JPH04340412A - Signal processor for optical gyroscope - Google Patents

Signal processor for optical gyroscope

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Publication number
JPH04340412A
JPH04340412A JP11300991A JP11300991A JPH04340412A JP H04340412 A JPH04340412 A JP H04340412A JP 11300991 A JP11300991 A JP 11300991A JP 11300991 A JP11300991 A JP 11300991A JP H04340412 A JPH04340412 A JP H04340412A
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JP
Japan
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signal
digital
angular velocity
frequency
analog
Prior art date
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Pending
Application number
JP11300991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Naruse
成瀬 寛志
Takahisa Hirano
平野 隆史
Akihiro Kurokawa
黒河 明広
Yoshiaki Hayakawa
義彰 早川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US07/818,164 priority patent/US5289257A/en
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Abstract

PURPOSE:To achieve a minimization of bias variations in a gyroscope, higher linearity and scale factor safety and further an expansion of the maximum detection angular velocity range by making an output signal of the gyroscope exactly proportional to an input rotational angular velocity concerning a signal processor for an optical gyroscope. CONSTITUTION:Frequency components of frequencies fn, 2fn and 4fn of photoelectric conversion output signals 7 are converted into signals of frequencies fn, 2 fn and 4 fn respectively. Moreover, a signal 19 digitized is demodulated digitally with digital signals 24 and 25 synchronized in phase with a phase modulator drive signal 8 and sifted by 90 deg. in phase therefrom to judge the polarity of the rotational angular velocity based on the results. Then, a control is so performed that an amplitude ratio of signal components corresponding to the frequency of 2fn and 4fn of the signal 7 is made fixed thereby outputting a signal 33 proportional to the rotational angular velocity.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光学ジャイロ用信号処
理装置に係り、特に、回転軸と共動する光伝搬路、例え
ば光ファイバ、に一定の波長の光を時計回り方向と反時
計回り方向に同時に伝搬させ且つ位相変調し、両方向に
伝搬した光の干渉光の強度からサニャック(Sagna
c)効果に基づく光の位相差を検出して回転角速度に比
例した信号を得るようにした光学ジャイロのための信号
処理装置に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a signal processing device for an optical gyro, and more particularly, the present invention relates to a signal processing device for an optical gyro, and in particular, it transmits light of a certain wavelength to a light propagation path, such as an optical fiber, cooperating with a rotation axis in a clockwise and counterclockwise direction. Sagnac is determined from the intensity of interference light of light propagated in both directions and phase modulated simultaneously.
c) It relates to a signal processing device for an optical gyro that detects the phase difference of light based on the effect and obtains a signal proportional to the rotational angular velocity.

【0002】0002

【従来の技術】図5に従来形の一例としての位相変調方
式光ファイバジャイロの構成が一部模式的に示される。 図中、1は光源、2a,2b は光分配結合器、3は偏
光器、4は位相変調器、5は回転軸に垂直に巻かれた偏
波面保存単一モード光ファイバで形成されている光伝搬
路、6は光電変換器、201 はバンドパスフィルタ、
203 はアナログ乗算器、204 は発振器、205
 は方形波変換回路、208 はローパスフィルタ、7
は光電変換出力信号、8は位相変調器駆動信号、202
,206 および207 は各回路の出力信号、そして
209 はジャイロ出力信号を示す。また、Pは信号処
理回路を示す。
2. Description of the Related Art FIG. 5 schematically shows a part of the structure of a phase modulation type optical fiber gyro as an example of a conventional type. In the figure, 1 is a light source, 2a and 2b are optical distribution couplers, 3 is a polarizer, 4 is a phase modulator, and 5 is a polarization-maintaining single mode optical fiber wound perpendicular to the rotation axis. an optical propagation path, 6 a photoelectric converter, 201 a bandpass filter,
203 is an analog multiplier, 204 is an oscillator, 205
is a square wave conversion circuit, 208 is a low-pass filter, 7
is a photoelectric conversion output signal, 8 is a phase modulator drive signal, 202
, 206 and 207 are the output signals of each circuit, and 209 is the gyro output signal. Further, P indicates a signal processing circuit.

【0003】図5の構成において、光源1から出射され
た第1の光ビームは、第1の光分配結合器2aに入射し
、2分されて第2、第3の光ビームとなる。第2の光ビ
ームは実線矢印方向に進み、偏光器3に入射する。偏光
器3に入射した第2の光ビームは、一定の偏波のみが透
過し、第2の光分配結合器2bに入射する。第2の光分
配結合器に入射した第2の光ビームは、2分されて第4
、第5の光ビームとなる。第4の光ビームは破線矢印方
向に進み、位相変調器4に入射し、Φm ・sin(ω
m t)の位相変調を受ける。ただし、Φm は最大位
相偏移、ωm は位相変調器駆動角周波数を示す。位相
変調を受けた第4の光ビームは、光伝搬路5を反時計回
り方向に伝搬した後、第2の光分配結合器2bに再入射
する。第5の光ビームは、第2の光分配結合器2bから
一点鎖線矢印方向に伝搬し、光伝搬路5を時計回り方向
に伝搬した後、位相変調器4に入射してΦm ・sin
(ωm t)の位相変調を受けた後、第2の光分配結合
器2bに再入射する。第2の光分配結合器に入射した第
4、第5の光ビームは、再結合されて第6の光ビームと
なる。第6の光ビームは偏光器3に入射し、一定偏波成
分のみが透過し、第1の光分配結合器2aに入射する。 第1の光分配結合器2aに入射した第6の光ビームは、
2分されて第7、第8の光ビームとなり、このうち第8
の光ビームは光電変換器6に入射される。光電変換器6
の出力信号である光電変換出力信号7は、次式で表され
る。
In the configuration shown in FIG. 5, a first light beam emitted from a light source 1 enters a first optical splitting/coupling device 2a, and is divided into two to form second and third light beams. The second light beam travels in the direction of the solid arrow and enters the polarizer 3. The second light beam incident on the polarizer 3 transmits only a certain polarized wave, and enters the second optical splitter/coupler 2b. The second light beam incident on the second optical splitting coupler is split into two and a fourth light beam is split into two.
, becomes the fifth light beam. The fourth light beam travels in the direction of the dashed arrow, enters the phase modulator 4, and becomes Φm ·sin(ω
m t) is subjected to phase modulation. Here, Φm represents the maximum phase shift, and ωm represents the phase modulator driving angular frequency. The fourth optical beam that has undergone phase modulation propagates counterclockwise through the optical propagation path 5, and then re-enters the second optical splitter/coupler 2b. The fifth light beam propagates from the second optical splitting/coupling device 2b in the direction of the dashed-dotted line arrow, and after propagating clockwise through the optical propagation path 5, enters the phase modulator 4 and becomes Φm ・sin.
After receiving the phase modulation of (ωm t), the light enters the second optical splitting coupler 2b again. The fourth and fifth light beams incident on the second optical splitter and coupler are recombined to form a sixth light beam. The sixth light beam is incident on the polarizer 3, and only a fixed polarization component is transmitted therethrough, and is incident on the first optical splitter/coupler 2a. The sixth light beam incident on the first optical splitter coupler 2a is
It is divided into two and becomes the seventh and eighth light beams, of which the eighth
The light beam is incident on the photoelectric converter 6. Photoelectric converter 6
The photoelectric conversion output signal 7, which is the output signal of , is expressed by the following equation.

【0004】   V1 ∝P0{1+J1(η)cosφs    
 +2 cosφs Σ(−1)k J2k(η) c
os 2kωm (t−τ/2)     +2 si
nφs Σ(−1)k J2k−1(η) cos (
2k−1)ωm (t−τ/2) }……(1) ただ
し、V1 は光電変換出力信号、P0は第8の光ビーム
の非干渉光光量、Ji はi次ベッセル関数(i=0、
1、2、………)、ηは位相変調度(=2Φm ・si
n ωm τ/2 )、τは光伝搬路遅延時間(=nL
/C)、nは光ファイバの等価屈折率、Lは光ファイバ
長、Cは真空中における光速、φs はサニャック効果
による光の位相差(=4πRLΩ/λC)、Rは光伝搬
路半径、Ωは入力回転角速度、そしてλは真空中におけ
る光の波長を示す。なお、Σはk=1〜∞までの総和を
表す。
[0004] V1 ∝P0{1+J1(η)cosφs
+2 cosφs Σ(-1)k J2k(η) c
os 2kωm (t-τ/2) +2 si
nφs Σ(-1)k J2k-1(η) cos (
2k-1) ωm (t-τ/2) }...(1) Where, V1 is the photoelectric conversion output signal, P0 is the incoherent light amount of the eighth light beam, and Ji is the i-th Bessel function (i=0 ,
1, 2, ......), η is the phase modulation degree (=2Φm ・si
n ωm τ/2 ), τ is the optical propagation path delay time (=nL
/C), n is the equivalent refractive index of the optical fiber, L is the length of the optical fiber, C is the speed of light in vacuum, φs is the phase difference of light due to the Sagnac effect (=4πRLΩ/λC), R is the radius of the optical propagation path, Ω is the input rotational angular velocity, and λ is the wavelength of light in vacuum. Note that Σ represents the sum of k=1 to ∞.

