信号の正確
さに関して、必要とされる信号の精度は、自動測定範囲
反転の独自の割当ておよびスケールファクタの補正によ
り得ることができる。先行技術に従った光フアイバ回転
速度センサのためのディジタル位相ランプ再設定方法の
機能的原理は、第1に図14を参照して説明され、それ
は、簡単にされた表示において前記印刷刊行物米国特許
A−第4,705,399号の図14に従った先行技術
に対応しくまた1986年光77イバジヤイ1ニア (
Fiber 0ptic Gyros ) 、S P
I E第719巻、エイチ・シー・ルファブル(H,C
,Lefevre )氏らによる、集積光学(Inte
grated 0ptics )における「光フアイバ
ジャイロスコープのための実際的解決(A pract
ical 5olution for the Fib
er−Optic Gyroscope) Jを参照さ
れたイ)、前記文献に詳細に関して参照が行なわれる。 [0004] 前記先行技術に対応しかつ閉ファイバループを有するサ
ニヤック干渉計の図14の概略的表示は、光源し、たと
えばレーザを示し、それの平行な光ビームはビームスプ
リッタSTIを介して2つの光ビームに分割され、かつ
反対方向に干渉計ファイバコイルFSに照射される。干
渉計ファイバコイルFSは、好ましくは光学モノモード
ファイバからなる。ビームスプリッタST1は、ファイ
バコイルFSの横断の後で2つの光ビームを再び組合わ
せるためにミクサとして同時に作用する。2つの重ね合
わせされた光ビームの干渉信号は、第2のビームスプリ
ッタST2およびそれの出力分岐AUSを介して光検出
器PDに通過し、それは干渉パターンの強さを走査する
。閉ファイバコイルFSにおいて反対方向に伝搬する2
つの光ビームの間の位相の差異を示すためにΔφ。を使
用すると、反対方向でない妨害がない限り、Δφ =O
であることを保つ。位相差異Δ≠0および回転速度の間
の数学的関係、光検出器(PDの入力における光パワー
密度および測定感度に関して引用された文献が参照され
るべきである。そこにはまた、ファイバコイルFSにお
ける2つの逆回転する光ビームに与えられるべき一定の
逆方向のバイアスを導入することにより、2つ逆回転す
る光ビーム(光波)が位相変調器PMによって、干渉計
の最も高い感度の動作点に、(2n+1)π/2の角度
だけ周期的にシフトされ、nは整数であるような方法に
おいて正確であるようにどのように干渉計の感度が増加
することができるかが述べられる。この目的のために、
位相変調器PMはしたがって第1に信号φ1 (t)に
より励起され、それはたとえば±π/2.3/2π、・
・・の周期的位相シフトをもたらし、その期間は2to
であり、10はファイバコイルFSにおける光波の走行
時間を示す。 [0005] 図14に従った回路の場合には、位相変調器PMへの負
帰還からの逆方向でない位相シフトは、前記米国特許に
おいて述べられるように、いわゆる位相ランプ信号によ
り補償され、そのそのこう配はΔφ/loに、すなわち
Δφに正比例しそれは逆方向でない位相シフトにである
。図14に従った回路の場合には、再設定位相ランプ信
号はのこぎり波または階段状信号であり、それにおいて
のこぎり波の増幅または立上りの高さはΔφに等しく、
またのこぎり波のまたは立上りの持続時間は走行時間t
にまたはt。の奇数の倍数に対応する。 [0006] アナログ解と比べると、文献において、特に前記米国人
−第4,705,399号において述べられるこのディ
ジタル位相ランプ原理は、位相変調制御信号および位相
ランプ再設定信号のスケールファクタは少なくとも原理
において補正されることと、再設定信号ののこぎり波の
増幅の正確な規定は保証されることとの決定的な利点を
有する。 [0007] 図14に従った回路の機能、すなわち周波数f。に合わ
せて交代しかつ動作点を最適化する逆方向の位相シフト
およびスケールファクタ規則化を含む階段状ランプ再設
定信号を発生することは、以下に簡単に説明される。 [0008] 光検出器PDの出力信号VDは、インピーダンス変換器
および増幅器A。を介して上げられ、その出力信号VD
’ は同期復調器5YNCDを送り、それは走査周波数
f =172toに同期化される。復調された出力信
号は、信号VAとして増幅器Aを介して通過し、それは
、一般に、フィルタにより、アナログ−ディジタル変換
器ADに組合わせられ、そのディジタル出力信号は、回
転速度に正比例しかつ回転の方向に関して符号情報の項
目を含む。次いで、信号VADは回路GSCに通過し、
それは本質的にディジタル積分器を含み、かつディジタ
ル位相ランプ再設定信号およびディジタル位相変調信号
からなる組合わせられた信号として、組合わせられた位
相制御信号■SCを供給する。その後で、組合わせられ
たディジタル信号vSCは、ディジタル−アナログ変換
器DAにおいてアナログ制御電圧VCに変換され、かつ
ドライバ増幅器APを介して制御電圧として位相変調器
PMに伝送される。 [0009] 信号■SCを発生するための回路GSCは、ディジタル
信号VADの中間のストレージのために第1のメモリM
1を含み、その中間にストアされた出力信号Sケートに
接続される。第2のメモリM2に中間にストアされた出
力信号vSCは、加算器ADDの第2の入力e2に送り
戻され、かつ回転速度信号のディジタル値に付加される
。したがって、加算器ADDの出力信号5ADDは、回
転角度に対応する。 [0010] 位相変調信号および位相ランプ再設定信号を発生するた
めのこれまで述べられた回路は、二方向性バスBCを介
して中央プロセッサCPUにより同期化されかつ制御さ
れ、それは水晶安定発振器O8Cに接続され、それは周
波数f。を供給する。 [0011] その数は特定の回転角度、たとえば4秒の弧を指示し、
そのビットは加算器ADDの容量に対応する、ワード当
りのビットの数から離れて、前記加算器は、出力SLに
おいてバスBCを介して中央プロセッサCPUにオーバ
ーフロー信号を供給する。加算器のオーバーフロー信号
に依存して、かつ発振器O8Cのクロック信号に一致し
て中央プロセッサCPUは種々の制御および同期化信号
を発生しそれは、スケールファクタの補正を可能にする
ために、加算器ADDのオーバフローに依存して、「モ
ードA」および「モードB」の間の変調のずれの切換え
が行なわれ、それは、たとえば±π/2の変調のずれは
モードAを保持し、かつ±3/2πの位相のずれはモー
ドBを保持するような方法においてである場合である。 引用された文献において述べられるように、動作状態お
よび異なった変調のずれの間の検出された振幅の差異は
、位相ランプ信号のオーバフローの場合のスケールファ
クタの誤差の測度である。このスケールファクタの誤差
を補正するために、図14に従った公知の回路には、復
調器SFCが装備され、それは、モードA(たとえば±
π/2の位相のずれ)およびモードB(たとえば±3/
2πの位相のずれ)におけるfo変調信号の振幅の差異
を検出し、かつこの復調された信号をアナログ補正信号
SIAとして積分増幅器IAを介してディジタル−アナ
ログ変換器DAの補正するアナログ入力ガに伝送する。 [0012] 図14の参照により簡単に述べられており、位相ランプ
のこう配は回転の再設定速度の測度であり、かつ復帰位
相においてスケールファクタのための補正信号を得るた
めに比率1:3における変調のずれの反転がある、光フ
アイバ回転速度センサのためのディジタル位相ランプ再
設定方法の機能的原理は、そのような寄生回転速度測定
装置の実際の動作において、以下の理由のために実質的
な困難に導く。 [0013] 「モードA」から「モードB」への反転は、再設定のこ
ぎり波信号のランプ値に、かつしたがってジャイロスコ
ープの回転角度に、直接に依存する。このことについて
は、ランプの横断は、たとえば、約4秒の弧の角増分に
対応することができる。しかしながら、変調信号の振幅
の3倍になることを介して、かつ光検出器信号VDの感
応的信号経路における後者の寄生を介して、変調のずれ
の反転はジャイロスコープのバイアスの反転をもたらす
。これらの不所望の寄生効果は図14に従った回路にお
いて点線および結合係数Kにより示される。しかしなが
ら、この変調のずれ信号の反転は回転角度に依存するの
で、それはジャイロスコープの不感帯(ロック・イン)
に導く。以下に説明されるように、この効果はロック・
インゾーンの外側のスケールファクタの非直線性に導く
ことを示すことがまた可能である。 [0014] 印刷刊行物米国特許A−第4,705,399号の図1
3に示されるように、スケールファクタの誤差の発生が
与えられて、モードAの変調のずれの場合にまたはモー
ドBの変調のずれの場合に、光検出器信号VDの異なっ
た平均の強さ工がある。この強さの差異は、積分増幅器
IAにおいて積分され、がつアナログ補正信号をディジ
タル−アナログ変換器DAの入力eMに供給する。強さ
における変化の周波数は、モードAからモードBへの変
化の周波数に等しく、かつしたがって、ランプ信号復帰
周波数に等しく、なぜならばたとえばモードAがらモー
ドBへの反転はランプオーバーフロー すなわち加算器
ADDの信号SLにより生じられるからである。この変
