JPH0472512A - Signal processing device for optical gyroscope - Google Patents

Signal processing device for optical gyroscope

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JPH0472512A
JPH0472512A JP18408590A JP18408590A JPH0472512A JP H0472512 A JPH0472512 A JP H0472512A JP 18408590 A JP18408590 A JP 18408590A JP 18408590 A JP18408590 A JP 18408590A JP H0472512 A JPH0472512 A JP H0472512A
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analog
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Akihiro Kurokawa
黒河 明広
Yoshiaki Hayakawa
義彰 早川
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Abstract

PURPOSE:To obtain a photo-electric transduced output signal in proportion to the rotational angular velocity by conducting the beam of light in a photo- transmitting path working together with a rotary shaft in both directions clockwise and counterclockwise simultaneously, subjecting it at the same time to phase modulation, and thereby sensing the phase difference of light due to Sagnac effect. CONSTITUTION:A frequency mixing circuit to output No.1, N0.2, and No.3 analog signals (15-17) is provided along with an A/D converter 18 which converts these analog signals into No.1 digital signal 19. Further are provided a digital demodulating means and also a rotational angular velocity calculating means which outputs No.11 digital signal 33. The frequency mixing circuit converts frequency components of a photo-electric transduced output signal into a signal having a frequency DELTAfm, and the A/D converter makes conversion into digital signal. Further, the standardized demodulation signal is turned into a signal proportional to the input rotational angular velocity. Thereby the gyroscope output signal can be made an output proportional to the input rotational angular velocity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔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わり、より
詳細には、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、サニヤック(Sag
nac)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。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] 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 more specifically, a signal processing device for a signal processing device for an optical gyro. The light of the Sag
The present invention relates to a signal processing device for an optical gyro that detects the phase difference of light based on the nac) effect and obtains a signal proportional to the rotational angular velocity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第7図には従来の位相変調を付加した光フアイバジャイ
ロの構成が一部模式的に示される。
FIG. 7 schematically shows a part of the configuration of a conventional optical fiber gyro to which phase modulation is added.

図中、1は光源、2a、2bは光分配結合器、3は偏光
子、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は光電変換回路、201はバンドパスフィルタ、2
03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。
In the figure, 1 is a light source, 2a and 2b are optical splitting 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. A light propagation path, 6 a photoelectric conversion circuit, 201 a band pass filter, 2
03 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 output signals of each circuit, and 209 indicates a gyro output signal.

また、Pは信号処理回路を示す。Further, P indicates a signal processing circuit.

第7図の構成において、光源l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、偏光子3に入射する。偏光子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、Φ、・5in(ωat)の位相
変調を受ける。ここで、Φ、は最大位相偏移、ω。
In the configuration shown in FIG. 7, the first light beam emitted from the light source 1 enters the first optical splitting/coupling device 2a and is divided into two to become 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 the second light beam enters the polarizer 3.
The light enters the optical splitter coupler 2b. The second light beam incident on the second optical splitting/coupling device is divided into two to become fourth and fifth light beams. The fourth light beam travels in the direction of the dashed arrow;
The signal enters the phase modulator 4 and undergoes phase modulation of Φ,·5 in (ωat). Here, Φ is the maximum phase shift, ω.

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Φ、・5in(ω、1)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
ムは偏光子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
換回路6に入射される。
indicates the phase modulator driving angular frequency. The fourth optical beam subjected to 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 splitter coupler 2b in the direction of the dashed line arrow, and after propagating clockwise through the optical propagation path 5,
After entering the phase modulator 4 and undergoing phase modulation of Φ,·5 in (ω, 1), 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 certain 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 split into two into seventh and eighth light beams, of which the eighth light beam is incident on the photoelectric conversion circuit 6.

光電変換回路6の出力信号である光電変換出力信号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ω11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。
A photoelectric conversion output signal 7, which is an output signal of the photoelectric conversion circuit 6, is input to a bandpass filter 201, and ω11 of the same angular frequency as the phase modulator drive signal 8 is transmitted. Further, the phase modulator drive signal 8 outputted from the oscillator 204 is input to the square wave conversion circuit 205, and is converted into a square wave whose frequency and phase are synchronized.

