JPH0464411B2 - - Google Patents
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- JPH0464411B2 JPH0464411B2 JP60080199A JP8019985A JPH0464411B2 JP H0464411 B2 JPH0464411 B2 JP H0464411B2 JP 60080199 A JP60080199 A JP 60080199A JP 8019985 A JP8019985 A JP 8019985A JP H0464411 B2 JPH0464411 B2 JP H0464411B2
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- JP
- Japan
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- photo sensor
- angular velocity
- optical coupler
- optical fiber
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 20
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 19
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
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- Gyroscopes (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は角速度検出方法に係り、特にループ状
の光フアイバを伝搬する光の位相変動を利用した
角速度検出方法に関するものである。
の光フアイバを伝搬する光の位相変動を利用した
角速度検出方法に関するものである。
ループ状の光フアイバの両端から投入した逆向
きの光の位相差を検出して角速度を検出する方法
の一例は第５図に示すような装置によつて行われ
る。即ち、ループ状に巻回した光フアイバ１の両
端を光結合器２Ａ，２Ｂを介してビーム発生器３
に対向させ、前記光結合器２Ａ，２Ｂ間に偏光子
４を介在させると共に、光結合器２Ａと光フアイ
バ１との間に一方側にデポラライザ５を、他方側
に位相変調器６を介在している。また、前記光結
合器２Ｂから分岐させてフオトセンサ７を接続
し、ロツクインアツプ８を介して出力E0を得る
ようにし、かつ発振器９を前記位相変調器６及び
ロツクインアンプ８に接続している（1981年第１
インターナシヨナル株式会社発行“光フアイバセ
ンサ技術資料”）。
きの光の位相差を検出して角速度を検出する方法
の一例は第５図に示すような装置によつて行われ
る。即ち、ループ状に巻回した光フアイバ１の両
端を光結合器２Ａ，２Ｂを介してビーム発生器３
に対向させ、前記光結合器２Ａ，２Ｂ間に偏光子
４を介在させると共に、光結合器２Ａと光フアイ
バ１との間に一方側にデポラライザ５を、他方側
に位相変調器６を介在している。また、前記光結
合器２Ｂから分岐させてフオトセンサ７を接続
し、ロツクインアツプ８を介して出力E0を得る
ようにし、かつ発振器９を前記位相変調器６及び
ロツクインアンプ８に接続している（1981年第１
インターナシヨナル株式会社発行“光フアイバセ
ンサ技術資料”）。
上記構成の装置において、フオトセンサ７の干
渉光の成分は、該フオトセンサ７の出力をE0と
するとき、 E0＝KJ1（η）sinΔθ であらわされる。ここではＫは定数、J1は第１種
ベツセル関数の一次項である。
渉光の成分は、該フオトセンサ７の出力をE0と
するとき、 E0＝KJ1（η）sinΔθ であらわされる。ここではＫは定数、J1は第１種
ベツセル関数の一次項である。
また、η＝2msin2π0Tであらわされる。した
がつて、ηを最大にすると、sinΔθの係数が最大
となるために、η≒1.8とすることが良いと云う
ことがベツセル関数表から求められる。ここで0
は変調周波数、Ｔは光フアイバの中の光の伝搬時
間、、mは変調指数である。
がつて、ηを最大にすると、sinΔθの係数が最大
となるために、η≒1.8とすることが良いと云う
ことがベツセル関数表から求められる。ここで0
は変調周波数、Ｔは光フアイバの中の光の伝搬時
間、、mは変調指数である。
そして、η≒1.8を得るために通常は変調指数
mを操作する。しかしなががら、変調指数mは
位相変調器６に加える電圧値や、位相変調器６と
光回路との結合係数の変動、位相変調器６自身の
ドリフトがあり、また変調周波数0の安定性や光
フアイバ１内の温度変化による光の伝搬時間Ｔの