化の周波数は回転速度に正比例し、すなわち前記米国特
許において説明される例に従って、2πの復帰は5秒の
弧の角増分に対応しIHzの復帰周波数ではこれは5°
/hの回転速度に対応する。
【0015】
低い回転速度の場合には、この変化の周波数は任意に低
くなることができ、かつこの理由のために、積分増幅器
IAは強さの差異の情報を含むことが稀である。そこに
おいてモードが変化しないその後の任意に長い間隔にお
り)で、積分増幅器IAはこの情報を有さす、かつその
入力におけるすべての小さい電気的なゼロの誤差は、そ
の出力の量、すなわちスケールファクタ補正信号SIA
がドリフトすることを引き起こす。この理由のために、
低い回転速度において、スケールファクタは積分増幅器
IAのドリフトすることを受けやすい。回転速度の絶対
値で表わされる、スケールファクタのドリフトすること
により引き起こされる回転速度のパーセンテージ誤差は
、低い回転速度のために小さいことが正しい。しかしな
がら、第1に、回転速度における突然の急な上昇は問題
のあるようになり、なぜならばそのときスケールファク
タはなお「誤り」であり、かつ従って少なくともスケー
ルファク′り制御回路がもう一度定常状態の条件にある
まで、回転速度における高い絶対誤差はまた生ずる。 [0016] さて、電磁互換性測度(EMC測度)によって、すなわ
ち特定的には遮蔽(図14においてドライバ増幅器AP
から位相変調器PMへの接続ラインを遮蔽することによ
り示される)と、信号および電圧給電線にフィルタを設
置することにより、電磁寄生(カップリングファクタK
による妨害、図14参照)を除去するかまたは少なくと
も減少させることに努めることが得策であるように思わ
れる。しかしながら、図14に従った公知の干渉計の設
計について特別のEMC問題があり、信号vscまたは
vcSvc’ は変調周波数f。=1/2toを含み、
それは発振器O8CにおいてまたはプロセッサCPUを
介して発生される。しかしながら、光検出器信号VDは
、同一の周波数および位相角度による回転速度の情報を
含む。この信号は、同期復調器5YNCDにおいて検出
される。周波数f。の変調量を発生する回路のグループ
および回転速度に感応性の同一の周波数の信号を伝導す
る回路部分は、空間において接近して接続され、かつ全
般的に、共通の電源装置から送られなければならない。 これは、周波数foの電磁エネルギが感応性信号経路(
信号VD)に寄生的に入るであろう危険を明らかに与え
る。信号ラインにおけるfoのためのストップフィルタ
は可能でなく、なぜならば所望の信号情報はちょうどこ
の周波数にあるからである。したがって、不所望の寄生
はたとえば、ただ増幅器A。および同期復調器5YNC
Dを回路の残余に抗して遮蔽することにより、かつそれ
らの電源をフィルタすることにより、ある程度まで減少
することができる。 [0017] 寄生感応性のための数の例は、当業者のために特定的な
問題を直ちに明らかにするであろう。信号VCまたはv
C′ における周波数foによるこのスペクトル成分は
、一般的にわずかのVの範囲に位置される。対比によっ
て、回転速度信号VDにおいては、わずかのnVの範囲
における電圧は、光出力、検出器の感応性およびジャイ
ロスコープのスケールファクタに依存して、1°/hの
回転速度に対応する。そのような大きな振幅の差異の場
合には、図12において信号VC1■C′およびVDの
間の結合係数Kにより記号化されるように、すべての可
能なEMC測度にもかかわらず不所望の寄生経路が避け
がたく、それは本来、異なった寄生振幅により、かつし
たがって信号VDにおける回転速度に対応する異なった
誤差により、厳密に言えば、動作状態モードAまたはB
に依存し、なぜならば、仮定されるように、後者は前者
より3倍高い変調振幅を有し、かつしたがってより強い
寄生効果を有するからである。回転速度に関して、これ
らの異なった寄生振幅は、異なったジャイロスコープの
ゼロ点誤差に導き、それらはバイアスB またはBbと
して示され、それは瞬時の変調状態モードAまたはモー
ドBに依存する。 [0018] したがって、再設定信号のランプこう配は、閉制御回路
を介して、回転の真の入力速度D およびそれぞれのバ
イアスB またはBbの合計に正比例する態様e
aにおいて
調整され、それは変調モードAがあるがBがあるかに依
存する。 [0019] 添付の図面の図1において、D +B >01Do
+Bb>OおよびBa>Be a bが保持され、すなわち異なったB またはBbがある
例が示される。もしり。 =const、であると仮定されれば、そのときモード
AがあるがまたはモードBがあるかに依存して異なった
ランプこう配が生じられ、なぜならばランプこう配はD
+B に正比例する態様においてまたはDe+B
bに正比例する態様に a おいて調整されるからである。 [00201 図1に示された例においては、モードBの間のこう配は
モードAにおけるより平らであり、なぜならばBbくB
8が仮定されるからである。したがって、モードから独
立したバイアス(B8=Bb)のための場合よりも、モ
ードBにおける運転休止時間tbはモードAにおける運
転休止時間t8と比較してより大きい。 しかしながら、B およびBbだけでなく入力回転速度
D8も双方のモードにおけるランプこう配に影響を与え
るので、モードのパルスデューティ比(T8/Tb)は
またD に依存する。上に取扱われたスケールファクタ
の非直線性はこれから結果として生ずる。 [0021] 他方では、上に述べられたロック・イン効果は、それに
おいて合計(D8十B8)または(D。+Bb)が2つ
のモードのために異なった符号を有する回転速度範囲に
起こり、すなわちそれは(D +B )>0または
(D。+B、)<Oa であることを保つときにである。低い回転速度のために
全く実際的なこの場合は図2において表示される。再設
定信号のランプ(表示の明快さのために変調なしに例示
される)は、たとえば正の勾配によりモードAにおいて
始まり、なぜならば仮定されるように(D 十B
)>Oが適用されるからである。ランプが(a 上方の)オーバフロー範囲(図14におけるオーバフロ
ー信号SL)に到着するときには、モードBに切り換え
が行なわれる。しかしながら、次いで制御は負のランプ
こう配をトリガし、なぜならば今(D8+Bb)〈Oで
あることを保つからであり、すなわちランプ勾配はその
符号を変え、かつしたがって、オーバフロー領域を去り
、かつモードAがもう一度持続する。しかしながら、正
のランプこう配が、モードBへの反転がもう一度起こる
までその他にもう一度このモードAに属する。したがっ
て、制御は「捕われて」保持され、すなわち干渉計配置
はロック・インの状態にある。どんなに迅速に図2にお
いてモードAおよびBの間に表示された「ジクザクラン
プ」がオーバフロー制限において変化するかは、制御の
迅速さにより決定され、これは一般的に非常に高い。ロ
ック・イン状態は、入力回転速度範囲のために保持され
、それにおいて特定の不等が満たされ、すなわちしたが
ってロック・イン範囲はIB8−Bb 1の幅を有する
。 [0022] ここまでに与えられた説明において、特定のランプ値は
、「変調されない」ランプφ(1)の瞬時の値であると
解釈される。このランプ値は、回転角度に正比例し、か
つ信号5ADDに対応する。ランプこう配dφ/dtは
、回転角度の時間微分、すなわち回転速度に対応する。 問題とすべきことをはっきりさせるために、公知のラン
プ再設定方法の問題は、ランプ値、すなわち回転角度の
値は、動作モードAまたはBおよびしたがって異なった
バイアスB またはBbのどちらがあるかのための判定
基準であり、かつそれはB8≠Bbがランプ勾配それ自
体に影響を与えるためである。表示されるように、スケ
ールファクタ誤差情報は、強さにおける変化の信号の形
状であり、その周波数は回転速度に正比例し、かつOお
よび約100kHzの間に変化することができ、それは
モードAおよびモードBの間の変調のずれの理論パルス
−デューティ比が1:3であるときにである。しかしな
がら、情報を搬送する強さにおける変化は高い回転速度
においてよりしばしば起こり、かつ結果として、よりよ
いスケールファクタ誤差情報は高い回転速度にあるとい
う明らかな利点は、関連の信号処理装置が比較的高い周
波数範囲を処理しなければならないという事実により反
対される。しかしながら、表示されるように、他方では
、ゼロの回転速度の領域において、公知のランプ再設定
方法は、スケールファクタ誤差情報の欠如に、かつした
がってドリフトの問題に導く。 [0023] したがって、この発明の目的は、低い回転速度、すなわ
ち表示されたロック・イン効果の場合に光フアイバ回転
速度センサの不感帯を避けることと、スケールファクタ
を制御する目的のために処理することが容易である信号
を得ることとである。 [0024] 目的設定を達成することへの予備ステップとして、図1
および図2の参照にょり既に説明されたように、回転角
度の関数としての変調のずれにおける自動的変化は、ス
ケールファクタの非直線性のおよびその範囲が回転速度
の関数であるスケールファクタ誤差情報の広い周波数範
囲の、公知の方法のロック・イン効果のランプオーバフ