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206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、ローパスフィルタ208に入力されて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。
The output signal 202 of the bandpass filter 201 and the output signal 206 of the square wave conversion circuit 205 are both input to an analog multiplier 203. The output signal 207 of the analog multiplier 203 is input to a low-pass filter 208 and only the DC component is transmitted therethrough, resulting in a gyro output signal 209. The gyro output signal 209 is expressed by the following equation.

Vo oc  (2/z)Po sinφs ・J+(
η)sinψ。
Vo oc (2/z)Po sinφs ・J+(
η) sinψ.

+U、+U、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・(1)ここで、■。はジャイロ出力信号、Poは光
電変換回路に入射する時計回り方向または反時計回り方
向の光の非干渉光光量、φ、はサニヤック効果による光
の位相差(=4πRLΩ/λC)、Rは光伝搬路半径、
Lは光ファイバ長、Ωは入力回転角速度、λは真空中に
おける光の波長、Cは真空中における光速、J、は1次
ベッセル関数、ηは位相変調度、ψ。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
、Ulはアナログ乗算器のオフセット電圧、そしてU2
はローパスフィルタのオフセット電圧を示す。
+U, +U, ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
...(1) Here, ■. is the gyro output signal, Po is the non-interfering amount of clockwise or counterclockwise light incident on the photoelectric conversion circuit, φ is the phase difference of light due to the Sagnac effect (=4πRLΩ/λC), and R is the optical propagation road radius,
L is the optical fiber length, Ω is the input rotational angular velocity, λ is the wavelength of light in vacuum, C is the speed of light in vacuum, J is the first-order Bessel function, η is the phase modulation degree, ψ. is the phase difference between the bandpass filter output signal and the square wave conversion circuit output signal, Ul is the offset voltage of the analog multiplier, and U2
indicates the offset voltage of the low-pass filter.

[発明が解決しようとする課!!] 上述した従来の光フア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
U 、U zが零の場合でもsinφ、に比例している
。そのため、入力回転角速度Ωに対するリニアリティが
悪く、また、検出可能な入力回転角速度が、サニヤック
効果による位相差φSで±π/2 [radl に相当
する範囲に制限されるという問題点があった。
[The problem that the invention tries to solve! ! ] In the conventional optical fiber gyro signal processing circuit P described above, the gyro output signal 209 is proportional to sinφ even when the offset voltages U and Uz are zero. Therefore, there was a problem in that the linearity with respect to the input rotational angular velocity Ω was poor, and the detectable input rotational angular velocity was limited to a range corresponding to ±π/2 [radl with a phase difference φS due to the Sagnac effect.

また、ジャイロ出力信号209が、光電変換回路に入射
する光の非干渉光光量P0の変動、位相変調器4に起因
する位相変調度ηの変動および位相差ψ。の変動により
、リニアリティならびに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。
Furthermore, the gyro output signal 209 includes fluctuations in the amount of non-interfering light P0 incident on the photoelectric conversion circuit, fluctuations in the degree of phase modulation η caused by the phase modulator 4, and phase difference ψ. There is also a problem in that linearity and scale factor stability tend to deteriorate due to fluctuations in .

さらに、入力回転角速度が零、つまりサニヤック効果に
よる位相差φ、が零、の場合でも、オフセット電圧U 
r 、 U t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。
Furthermore, even when the input rotational angular velocity is zero, that is, the phase difference φ due to the Sagnac effect is zero, the offset voltage U
There is also the problem that bias stability tends to deteriorate due to fluctuations in r and Ut.