変化などによりΔθ＝０、即ち、逆向きに投入し
た光の位相差がない場合のみ出力E0が安定する。
そして、Δθ≠０の場合はηの不安定性のために
アナログ値として読出す出力E0の値の安定性が
よくない。このため、Δθが零近傍での感度の高
い位相差検出方法であるにもかかわらず、スケー
ルフアクタの安定性がよくないために、零回転セ
ンサとなつている。また、第６図に示すように
Δθが90度近傍では出力E0の変化が緩慢であり、
このため広い範囲にΔθを検出することは困難で
ある。
mを操作する。しかしなががら、変調指数mは
位相変調器６に加える電圧値や、位相変調器６と
光回路との結合係数の変動、位相変調器６自身の
ドリフトがあり、また変調周波数0の安定性や光
フアイバ１内の温度変化による光の伝搬時間Ｔの
変化などによりΔθ＝０、即ち、逆向きに投入し
た光の位相差がない場合のみ出力E0が安定する。
そして、Δθ≠０の場合はηの不安定性のために
アナログ値として読出す出力E0の値の安定性が
よくない。このため、Δθが零近傍での感度の高
い位相差検出方法であるにもかかわらず、スケー
ルフアクタの安定性がよくないために、零回転セ
ンサとなつている。また、第６図に示すように
Δθが90度近傍では出力E0の変化が緩慢であり、
このため広い範囲にΔθを検出することは困難で
ある。
以上のように従来の角速度検出方法では不安定
要素が存在し、高精度の角速度検出は期待できな
かつた。
要素が存在し、高精度の角速度検出は期待できな
かつた。
本発明は上記の点に対処したもので、その目的
とするところは高精度を保持できる角速度検出方
法を提供することにある。
とするところは高精度を保持できる角速度検出方
法を提供することにある。
本発明は光の位相に外部より変調を加えること
により高次モードの出力が生ずることに注目し、
その成分からsinΔθ成分とcosΔθ成分を取出して
それらの情報を常に高い感度を有する範囲で使用
することを可能とし、またsinΔθ成分とcosΔθ成
分を相互に除することによりηの不安定性が検
出々力に影響しないようにしたのである。
により高次モードの出力が生ずることに注目し、
その成分からsinΔθ成分とcosΔθ成分を取出して
それらの情報を常に高い感度を有する範囲で使用
することを可能とし、またsinΔθ成分とcosΔθ成
分を相互に除することによりηの不安定性が検
出々力に影響しないようにしたのである。
以下本発明による一実施例を第１図に沿つて説
明する。第１図中ループ状に巻回した光フアイバ
１、光結合器２Ａ，２Ｂ、ビーム発生器３、偏光
子４、デポライザ５、位相変調器６、フオトセン
サ７の関係は第５図と同じである。本発明の実施
例は上記構成において、発振器９及び分周器１０
の出力を増巾器１１を介して位相変調器６に加
え、またフオトセンサ７の出力を増巾・同期検波
回路１２Ａ，１２Ｂを介してコンピユータ１３に
導入しており、かつ前記発振器９及び分周器の信
号を夫々増巾・同期検波回路１２Ａ，１２Ｂに導
入している。
明する。第１図中ループ状に巻回した光フアイバ
１、光結合器２Ａ，２Ｂ、ビーム発生器３、偏光
子４、デポライザ５、位相変調器６、フオトセン
サ７の関係は第５図と同じである。本発明の実施
例は上記構成において、発振器９及び分周器１０
の出力を増巾器１１を介して位相変調器６に加
え、またフオトセンサ７の出力を増巾・同期検波
回路１２Ａ，１２Ｂを介してコンピユータ１３に
導入しており、かつ前記発振器９及び分周器の信
号を夫々増巾・同期検波回路１２Ａ，１２Ｂに導
入している。
上記構成において、ビーム発生器３より発生し
たビームは、光結合器２Ｂにより２分され、利用
すべき光のみを偏光子４を介して光結合器２Ａに
導入し、この光をここから光フアイバ１の両端に
投入して右廻光CWと左廻光CCWを作る。この
状態においてループ状の光フアイバ１が回動する
と、右廻光CWと左廻光CCWとの間に位相差Δθ
が生じる。位相差Δθを有する両光CW，CCWは
位相変調器６で変調周波数0の位相変調を受け、
光結合器２Ａ、偏光子４、光結合器２Ｂを逆行し
てフオトセンサ７に入る。
たビームは、光結合器２Ｂにより２分され、利用
すべき光のみを偏光子４を介して光結合器２Ａに
導入し、この光をここから光フアイバ１の両端に
投入して右廻光CWと左廻光CCWを作る。この
状態においてループ状の光フアイバ１が回動する
と、右廻光CWと左廻光CCWとの間に位相差Δθ
が生じる。位相差Δθを有する両光CW，CCWは
位相変調器６で変調周波数0の位相変調を受け、
光結合器２Ａ、偏光子４、光結合器２Ｂを逆行し
てフオトセンサ７に入る。
このときの位相差Δθと、変調周波数0と、フ
オトセンサ７の出力PPDとの関係は、右廻光CW