【0005】光電変換出力信号7は、バンドパスフィル
タ201 に入力され、位相変調器駆動信号8と同一角
周波数のωm 成分が透過される。また、発振器204
 から出力される位相変調器駆動信号8は、方形波変換
回路205 に入力され、周波数および位相の同期した
方形波に変換される。バンドパスフィルタ201 の出
力信号202 と方形波変換回路205 の出力信号2
06は、共にアナログ乗算器203 に入力される。ア
ナログ乗算器203 の出力信号207は、次式で表さ
れる。
The photoelectric conversion output signal 7 is input to a bandpass filter 201, and the ωm component having the same angular frequency as the phase modulator drive signal 8 is transmitted. In addition, the oscillator 204
The phase modulator drive signal 8 outputted from the square wave converter circuit 205 is input to the square wave conversion circuit 205 and converted into a square wave whose frequency and phase are synchronized. Output signal 202 of bandpass filter 201 and output signal 2 of square wave conversion circuit 205
06 are both input to the analog multiplier 203. The output signal 207 of the analog multiplier 203 is expressed by the following equation.

【0006】   V2 ∝−2P0 sin φs ・J1(η)c
os ωm (t−τ/2)     ×{(2/π)
 Σsin (2k−1)ωm t+ψm0 /(2k
−1)+1/2 }+U2       =−(2/π
)P0 sin φs ・J1(η)    ×Σ{s
in 2kωm t+ψm0−ωm τ/2     
       +sin 2(k−1)ωm t+ψm
0+ωm τ/2  }/(2k−1)       
−P0 sinφs ・J1(η)cos ωm (t
−τ/2) +U2 …………………(2) ただし、
V2 はアナログ乗算器出力信号、ψm0は方形波変換
回路出力信号の初期位相、そしてU2 はアナログ乗算
器のオフセット電圧を示す。同様に、Σはk=1〜∞ま
での総和を表す。
[0006] V2 ∝-2P0 sin φs ・J1(η)c
os ωm (t-τ/2) × {(2/π)
Σsin (2k-1)ωm t+ψm0 /(2k
−1)+1/2 }+U2 =−(2/π
)P0 sin φs ・J1(η) ×Σ{s
in 2kωm t+ψm0−ωm τ/2
+sin 2(k-1)ωm t+ψm
0+ωm τ/2 }/(2k-1)
−P0 sinφs ・J1(η) cos ωm (t
−τ/2) +U2 …………………(2) However,
V2 represents the analog multiplier output signal, ψm0 represents the initial phase of the square wave conversion circuit output signal, and U2 represents the offset voltage of the analog multiplier. Similarly, Σ represents the sum of k=1 to ∞.

【0007】アナログ乗算器出力信号207 は、ロー
パスフィルタ208 に入力されて直流(DC)成分の
みが透過され、ジャイロ出力信号209 となる。ジャ
イロ出力信号209は、次式で表される。   V3 ∝−(2/π)P0 sin φs ・J1
(η)sin ψm +U2 +U3 …………(3)
 ただし、V3 はジャイロ出力信号、ψm はバンド
パスフィルタ出力信号と方形波変換回路出力信号との間
の位相差(=ψm0+ωm τ/2)、そしてU3 は
ローパスフィルタのオフセット電圧を示す。
The analog multiplier output signal 207 is input to a low-pass filter 208 to pass only the direct current (DC) component, resulting in a gyro output signal 209. The gyro output signal 209 is expressed by the following equation. V3 ∝-(2/π)P0 sin φs ・J1
(η) sin ψm +U2 +U3 …………(3)
However, V3 represents the gyro output signal, ψm represents the phase difference between the bandpass filter output signal and the square wave conversion circuit output signal (=ψm0+ωm τ/2), and U3 represents the offset voltage of the low-pass filter.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光ファ
イバジャイロ用信号処理回路Pにおいては、ジャイロ出
力信号209 は、オフセット電圧U2,U3 が零の
場合でもsin φs に比例している。そのため、入
力回転角速度Ωに対するジャイロ出力の直線性(リニア
リティ)が悪く、また、検出可能な入力回転角速度が、
サニャック効果による位相差φsで±π/2 rad 
 に相当する範囲に制限されるという問題点があった。
In the conventional optical fiber gyro signal processing circuit P described above, the gyro output signal 209 is proportional to sin φs even when the offset voltages U2 and U3 are zero. Therefore, the linearity of the gyro output with respect to the input rotational angular velocity Ω is poor, and the detectable input rotational angular velocity is
±π/2 rad due to phase difference φs due to Sagnac effect
There was a problem in that it was limited to a range corresponding to .

【0009】また、ジャイロ出力信号209 が、光電
変換器に入射する光の非干渉光光量P0の変動、位相変
調器4における位相変調度ηの変動、位相差ψm の変
動等に起因して、リニアリティおよびスケールファクタ
安定性の劣化を生じ易いという問題点もあった。さらに
、入力回転角速度が零、つまりサニャック効果による位
相差φs が零、の場合でも、オフセット電圧U2,U
3 の変動により、バイアス安定性が劣化し易いという
問題点もあった。
[0009] Furthermore, the gyro output signal 209 changes due to fluctuations in the amount of non-coherent light P0 incident on the photoelectric converter, fluctuations in the degree of phase modulation η in the phase modulator 4, fluctuations in the phase difference ψm, etc. There is also the problem that linearity and scale factor stability tend to deteriorate. Furthermore, even when the input rotational angular velocity is zero, that is, the phase difference φs due to the Sagnac effect is zero, the offset voltages U2, U
There was also the problem that bias stability was likely to deteriorate due to fluctuations in 3.