本発明は、上述した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の
制限を無くす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 above-mentioned problems in the prior art, and it is possible to make the gyro output signal an output that is accurately proportional to the input rotational angular velocity, minimize the gyro bias fluctuation, and improve linearity and scale factor stability. It is an object of the present invention to provide a signal processing device for an optical gyro that can increase the gyro's maximum detection angular velocity range and eliminate limitations on the maximum detection angular velocity range of the gyro.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図の原理ブロック図に示されるように、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ヤック効果によ
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と同し周波数、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
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98〜9d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のデジタル信号19に変換するアナログ/デジタル(
A/D)コンバータ18と、前記第2のデジタル信号を
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のデジタル信号22を発生し、該第3のデジタル
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のデジタル信号24.25を形成し、前記第
1のデジタル信号との間でデジタル的に乗算を行ってそ
れぞれ直流成分を除去し、第6および第7のデジタル信
号26.27を出力するデジタル・デモジュレート手段
20a〜20d、21.23 と、前記第6および第7
のデジタル信号に基づき前記光電変換出力信号のfmと
2fm、または4fmの周波数に対応する信号成分の符
号から前記サニヤック効果による光の位相差の存在象限
を判別し、第8および第9のデジタル信号29a 、 
29bを出力する象限判別手段28と、 前記第6および第7のデジタル信号に基づき前記光電変
換出力信号の2fmと4fmの周波数に対応する信号成
分の振幅比から現在の位相変調度に対応した第10のデ
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10のデ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、 を具備してなる光学ジャイロ用信号処理装置が提供され
る。
As shown in the principle block diagram of FIG. 1, according to the present invention, light is simultaneously propagated in a clockwise and counterclockwise direction through a light propagation path cooperating with a rotating shaft, and 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 propagated light to obtain a photoelectric conversion output signal 7 proportional to the rotational angular velocity, the device comprising: a phase modulator; In response to analog and digital reference signals 10-13 synchronized in frequency and phase with the drive signal 8, the frequency f of the phase modulator drive signal is determined from the photoelectric conversion output signal.
Extract signal components with the same frequency as m, twice the frequency 2fm, and four times the frequency 4fm, and calculate the respective frequencies Δfm
and output the first, second and third analog signals 15 to 17, respectively, and convert the analog reference signal into a signal with a frequency Δfm and output the fourth analog signal 14. Mixing circuits 98 to 9d, and an analog/digital circuit 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. (
A/D) converter 18, which outputs the second digital signal and generates a third digital signal 22 whose phase is synchronized with the fourth analog signal, and whose phase is synchronized with the third digital signal. and a fourth phase shifted by 90° from each other.
and a fifth digital signal 24.25, which are digitally multiplied with the first digital signal to remove DC components, and output sixth and seventh digital signals 26.27. digital demodulating means 20a to 20d, 21.23, and the sixth and seventh
Based on the digital signal, the quadrant in which the optical phase difference due to the Sagnac effect exists is determined from the sign of the signal component corresponding to the frequencies of fm and 2fm or 4fm of the photoelectric conversion output signal, and the eighth and ninth digital signals are determined. 29a,
quadrant discriminating means 28 for outputting a signal 29b; a rotational angular velocity calculation means 30 that outputs an eleventh digital signal 33 proportional to the rotational angular velocity based on the sixth to tenth digital signals; A signal processing device for an optical gyro is provided.

〔作用〕[Effect]

上述した構成によれば、周波数混合回路で光電変換出力
信号のfm、2fmおよび4fmの周波数成分を周波数
Δfmの信号に変換し、A/Dコンバータで第1のデジ
タル信号に変換し、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のデジタ
ル信号と第1のデジタル信号との間でデジタル的にデモ
シュレートし、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象限判別手段でサニ
ヤック効果による光の位相差の象限を判別し、光電変調
出力信号の2fmと4fmの周波数成分の振幅比から位
相変調度演算手段で現在の位相変調度に対応した係数を
演算し、この係数と上記の象限と光電変調出力信号のf
mと2fmの周波数成分の振幅比から、回転角速度演算
手段で入力回転角速度に比例した信号を出力する。
According to the above configuration, the frequency mixing circuit converts the fm, 2fm, and 4fm frequency components of the photoelectric conversion output signal into a signal with a frequency Δfm, the A/D converter converts the frequency components into a first digital signal, and the phase modulator Digital demosulation is performed between the first digital signal and the fourth and fifth digital signals whose phases are synchronized with the drive signal and whose phases are shifted by 90 degrees from each other, and the photoelectric exchange output signals fm and 2fm ( The quadrant determining means determines the quadrant of the optical phase difference due to the Sagnac effect from the sign of the frequency component of 2 fm and 4 fm), and the phase modulation calculation means determines the current phase from the amplitude ratio of the 2 fm and 4 fm frequency components of the photoelectric modulation output signal. A coefficient corresponding to the modulation degree is calculated, and this coefficient, the above quadrant, and f of the photoelectric modulation output signal are calculated.
Based on the amplitude ratio of the frequency components m and 2fm, the rotational angular velocity calculation means outputs a signal proportional to the input rotational angular velocity.