ローの場合の主な原因であることが認識された。したが
って、この発明は、ランプ再設定方法を確立するための
変調方法を開発する目標に向けられ、それは、一方では
、スケールファクタ誤差情報を得るためのオーダにより
モードAからモードBへの変調のずれの反転を、また他
方では、この反転を特定的な、たとえば固定されたタイ
ミングにより、かつもはや回転角度の関数としてでなく
規定することとを含む。 [0025] 公知のランプ再設定方法から始まって、特許請求項1の
前文において特定されるように、初めに示された包括概
念に従った回転速度の測定のための光ファイバサニヤッ
ク干渉計の場合には、この発明は、ディジタル積分器お
よびディジタル−アナログ変換器の間に(第2の)ディ
ジタル加算器が配置され、それには第2の入力に第1の
パルス発生器から2つの動作モードの間の予め定められ
たタイミングにより逆にすることができる変調ずれ信号
が与えられ、それは周波数foによりクロック動作され
、かつ(第2の)ディジタル加算器の第2の入力に、第
1の動作モードAのために位相のずれ±π/4に対応す
る信号および第2の動作モードBのために位相のずれ±
3/4πに対応する信号を伝送することに存する。 [0026] この発明および有利な詳細は、図面のさらなる参照によ
り例示的な実施例において以下により詳細に説明される
。 [0027] 図14の説明からすでに知られている配置のグループ、
回路のグループおよび信号は、図3および図4において
同一の記号で参照される。読者に既に知られている機能
的関係の説明は、繰り返されないであろう。第1のステ
ップは、図3に従った配置の動作のモードを述べること
である。 [0028] 光検出器PDは、干渉計の出力信号の光強度■を観測し
、かつ対応する信号VDを供給し、それは増幅器A。に
おいて信号VD’ に増幅される。光強度信号■は、 (1) 周波数f により強度ΔIoにおける変化に導
き、かつ信号DEMR1の助けにより、(第1の)同期
化された復調器5YNCDIにおいて検出されそれはプ
ロセッサCPUにより供給されかつ出力信号VSYIと
同一の周波数のものである、回転速度のシステムのずれ
。周波数f。は、干渉計動作周波数であり、それはf
=1/2toにより与えられ、それは、to=nxl
/cでありそこではn=ファイバコイルFSの光誘導材
料の屈折率、■=ファイバコイルFSにおける光路長お
よびC=真空における光の速度である場合である。 [0029] (2) 変調のずれ反転信号5M0DSの周波数により
変調モードAおよびBの間の強度Δ11 (図12参照
)における変化に導き、それは、下にさらにより詳細に
説明されかつ第2の発生器として表わされるパルス発生
器GEN2において発生され、かつプロセッサCPUに
より供給された信号5YNC2を介してジャイロスコー
プ動作周波数foにより同期化することができる、スケ
ールファクタのシステムのずれ、すなわち干渉計におけ
る電気光学位相変調器PMの位相変調のずれにおけるず
れ。この強度Δ■1における差異は、信号5M0DSの
助けによって(第2の)同期復調器5YNCD2におい
て検出され、かつ結果は信号VSY2であり、それはス
ケールファクタ誤差の測度であり、かつ既に図14に従
った回路から知られるように、積分増幅器IAを介して
、ディジタル−アナログ変換器DAのアナログ設定入力
ガに与えられる。 [0030] 改良された明・決さのために、第1の回転速度制御回路
が下に説明され、スケールファクタ制御回路が続くであ
ろう。 についての情報を含む。 (再び1) 回転速度制御回路 回転速度制御回路のシステムのずれに対応する信号VS
YIは、増幅器Aにおいて増幅され、かつ信号VAを供
給する。増幅器Aは、同時にフィルタを含み、の設計手
順に従って寸法法めされ、この点で、既に一度以上取扱
われている印刷刊行物米国特許穴−第4,705,39
9号に参照が行なわれる。実際には、出力信号VAは、
入力信号VSYIの時間積分の成分を有するであろう。 信号VAは、アナログ−ディジタル変換器ADにおいて
ディジタル化され、かつ生じられたディジタル信号VA
DはメモリM1においてストアされ、これらのプロセス
はバスBCを介してプロセッサCPUにより制御される
。既に知られているように出力信号SM1は、さらなる
加算器のよりよい微分のために、ここに第1の加算器A
DDIとして表わされる、加算器の入力e1にに与えら
れる。第1の加算器ADD1の出力信号5ADD1は、
メモリM2に送られ、それの出力信号SM2は第1の加
算器ADDIのさらなる入力e2に送られ、それは完全
に図14に従った公知の回路と一致している。第1の加
算器ADD1は、メモリM2およびバスBCを介して割
当てられた制御に関連して、ランプ信号発生器を表示し
、それはランプ信号または階段状信号SM2を発生し、
それの立上がり高さは値SM1に対応し、それのステッ
プの幅は光走行時間10に対応する。 [0031] 第1の加算器ADDIおよび第2のメモリM2からなる
ディジタルプロセス装置のワード長を制限することによ
り、第1の加算器ADD1の特定的な出力値が超過され
るときには、信号SM2のランプオーバフローが達成さ
れ、それは、図5に概略的に表わされる。この点で、デ
ィジタル二進数コードのオーバフロー特性を有利に開発
することが可能である。 [0032] 第2の信号成分SM2として示される、この信号は、図
14に従った公知の回路と違って、なお述べられるであ
ろう電気モジュールを介して光位相変調器PMへ送られ
、かつ位相シフトπRをもたらし、それは、上述のオー
バフローにより本質的に2πの位相範囲に制限される(
図5参照)。 [0033] この発明に従って、本質的に方形の変調信号5M0Dが
第2の加算器ADD 2において信号SM2に加えられ
、したがって、組合わせられた変調信号vSCを生ずる
。変調信号5M0Dは、変調信号発生器MODにおいて
発生され、かつジャイロスコープ周波数F。を有する。 変調信号発生器MODは、信号5YNCIを介して、プ
ロセッサCPUまたは発振器○SCにより同期化される
。信号5M0Dの振幅は、ファクタ3により変化させる
ことができ、それは以下にさらになおより詳細に説明さ
れるであろう方法においてであり、既に述べられた第2
のパルス発生器GEN2から得られる信号5M0DS
(図6参照)を介する。信号成分5M0D (図7参照
)は、第2の加算器ADD2において信号SM2に加え
られ、かつディジタル−アナログ変換器DAにおいてア
ナログに変換された後で、ドライバ増幅器APを介して
光位相変調器PMに送られる。この信号成分5M0Dは
そこに位相シフト輸をもたらし、それは、本質的に±π
/4または±3/4πである(図7参照)。したがって
、変調の振幅φヶは、信号5M0DSにより制御される
。上に既に説明されたように、その間に振幅が±π/4
である状態は「モードA」と呼ばれ、また±3/4πの
変調振幅におけるより大きいずれの場合には「モードB
」が設定される。 [0034] 図3に表わされるように、変調振幅の反転は、たとえば
、2つの信号、説明されなモードAに対応する5M0D
1およびモードBに対応する5M0D2は、説明された
振幅により発生器GEN1において発生され、かつ交互
に信号5M0DSにより制御される切換えスイッチSE
Lを介して第2の加算器ADD2の第2の入力に信号5
M0Dとして与えられるように、起こることができる。 [0035] 第2の加算器ADD2のディジタル処理ワード幅は、出
力信号■SCが、オーバフローの結果を起こすことなし
に、常に入力信号SM2または5M0Dの和に対応する
ように設計される。組合わせられた信号VSC(図8参
照)は、既に説明された態様においてディジタル−アナ
ログ変換器DAに送られ、かつ電圧信号VCに変換され
、かつ信号vC′ を形成するように増幅され、それの
値は本質的には信号■SCの数値に比例する。電圧vC
′ は、光位相変調器PMにおいて、位相シフトΔφ
をもたらす(再び図8を見られたい)。 [0036] したがって、図3に適合してこの発明に従って修正され
た回路は、以下の原理に基づく。 [0037] 変調されないディジタルランプ値は、位相角範囲2πま
たは±πに対しては、有効のビットπ以上を切捨てるこ
とにより制限される。第2の加算器ADD2における制
限されたランプには方形信号が加えられ、それは、第1
のパルス発生器GEN1、SELまたはMODにおいて
発生され、かつ変調周波数foを有するカミそれは、±
π/4(モードA)および±3/4π(モードB)の位
相角値に従って振幅において反転可能である。この反転
は、それの周波数およびパルス−デューティ比が自由に
選択可能である、第2のパルス発生器GEN2により制
御される。反転値は、プロセッサCPUにより不変に予
め定められ、または回転速度の関数として制御されるこ
とができ、変調周波数f。と同調することが理解できる
。 [0038] 干渉計を介して、位相変調器PMに送られる、図8に表
わされた変調されたランプ信号は、前記干渉計の出力に
おいて強度信号I (t)を生じ、それは本質的に以下
の関係を満たす。 [0039] I (t)〜cos (Δφ(1)+Δφo(t))そ
こではΔφ(t)=Δφ (1)−八φc (t−to