の電磁界をeCW、左廻光CCWの電磁界をeCCWとす
ると、 eCW＝K1sin（ωt＋Δθ/2） …（６−１） eCCW＝K1sin（ωt−Δθ/2）…（６−２） となる。上式からの±Δθ/2はループ状の光フア
イバ１を伝搬する光がザグナツク効果でΔθだけ
の相対位相差を発生したことを意味する。
オトセンサ７の出力PPDとの関係は、右廻光CW
の電磁界をeCW、左廻光CCWの電磁界をeCCWとす
ると、 eCW＝K1sin（ωt＋Δθ/2） …（６−１） eCCW＝K1sin（ωt−Δθ/2）…（６−２） となる。上式からの±Δθ/2はループ状の光フア
イバ１を伝搬する光がザグナツク効果でΔθだけ
の相対位相差を発生したことを意味する。
次に、位相変調器６で位相Δθを動かす状況は、
eCW＝K1sin〔ωt＋Δθ/2
＋msin（pt＋π/2）〕 …（６−３）
eCCW＝K1sin〔ωt−Δθ/2
＋msin（pt−π/2）〕 …（６−４）
であらわすことができる。ここでpt＝2π0t、π/2
は固定位相で右廻光CWを左廻光CCWに変調周
波数に対してπだけ位相差をつけたものである。
は固定位相で右廻光CWを左廻光CCWに変調周
波数に対してπだけ位相差をつけたものである。
電磁界eCW，eCCWは共にフオトセンサに導入さ
れ、このときフオトセンサ７への入力光パワー
PPDは、 PPD＝（ε0／h）2×（eCW＋eCCW）2…（６−５） であらわされる。ここでεは量子効率、ｅは電子
の電芯、ｈはプランク定数、は光の周波数、ω
＝2πである。
れ、このときフオトセンサ７への入力光パワー
PPDは、 PPD＝（ε0／h）2×（eCW＋eCCW）2…（６−５） であらわされる。ここでεは量子効率、ｅは電子
の電芯、ｈはプランク定数、は光の周波数、ω
＝2πである。
いま、（εe／h）2×K2＝K0として上記（６−
５）式を解けば、 PPD＝K0〔１＋J0（2msinπ0T）cosΔθ−2J1
（2msinπ0T） sinΔθsin2π0＋2J2（2msinπ0T）cos
Δθsin4π0 −2J3（2msinπ0T）sinΔθsin6π0＋2J
4 （2msinπ0T）cosΔθsin8π0−2J5（…
＋… 〕…（６−６） となる。なお J0＝(c/2n)＝(1/2n)(1/T) …（６−７） の関係があり、ｃは光速、ｎは光フアイバの平均
屈折率、は光フアイバの全長である。第１図に
示すようにフオトセンサの出力PPDを変調周波数
0で同期検波すれば、その直流出力Ｐ（0）は、 Ｐ（0）∝K1J1（2msinπ0T） sinΔθ …（６−８） となり、変調周波数20で同期検波すれば、その
直流出力Ｐ（20）は、 Ｐ（20）∝K1J2（2msinπ0T） cosΔθ …（６−９） となる。
５）式を解けば、 PPD＝K0〔１＋J0（2msinπ0T）cosΔθ−2J1
（2msinπ0T） sinΔθsin2π0＋2J2（2msinπ0T）cos
Δθsin4π0 −2J3（2msinπ0T）sinΔθsin6π0＋2J
4 （2msinπ0T）cosΔθsin8π0−2J5（…
＋… 〕…（６−６） となる。なお J0＝(c/2n)＝(1/2n)(1/T) …（６−７） の関係があり、ｃは光速、ｎは光フアイバの平均
屈折率、は光フアイバの全長である。第１図に
示すようにフオトセンサの出力PPDを変調周波数
0で同期検波すれば、その直流出力Ｐ（0）は、 Ｐ（0）∝K1J1（2msinπ0T） sinΔθ …（６−８） となり、変調周波数20で同期検波すれば、その
直流出力Ｐ（20）は、 Ｐ（20）∝K1J2（2msinπ0T） cosΔθ …（６−９） となる。
ところで第２図はベツセル関数J3項まで示した
グラフであり、いま2msinπ0T＝2.6とすると、
その値はJ1項、J2項とも0.5となり、フオトセン
サ７の利用可能出力は Ｐ（0）0.5K1sinΔθ Ｐ（20）0.5K1cosΔθ となる。即ち、第３図に示すような出力Ｐ（0），
Ｐ（20）が得られるので、従来においてΔθが90
度近傍で著るしい感度低下をまねいていたが、本
実施例ではΔθが45度近傍でＰ（0）からＰ（20）
へと扱う信号を切換えれば、Δθに対してフオト
センサ７の出力変化の大きい部分を常に使用する
ことができる。このため、高い精度を常に保持し
ながらΔθを広い範囲で検出することができる。
グラフであり、いま2msinπ0T＝2.6とすると、
その値はJ1項、J2項とも0.5となり、フオトセン
サ７の利用可能出力は Ｐ（0）0.5K1sinΔθ Ｐ（20）0.5K1cosΔθ となる。即ち、第３図に示すような出力Ｐ（0），
Ｐ（20）が得られるので、従来においてΔθが90
度近傍で著るしい感度低下をまねいていたが、本
実施例ではΔθが45度近傍でＰ（0）からＰ（20）