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、最大検出角速度範囲の制限を無くすと共
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。
This makes the gyro output signal proportional to the input rotational angular velocity, eliminates limitations on the maximum detection angular velocity range, and eliminates light intensity fluctuations, phase modulation degree fluctuations, and phase fluctuations between the photoelectric conversion output signal and the phase modulator drive signal. remove the influence,
It becomes possible to eliminate the occurrence of offset voltage.

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。
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.

〔実施例] 以下、本発明の一実施例について第1図を参照しながら
説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例の信号処理装置は、例えば第7図に示される光
フア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のへ、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2
1と、余弦/正弦信号(cos/5in)発生手段23
と、第1および第2のデジタル乗算手段20a、20b
と、第1および第2のデジタルフィルタ20c、 20
dと、象限判別手段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35と
が図示のように接続されて構成されている。
The signal processing device of this embodiment is applied in place of the signal processing circuit P of the optical fiber gyro shown in FIG. 7, for example, and includes first to fourth terodyne mixers 9a to 9d,
A/D converter 18 and timing pulse generation means 2
1, and cosine/sine signal (cos/5in) generating means 23
and first and second digital multiplication means 20a, 20b.
and first and second digital filters 20c, 20
d, quadrant discrimination means 28, rotational angular velocity calculation means 30, phase modulation degree calculation means 31, and reference signal generation circuit 35 are connected as shown in the figure.

以下、各構成要素の機能(動作)について説明する。The functions (operations) of each component will be explained below.

まず、参照信号発生回路35は、位相変調器駆動信号(
第6のアナログ信号)8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のデジタル信号11、第13の
デジタル信号12、および第14のデジタル信号13を
出力してそれぞれ第4のヘテロダインミキサ9d、第1
および第4のヘテロダインミーt−99a、9d 、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、位相変調された充電変
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。
First, the reference signal generation circuit 35 generates a phase modulator drive signal (
A fifth analog signal 10 having a frequency fm synchronized in frequency and phase with the analog signal 8, a twelfth digital signal 11, a thirteenth digital signal 12, and a fourteenth digital signal 8 are output. output the digital signal 13 of the fourth heterodyne mixer 9d and the first
and is supplied to the fourth heterodyne mixer 99a, 9d, the second heterodyne mixer 9b, and the third heterodyne mixer 9C. Further, the phase-modulated charging conversion output signal 7 is transmitted to the first to third heterodyne mixers 9a.
~Input at 9C.

第1のヘテロダインミキサ9aでは、第12のデジタル
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1
5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。
In response to the twelfth digital signal 11, the first heterodyne mixer 9a extracts the same frequency component as the frequency fm of the phase modulator drive signal 8 from the photoelectric conversion output signal 7, converts it into a signal with a frequency Δfm, and converts it into a signal with a frequency Δfm. 1 analog signal 1
Outputs 5. This first analog signal 15 is expressed by the following equation.

〈第1のアナログ信号〉 L (X:2P6 sinφs・J+(η)Xsin(
Δω、1+ψI)・・・・・・・・・(2)ここで、Δ
ω、は位相変調器駆動角周波数の変化分(=2πΔfm
)、ψ、は光電変換出力信号7のfm成分と(fm+Δ
fm)の周波数をもつ第12のデジタル信号11との位
相差を示す。
<First analog signal> L (X:2P6 sinφs・J+(η)Xsin(
Δω, 1+ψI)・・・・・・・・・(2) Here, Δ
ω is the change in the phase modulator driving angular frequency (=2πΔfm
), ψ are the fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and (fm+Δ
The phase difference with the twelfth digital signal 11 having a frequency of fm) is shown.