)が有効であり、Δφ。 (1)は位相変調器PMにおける位相シフトであり、か
つΔφo (t)はサニヤック位相シフトであり、そ
れは、回転速度に比例し、かつ[0040]
くなることができ、かつこの理由のために、積分増幅器
IAは強さの差異の情報を含むことが稀である。そこに
おいてモードが変化しないその後の任意に長い間隔にお
り)で、積分増幅器IAはこの情報を有さす、かつその
入力におけるすべての小さい電気的なゼロの誤差は、そ
の出力の量、すなわちスケールファクタ補正信号SIA
がドリフトすることを引き起こす。この理由のために、
低い回転速度において、スケールファクタは積分増幅器
IAのドリフトすることを受けやすい。回転速度の絶対
値で表わされる、スケールファクタのドリフトすること
により引き起こされる回転速度のパーセンテージ誤差は
、低い回転速度のために小さいことが正しい。しかしな
がら、第1に、回転速度における突然の急な上昇は問題
のあるようになり、なぜならばそのときスケールファク
タはなお「誤り」であり、かつ従って少なくともスケー
ルファク′り制御回路がもう一度定常状態の条件にある
まで、回転速度における高い絶対誤差はまた生ずる。 [0016] さて、電磁互換性測度(EMC測度)によって、すなわ
ち特定的には遮蔽(図14においてドライバ増幅器AP
から位相変調器PMへの接続ラインを遮蔽することによ
り示される)と、信号および電圧給電線にフィルタを設
置することにより、電磁寄生(カップリングファクタK
による妨害、図14参照)を除去するかまたは少なくと
も減少させることに努めることが得策であるように思わ
れる。しかしながら、図14に従った公知の干渉計の設
計について特別のEMC問題があり、信号vscまたは
vcSvc’ は変調周波数f。=1/2toを含み、
それは発振器O8CにおいてまたはプロセッサCPUを
介して発生される。しかしながら、光検出器信号VDは
、同一の周波数および位相角度による回転速度の情報を
含む。この信号は、同期復調器5YNCDにおいて検出
される。周波数f。の変調量を発生する回路のグループ
および回転速度に感応性の同一の周波数の信号を伝導す
る回路部分は、空間において接近して接続され、かつ全
般的に、共通の電源装置から送られなければならない。 これは、周波数foの電磁エネルギが感応性信号経路(
信号VD)に寄生的に入るであろう危険を明らかに与え
る。信号ラインにおけるfoのためのストップフィルタ
は可能でなく、なぜならば所望の信号情報はちょうどこ
の周波数にあるからである。したがって、不所望の寄生
はたとえば、ただ増幅器A。および同期復調器5YNC
Dを回路の残余に抗して遮蔽することにより、かつそれ
らの電源をフィルタすることにより、ある程度まで減少
することができる。 [0017] 寄生感応性のための数の例は、当業者のために特定的な
問題を直ちに明らかにするであろう。信号VCまたはv
C′ における周波数foによるこのスペクトル成分は
、一般的にわずかのVの範囲に位置される。対比によっ
て、回転速度信号VDにおいては、わずかのnVの範囲
における電圧は、光出力、検出器の感応性およびジャイ
ロスコープのスケールファクタに依存して、1°/hの
回転速度に対応する。そのような大きな振幅の差異の場
合には、図12において信号VC1■C′およびVDの
間の結合係数Kにより記号化されるように、すべての可
能なEMC測度にもかかわらず不所望の寄生経路が避け
がたく、それは本来、異なった寄生振幅により、かつし
たがって信号VDにおける回転速度に対応する異なった
誤差により、厳密に言えば、動作状態モードAまたはB
に依存し、なぜならば、仮定されるように、後者は前者
より3倍高い変調振幅を有し、かつしたがってより強い
寄生効果を有するからである。回転速度に関して、これ
らの異なった寄生振幅は、異なったジャイロスコープの
ゼロ点誤差に導き、それらはバイアスB またはBbと
して示され、それは瞬時の変調状態モードAまたはモー
ドBに依存する。 [0018] したがって、再設定信号のランプこう配は、閉制御回路
を介して、回転の真の入力速度D およびそれぞれのバ
イアスB またはBbの合計に正比例する態様e
aにおいて
調整され、それは変調モードAがあるがBがあるかに依
存する。 [0019] 添付の図面の図1において、D +B >01Do
+Bb>OおよびBa>Be a bが保持され、すなわち異なったB またはBbがある
例が示される。もしり。 =const、であると仮定されれば、そのときモード
AがあるがまたはモードBがあるかに依存して異なった
ランプこう配が生じられ、なぜならばランプこう配はD
+B に正比例する態様においてまたはDe+B
bに正比例する態様に a おいて調整されるからである。 [00201 図1に示された例においては、モードBの間のこう配は
モードAにおけるより平らであり、なぜならばBbくB
8が仮定されるからである。したがって、モードから独
立したバイアス(B8=Bb)のための場合よりも、モ
ードBにおける運転休止時間tbはモードAにおける運
転休止時間t8と比較してより大きい。 しかしながら、B およびBbだけでなく入力回転速度
D8も双方のモードにおけるランプこう配に影響を与え
るので、モードのパルスデューティ比(T8/Tb)は
またD に依存する。上に取扱われたスケールファクタ
の非直線性はこれから結果として生ずる。 [0021] 他方では、上に述べられたロック・イン効果は、それに
おいて合計(D8十B8)または(D。+Bb)が2つ
のモードのために異なった符号を有する回転速度範囲に
起こり、すなわちそれは(D +B )>0または
(D。+B、)<Oa であることを保つときにである。低い回転速度のために
全く実際的なこの場合は図2において表示される。再設
定信号のランプ(表示の明快さのために変調なしに例示
される)は、たとえば正の勾配によりモードAにおいて
始まり、なぜならば仮定されるように(D 十B
)>Oが適用されるからである。ランプが(a 上方の)オーバフロー範囲(図14におけるオーバフロ
ー信号SL)に到着するときには、モードBに切り換え
が行なわれる。しかしながら、次いで制御は負のランプ
こう配をトリガし、なぜならば今(D8+Bb)〈Oで
あることを保つからであり、すなわちランプ勾配はその
符号を変え、かつしたがって、オーバフロー領域を去り
、かつモードAがもう一度持続する。しかしながら、正
のランプこう配が、モードBへの反転がもう一度起こる
までその他にもう一度このモードAに属する。したがっ
て、制御は「捕われて」保持され、すなわち干渉計配置
はロック・インの状態にある。どんなに迅速に図2にお
いてモードAおよびBの間に表示された「ジクザクラン
プ」がオーバフロー制限において変化するかは、制御の
迅速さにより決定され、これは一般的に非常に高い。ロ
ック・イン状態は、入力回転速度範囲のために保持され
、それにおいて特定の不等が満たされ、すなわちしたが
ってロック・イン範囲はIB8−Bb 1の幅を有する
。 [0022] ここまでに与えられた説明において、特定のランプ値は
、「変調されない」ランプφ(1)の瞬時の値であると
解釈される。このランプ値は、回転角度に正比例し、か
つ信号5ADDに対応する。ランプこう配dφ/dtは
、回転角度の時間微分、すなわち回転速度に対応する。 問題とすべきことをはっきりさせるために、公知のラン
プ再設定方法の問題は、ランプ値、すなわち回転角度の
値は、動作モードAまたはBおよびしたがって異なった
バイアスB またはBbのどちらがあるかのための判定
基準であり、かつそれはB8≠Bbがランプ勾配それ自
体に影響を与えるためである。表示されるように、スケ
ールファクタ誤差情報は、強さにおける変化の信号の形
状であり、その周波数は回転速度に正比例し、かつOお
よび約100kHzの間に変化することができ、それは
モードAおよびモードBの間の変調のずれの理論パルス
−デューティ比が1:3であるときにである。しかしな
がら、情報を搬送する強さにおける変化は高い回転速度
においてよりしばしば起こり、かつ結果として、よりよ
いスケールファクタ誤差情報は高い回転速度にあるとい
う明らかな利点は、関連の信号処理装置が比較的高い周
波数範囲を処理しなければならないという事実により反
対される。しかしながら、表示されるように、他方では
、ゼロの回転速度の領域において、公知のランプ再設定
方法は、スケールファクタ誤差情報の欠如に、かつした
がってドリフトの問題に導く。 [0023] したがって、この発明の目的は、低い回転速度、すなわ
ち表示されたロック・イン効果の場合に光フアイバ回転
速度センサの不感帯を避けることと、スケールファクタ
を制御する目的のために処理することが容易である信号
を得ることとである。 [0024] 目的設定を達成することへの予備ステップとして、図1
および図2の参照にょり既に説明されたように、回転角
度の関数としての変調のずれにおける自動的変化は、ス
ケールファクタの非直線性のおよびその範囲が回転速度
の関数であるスケールファクタ誤差情報の広い周波数範
囲の、公知の方法のロック・イン効果のランプオーバフ
ローの場合の主な原因であることが認識された。したが