【0010】本発明は、かかる従来技術における課題に
鑑み創作されたもので、ジャイロ出力信号を入力回転角
速度に正確に比例した出力とし、ジャイロのバイアス変
動を極小になし得ると共に、リニアリティおよびスケー
ルファクタ安定性を高め、さらにジャイロの最大検出角
速度範囲を拡大することができる光学ジャイロ用信号処
理装置を提供することを目的としている。
The present invention was created in view of the problems in the prior art, and makes it possible to make the gyro output signal an output that is accurately proportional to the input rotational angular velocity, to minimize the gyro bias fluctuation, and to improve the linearity and scale factor. It is an object of the present invention to provide a signal processing device for an optical gyro that can improve stability and further expand the maximum detection angular velocity range of the gyro.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明によれば、回転軸と共動する光伝搬路に光を時
計回り方向と反時計回り方向に同時に伝搬させ且つ位相
変調し、両方向に伝播した光の干渉光の強度からサニャ
ック効果による光の位相差を検出して回転角速度に比例
した光電変換出力信号を得るようにした光学ジャイロの
信号処理を行う装置であって、位相変調器駆動信号に周
波数と位相が同期したアナログおよびディジタルの参照
信号に応答し、前記光電変換出力信号から該位相変調器
駆動信号の周波数fm と同じ周波数、2倍の周波数2
fm および4倍の周波数4fm の信号成分を取り出
してそれぞれ周波数Δfm 、2Δfm および4Δf
m の信号に変換し、それぞれ第1、第2および第3の
アナログ信号を出力すると共に、前記アナログの参照信
号を周波数Δfm の信号に変換して第4のアナログ信
号を出力する周波数混合回路と、前記第4のアナログ信
号に位相が同期した第2のディジタル信号に応答して前
記第1〜第3のアナログ信号を第1のディジタル信号に
変換するA/Dコンバータと、前記第2のディジタル信
号を出力すると共に前記第4のアナログ信号に位相が同
期した第3のディジタル信号を発生し、該第3のディジ
タル信号に位相が同期し且つ互いに90°位相のずれた
第4および第5のディジタル信号を生成し、前記第1の
ディジタル信号との間でディジタル的に乗算を行ってそ
れぞれ直流成分を取り出し、第6および第7のディジタ
ル信号を出力するディジタル・デモジュレート手段と、
前記第6および第7のディジタル信号に基づいて前記回
転角速度の極性を判別し、第8のディジタル信号を出力
する極性判別手段と、前記第6および第7のディジタル
信号に基づいて、前記光電変換出力信号の2fm と4
fm の周波数に対応する信号成分の振幅比を一定化す
る第9のディジタル信号を出力すると共に、現在の位相
変調度に対応した第10のディジタル信号を出力する位
相変調度演算手段と、前記第6、第7、第8および第1
0のディジタル信号に基づいて前記回転角速度に比例し
た第11のディジタル信号を出力する回転角速度演算手
段と、を具備することを特徴とする光学ジャイロ用信号
処理装置が提供される。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, according to the present invention, light is simultaneously propagated in a clockwise direction and a counterclockwise direction in a light propagation path cooperating with a rotating shaft, and is phase-modulated. , a device for signal processing of an optical gyro that detects the phase difference of light due to the Sagnac effect from the intensity of interference light of light propagated in both directions to obtain a photoelectric conversion output signal proportional to the rotational angular velocity, In response to analog and digital reference signals synchronized in frequency and phase with the modulator drive signal, the photoelectric conversion output signal is converted to a frequency equal to and twice the frequency fm of the phase modulator drive signal.
The signal components of fm and 4 times the frequency 4fm are taken out and the frequencies Δfm, 2Δfm and 4Δf are respectively obtained.
a frequency mixing circuit that converts the analog reference signal into a signal with a frequency Δfm and outputs first, second, and third analog signals, respectively, and converts the analog reference signal into a signal with a frequency Δfm and outputs a fourth analog signal; , an A/D converter that converts the first to third analog signals into first digital signals in response to a second digital signal whose phase is synchronized with the fourth analog signal; outputting the signal and generating a third digital signal whose phase is synchronized with the fourth analog signal; digital demodulating means that generates a digital signal, digitally multiplies it with the first digital signal to extract DC components, and outputs sixth and seventh digital signals;
polarity determining means for determining the polarity of the rotational angular velocity based on the sixth and seventh digital signals and outputting an eighth digital signal; Output signal 2fm and 4
a phase modulation degree calculation means for outputting a ninth digital signal that makes the amplitude ratio of the signal component corresponding to the frequency of fm constant, and a tenth digital signal corresponding to the current phase modulation degree; 6, 7th, 8th and 1st
There is provided a signal processing device for an optical gyro, comprising: rotational angular velocity calculation means for outputting an eleventh digital signal proportional to the rotational angular velocity based on a zero digital signal.

【0012】0012

【作用】上述した構成によれば、周波数混合回路、A/
Dコンバータおよびディジタル・デモジュレート手段を
経て取り出された光電変換出力信号の位相変調器駆動周
波数fm の2倍の周波数2fm および4倍の周波数
4fm の信号成分の振幅の絶対値の比が一定となるよ
うに位相変調度演算手段で位相変調器駆動信号の出力振
幅を制御しているので、位相変調の変調度が安定化され
る。
[Operation] According to the above configuration, the frequency mixing circuit, A/
The ratio of the absolute values of the amplitudes of the signal components of the frequency 2fm, which is twice the phase modulator driving frequency fm, and the frequency 4fm, which is four times the phase modulator driving frequency fm, of the photoelectric conversion output signal extracted through the D converter and the digital demodulating means is constant. Since the output amplitude of the phase modulator drive signal is controlled by the phase modulation degree calculation means so that the modulation degree of phase modulation is stabilized.

【0013】また、周波数混合回路で光電変換出力信号
のfm 、2fm および4fm の周波数成分をそれ
ぞれ周波数Δfm 、2Δfm および4Δfm の信
号に変換し、その変換信号をA/Dコンバータで第1の
ディジタル信号に変換し、該変換されたディジタル信号
を、位相変調器駆動信号に位相が同期し且つ互いに90
°位相のずれた第4および第5のディジタル信号との間
でディジタル的にデモジュレートし、光電交換出力信号
のfm と2fm (または4fm )の周波数成分の
符号から極性判別手段で入力回転角速度の極性を判別し
、該判別された極性と、位相変調度演算手段で計算され
た位相変調度に対応した信号と、光電変換出力信号のf
m および2fm の周波数成分の振幅比から、回転角
速度演算手段でサニャック効果による光の位相差が±π
 rad  までの範囲の入力回転角速度に比例した信
号を出力する。
Further, the frequency mixing circuit converts the fm, 2fm and 4fm frequency components of the photoelectric conversion output signal into signals with frequencies Δfm, 2Δfm and 4Δfm, respectively, and the converted signals are converted into the first digital signal by the A/D converter. and convert the converted digital signal into a signal whose phase is synchronized with the phase modulator drive signal and whose phase is 90° with respect to each other.
° The input rotational angular velocity is digitally demodulated between the fourth and fifth digital signals with a phase shift, and polarity discrimination means is used to determine the input rotational angular velocity from the sign of the fm and 2fm (or 4fm) frequency components of the photoelectric exchange output signal. and a signal corresponding to the determined polarity, the phase modulation degree calculated by the phase modulation degree calculating means, and f of the photoelectric conversion output signal.
From the amplitude ratio of the frequency components of m and 2fm, the rotational angular velocity calculation means calculates the phase difference of light due to the Sagnac effect as ±π.
It outputs a signal proportional to the input rotational angular velocity in the range up to rad.

【0014】これにより、ジャイロ出力信号を入力回転
角速度に比例した出力とし、最大検出回転角速度範囲を
拡大すると共に、光量変動、位相変調度の変動および光
電変換出力信号と位相変調器駆動信号との間の位相変動
の影響を除去し、オフセット電圧の発生を無くすことが
可能となる。なお、本発明の他の構成上の特徴および作
用の詳細については、添付図面を参照しつつ以下に記述
される実施例を用いて説明する。
[0014] This makes the gyro output signal proportional to the input rotational angular velocity, expands the maximum detection rotational angular velocity range, and eliminates light intensity fluctuations, phase modulation degree fluctuations, and the difference between the photoelectric conversion output signal and the phase modulator drive signal. It becomes possible to eliminate the influence of phase fluctuation between the two and eliminate the occurrence of offset voltage. Note that other structural features and details of the operation of the present invention will be explained using the embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【実施例】図1に本発明の一実施例としての光ファイバ
ジャイロ用信号処理装置の構成が示される。本実施例の
信号処理装置は、例えば図5に示される光ファイバジャ
イロの信号処理回路Pに置き換えて適用され、第1〜第
4のヘテロダインミキサ9a〜9dと、A/Dコンバー
タ18と、タイミングパルス発生手段21と、余弦/正
弦信号(cos/sin) 発生手段23と、第1およ
び第2のディジタル乗算手段20a,20b と、極性
判別手段28と、回転角速度演算手段30と、位相変調
度演算手段31と、参照信号発生回路36とが図示のよ
うに接続されて構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the configuration of a signal processing device for an optical fiber gyro as an embodiment of the present invention. The signal processing device of this embodiment is applied in place of, for example, the signal processing circuit P of the optical fiber gyro shown in FIG. A pulse generation means 21, a cosine/sine signal (cos/sin) signal generation means 23, first and second digital multiplication means 20a, 20b, a polarity determination means 28, a rotational angular velocity calculation means 30, a phase modulation degree The calculation means 31 and the reference signal generation circuit 36 are connected as shown in the figure.

【0016】以下、各構成要素の機能(動作)について
説明する。まず、参照信号発生回路36は、第9のディ
ジタル信号34に位相が同期した位相変調器駆動信号8
(第6のアナログ信号)を出力すると共に、該アナログ
信号8に周波数と位相が同期した周波数fm の第5の
アナログ信号10、第12のディジタル信号11、第1
3のディジタル信号12、および第14のディジタル信
号13を出力し、それぞれ第4のヘテロダインミキサ9
d、第1および第4のヘテロダインミキサ9aおよび9
d、第2のヘテロダインミキサ9b、および第3のヘテ
ロダインミキサ9cに供給する。 また、位相変調された光電変換出力信号7は、第1〜第
3のヘテロダインミキサ9a〜9cに入力される。
The functions (operations) of each component will be explained below. First, the reference signal generation circuit 36 generates a phase modulator drive signal 8 whose phase is synchronized with the ninth digital signal 34.
(sixth analog signal), a fifth analog signal 10 with a frequency fm synchronized in frequency and phase with the analog signal 8, a twelfth digital signal 11, a first
The third digital signal 12 and the fourteenth digital signal 13 are outputted to the fourth heterodyne mixer 9, respectively.
d, first and fourth heterodyne mixers 9a and 9
d, the second heterodyne mixer 9b, and the third heterodyne mixer 9c. Further, the phase-modulated photoelectric conversion output signal 7 is input to the first to third heterodyne mixers 9a to 9c.