第2のヘテロダインミキサ9bでは、第13のデジタル
信号12に応答して、光電変換出力信号7から周波数2
fm成分を取出し、周波数Δfm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、次式で表されるゆく第2のアナログ信号〉 V! CC2pHcosφ−・Jz(η)Xsin(Δ
ω、t+φ2)・・・・・・・・・(3)ここで、ψ2
は光電変換出力信号7の2fm成分と(2fm+Δfm
)の周波数をもつ第13のデジタル信号12との位相差
を示す。
In the second heterodyne mixer 9b, in response to the thirteenth digital signal 12, the frequency 2 is converted from the photoelectric conversion output signal 7.
The fm component is extracted and converted to a signal with frequency Δfm, and the second
The analog signal 16 is output. This second analog signal 16 is a second analog signal expressed by the following formula>V! CC2pHcosφ−・Jz(η)Xsin(Δ
ω, t+φ2)・・・・・・・・・(3) Here, ψ2
is the 2fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and (2fm+Δfm
) shows the phase difference with the thirteenth digital signal 12 having a frequency of .

第3のヘテロダインミキサ9cでは、第14のデジタル
信号13に応答して、光電変換出力信号7から周波数4
fm成分を取出し、周波数Δfm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。
In response to the fourteenth digital signal 13, the third heterodyne mixer 9c converts the photoelectric conversion output signal 7 into a frequency 4.
The fm component is extracted and converted to a signal with frequency Δfm, and the third
The analog signal 17 is output. This third analog signal 17 is expressed by the following equation.

〈第3のアナログ信号〉 V3 CC2P、 cosφ、−J、(η)Xsin(
Δω、L÷ψ3)・・・・・・・・・(4)ここで、ψ
、は光電変換出力信号7の4fm成分と(4fm+Δf
m)の周波数をもつ第14のデジタル信号13との位相
差を示す。
<Third analog signal> V3 CC2P, cosφ, -J, (η)Xsin(
Δω, L÷ψ3)・・・・・・・・・(4) Here, ψ
, is the 4fm component of the photoelectric conversion output signal 7 and (4fm+Δf
m) shows the phase difference with the fourteenth digital signal 13 having the frequency.

第1〜第3のアナログ信号15〜17は、A/Dコンバ
ータ18に人力され、第1のデジタル信号19に変換さ
れる。この第1のデジタル信号19は例えば2進数等で
表されるデジタル信号である。
The first to third analog signals 15 to 17 are input to an 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.

第4のヘテロダインミキサ9dでは、第12のデジタル
信号11に応答して、第5のアナログ信号10を周波数
Δr、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 fourth heterodyne mixer 9d converts the fifth analog signal 10 into a signal with a frequency Δr 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.

く第4のアナログ信号〉 ■4ocsin(Δω、t+ψREF) −−−−(5
)ここで、φ1Fは第5のアナログ信号1oと第12の
デジタル信号11との位相差を示す。
4th analog signal> ■4ocsin (Δω, t+ψREF) −−−−(5
) Here, φ1F indicates the phase difference between the fifth analog signal 1o and the twelfth digital signal 11.

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に位相が同期した第2
および第3のデジタル信号37.22に変換される。こ
のうち、第2のデジタル信号37はA/Dコンバータ1
8に入力される。A/Dコンバータ18は、このデジタ
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のデジタル信号19に変換する。また、第
3のデジタル信号22はcos/sin発生手段23に
入力される。
This fourth analog signal 14 is input to the timing pulse generating means 21, and a second
and converted into a third digital signal 37.22. Of these, the second digital signal 37 is the A/D converter 1
8 is input. The A/D converter 18 converts the first to third analog signals 15 in synchronization with the digital signal 37.
~17 into a first digital signal 19. Further, the third digital signal 22 is input to a cos/sin generating means 23.