って、この発明は、ランプ再設定方法を確立するための
変調方法を開発する目標に向けられ、それは、一方では
、スケールファクタ誤差情報を得るためのオーダにより
モードAからモードBへの変調のずれの反転を、また他
方では、この反転を特定的な、たとえば固定されたタイ
ミングにより、かつもはや回転角度の関数としてでなく
規定することとを含む。 [0025] 公知のランプ再設定方法から始まって、特許請求項1の
前文において特定されるように、初めに示された包括概
念に従った回転速度の測定のための光ファイバサニヤッ
ク干渉計の場合には、この発明は、ディジタル積分器お
よびディジタル−アナログ変換器の間に(第2の)ディ
ジタル加算器が配置され、それには第2の入力に第1の
パルス発生器から2つの動作モードの間の予め定められ
たタイミングにより逆にすることができる変調ずれ信号
が与えられ、それは周波数foによりクロック動作され
、かつ(第2の)ディジタル加算器の第2の入力に、第
1の動作モードAのために位相のずれ±π/4に対応す
る信号および第2の動作モードBのために位相のずれ±
3/4πに対応する信号を伝送することに存する。 [0026] この発明および有利な詳細は、図面のさらなる参照によ
り例示的な実施例において以下により詳細に説明される
。 [0027] 図14の説明からすでに知られている配置のグループ、
回路のグループおよび信号は、図3および図4において
同一の記号で参照される。読者に既に知られている機能
的関係の説明は、繰り返されないであろう。第1のステ
ップは、図3に従った配置の動作のモードを述べること
である。 [0028] 光検出器PDは、干渉計の出力信号の光強度■を観測し
、かつ対応する信号VDを供給し、それは増幅器A。に
おいて信号VD’ に増幅される。光強度信号■は、 (1) 周波数f により強度ΔIoにおける変化に導
き、かつ信号DEMR1の助けにより、(第1の)同期
化された復調器5YNCDIにおいて検出されそれはプ
ロセッサCPUにより供給されかつ出力信号VSYIと
同一の周波数のものである、回転速度のシステムのずれ
。周波数f。は、干渉計動作周波数であり、それはf
=1/2toにより与えられ、それは、to=nxl
/cでありそこではn=ファイバコイルFSの光誘導材
料の屈折率、■=ファイバコイルFSにおける光路長お
よびC=真空における光の速度である場合である。 [0029] (2) 変調のずれ反転信号5M0DSの周波数により
変調モードAおよびBの間の強度Δ11 (図12参照
)における変化に導き、それは、下にさらにより詳細に
説明されかつ第2の発生器として表わされるパルス発生
器GEN2において発生され、かつプロセッサCPUに
より供給された信号5YNC2を介してジャイロスコー
プ動作周波数foにより同期化することができる、スケ
ールファクタのシステムのずれ、すなわち干渉計におけ
る電気光学位相変調器PMの位相変調のずれにおけるず
れ。この強度Δ■1における差異は、信号5M0DSの
助けによって(第2の)同期復調器5YNCD2におい
て検出され、かつ結果は信号VSY2であり、それはス
ケールファクタ誤差の測度であり、かつ既に図14に従
った回路から知られるように、積分増幅器IAを介して
、ディジタル−アナログ変換器DAのアナログ設定入力
ガに与えられる。 [0030] 改良された明・決さのために、第1の回転速度制御回路
が下に説明され、スケールファクタ制御回路が続くであ
ろう。 についての情報を含む。 (再び1) 回転速度制御回路 回転速度制御回路のシステムのずれに対応する信号VS
YIは、増幅器Aにおいて増幅され、かつ信号VAを供
給する。増幅器Aは、同時にフィルタを含み、の設計手
順に従って寸法法めされ、この点で、既に一度以上取扱
われている印刷刊行物米国特許穴−第4,705,39
9号に参照が行なわれる。実際には、出力信号VAは、
入力信号VSYIの時間積分の成分を有するであろう。 信号VAは、アナログ−ディジタル変換器ADにおいて
ディジタル化され、かつ生じられたディジタル信号VA
DはメモリM1においてストアされ、これらのプロセス
はバスBCを介してプロセッサCPUにより制御される
。既に知られているように出力信号SM1は、さらなる
加算器のよりよい微分のために、ここに第1の加算器A
DDIとして表わされる、加算器の入力e1にに与えら
れる。第1の加算器ADD1の出力信号5ADD1は、
メモリM2に送られ、それの出力信号SM2は第1の加
算器ADDIのさらなる入力e2に送られ、それは完全
に図14に従った公知の回路と一致している。第1の加
算器ADD1は、メモリM2およびバスBCを介して割
当てられた制御に関連して、ランプ信号発生器を表示し
、それはランプ信号または階段状信号SM2を発生し、
それの立上がり高さは値SM1に対応し、それのステッ
プの幅は光走行時間10に対応する。 [0031] 第1の加算器ADDIおよび第2のメモリM2からなる
ディジタルプロセス装置のワード長を制限することによ
り、第1の加算器ADD1の特定的な出力値が超過され
るときには、信号SM2のランプオーバフローが達成さ
れ、それは、図5に概略的に表わされる。この点で、デ
ィジタル二進数コードのオーバフロー特性を有利に開発
することが可能である。 [0032] 第2の信号成分SM2として示される、この信号は、図
14に従った公知の回路と違って、なお述べられるであ
ろう電気モジュールを介して光位相変調器PMへ送られ
、かつ位相シフトπRをもたらし、それは、上述のオー
バフローにより本質的に2πの位相範囲に制限される(
図5参照)。 [0033] この発明に従って、本質的に方形の変調信号5M0Dが
第2の加算器ADD 2において信号SM2に加えられ
、したがって、組合わせられた変調信号vSCを生ずる
。変調信号5M0Dは、変調信号発生器MODにおいて
発生され、かつジャイロスコープ周波数F。を有する。 変調信号発生器MODは、信号5YNCIを介して、プ
ロセッサCPUまたは発振器○SCにより同期化される
。信号5M0Dの振幅は、ファクタ3により変化させる
ことができ、それは以下にさらになおより詳細に説明さ
れるであろう方法においてであり、既に述べられた第2
のパルス発生器GEN2から得られる信号5M0DS
(図6参照)を介する。信号成分5M0D (図7参照
)は、第2の加算器ADD2において信号SM2に加え
られ、かつディジタル−アナログ変換器DAにおいてア
ナログに変換された後で、ドライバ増幅器APを介して
光位相変調器PMに送られる。この信号成分5M0Dは
そこに位相シフト輸をもたらし、それは、本質的に±π
/4または±3/4πである(図7参照)。したがって
、変調の振幅φヶは、信号5M0DSにより制御される
。上に既に説明されたように、その間に振幅が±π/4
である状態は「モードA」と呼ばれ、また±3/4πの
変調振幅におけるより大きいずれの場合には「モードB
」が設定される。 [0034] 図3に表わされるように、変調振幅の反転は、たとえば
、2つの信号、説明されなモードAに対応する5M0D
1およびモードBに対応する5M0D2は、説明された
振幅により発生器GEN1において発生され、かつ交互
に信号5M0DSにより制御される切換えスイッチSE
Lを介して第2の加算器ADD2の第2の入力に信号5
M0Dとして与えられるように、起こることができる。 [0035] 第2の加算器ADD2のディジタル処理ワード幅は、出
力信号■SCが、オーバフローの結果を起こすことなし
に、常に入力信号SM2または5M0Dの和に対応する
ように設計される。組合わせられた信号VSC(図8参
照)は、既に説明された態様においてディジタル−アナ
ログ変換器DAに送られ、かつ電圧信号VCに変換され
、かつ信号vC′ を形成するように増幅され、それの
値は本質的には信号■SCの数値に比例する。電圧vC
′ は、光位相変調器PMにおいて、位相シフトΔφ
をもたらす(再び図8を見られたい)。 [0036] したがって、図3に適合してこの発明に従って修正され
た回路は、以下の原理に基づく。 [0037] 変調されないディジタルランプ値は、位相角範囲2πま
たは±πに対しては、有効のビットπ以上を切捨てるこ
とにより制限される。第2の加算器ADD2における制
限されたランプには方形信号が加えられ、それは、第1
のパルス発生器GEN1、SELまたはMODにおいて
発生され、かつ変調周波数foを有するカミそれは、±
π/4(モードA)および±3/4π(モードB)の位
相角値に従って振幅において反転可能である。この反転
は、それの周波数およびパルス−デューティ比が自由に
選択可能である、第2のパルス発生器GEN2により制
御される。反転値は、プロセッサCPUにより不変に予
め定められ、または回転速度の関数として制御されるこ
とができ、変調周波数f。と同調することが理解できる
。 [0038] 干渉計を介して、位相変調器PMに送られる、図8に表
わされた変調されたランプ信号は、前記干渉計の出力に
おいて強度信号I (t)を生じ、それは本質的に以下
の関係を満たす。 [0039] I (t)〜cos (Δφ(1)+Δφo(t))そ
こではΔφ(t)=Δφ (1)−八φc (t−to