へと扱う信号を切換えれば、Δθに対してフオト
センサ７の出力変化の大きい部分を常に使用する
ことができる。このため、高い精度を常に保持し
ながらΔθを広い範囲で検出することができる。
上記説明中便宜上2msinπ0Tの値を2.6とした
が、この値はJ1項、J2項が零にならない任意の値
とすればよい。
が、この値はJ1項、J2項が零にならない任意の値
とすればよい。
第４図は本発明による別の実施例を示すもの
で、第１図と変るところは、フオトセンサ７の出
力成分から直流増幅器１４を介してJ0(x)＝０とな
る成分を取出し、これを増巾器１１にフイードバ
ツクさせるようにした点である。第２図に示すよ
うにベツセル関数の零項は、 J0（2.4）＝０ であるので、前記（６−６）式において、 J0（2msinπ0T）＝０ となるように変調指数mを増巾器１１にフイー
ドバツクする制御を行なえば、 J0（2msinπ0T）cosΔθ＝０ となり、感度の高い値での制御が可能である。こ
の結果、 J1（2msinπ0T）と J2（2msinπ0T） との値が固定されるため、このような制御を用い
るとき Ｐ（0）／Ｐ（20）＝K2tanΔθ を求めることができ、nπ−π/2（ｎ＝１，２，３
…）の値、即ちπ/2，3π/2，…の特異点の処理に
よりΔθを求めることが可能となる。勿論第３図
において説明したsin，cosの切換方式を行つても
何等問題となることはないい。尚、第４図中増
巾・同期検出回路１２Ａ，１２Ｂからの出力信号
中Ka，Kbは夫々にKa∝J1（2.4）Kb∝J2（2.4）で
あ らわされる。
で、第１図と変るところは、フオトセンサ７の出
力成分から直流増幅器１４を介してJ0(x)＝０とな
る成分を取出し、これを増巾器１１にフイードバ
ツクさせるようにした点である。第２図に示すよ
うにベツセル関数の零項は、 J0（2.4）＝０ であるので、前記（６−６）式において、 J0（2msinπ0T）＝０ となるように変調指数mを増巾器１１にフイー
ドバツクする制御を行なえば、 J0（2msinπ0T）cosΔθ＝０ となり、感度の高い値での制御が可能である。こ
の結果、 J1（2msinπ0T）と J2（2msinπ0T） との値が固定されるため、このような制御を用い
るとき Ｐ（0）／Ｐ（20）＝K2tanΔθ を求めることができ、nπ−π/2（ｎ＝１，２，３
…）の値、即ちπ/2，3π/2，…の特異点の処理に
よりΔθを求めることが可能となる。勿論第３図
において説明したsin，cosの切換方式を行つても
何等問題となることはないい。尚、第４図中増
巾・同期検出回路１２Ａ，１２Ｂからの出力信号
中Ka，Kbは夫々にKa∝J1（2.4）Kb∝J2（2.4）で
あ らわされる。
さらに、第４図に示すコンピユータ１３は
sinΔθ，cosΔθの直線性の補正、（sinΔθ）／
（coSΔθ）の演算、sinΔθとcosΔθの切換などを行
う制御を行う一方、角速度への変換や角速度発生
の方向を演算するのに用いられる。これは Δθ＝（4πR）／（λc）×Ω より求められるからである。ここでＲは光フアイ
バのループの半径、λは光の波長、Ωは光フアイ
バのループの回転角速度である。
sinΔθ，cosΔθの直線性の補正、（sinΔθ）／
（coSΔθ）の演算、sinΔθとcosΔθの切換などを行
う制御を行う一方、角速度への変換や角速度発生
の方向を演算するのに用いられる。これは Δθ＝（4πR）／（λc）×Ω より求められるからである。ここでＲは光フアイ
バのループの半径、λは光の波長、Ωは光フアイ
バのループの回転角速度である。
以上説明したように、低角速度検出に適する装
置は検出角速度レンジが狭く、逆に検出角速度レ
ンジが広い装置は低角速度の検出が困難であり、
また光源の光パワーのドリフトに対しても計測ス
ケールの変動が大きく、高精度の角速度の検出が
行えなかつたが、本発明は角速度分解能力と角速
度の検出範囲を高精度を保持しながら両立させる
こてができ、かつ光源の光パワーの変動補正も可
能となるので、高精度な角速度検出を行うことが
できる。
置は検出角速度レンジが狭く、逆に検出角速度レ
ンジが広い装置は低角速度の検出が困難であり、
また光源の光パワーのドリフトに対しても計測ス
ケールの変動が大きく、高精度の角速度の検出が
行えなかつたが、本発明は角速度分解能力と角速
度の検出範囲を高精度を保持しながら両立させる
こてができ、かつ光源の光パワーの変動補正も可
能となるので、高精度な角速度検出を行うことが
できる。
第１図は本発明による角速度検出方法を実施す
る装置の一例を示すブロツク図、第２図は１種ベ
ツセル関数を示すグラフ、第３図は第１図に示す
フオトセンサの出力線図、第４図は本発明を実施