cos/sin発生手段23は、第3のデジタル信号2
2に位相同期して、該信号22の1周期内を所定時間間
隔をおいて区切り、その時間位置に対応し且つ互いに9
0°位相のずれた余弦(cosine)および正弦(s
ine)の値を、それぞれ第4および第5のデジタル信
号24.25として出力する。第4および第5のデジタ
ル信号24.25は、次式で表される。
The cos/sin generating means 23 generates the third digital signal 2
2, one cycle of the signal 22 is divided at predetermined time intervals, and the signals correspond to the time positions and are 9 times apart from each other.
Cosine and sine 0° out of phase
ine) as fourth and fifth digital signals 24.25, respectively. The fourth and fifth digital signals 24.25 are expressed by the following equations.

く第4のデジタル信号(24) > V R1!F、 cosccCO5(Δω、1±ψII
F)・・・・・・(6)〈第5のデジタル信号(25)
 > ■+111!F+ sia cCSln(Δω、t+ψ
tty) −−(7)第4のデジタル信号24は、第1
のデジタル信号19と共に第1のデジタル乗算手段20
aに入力され、デジタル的に乗算された後、第1のデジ
タルフィルタ20cを通して直流(DC)成分が除去さ
れ、第6のデジタル信号26として出力される。この第
6のデジタル信号26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) > VR1! F, cosccCO5(Δω, 1±ψII
F)・・・・・・(6)〈Fifth digital signal (25)
> ■+111! F+ sia cCSln(Δω, t+ψ
tty) --(7) The fourth digital signal 24 is
a first digital multiplication means 20 together with a digital signal 19 of
a, and after being digitally multiplied, the direct current (DC) component is removed through the first digital filter 20c and output as the sixth digital signal 26. The first to third analog signals 15 of this sixth digital signal 26
Each signal corresponding to 17 is expressed by the following equation.

〈第1のアナログ信号(15)に対応する第6のデジタ
ル信号〉 ■ I+  Cot  ”   P OSin  φ 
、 ・ J、(η )Xsin(ψ1゛)・・・・・・
・・・・・・・・・(8)〈第2のアナログ信号(16
)に対応する第6のデジタル信号〉 ■2+ cos ” Po cosφS’J2(77)
Xsin(ψ2”)・・−・・・・・・・・・・・・(
9)〈第3のアナログ信号(17)に対応する第6のデ
ジタル信号〉 V 31 cos ” Po CO3−,Ja(η)X
sin(ψ3′)・・・・・・・・・・・・・・・(1
0)ここで・ψ1′=ψI−ψ貢EF・ ψ2”=ψ2−ψ□1、 ψ、′−ψ3−ψIEF  、 である。
<Sixth digital signal corresponding to first analog signal (15)> ■ I+ Cot ” P OSin φ
, ・J, (η)Xsin(ψ1゛)・・・・・・
・・・・・・・・・(8)〈Second analog signal (16
)〉 ■2+ cos ” Po cosφS'J2 (77)
Xsin (ψ2”)・・・−・・・・・・・・・・・・(
9) <Sixth digital signal corresponding to third analog signal (17)> V 31 cos ” Po CO3-, Ja(η)X
sin(ψ3′)・・・・・・・・・・・・・・・(1
0) Here, ψ1′=ψI−ψtributary EF, ψ2”=ψ2−ψ□1, ψ,′−ψ3−ψIEF,

一方、第5のデジタル信号25は、第1のデジタル信号
19と共に第2のデジタル乗算手段20bに入力され、
デジタル的に乗算された後、第2のデジタルフィルタ2
0dを通してDC成分が除去され、第7のデジタル信号
27として出力される。この第7のデジタル信号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 input to the second digital multiplication means 20b together with the first digital signal 19,
After being digitally multiplied, the second digital filter 2
The DC component is removed through 0d 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.