【0017】第1のヘテロダインミキサ9aでは、第1
2のディジタル信号11に応答して、光電変換出力信号
7から位相変調器駆動信号8の周波数fm と同一周波
数成分を取り出し、周波数Δfm の信号に変換して第
1のアナログ信号15を出力する。この第1のアナログ
信号15は、次式で表される。 <第1のアナログ信号15>   V1 ∝2P0J1(η)sin φs ・sin
(Δωm t+ψ1)…………………(4) ただし、
Δωm は位相変調器駆動角周波数の変化分(=2πΔ
fm )、ψ1 は光電変換出力信号7のfm 成分と
(fm +Δfm )の周波数をもつ第12のディジタ
ル信号11との位相差を示す。
In the first heterodyne mixer 9a, the first
In response to the digital signal 11 of No. 2, the same frequency component as the frequency fm of the phase modulator drive signal 8 is extracted from the photoelectric conversion output signal 7, converted into a signal with a frequency Δfm, and the first analog signal 15 is output. This first analog signal 15 is expressed by the following equation. <First analog signal 15> V1 ∝2P0J1(η) sin φs ・sin
(Δωm t+ψ1)………………(4) However,
Δωm is the change in phase modulator driving angular frequency (=2πΔ
fm ), ψ1 represents the phase difference between the fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and the twelfth digital signal 11 having a frequency of (fm +Δfm ).

【0018】第2のヘテロダインミキサ9bでは、第1
3のディジタル信号12に応答して、光電変換出力信号
7から周波数2fm 成分を取出し、周波数2Δfm 
の信号に変換して第2のアナログ信号16を出力する。 この第2のアナログ信号16は、次式で表される。 <第2のアナログ信号16>   V2 ∝2P0J2(η)cos φs ・sin
(2Δωm t+ψ2)………………(5) ただし、
ψ2 は光電変換出力信号7の2fm 成分と2(fm
 +Δfm )の周波数をもつ第13のディジタル信号
12との位相差を示す。
In the second heterodyne mixer 9b, the first
In response to the digital signal 12 of 3, the frequency 2fm component is extracted from the photoelectric conversion output signal 7, and the frequency 2Δfm component is extracted from the photoelectric conversion output signal 7.
, and outputs the second analog signal 16. This second analog signal 16 is expressed by the following equation. <Second analog signal 16> V2 ∝2P0J2(η) cos φs ・sin
(2Δωm t+ψ2)………………(5) However,
ψ2 is the 2fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and 2(fm
+Δfm).

【0019】第3のヘテロダインミキサ9cでは、第1
4のディジタル信号13に応答して、光電変換出力信号
7から周波数4fm 成分を取出し、周波数4Δfm 
の信号に変換して第3のアナログ信号17を出力する。 この第3のアナログ信号17は、次式で表される。 <第3のアナログ信号17>   V4 ∝2P0J4(η)cos φs ・sin
(4Δωm t+ψ4)………………(6) ただし、
ψ4 は光電変換出力信号7の4fm 成分と4(fm
 +Δfm )の周波数をもつ第14のディジタル信号
13との位相差を示す。
In the third heterodyne mixer 9c, the first
In response to the digital signal 13 of 4, a frequency 4fm component is extracted from the photoelectric conversion output signal 7, and a frequency 4Δfm component is extracted from the photoelectric conversion output signal 7.
The third analog signal 17 is output. This third analog signal 17 is expressed by the following equation. <Third analog signal 17> V4 ∝2P0J4(η) cos φs ・sin
(4Δωm t+ψ4)………………(6) However,
ψ4 is the 4fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and 4(fm
+Δfm).

【0020】第1〜第3のアナログ信号15〜17は、
A/Dコンバータ18に入力され、第1のディジタル信
号19に変換される。この第1のディジタル信号19は
、例えば2進数等で表されるディジタル信号である。第
4のヘテロダインミキサ9dでは、第12のディジタル
信号11に応答して、第5のアナログ信号10を周波数
Δfm の信号に変換して第4のアナログ信号14を出
力する。この第4のアナログ信号14は、次式で表され
る。
The first to third analog signals 15 to 17 are
The signal is input to the A/D converter 18 and converted into a first digital signal 19. This first digital signal 19 is, for example, a digital signal expressed as a binary number or the like. The fourth heterodyne mixer 9d converts the fifth analog signal 10 into a signal with a frequency Δfm in response to the twelfth digital signal 11, and outputs the fourth analog signal 14. This fourth analog signal 14 is expressed by the following equation.

【0021】<第4のアナログ信号14>  VREF
 ∝sin(Δωm t+ψREF )…………………
……………………(7) ただし、ψREF は第5の
アナログ信号10と第12のディジタル信号11との位
相差を示す。この第4のアナログ信号14は、タイミン
グパルス発生手段21に入力され、該信号14にそれぞ
れ位相が同期した第2、第3のディジタル信号37,2
2 に変換される。このうち、第2のディジタル信号3
7はA/Dコンバータ18に入力される。A/Dコンバ
ータ18は、このディジタル信号37に同期して、第1
〜第3のアナログ信号15〜17を第1のディジタル信
号19に変換する。また、第3のディジタル信号22は
cos/sin 発生手段23に入力される。
<Fourth analog signal 14> VREF
∝sin(Δωm t+ψREF)…………………………
......................(7) However, ψREF indicates the phase difference between the fifth analog signal 10 and the twelfth digital signal 11. This fourth analog signal 14 is input to a timing pulse generating means 21, which generates second and third digital signals 37, 2 whose phases are synchronized with the signal 14, respectively.
Converted to 2. Of these, the second digital signal 3
7 is input to the A/D converter 18. The A/D converter 18 synchronizes with this digital signal 37 and converts the first
- converting the third analog signals 15-17 into the first digital signal 19; Further, the third digital signal 22 is input to a cos/sin generating means 23.

【0022】cos/sin 発生手段23は、第3の
ディジタル信号22に位相同期して、該信号22の周波
数の1倍、2倍および4倍の周波数をそれぞれ有する成
分の余弦値の加算値を第4のディジタル信号24として
、また正弦値の加算値を第5のディジタル信号25とし
て、それぞれ一定時間毎に出力する。この第4および第
5のディジタル信号24,25 は、次式で表される。
The cos/sin generating means 23 generates, in phase synchronization with the third digital signal 22, the sum of the cosine values of the components having frequencies of 1, 2 and 4 times the frequency of the third digital signal 22, respectively. A fourth digital signal 24 and an added value of the sine values are output as a fifth digital signal 25 at regular intervals. The fourth and fifth digital signals 24 and 25 are expressed by the following equations.

【0023】<第4のディジタル信号24>  VRE
F,cos ∝cos(Δωm t+ψREF )+c
os(2Δωm t+ψREF )         
           +cos(4Δωm t+ψR
EF )……………………(8)   <第5のディジ
タル信号25>   VREF,sin ∝sin Δωm t+ψRE
F )+sin(2Δωm t+ψREF )    
                +sin(4Δωm
 t+ψREF )……………………(9)   第4
のディジタル信号24は、第1のディジタル信号19と
共に第1のディジタル乗算手段20a に入力され、デ
ィジタル的に乗算された後、ディジタル的にフィルタリ
ングされてDC成分が取り出され、第6のディジタル信
号26として出力される。この第6のディジタル信号2
6の第1〜第3のアナログ信号15〜17に対応する各
信号は、次式で表される。
<Fourth digital signal 24> VRE
F, cos ∝cos (Δωm t+ψREF )+c
os(2Δωm t+ψREF)
+cos(4Δωm t+ψR
EF)……………………(8) <Fifth digital signal 25> VREF, sin ∝sin Δωm t+ψRE
F)+sin(2Δωm t+ψREF)
+sin(4Δωm
t+ψREF )……………………(9) 4th
The digital signal 24 is input to the first digital multiplication means 20a together with the first digital signal 19, and after being digitally multiplied, it is digitally filtered to extract the DC component, and the sixth digital signal 26 is is output as This sixth digital signal 2
Each signal corresponding to the first to third analog signals 15 to 17 of No. 6 is expressed by the following equation.