する装置の他の例を示すブロツク図、第５図は従
来による角速度検出方法を行う装置を示すブロツ
ク図、第６図は第５図に示すフオトセンサの出力
線図である。 １…ループ状の光フアイバ、２Ａ，２Ｂ…光結
合器、３…ビーム発生器、６…位相変調器、７…
フオトセンサ、９…発振器、１１…増巾器、１２
Ａ，１２Ｂ…増巾・同期検波回路、１３…コンピ
ユータ。
る装置の一例を示すブロツク図、第２図は１種ベ
ツセル関数を示すグラフ、第３図は第１図に示す
フオトセンサの出力線図、第４図は本発明を実施
する装置の他の例を示すブロツク図、第５図は従
来による角速度検出方法を行う装置を示すブロツ
ク図、第６図は第５図に示すフオトセンサの出力
線図である。 １…ループ状の光フアイバ、２Ａ，２Ｂ…光結
合器、３…ビーム発生器、６…位相変調器、７…
フオトセンサ、９…発振器、１１…増巾器、１２
Ａ，１２Ｂ…増巾・同期検波回路、１３…コンピ
ユータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ビームを発生する光発生器、該光発生器から
のビームを２分する第１の光結合器、該第１の光
結合器で分離された一方のビームを導入され、こ
のビームを２分する第２の光結合器、ループ状に
巻回されその両端から第２の光結合器で２分され
たビームをそれぞれ導入される光フアイバ、光フ
アイバの一端と第２の光結合器の一端間に設けら
れた位相変調器、前記第１の光結合器で２分され
た他方のビームを検出するフオトセンサとから構
成され、フオトセンサの光の位相に応じて角速度
を検出する位相変調式角速度検出装置において、 発信器、該発信器出力の分周器、該分周器出力
を前記位相変調器に印加する増幅器、前記フオト
センサ出力を前記発信器出力で同期検波し、余弦
成分を導出する第１の同期検波回路、前記フオト
センサ出力を前記分周器出力で同期検波し、正接
成分を導出する第２の同期検波回路、第１と第２
の同期検波回路出力を切替使用する演算回路とか
ら構成されることを特徴とする位相変調式角速度
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60080199A JPS61240116A (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 | 位相変調式角速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60080199A JPS61240116A (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 | 位相変調式角速度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61240116A JPS61240116A (ja) | 1986-10-25 |
| JPH0464411B2 true JPH0464411B2 (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=13711714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60080199A Granted JPS61240116A (ja) | 1985-04-17 | 1985-04-17 | 位相変調式角速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61240116A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4776700A (en) * | 1987-09-30 | 1988-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Switched state fiber optic gyroscope |
| JPH02189412A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Hitachi Ltd | 光フアイバジヤイロ |
| JPH0812077B2 (ja) * | 1991-07-05 | 1996-02-07 | 松下電器産業株式会社 | 光回転検出装置 |
-
1985
- 1985-04-17 JP JP60080199A patent/JPS61240116A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61240116A (ja) | 1986-10-25 |
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