〈第1のアナログ信号(15)に対応する第7のデジタ
ル信号〉 ■1.sin ” P@ Sinφ、・j、(η)X 
cos (ψ1゛)・・・・・・・・・・・・・・・(
11)く第2のアナログ信号(16)に対応する第7の
デジタル信号〉 ■z* si、1” Po CO3φs ・JZ(77
)X cos (ψ2”)・・・・・・・・・・・・・
・・(12)〈第3のアナログ信号(17)に対応する
第7のデジタル信号〉 v:1. sin cc po cosφs・Ja<y
y)X cos (ψ3゛)・・・・・・・・・・・・
・・・(13)このように、デジタル的に乗算およびフ
ィルタリング(つまりデジタル・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・
デモシュレート)に見られたよう乙こアナログIC等に
起因するオフセット電圧がデモシ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 corresponding to first analog signal (15)> ■1. sin ” P@Sinφ, ・j, (η)X
cos (ψ1゛)・・・・・・・・・・・・・・・(
11) Seventh digital signal corresponding to second analog signal (16)> ■z* si, 1” Po CO3φs ・JZ(77
)X cos (ψ2”)・・・・・・・・・・・・・
...(12) <Seventh digital signal corresponding to third analog signal (17)> v:1. sin cc po cosφs・Ja<y
y)X cos (ψ3゛)・・・・・・・・・・・・
...(13) In this way, multiplication and filtering (i.e., digital demodulation) are performed digitally, so conventional signal processing forms (i.e., analog
It is possible to eliminate the disadvantage that an offset voltage caused by an analog IC or the like is superimposed on a signal after demosulation, as seen in demosulation.

第6および第7のデジタル信号26.27は、象限判別
手段28に入力される。象限判別手段28では、式(8
) 、 (9)および(11)、(12)に表される第
6のデジタル信号26のV I + Co SとVz、
cosまたは第7のデジタル信号27のVI+5111
1とV z、s t nの符号から、以下の論理判別を
行う。
The sixth and seventh digital signals 26,27 are input to the quadrant determining means 28. The quadrant determining means 28 uses the formula (8
), (9), (11), and (12), V I + Co S and Vz of the sixth digital signal 26,
cos or VI+5111 of the seventh digital signal 27
1 and the signs of V z and s t n, the following logical judgment is made.

ここで、第6のデジタル信号26のVI+Colと第7
のデジタル信号27のVl、S□0は第2図に示す規格
化デモシュレート出力101(実線表示)に対応し、ま
た第6のデジタル信号26のVz、casと第7のデジ
タル信号27のV!+si*は第2図に示す規格化デモ
シュレート出力102(破線表示)に対応する。
Here, VI+Col of the sixth digital signal 26 and the seventh
Vl and S□0 of the digital signal 27 correspond to the normalized demosulated output 101 (shown as a solid line) shown in FIG. V! +si* corresponds to the normalized demosulated output 102 (indicated by a broken line) shown in FIG.

第2図から分かるように、サニヤック効果による位相差
φ、 [rad] に対し、規格化デモシュレート出力
101 、102の符号は、第1表(次頁参照)に示す
ように変化する。
As can be seen from FIG. 2, the signs of the normalized demosulated outputs 101 and 102 change as shown in Table 1 (see next page) with respect to the phase difference φ, [rad] due to the Sagnac effect.

第1表に示す論理判別に基づいて、まずサニヤック効果
による位相差φ、の存在象限が±π[rad]の範囲(
象限範囲A)で決定される。この場合、規格化デモシュ
レート出力101,102の各符号の組合せにより、位
相差φ、の象限範囲Aにおける象限記号Mは4種類(0
〜3)に分類される。
Based on the logical judgment shown in Table 1, first, the existence quadrant of the phase difference φ due to the Sagnac effect is within the range of ±π [rad] (
Determined in quadrant range A). In this case, there are four types of quadrant symbols M in the quadrant range A of the phase difference φ, depending on the combination of the codes of the normalized demosulation outputs 101 and 102 (0
~3).