【0024】   <第1のアナログ信号15に対応する第6のディジ
タル信号26>  V1,cos ∝P0J1(η)s
in φs ・sin ψ1’  ………………………
…(10)  <第2のアナログ信号16に対応する第
6のディジタル信号26>  V2,cos ∝P0J
2(η)cos φs ・sin ψ2’  …………
………………(11)  <第3のアナログ信号17に
対応する第6のディジタル信号26>  V4,cos
 ∝P0J4(η)cos φs ・sin ψ4’ 
 …………………………(12)ただし、ψ1’=ψ1
 −ψREF 、ψ2’=ψ2 −ψREF 、 ψ4’=ψ4 −ψREF 、 である。
<Sixth digital signal 26 corresponding to first analog signal 15> V1, cos ∝P0J1(η)s
in φs ・sin ψ1' ………………………
...(10) <Sixth digital signal 26 corresponding to second analog signal 16> V2, cos ∝P0J
2(η) cos φs ・sin ψ2' …………
………………(11) <Sixth digital signal 26 corresponding to third analog signal 17> V4, cos
∝P0J4(η) cos φs ・sin ψ4'
…………………………(12) However, ψ1'=ψ1
-ψREF, ψ2'=ψ2 -ψREF, ψ4'=ψ4 -ψREF.

【0025】一方、第5のディジタル信号25は、第1
のディジタル信号19と共に第2のディジタル乗算手段
20b に入力され、ディジタル的に乗算された後、デ
ィジタル的にフィルタリングされてDC成分が取り出さ
れ、第7のディジタル信号27として出力される。この
第7のディジタル信号27の第1〜第3のアナログ信号
15〜17に対応する各信号は、次式で表される。
On the other hand, the fifth digital signal 25 is
It is input to the second digital multiplier 20b together with the digital signal 19, and after being digitally multiplied, it is digitally filtered to extract the DC component and output as the seventh digital signal 27. Each signal corresponding to the first to third analog signals 15 to 17 of this seventh digital signal 27 is expressed by the following equation.

【0026】   <第1のアナログ信号15に対応する第7のディジ
タル信号27>  V1,sin ∝P0J1(η)s
in φs ・cos ψ1’  ………………………
…(13)  <第2のアナログ信号16に対応する第
7のディジタル信号27>  V2,sin ∝P0J
2(η)cos φs ・cos ψ2’  …………
………………(14)  <第3のアナログ信号17に
対応する第7のディジタル信号27>  V4,sin
 ∝P0J4(η)cos φs ・cos ψ4’ 
 …………………………(15)  このように、ディ
ジタル的に乗算およびフィルタリング(つまりディジタ
ル・デモジュレート)を行っているので、従来の信号処
理形態(つまりアナログ・デモジュレート)に見られた
ようにアナログIC等に起因するオフセット電圧がデモ
ジュレート後の信号に重畳するといった不都合、を解消
することができる。
<Seventh digital signal 27 corresponding to first analog signal 15> V1,sin ∝P0J1(η)s
in φs ・cos ψ1' ………………………
...(13) <Seventh digital signal 27 corresponding to second analog signal 16> V2, sin ∝P0J
2(η) cos φs ・cos ψ2' …………
………………(14) <Seventh digital signal 27 corresponding to third analog signal 17> V4, sin
∝P0J4(η) cos φs ・cos ψ4'
…………………………(15) In this way, since multiplication and filtering are performed digitally (i.e., digital demodulation), conventional signal processing forms (i.e., analog demodulation) It is possible to eliminate the inconvenience that an offset voltage caused by an analog IC or the like is superimposed on a demodulated signal as seen in .

【0027】第6および第7のディジタル信号26,2
7 は、極性判別手段28に入力される。極性判別手段
28では、式(10)〜(12)に表される第6のディ
ジタル信号26のV1,cos とV2,cos また
はV4,cos 、または式(13)〜(15)に表さ
れる第7のディジタル信号27のV1,sin とV2
,sin またはV4,sin から、以下の論理判別
を行う。ここで、第6のディジタル信号26のV1,c
os と第7のディジタル信号27のV1,sin は
図2に示す規格化デモジュレート出力101(実線表示
)に対応しており、また、第6のディジタル信号26の
V2,cos , V4,cos と第7のディジタル
信号27のV2,sin , V4,sin は同図に
示す規格化デモジュレート出力102(破線表示)に対
応している。
Sixth and seventh digital signals 26, 2
7 is input to the polarity determining means 28. In the polarity determination means 28, V1,cos and V2,cos or V4,cos of the sixth digital signal 26 expressed in equations (10) to (12), or expressed in equations (13) to (15) V1, sin and V2 of the seventh digital signal 27
,sin or V4,sin, perform the following logical judgment. Here, V1,c of the sixth digital signal 26
os and V1,sin of the seventh digital signal 27 correspond to the normalized demodulated output 101 (shown as a solid line) shown in FIG. 2, and V2,cos, V4,cos of the sixth digital signal 26 and V2, sin, V4, sin of the seventh digital signal 27 correspond to the normalized demodulated output 102 (indicated by a broken line) shown in the figure.

【0028】図2から分かるように、サニャック効果に
よる位相差φs rad に対し、規格化デモジュレー
ト出力101,102 の符号は、以下の表1に示すよ
うに変化する。
As can be seen from FIG. 2, the signs of the normalized demodulated outputs 101 and 102 change as shown in Table 1 below with respect to the phase difference φs rad due to the Sagnac effect.

【0029】[0029]

【表1】 表1に示す論理判別に基づいて、位相差φs の範囲お
よび入力回転角速度の極性が決定される。この時、極性
判別手段28は、位相差φs の範囲に対応した第8の
ディジタル信号29を出力する。次に、位相変調度演算
手段31は、式(11),(12) に表される第6の
ディジタル信号26のV2,cos , V4,cos
 と、式(14),(15) に表される第7のディジ
タル信号27のV2,sin , V4,sin から
、以下の演算を行う。
[Table 1] Based on the logical determination shown in Table 1, the range of the phase difference φs and the polarity of the input rotational angular velocity are determined. At this time, the polarity determining means 28 outputs an eighth digital signal 29 corresponding to the range of the phase difference φs. Next, the phase modulation calculation means 31 calculates V2,cos, V4,cos of the sixth digital signal 26 expressed by equations (11) and (12).
The following calculation is performed from V2,sin and V4,sin of the seventh digital signal 27 expressed in equations (14) and (15).

【0030】     (V2,cos 2 +V2,sin 2)1
/2 /(V4,cos 2 +V4,sin 2)1
/2         =|J2(η)/J4(η)|
………………………………………(16)  位相変調
度演算手段31は、式(16)に示す値を一定とする第
9のディジタル信号34を出力すると共に、式(16)
で表される値から、以下の演算を行う。     g〔|J2(η)/J4(η)|〕     
   =|J2(η)/J1(η)|……………………
…………………(17)ただし、g〔  〕は、|J2
(η)/J4(η)|を|J2(η)/J1(η)|に
変換する関数を表す。
(V2, cos 2 +V2, sin 2) 1
/2 /(V4,cos 2 +V4,sin 2)1
/2 = |J2(η)/J4(η)|
……………………………………………(16) The phase modulation degree calculation means 31 outputs the ninth digital signal 34 having a constant value shown in equation (16), and also 16)
Perform the following calculations from the value represented by . g[|J2(η)/J4(η)|]
=|J2(η)/J1(η)|……………………
………………………(17) However, g [ ] is |J2
It represents a function that converts (η)/J4(η)| into |J2(η)/J1(η)|.

【0031】位相変調度演算手段31は、式(17)に
示す値に対応した第10のディジタル信号32を出力す
る。次に、回転角速度演算手段30は、式(10),(
11),(13)および(14)に表される第6のディ
ジタル信号26のV1,cos , V2,cos お
よび第7のディジタル信号27のV1,sin , V
2,sin と、式(17)で表される第10のディジ
タル信号32に基づき、以下の演算を行う。
The phase modulation degree calculation means 31 outputs a tenth digital signal 32 corresponding to the value shown in equation (17). Next, the rotational angular velocity calculation means 30 calculates the equation (10), (
V1, cos, V2, cos of the sixth digital signal 26 and V1, sin, V of the seventh digital signal 27 expressed in (11), (13) and (14)
2, sin and the tenth digital signal 32 expressed by equation (17), the following calculation is performed.