)が有効であり、Δφ。 (1)は位相変調器PMにおける位相シフトであり、か
つΔφo (t)はサニヤック位相シフトであり、そ
れは、回転速度に比例し、かつ[0040]
【数1】
により与えられる。ここでは、■はファイバコイルFS
における光路の長さを示し、かつDはそれの平均直径を
示し、λは用いられる光の波長、Cは空きにおける光の
速度およびΩは回転速度である。 [0041] 信号Δφ(1)は図9に表わされる。図10は、強度に
おける結果として生ずる変動をΔφ(1)および△φo
(t)の関数として再生する。これらの2つの図から
れかるように、回転速度に比例する位相シフト△φ。(
1)は、強度■が時間間隔「■」および「IVJにおい
て上がり、かつ時間間隔「I IJ、「■IIJまたは
「v」において下りるという事実に導く。時間I(t)
による強度における結果として生ずる変動は、図12に
表わされる。 [0042] 強度ΔIoにおける差異は、上述のように、第1の同期
復調器5YNCD1の助けによって検出され、かつ信号
φR(図5参照)のランプこう配を制御する働きをし、
Δφ。の効果は、位相シフトΔφの平均値により補償さ
れ、それは同一の係数を有するが異なった符号を有する
。次いで、強度I (t)のために、I (t) 〜c
os (Δφ(t))=cons t。 に保つ。このことから、φRのランプこう配は、回転速
度の測度であるといウコとになる。 [0043] 回転速度録の代わりに、回転角度をそれの積分として読
出すことが有利であり得る。これは、たとえば、第2の
メモリM2の出力におけるランプ信号SM2のまたは第
1の加算器ADDIの出力信号5ADDIの上述のオー
バフローを計数することにより行なうことができる。オ
ーバフローと、これから生ずる、2πだけの位相角度φ
Rにおける戻りは、このプロセスにおいて、[0044
]
における光路の長さを示し、かつDはそれの平均直径を
示し、λは用いられる光の波長、Cは空きにおける光の
速度およびΩは回転速度である。 [0041] 信号Δφ(1)は図9に表わされる。図10は、強度に
おける結果として生ずる変動をΔφ(1)および△φo
(t)の関数として再生する。これらの2つの図から
れかるように、回転速度に比例する位相シフト△φ。(
1)は、強度■が時間間隔「■」および「IVJにおい
て上がり、かつ時間間隔「I IJ、「■IIJまたは
「v」において下りるという事実に導く。時間I(t)
による強度における結果として生ずる変動は、図12に
表わされる。 [0042] 強度ΔIoにおける差異は、上述のように、第1の同期
復調器5YNCD1の助けによって検出され、かつ信号
φR(図5参照)のランプこう配を制御する働きをし、
Δφ。の効果は、位相シフトΔφの平均値により補償さ
れ、それは同一の係数を有するが異なった符号を有する
。次いで、強度I (t)のために、I (t) 〜c
os (Δφ(t))=cons t。 に保つ。このことから、φRのランプこう配は、回転速
度の測度であるといウコとになる。 [0043] 回転速度録の代わりに、回転角度をそれの積分として読
出すことが有利であり得る。これは、たとえば、第2の
メモリM2の出力におけるランプ信号SM2のまたは第
1の加算器ADDIの出力信号5ADDIの上述のオー
バフローを計数することにより行なうことができる。オ
ーバフローと、これから生ずる、2πだけの位相角度φ
Rにおける戻りは、このプロセスにおいて、[0044
]
【数2】
の角増分に対応する。ファイバコイルの直径がD=6c
mである干渉計が使用されるときには、上述の角増分α
は、おおよそ4角度秒である。このオーバフロー情報は
、たとえば、第1の加算器ADDIにより、それのオー
バフロー出力信号SLおよびバスBCを介して、プロセ
ッサCPUに与えることができ、それは、角増分を計数
する(それらを合計する)。 (再び2) スケールファクタ制御回路上に説明された
ように、第2の同期復調器5YNCD2の出力信号VS
Y2はスケールファクタ誤差の測度である。この誤差信
号は、積分増幅器IAに与えられ、それは、制御工学の
観点から寸法液めされかつスケールファクタ制御の制御
工学の特性を決定するフィルタを表わす。出力信号SI
Aは、入力信号VSY2の時間積分に対応する少なくと
も1つの成分を含む。また、図14に従った公知の回路
の場合のように、信号SIAは、ディジタル−アナログ
変換器DAの入力eMに送られる。ディジタル−アナロ
グ変換器DAは、乗算ディジタル−アナログ変換器とし
て表わされてもよく、すなわち、それの出力量VCは、
本質的に2つの信号VSC(ディジタル)および5IA
(アナログ)の積に比例する。したがって、強度Δ■1
(図12)における差異についての情報の助けにより
、信号VCの電圧のずれは、光位相変調器PMにおける
変調位相ずれは、正確に±π/4(モードA)または±
3/4π(モードB)であるような方法で制御される。 したがって、同時にオーバフロー(図5参照)により生
じられる位相φ2の戻りは、正確に2πに対応すること
が確実にされる。 [0045] 図11は、ここでは、たとえば、光位相シフトが望まれ
るより少ない程度まで現われる形式の、スケールファク
タ誤差の存在が与えられて、強度における変動を決定す
る動作点■、II、III、IVまたはVがどのように
動作点、■′II’ III’、IV’ V’
にシフトされるか、かつ強度Δ11 (図12)におけ
る上述の変化がどのように生じられるかを表わす。適当
な補正信号SIAをディジタル−アナログ変換器DAの
入力eMに送ることにより、信号VCの出力振幅および
したがって、光位相シフトは、所望の動作点、■、II
、III、IV、■が再び達せられ、かつ強度△■1に
おける変化が消滅するように増加される。 [0046] 完全さのために、図13は、さらに、バスBCを介して
第1の同期復調器SYNCD1.に送られるべき同期化
信号DEMRIを示す。 [0047] 図4に表わされた(部分的な)回路は、それの機能のモ
ードにおいて、図3に従ったものに完全に対応する。唯
一の差異は、第2の同期復調器が、ここでは、印刷刊行
物米国特許穴−第4,705,399号の14図に類似
の態様においてそれの正のまたは負の入力に4つのサン
プル−保持回路の信号VS1、VS2またはVS4、V
S3がより詳細に表わされない態様において与えられる
、それぞれに2つの差異増幅器A14およびA23によ
り形成されることである。しかしながら、それを介して
強度における変化の信号は最終的に積分増幅器IAに与
えられる、出力側の切換えスイッチに2は、第2のパル
ス発生器GEN2の自由に選択可能であるが固定された
出力信号5M0DSにより制御され、すなわちそれは不
変に予め定められたモードのずれの反転または変調のず
れの反転に合わせてであるということにおいて、公知の
回路と異なる。 [0048] たとえば図3または図4に適合して、この発明に従って
修正された回路においては、異なった変調のずれの干渉
は、バイアスにおける変化をもたらすために続くという
ことが真である。しかしながら、後者はもはや回転速度
の関数ではなくむしろその値は一定で、かつデユーティ
比に関して荷重された、2つの変調のずれのバイアス値
の平均値に対応する。それにより変調のずれにおける変
化が制御され、かつそれによりスケールファクタ誤差情
報が起こる、周波数およびパルス−デューティ比の誤差
は、広い制限内で自由に選択可能であり、かつとりわけ
知られているので、スケールファクタ制御は固定された
周波数に最適化することができる。 [0049] ディジタル位相ランプ再設定による光ファクタ慣性回転
速度センサのための公知の実現化例と対照してみると、
この発明は、述べられたロック・イン効果およびそれと
ともに結付いたスケールファクタの非直線性は避けられ
ることと、プロセスのためにより有利である信号はスケ
ールファイバ制御のためにあることとの、決定的な利点
を提供する。 [00501 先にジャイロスコープ電子工学のために必要であるよう
に保持された詳しいEMC測度は、少なくとも部分的に
、避けることができる。 [0051] 制御電子工学のディジタル部分において必要とされる回
路上の余分の費用は相対的に低く、かつ現代式の集積回
路の使用において重要ではない。 [0052] 位相変調器PMの変調の範囲はわずかに増加させられる
ので、これは、また、アナログドライバ構成要素におけ
る変調のためのいくぶんより高い能力およびディジタル
−アナログ変換器DAの1ビツトだけの分解能における
増加を必要とする。しかしながら、この発明に従った実
現化例のかなりの実際的な利点を考慮して、このわずか
な余分の費用は無視してよい。 [0053] もし、上に述べられたことおよび前掲の特許請求の範囲
が基本のまたは干渉計動作周波数f。=172toから
始まれば、かつそのその程度まで、回転速度の測定のた
めのこの発明に従った装置は、またただわずかに離調さ
れた周波数により動作することが可能であると明確に述
べることができる。 [0054] 概して、発明の枠組み内に、中央のプロセッサ(CPU
)は、市場で入手可能のマイクロプロセッサによって実
現することができかつ実現される。この発明の概念から
逸脱することなしに、また、「ハードワイヤの」論理に
おいて実現化例が可能である。
mである干渉計が使用されるときには、上述の角増分α
は、おおよそ4角度秒である。このオーバフロー情報は
、たとえば、第1の加算器ADDIにより、それのオー
バフロー出力信号SLおよびバスBCを介して、プロセ
ッサCPUに与えることができ、それは、角増分を計数
する(それらを合計する)。 (再び2) スケールファクタ制御回路上に説明された
ように、第2の同期復調器5YNCD2の出力信号VS
Y2はスケールファクタ誤差の測度である。この誤差信
号は、積分増幅器IAに与えられ、それは、制御工学の
観点から寸法液めされかつスケールファクタ制御の制御
工学の特性を決定するフィルタを表わす。出力信号SI
Aは、入力信号VSY2の時間積分に対応する少なくと
も1つの成分を含む。また、図14に従った公知の回路
の場合のように、信号SIAは、ディジタル−アナログ
変換器DAの入力eMに送られる。ディジタル−アナロ
グ変換器DAは、乗算ディジタル−アナログ変換器とし
て表わされてもよく、すなわち、それの出力量VCは、
本質的に2つの信号VSC(ディジタル)および5IA
(アナログ)の積に比例する。したがって、強度Δ■1
(図12)における差異についての情報の助けにより
、信号VCの電圧のずれは、光位相変調器PMにおける
変調位相ずれは、正確に±π/4(モードA)または±
3/4π(モードB)であるような方法で制御される。 したがって、同時にオーバフロー(図5参照)により生
じられる位相φ2の戻りは、正確に2πに対応すること
が確実にされる。 [0045] 図11は、ここでは、たとえば、光位相シフトが望まれ
るより少ない程度まで現われる形式の、スケールファク
タ誤差の存在が与えられて、強度における変動を決定す
る動作点■、II、III、IVまたはVがどのように
動作点、■′II’ III’、IV’ V’
にシフトされるか、かつ強度Δ11 (図12)におけ
る上述の変化がどのように生じられるかを表わす。適当
な補正信号SIAをディジタル−アナログ変換器DAの
入力eMに送ることにより、信号VCの出力振幅および
したがって、光位相シフトは、所望の動作点、■、II
、III、IV、■が再び達せられ、かつ強度△■1に
おける変化が消滅するように増加される。 [0046] 完全さのために、図13は、さらに、バスBCを介して
第1の同期復調器SYNCD1.に送られるべき同期化
信号DEMRIを示す。 [0047] 図4に表わされた(部分的な)回路は、それの機能のモ
ードにおいて、図3に従ったものに完全に対応する。唯
一の差異は、第2の同期復調器が、ここでは、印刷刊行
物米国特許穴−第4,705,399号の14図に類似
の態様においてそれの正のまたは負の入力に4つのサン
プル−保持回路の信号VS1、VS2またはVS4、V
S3がより詳細に表わされない態様において与えられる
、それぞれに2つの差異増幅器A14およびA23によ
り形成されることである。しかしながら、それを介して
強度における変化の信号は最終的に積分増幅器IAに与
えられる、出力側の切換えスイッチに2は、第2のパル
ス発生器GEN2の自由に選択可能であるが固定された
出力信号5M0DSにより制御され、すなわちそれは不
変に予め定められたモードのずれの反転または変調のず
れの反転に合わせてであるということにおいて、公知の
回路と異なる。 [0048] たとえば図3または図4に適合して、この発明に従って
修正された回路においては、異なった変調のずれの干渉
は、バイアスにおける変化をもたらすために続くという
ことが真である。しかしながら、後者はもはや回転速度
の関数ではなくむしろその値は一定で、かつデユーティ
比に関して荷重された、2つの変調のずれのバイアス値
の平均値に対応する。それにより変調のずれにおける変
化が制御され、かつそれによりスケールファクタ誤差情
報が起こる、周波数およびパルス−デューティ比の誤差
は、広い制限内で自由に選択可能であり、かつとりわけ
知られているので、スケールファクタ制御は固定された
周波数に最適化することができる。 [0049] ディジタル位相ランプ再設定による光ファクタ慣性回転
速度センサのための公知の実現化例と対照してみると、
この発明は、述べられたロック・イン効果およびそれと
ともに結付いたスケールファクタの非直線性は避けられ
ることと、プロセスのためにより有利である信号はスケ
ールファイバ制御のためにあることとの、決定的な利点
を提供する。 [00501 先にジャイロスコープ電子工学のために必要であるよう
に保持された詳しいEMC測度は、少なくとも部分的に
、避けることができる。 [0051] 制御電子工学のディジタル部分において必要とされる回
路上の余分の費用は相対的に低く、かつ現代式の集積回
路の使用において重要ではない。 [0052] 位相変調器PMの変調の範囲はわずかに増加させられる
ので、これは、また、アナログドライバ構成要素におけ
る変調のためのいくぶんより高い能力およびディジタル
−アナログ変換器DAの1ビツトだけの分解能における
増加を必要とする。しかしながら、この発明に従った実
現化例のかなりの実際的な利点を考慮して、このわずか
な余分の費用は無視してよい。 [0053] もし、上に述べられたことおよび前掲の特許請求の範囲
が基本のまたは干渉計動作周波数f。=172toから
始まれば、かつそのその程度まで、回転速度の測定のた
めのこの発明に従った装置は、またただわずかに離調さ
れた周波数により動作することが可能であると明確に述
べることができる。 [0054] 概して、発明の枠組み内に、中央のプロセッサ(CPU
)は、市場で入手可能のマイクロプロセッサによって実
現することができかつ実現される。この発明の概念から
逸脱することなしに、また、「ハードワイヤの」論理に
おいて実現化例が可能である。
【図1】
再設定信号のランプこう配における既に説明された変化
を示し、その変化は、変調のずれにおける変化、すなわ
ち動作モ・−ドに依存する。
を示し、その変化は、変調のずれにおける変化、すなわ
ち動作モ・−ドに依存する。
【図2】
低い回転速度の場合における、同様に既に説明されたロ
ック・イン効果の生成を示す。
ック・イン効果の生成を示す。
【図3】
回転速度測定のためのこの発明に従った干渉計の配置の
第1の例示的な実施例を示す。
第1の例示的な実施例を示す。
【図4】
図3に従った配置の修正された実施例を示す。
【図5】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図6】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図7】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図8】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図9】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図10】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図11】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図12】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図13】
図3および図4に従った回路の動作のモードを説明する
ために信号の形状を示す。
ために信号の形状を示す。
【図14】
回転速度信号のディジタル処理ならびに変調のずれ信号
およびランプ再設定信号の発生を有する光フアイバ干渉
計の、先行技術に対応する、既に説明された配置を示す
。
およびランプ再設定信号の発生を有する光フアイバ干渉
計の、先行技術に対応する、既に説明された配置を示す
。
AD アナログ−ディジタル変換器
ADD 1 ディジタル積分器
ADD 2 ディジタル加算器
AM 位相変調器
AP ドライバ増幅器
CPU プロセッサ
DA ディジタル−アナログ変換器
FS ファイバコイル
GENI 第1のパルス発生器
GEN2 第2のパルス発生器
IA 前記部槽幅器
L 光源
Ml ディジタル積分器
M2 ディジタル積分器
PD 検出器装置
PM 位相変調器
SEL 切換えスイッチ
SIA スケールファクタ補正信号
STI ビームスプリッタ
5YNCDI 第1の同期復調器
5YNCD2 復調器
A
VD
VD’
復調されかつ増幅された出力信号
出力信号
増幅された光検出器出力信号
図面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図101
【図12】
【図13】
【図14】
Claims (6)
- 【請求項1】光源(L)から発し、かつビーム分割(S
T1)により発生される2つの光ビームは、ファイバコ
イル(FS)内に反対方向に照射されかつ後で再び一体
にされ、 生じられる干渉パターンは、それの出力信号(VD)が
干渉パターンの光強度に対応する、検出器装置(PD)
に与えられ、ファイバコイルに置かれた位相変調器(P
M)の援助によって、2つの光ビームは、複数個の可変