【0032】     |J2(η)/J1(η)|       ×(V1,cos 2 +V1,sin 
2)1/2 /(V2,cos 2 +V2,sin 
2)1/2           =|tan φs 
|…………………………………………………(18a)
     |J2(η)/J1(η)|       ×(V2,cos 2 +V2,sin 
2)1/2 /(V1,cos 2 +V1,sin 
2)1/2           =|cot φs 
|…………………………………………………(18b)
   ここで、式(18a) で表される演算値は図3
に示す曲線103(実線表示)に対応しており、また、
式(18b) で表される演算値は同図に示す曲線10
4(破線表示)に対応している。
|J2(η)/J1(η)|×(V1, cos 2 +V1, sin
2) 1/2 / (V2, cos 2 + V2, sin
2) 1/2 = |tan φs
|……………………………………………………(18a)
|J2(η)/J1(η)| ×(V2, cos 2 +V2, sin
2) 1/2 / (V1, cos 2 + V1, sin
2) 1/2 = | cot φs
|……………………………………………………(18b)
Here, the calculated value expressed by equation (18a) is shown in Figure 3.
It corresponds to the curve 103 (solid line display) shown in
The calculated value expressed by equation (18b) is the curve 10 shown in the same figure.
4 (displayed with a broken line).

【0033】回転角速度演算手段30は、表1に示す論
理判別された位相差φs の範囲に対応した第8のディ
ジタル信号29と、式(18a),(18b) で表さ
れる演算値に基づいて、サニャック効果による位相差φ
s を以下に示す表2のように演算し、この演算値に対
応した(すなわち入力回転角速度に比例した)第11の
ディジタル信号33を出力する。
The rotational angular velocity calculation means 30 calculates the rotational angular velocity based on the eighth digital signal 29 corresponding to the logically determined range of phase difference φs shown in Table 1 and the calculated values expressed by equations (18a) and (18b). Therefore, the phase difference φ due to the Sagnac effect
s is calculated as shown in Table 2 below, and an eleventh digital signal 33 corresponding to this calculated value (that is, proportional to the input rotational angular velocity) is output.

【0034】[0034]

【表2】 以上説明したように本実施例では、回転角速度演算手段
30において、式(10)および(11)に示す第1の
ディジタル乗算手段20a の出力と、式(13)およ
び(14)に示す第2のディジタル乗算手段20b の
出力と、式(17)に示す位相変調度演算手段31の出
力から、式(18a) および(18b) に示す演算
を行い、この演算値と表1に示す論理判別に基づく位相
差φS の範囲に対応した極性判別手段28の出力29
から、表2に示す演算を行い、この演算値に対応したデ
ィジタル信号をジャイロ出力信号33として出力してい
る。
[Table 2] As explained above, in this embodiment, in the rotational angular velocity calculation means 30, the output of the first digital multiplication means 20a shown in equations (10) and (11), and the output of the first digital multiplication means 20a shown in equations (10) and (11), The calculations shown in equations (18a) and (18b) are performed from the output of the second digital multiplication means 20b shown in equation (17) and the output of the phase modulation degree calculation means 31 shown in equation (17). The output 29 of the polarity determining means 28 corresponds to the range of phase difference φS based on the logical determination shown in FIG.
From there, the calculations shown in Table 2 are performed, and a digital signal corresponding to the calculated value is output as the gyro output signal 33.

【0035】従って、入力回転角速度に比例したジャイ
ロ出力信号が得られ、最大検出角速度を、サニャック効
果による光の位相差φs で±π radに相当する範
囲まで拡大することができる。また、第8の光ビームの
非干渉光光量P0 の変動、位相変調度ηの変動、なら
びに光電変換出力信号7のfm および2fm 成分と
cos/sin発生手段23の第4および第5のディジ
タル信号24,25 との間の位相差ψ1’およびψ2
’の変動による影響を除去することができるので、ジャ
イロのリニアリティおよびスケールファクタ安定性を高
めることができる。
Therefore, a gyro output signal proportional to the input rotational angular velocity is obtained, and the maximum detected angular velocity can be expanded to a range corresponding to ±π rad with the optical phase difference φs due to the Sagnac effect. Further, fluctuations in the amount of non-coherent light P0 of the eighth light beam, fluctuations in the degree of phase modulation η, and the fm and 2fm components of the photoelectric conversion output signal 7 and the fourth and fifth digital signals of the cos/sin generating means 23 24, 25 ψ1' and ψ2
Since the influence of fluctuations in ' can be removed, the linearity and scale factor stability of the gyro can be improved.

【0036】また、光電変換出力信号7のfm 、2f
m および4fm 成分を、第1〜第3のヘテロダイン
ミキサ9a〜9cとA/Dコンバータ18でAC信号と
してディジタル信号に変換し、第1および第2のディジ
タル乗算手段20a,20b を用いてディジタル的に
デモジュレートしているので、従来形のようにアナログ
的にデモジュレートしたときに発生するオフセット電圧
が発生せず、そのためオフセット電圧変動に起因するジ
ャイロのバイアス変動を極小にすることができる。
Furthermore, fm and 2f of the photoelectric conversion output signal 7
The m and 4fm components are converted into digital signals as AC signals by the first to third heterodyne mixers 9a to 9c and the A/D converter 18, and are converted into digital signals using the first and second digital multiplication means 20a and 20b. Because it demodulates, there is no offset voltage that occurs when demodulating in an analog manner as in conventional types, and as a result, gyro bias fluctuations caused by offset voltage fluctuations can be minimized. .

【0037】さらに、参照信号発生回路36は、位相変
調度演算手段31から出力される式(16)に示す値を
一定とする第9のディジタル信号34に対応した出力振
幅を有する第6のアナログ信号8を出力しており、これ
が位相変調器駆動信号となる。この時、第6のアナログ
信号8の振幅で位相変調器4(図5参照)の最大位相偏
移Φm を強制的に変化させることにより、位相変調度
ηを一定化する。これによって、最大位相偏移Φm の
変化に起因する位相変調度ηの変動から生じるジャイロ
のリニアリティおよびスケールファクタ安定性の劣化が
防止される。
Further, the reference signal generating circuit 36 generates a sixth analog signal having an output amplitude corresponding to the ninth digital signal 34 which keeps the value shown in equation (16) output from the phase modulation degree calculation means 31 constant. A signal 8 is output, and this becomes the phase modulator drive signal. At this time, by forcibly changing the maximum phase shift Φm of the phase modulator 4 (see FIG. 5) with the amplitude of the sixth analog signal 8, the degree of phase modulation η is made constant. This prevents deterioration of gyro linearity and scale factor stability resulting from variations in phase modulation depth η due to changes in maximum phase deviation Φm.

【0038】なお、本実施例に係る光ファイバジャイロ
用信号処理装置と同等の機能を達成するために、第1〜
第3のアナログ信号15〜17の各周波数は、それぞれ
同一の周波数Δfm であってもよいし、あるいは互い
に異なる任意の周波数であってもよい。ただし、前者の
ようにすると(同一の周波数の場合)、参照信号発生回
路36には周波数(fm +Δfm )、(2fm +
Δfm )および(4fm +Δfm )の信号をそれ
ぞれ発生するための独立した3個の発振器が必要になる
ので、回路構成が複雑になる。また、これら3種の信号
間にいったんクロストークが生じた場合には、この影響
を容易に取り除くことができず、出力の精度の劣化を招
く。一方、後者のようにすると(異なる周波数の場合)
、クロストークの影響は容易に取り除くことができるが
、独立した3個の発振器が必要となる上に、第1〜第3
のアナログ信号15〜17の各々についてcos/si
n 発生手段とタイミングパルス発生手段が必要となり
、構成が複雑になる。
Note that in order to achieve the same function as the signal processing device for optical fiber gyro according to this embodiment, the first to
The frequencies of the third analog signals 15 to 17 may be the same frequency Δfm, or may be arbitrary frequencies different from each other. However, in the former case (if the frequencies are the same), the reference signal generation circuit 36 has frequencies (fm +Δfm) and (2fm +
Since three independent oscillators are required to generate the signals Δfm ) and (4fm +Δfm), respectively, the circuit configuration becomes complicated. Furthermore, once crosstalk occurs between these three types of signals, this effect cannot be easily removed, leading to deterioration in output accuracy. On the other hand, if you do the latter (for different frequencies)
, the influence of crosstalk can be easily removed, but three independent oscillators are required, and the
cos/si for each of analog signals 15 to 17 of
n generation means and timing pulse generation means are required, making the configuration complicated.