信号成分から組合わせられ、かつ基本周波数F_0=1
/2T_0を有し、そこではT_0=ファイバコイル(
FS)を介した光ビームの各々の走行時間である、周期
的方形信号により変調され、変調のずれにおける周期豹
変化と関連して、第1の信号成分は、2つの動作モード
(AおよびB)の間に、周波数f_0と合わせて2つの
逆回転する光ビームの逆方向の交互の位相シフト(φ_
M)をもたらし、第2の信号成分は、それの立上がりが
各々、走行時間t_0またはt_0の整数倍数に対応す
る持続時間および2つの光ビームの逆方向でない増分の
位相シフトを補償する振幅増分を有する、階段状ランプ
信号であり、増幅された光検出器出力信号(VD′)は
、周波数f_0によりクロック動作される第1の同期復
調器(SYNCD1)に送られ、復調されかつ増幅され
た出力信号(VA)は、アナログ−ディジタル変換器(
AD)に送られ、かつディジタル化の後でディジタル積
分器(M1、ADD1およびM2)において積分され、
かつ第2の信号成分によって光ビームの逆方向でない位
相シフトを補償するために、ディジタル−アナログ変換
器(DA)およびドライバ増幅器(AP)を介して、位
相変調器(PM)に与えられ、モード反転に合わせて増
幅された光検出器出力信号(VD′)を復調し、かつ積
分増幅器(IA)を介してディジタル−アナログ変換器
(DA)にアナログスケールファクタ補正信号(SIA
)を伝送する、スケールファクタ補正回路が与えられ、
かつそこにおいて、 プロセッサ(CPU)は、第1の同期復調器(SYNC
D1)、アナログ−ディジタル変換器(AD)およびデ
ィジタル積分器(M1、ADD1およびM2)のために
制御および同期化信号を供給し、 そこにおいて、 ディジタル積分器(M1、ADD1およびM2)および
ディジタル−アナログ変換器(DA)の間に、ディジタ
ル加算器(ADD2)が配置され、それには、第2の入
力に、第1のパルス発生器(GEN1)から2つの動作
モード(AまたはB)の間の予め定められたタイミング
により反転することができる変調のずれ信号が与えられ
、それは、周波数f_0によりクロック動作され、かつ
ディジタル加算器(ADD2)の第2の入力に、第1の
動作モード(A)のための位相のずれ±π/4に対応す
る信号および第2の動作モード(B)のための位相のず
れ±3π/4に対応する信号を伝送する、回転速度の測
定のための光ファイバサニャック干渉計。 - 【請求項2】第1のパルス発生器(GEN1)およびデ
ィジタル加算器(ADD2)の第2の入力の間に位置さ
れ、かつパルス信号がディジタル加算器(ADD2)の
第2の入力に通過するような方法で動作モード反転に合
わせて第2のパルス発生器(GEN2)により駆動され
、そのパルス信号は、第1の動作モード(A)において
位相のずれ±π/4に、かつ第2の動作モード(B)に
おいて位相のずれ±3π/4に対応する、切換えスイッ
チ(SEL)を含む、請求項1に記載の干渉計。 - 【請求項3】第2のパルス発生器(GEN2)の動作周
波数およびパルス−デューティ比は自由に選択可能であ
る、請求項2に記載の干渉計。 - 【請求項4】第2のパルス発生器(GEN2)のパルス
−デューティ比および/または周波数は、回転速度の関
数として制御することができる、請求項2に記載の干渉
計。 - 【請求項5】第2のパルス発生器(GEN2)のパルス
−デューティ比および/または周波数は、変調周波数f
_0により同期化される、請求項2に記載の干渉計。 - 【請求項6】第2のパルス発生器(GEN2)の出力信
号は、スケールファクタ補正信号を供給する復調器(S
YNCD2)のためのクロック信号である、先行請求項
の1つに記載の干渉計。
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EP90100103A EP0436052B1 (de) | 1990-01-03 | 1990-01-03 | Faseroptisches Sagnac-Interferometer mit digitaler Phasenrampenrückstellung zur Drehratenmessung |
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---|---|---|---|
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DE4034664A1 (de) * | 1990-10-31 | 1992-05-07 | Litef Gmbh | Faseroptisches sagnac-interferometer zur drehratenmessung |
US5412471A (en) * | 1991-03-12 | 1995-05-02 | Mitsubishi Precision Co., Ltd. | Optical gyro with expanded detectable range of input rotation angular velocity and optical waveguide-type phase modulator used in the same |
EP0551537B1 (de) * | 1992-01-13 | 1995-03-22 | LITEF GmbH | Verfahren und Einrichtung zur Drehratenmessung mittels eines faseroptischen Sagnac-Interferometers |
US5400142A (en) * | 1994-05-03 | 1995-03-21 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic angular rate sensor including digital phase modulation |
US5530545A (en) * | 1994-07-29 | 1996-06-25 | Litton Systems, Inc. | Method for reducing random walk in fiber optic gyroscopes |
KR100416283B1 (ko) * | 1995-12-28 | 2004-05-24 | 리톤 시스템즈 인코포레이티드 | 광섬유자이로스코프변조방법및광섬유자이로스코프출력랜덤워크(randomwalk)소음조정방법 |
US5850286A (en) * | 1997-05-12 | 1998-12-15 | Litton Systems, Inc. | Fiber optic gyro with optical intensity spike suppression |
US5883716A (en) * | 1997-07-15 | 1999-03-16 | Litton Systems, Inc. | Rate control loop for fiber optic gyroscope |
US7336364B2 (en) * | 2005-11-29 | 2008-02-26 | Honeywell International, Inc. | Minimal bias switching for fiber optic gyroscopes |
US7515272B2 (en) * | 2006-03-17 | 2009-04-07 | Honeywell International Inc. | Digital feedback systems and methods for optical gyroscopes |
CN116045947B (zh) * | 2023-03-31 | 2023-05-30 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 基于多级积分线路进行光纤陀螺解调的方法及光纤陀螺 |
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FR2566133B1 (fr) * | 1984-06-14 | 1986-08-29 | Thomson Csf | Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau |
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FR2636425B1 (fr) * | 1988-09-14 | 1990-11-30 | Photonetics | Dispositif de mesure a fibre optique, gyrometre, centrale de navigation et de stabilisation |
-
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---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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