【0039】これに対して上記本実施例の構成によれば
、光電変換出力信号7のうち、抽出する信号の周波数が
位相変調器駆動信号の周波数fm と同じ周波数、2倍
の周波数2fm および4倍の周波数4fm であるこ
とを考慮することによって、参照信号発生回路36等の
構成を簡素化することができる。図4に参照信号発生回
路36の一構成例が示される。同図の構成において、第
1の発振器301 からは周波数4(fm+Δfm )
の第14のディジタル信号13が出力される。この信号
13は、第1の分周器302 により分周されて周波数
2(fm +Δfm )の第13のディジタル信号12
として出力されると共に、さらに第2の分周器303 
により分周されて周波数(fm +Δfm )の第12
のディジタル信号11として出力される。一方、第2の
発振器304 からは、図1における光電変換出力信号
7中の2fm と4fm の周波数に対応する信号成分
の振幅比を一定化する第9のディジタル信号34に応じ
た振幅を有する第6のアナログ信号(すなわち位相変調
器駆動信号)8と、該信号8に周波数と位相が同期した
第5のアナログ信号10が出力される。
On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, the frequency of the signal to be extracted out of the photoelectric conversion output signal 7 is the same frequency as the frequency fm of the phase modulator drive signal, twice the frequency 2fm, and 4. By considering that the frequency is twice as high as 4fm, the configuration of the reference signal generation circuit 36 and the like can be simplified. FIG. 4 shows an example of the configuration of the reference signal generation circuit 36. In the configuration shown in the figure, the first oscillator 301 outputs a frequency of 4 (fm+Δfm)
A fourteenth digital signal 13 is output. This signal 13 is frequency-divided by a first frequency divider 302 to generate a thirteenth digital signal 12 with a frequency of 2 (fm + Δfm).
and is further outputted by the second frequency divider 303.
The 12th of the frequency (fm + Δfm) is divided by
is output as a digital signal 11. On the other hand, from the second oscillator 304, a 9th digital signal having an amplitude corresponding to the ninth digital signal 34 which makes constant the amplitude ratio of the signal components corresponding to the frequencies 2fm and 4fm in the photoelectric conversion output signal 7 in FIG. 6 analog signal (ie, phase modulator drive signal) 8 and a fifth analog signal 10 whose frequency and phase are synchronized with the signal 8 are output.

【0040】なお、表3には回転角速度演算手段30の
位相差φs に対する演算値の他の一例が示される。
Table 3 shows another example of the calculated value for the phase difference φs of the rotational angular velocity calculation means 30.

【0041】[0041]

【表3】[Table 3]

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ジ
ャイロ出力信号を入力回転角速度に正確に比例した出力
とし、ジャイロのバイアス変動を極小になし得ると共に
、リニアリティおよびスケールファクタ安定性を高める
ことができ、また、ジャイロの最大検出角速度範囲を拡
大することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, the gyro output signal is made to be an output that is accurately proportional to the input rotational angular velocity, the bias fluctuation of the gyro can be minimized, and the linearity and scale factor stability are improved. It is also possible to expand the maximum detection angular velocity range of the gyro.

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

【図1】本発明の一実施例としての光ファイバジャイロ
用信号処理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a signal processing device for an optical fiber gyro as an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置における規格化デモジュレート出力
を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the normalized demodulated output in the device of FIG. 1;

【図3】図1の装置による論理判別に基づく光の位相と
演算値の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the phase of light and the calculated value based on logical determination by the apparatus of FIG. 1;

【図4】図1の装置における参照信号発生回路の一構成
例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration of a reference signal generation circuit in the device shown in FIG. 1;

【図5】従来形の一例としての位相変調方式光ファイバ
ジャイロの構成を一部模式的に示したブロック図である
FIG. 5 is a block diagram partially schematically showing the configuration of a phase modulation type optical fiber gyro as an example of a conventional type.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…位相変調器 7…光電変換出力信号 8…位相変調器駆動信号(第6のアナログ信号)9a〜
9d…ヘテロダインミキサ 10…第5のアナログ信号、 11〜13…第12〜第14のディジタル信号14…第
4のアナログ信号 15〜17…第1〜第3のアナログ信号18…A/Dコ
ンバータ 19, 37, 22, 24〜27, 29, 34
, 32, 33…第1〜第11のディジタル信号 20a, 20b…ディジタル乗算手段21…タイミン
グパルス発生手段 23…余弦/正弦信号(cos/sin) 発生手段2
8…極性判別手段 30…回転角速度演算手段 31…位相変調度演算手段 35…ディジタル信号プロセッサ 36…参照信号発生回路
4... Phase modulator 7... Photoelectric conversion output signal 8... Phase modulator drive signal (sixth analog signal) 9a~
9d...Heterodyne mixer 10...Fifth analog signal 11-13...Twelfth-fourteenth digital signal 14...Fourth analog signal 15-17...First-third analog signal 18...A/D converter 19 , 37, 22, 24-27, 29, 34
, 32, 33...First to eleventh digital signals 20a, 20b...Digital multiplication means 21...Timing pulse generation means 23...Cosine/sine signal (cos/sin) generation means 2
8...Polarity determination means 30...Rotation angular velocity calculation means 31...Phase modulation degree calculation means 35...Digital signal processor 36...Reference signal generation circuit

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  回転軸と共動する光伝搬路に光を時計
回り方向と反時計回り方向に同時に伝搬させ且つ位相変
調し、両方向に伝播した光の干渉光の強度からサニャッ
ク効果による光の位相差を検出して回転角速度に比例し
た光電変換出力信号(7) を得るようにした光学ジャ
イロの信号処理を行う装置であって、位相変調器駆動信
号(8) に周波数と位相が同期したアナログおよびデ
ィジタルの参照信号(10 〜13) に応答し、前記
光電変換出力信号から該位相変調器駆動信号の周波数f
m と同じ周波数、2倍の周波数2fm および4倍の
周波数4fm の信号成分を取り出してそれぞれ周波数
Δfm 、2Δfm および4Δfm の信号に変換し
、それぞれ第1、第2および第3のアナログ信号(15
 〜17) を出力すると共に、前記アナログの参照信
号を周波数Δfm の信号に変換して第4のアナログ信
号(14)を出力する周波数混合回路(9a 〜9d)
 と、前記第4のアナログ信号に位相が同期した第2の
ディジタル信号(37)に応答して前記第1〜第3のア
ナログ信号を第1のディジタル信号(19)に変換する
A/Dコンバータ(18)と、前記第2のディジタル信
号を出力すると共に前記第4のアナログ信号に位相が同
期した第3のディジタル信号(22)を発生し、該第3
のディジタル信号に位相が同期し且つ互いに90°位相
のずれた第4および第5のディジタル信号(24,25
) を生成し、前記第1のディジタル信号との間でディ
ジタル的に乗算を行ってそれぞれ直流成分を取り出し、
第6および第7のディジタル信号(26,27) を出
力するディジタル・デモジュレート手段(20a,20
b,21,23) と、前記第6および第7のディジタ
ル信号に基づいて前記回転角速度の極性を判別し、第8
のディジタル信号(29)を出力する極性判別手段(2
8)と、前記第6および第7のディジタル信号に基づい
て、前記光電変換出力信号の2fm と4fm の周波
数に対応する信号成分の振幅比を一定化する第9のディ
ジタル信号(34)を出力すると共に、現在の位相変調
度に対応した第10のディジタル信号(32)を出力す
る位相変調度演算手段(31)と、前記第6、第7、第
8および第10のディジタル信号に基づいて前記回転角
速度に比例した第11のディジタル信号(33)を出力
する回転角速度演算手段(30)と、を具備することを
特徴とする光学ジャイロ用信号処理装置。
Claim 1: Light is simultaneously propagated clockwise and counterclockwise through a light propagation path co-moving with the rotation axis, and phase modulated, and the intensity of the interference light of the light propagated in both directions is determined by the Sagnac effect. This is a signal processing device for an optical gyro that detects the phase difference and obtains a photoelectric conversion output signal (7) proportional to the rotational angular velocity, and the frequency and phase are synchronized with the phase modulator drive signal (8). In response to analog and digital reference signals (10 to 13), the frequency f of the phase modulator drive signal is determined from the photoelectric conversion output signal.
Signal components with the same frequency as m, twice the frequency 2fm, and four times the frequency 4fm are extracted and converted into signals with frequencies Δfm, 2Δfm, and 4Δfm, respectively, and the first, second, and third analog signals (15
~17) Frequency mixing circuits (9a to 9d) that convert the analog reference signal into a signal with a frequency Δfm and output a fourth analog signal (14).
and an A/D converter that converts the first to third analog signals into a first digital signal (19) in response to a second digital signal (37) whose phase is synchronized with the fourth analog signal. (18), outputs the second digital signal and generates a third digital signal (22) whose phase is synchronized with the fourth analog signal;
The fourth and fifth digital signals (24, 25
), and digitally multiplies it with the first digital signal to extract each DC component,
Digital demodulating means (20a, 20) outputting sixth and seventh digital signals (26, 27)
b, 21, 23) and the polarity of the rotational angular velocity is determined based on the sixth and seventh digital signals, and the polarity of the rotational angular velocity is determined based on the sixth and seventh digital signals.
polarity determining means (2) outputting a digital signal (29) of
8), and outputs a ninth digital signal (34) that makes constant the amplitude ratio of signal components corresponding to frequencies 2fm and 4fm of the photoelectric conversion output signal, based on the sixth and seventh digital signals. and a phase modulation degree calculation means (31) for outputting a tenth digital signal (32) corresponding to the current phase modulation degree, and A signal processing device for an optical gyro, comprising: rotational angular velocity calculation means (30) for outputting an eleventh digital signal (33) proportional to the rotational angular velocity.
【請求項2】  前記極性判別手段は、前記第6および
第7のディジタル信号(26,27) に含まれる周波
数fm と周波数2fm または4fm の信号成分の
各符号に基づき、前記回転角速度に比例したサニャック
効果による光の位相差を、−π〜−π/2、−π/2〜
0、0〜π/2、およびπ/2〜πの各範囲で論理判別
する手段と、該論理判別の結果に基づき前記回転角速度
の極性を判別して前記第8のディジタル信号(29)を
生成する手段とを有することを特徴とする請求項1に記
載の光学ジャイロ用信号処理装置。
2. The polarity determining means is configured to detect a polarity that is proportional to the rotational angular velocity based on each sign of a signal component having a frequency fm and a frequency 2fm or 4fm included in the sixth and seventh digital signals (26, 27). The phase difference of light due to the Sagnac effect is −π ~ −π/2, −π/2 ~
means for logically determining each range of 0, 0 to π/2, and π/2 to π, and determining the polarity of the rotational angular velocity based on the result of the logical determination to generate the eighth digital signal (29). The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, further comprising means for generating a signal.
【請求項3】  前記回転角速度演算手段は、前記第6
および第7のディジタル信号(26,27) に含まれ
る周波数fm と周波数2fm に対応する信号成分と
前記第8および第10のディジタル信号に基づき、前記
回転角速度に比例したサニャック効果による光の位相差
を、−π〜−3π/4、−3π/4〜−π/2、−π/
2〜−π/4、−π/4〜0、0〜π/4、π/4〜π
/2、π/2〜3π/4、および3π/4〜πの各範囲
、または、−π〜−π/2、−π/2〜0、0〜π/2
、およびπ/2〜πの各範囲について演算する手段と、
該演算の結果に基づき前記回転角速度に比例した前記第
11のディジタル信号(33)を生成する手段とを有す
ることを特徴とする請求項1に記載の光学ジャイロ用信
号処理装置。
3. The rotational angular velocity calculation means comprises the sixth rotational angular velocity calculation means.
Based on the signal components corresponding to the frequencies fm and 2fm included in the seventh digital signal (26, 27) and the eighth and tenth digital signals, a phase difference of light due to the Sagnac effect proportional to the rotational angular velocity is determined. , −π to −3π/4, −3π/4 to −π/2, −π/
2~-π/4, -π/4~0, 0~π/4, π/4~π
/2, π/2 to 3π/4, and 3π/4 to π, or -π to -π/2, -π/2 to 0, 0 to π/2
, and means for calculating each range from π/2 to π;
The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, further comprising means for generating the eleventh digital signal (33) proportional to the rotational angular velocity based on the result of the calculation.
【請求項4】  前記ディジタル・デモジュレート手段
は、前記第2のディジタル信号を発生して前記A/Dコ
ンバータに出力すると共に前記第3のディジタル信号を
発生するタイミングパルス発生手段(21)と、該第3
のディジタル信号に基づき前記第4および第5のディジ
タル信号を出力する余弦/正弦信号発生手段(23)と
、該第4および第5のディジタル信号と前記第1のディ
ジタル信号との間でそれぞれ乗算を行い、該乗算した信
号からそれぞれ直流成分を取り出して前記第6および第
7のディジタル信号を出力する第1および第2のディジ
タル乗算手段(20a,20b) とを具備することを
特徴とする請求項1に記載の光学ジャイロ用信号処理装
置。
4. The digital demodulating means includes timing pulse generating means (21) for generating the second digital signal and outputting it to the A/D converter, and also generating the third digital signal. , the third
cosine/sine signal generating means (23) for outputting the fourth and fifth digital signals based on the digital signals; and multiplication between the fourth and fifth digital signals and the first digital signal, respectively. and first and second digital multiplication means (20a, 20b) for extracting direct current components from the multiplied signals and outputting the sixth and seventh digital signals, respectively. Item 1. The signal processing device for an optical gyro according to item 1.
【請求項5】  前記第1および第2のディジタル乗算
手段の各個は、前記第4または第5のディジタル信号と
前記第1のディジタル信号との間で乗算を行う手段と、
該乗算した信号から直流成分を取り出して前記第6また
は第7のディジタル信号として出力するディジタル・フ
ィルタ手段とを具備することを特徴とする請求項4に記
載の光学ジャイロ用信号処理装置。
5. Each of the first and second digital multiplication means performs multiplication between the fourth or fifth digital signal and the first digital signal;
5. The signal processing device for an optical gyro according to claim 4, further comprising digital filter means for extracting a DC component from the multiplied signal and outputting it as the sixth or seventh digital signal.
【請求項6】  前記周波数混合回路は、前記光電変換
出力信号(7) から周波数fm 、2fm および4
fm の信号成分を取り出してそれぞれ周波数Δfm 
、2Δfm および4Δfm の信号に変換し、それぞ
れ第1、第2および第3のアナログ信号を出力する第1
、第2および第3のヘテロダインミキサ(9a 〜9c
) と、前記アナログの参照信号(10)を周波数Δf
m の信号に変換して第4のアナログ信号を出力する第
4のヘテロダインミキサ(9d)とを具備することを特
徴とする請求項1に記載の光学ジャイロ用信号処理装置
6. The frequency mixing circuit generates frequencies fm, 2fm and 4 from the photoelectric conversion output signal (7).
Take out the signal components of fm and set the respective frequencies Δfm
, 2Δfm and 4Δfm and outputs first, second and third analog signals, respectively.
, second and third heterodyne mixers (9a to 9c
) and the analog reference signal (10) with a frequency Δf
The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, further comprising a fourth heterodyne mixer (9d) that converts the signal into a signal of m and outputs a fourth analog signal.
【請求項7】  前記位相変調器駆動信号を構成する第
6のアナログ信号(8)を出力すると共に、該第6のア
ナログ信号に周波数と位相が同期した第5のアナログ信
号(10)、第12のディジタル信号(11)、第13
のディジタル信号(12)、および第14のディジタル
信号(13)を出力してそれぞれ第4のヘテロダインミ
キサ、第1および第4のヘテロダインミキサ、第2のヘ
テロダインミキサ、および第3のヘテロダインミキサに
供給する参照信号発生回路(36)をさらに具備するこ
とを特徴とする請求項6に記載の光学ジャイロ用信号処
理装置。
7. A sixth analog signal (8) constituting the phase modulator drive signal is output, and a fifth analog signal (10) synchronized in frequency and phase with the sixth analog signal; 12 digital signals (11), 13th
A digital signal (12) and a fourteenth digital signal (13) are outputted and supplied to the fourth heterodyne mixer, the first and fourth heterodyne mixers, the second heterodyne mixer, and the third heterodyne mixer, respectively. 7. The signal processing device for an optical gyro according to claim 6, further comprising a reference signal generation circuit (36).
【請求項8】  前記ディジタル・デモジュレート手段
、極性判別手段、位相変調度演算手段および回転角速度
演算手段はソフトウェアに基づいてそれぞれの処理を行
うことを特徴とする請求項1に記載の光学ジャイロ用信
号処理装置。
8. The optical gyro according to claim 1, wherein the digital demodulating means, polarity determining means, phase modulation degree calculating means, and rotational angular velocity calculating means perform their respective processing based on software. signal processing equipment.
【請求項9】  前記光伝搬路は光ファイバにより構成
されていることを特徴とする請求項1に記載の光学ジャ
イロ用信号処理装置。
9. The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, wherein the optical propagation path is constituted by an optical fiber.
JP11300991A 1991-05-17 1991-05-17 Signal processor for optical gyroscope Pending JPH04340412A (en)

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US07/818,164 US5289257A (en) 1991-05-17 1992-01-08 Signal processing apparatus for optical gyro
FR9200199A FR2676537B1 (en) 1991-05-17 1992-01-10 SIGNAL PROCESSING APPARATUS FOR OPTICAL GYROSCOPE.

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