第1表 〔以下余白] 第1表に示すように、隣り合った位相差φ、の象限記号
Mで同じ記号はない。そこで、象限範囲Aの象限記号M
が、例えば ■「3」から「0」に変化した場合は、位相差φ、の象
限が、象限記号Mの変化する前の象限範囲に2π[ra
dl加算した象限範囲に存在するものと判断し、 ■逆に「0」から「3」に変化した場合は、位相差φ、
の象限が、象限記号Mの変化する前の象限範囲から2π
[rad] 滅じた象限範囲に存在するものと判断する
Table 1 [Margin below] As shown in Table 1, there are no identical quadrant symbols M for adjacent phase differences φ. Therefore, quadrant symbol M of quadrant range A
For example, when ■ changes from "3" to "0", the quadrant of the phase difference φ is 2π[ra
It is judged that it exists in the quadrant range where dl has been added. ■Conversely, if it changes from "0" to "3", the phase difference φ,
The quadrant of is 2π from the quadrant range before the quadrant symbol M changes.
[rad] It is judged that it exists in the destroyed quadrant range.

第3図には象限判別処理のフローの一例が示される。図
示の例では、位相差φs [rad]の象限範囲A(−
π〜+π)に対して象限判別が行われている。
FIG. 3 shows an example of the flow of quadrant discrimination processing. In the illustrated example, the quadrant range A(-
Quadrant discrimination is performed for π to +π).

まずステップ301では、第6および第7のデジタル信
号26.27(すなわち規格化デモシュレート出力10
1.102)が象限判別手段28に取り込まれる。
First, in step 301, the sixth and seventh digital signals 26, 27 (i.e., the normalized demosulated output 10
1.102) is taken into the quadrant determining means 28.

ステップ302〜309では、規格化デモシュレート出
力101,102の各符号の組合せに基づいて象限記号
Mの論理判別が行われる。
In steps 302 to 309, the logic of the quadrant symbol M is determined based on the combination of the codes of the normalized demosulated outputs 101 and 102.

ステップ310では、象限範囲Aの象限記号Mが0に等
しい(YES)か否(NO)かの判定を行い、判定結果
がYESの場合にはステップ311に進み、判定結果が
NOの場合にはステップ313に進む。ステップ311
では、演算サイクル1回前の象限範囲Aの象限記号M0
が3(ただし初期状態のM、=2)に等しい(YES)
か否(NO)かの判定を行い、判定結果がYESの場合
にはステップ312に進み、判定結果がNoの場合には
ステップ313に進む。
In step 310, it is determined whether the quadrant symbol M of quadrant range A is equal to 0 (YES) or not (NO). If the determination result is YES, the process proceeds to step 311; if the determination result is NO, Proceed to step 313. Step 311
Then, the quadrant symbol M0 of the quadrant range A one operation cycle before
is equal to 3 (however, M in the initial state = 2) (YES)
If the result of the determination is YES, the process proceeds to step 312; if the result of the determination is no, the process proceeds to step 313.

ステップ310の判定結果がYESで且つステップ31
1の判定結果がYESの場合には、前述した■のケース
、すなわち象限記号Mが「3」から「0」に変化した場
合に相当する。従ってステップ312では、象限範囲B
の象限記号Nとして、象限記号Mの変化する前の象限範
囲Bの象限記号N、(ただし初期状態のN、=0)にr
l」を加算した値が設定される。これによって、位相差
φSが、象限記号Mの変化する前の象限範囲に2π[r
adl加算した象限範囲に存在するものと判断される。
If the determination result in step 310 is YES and step 31
If the determination result of 1 is YES, this corresponds to the case ① described above, that is, the case where the quadrant symbol M changes from "3" to "0". Therefore, in step 312, quadrant range B
As the quadrant symbol N, the quadrant symbol N of the quadrant range B before the quadrant symbol M changes (however, N in the initial state, = 0) is r
A value obtained by adding "l" is set. As a result, the phase difference φS is 2π[r
It is determined that it exists in the quadrant range where adl has been added.

ステップ312の処理が終了後、ステップ316に進み
、象限記号MおよびNをそれぞれM、、N、として設定
する。さらにステップ317において象限判別結果(象
限記号M、N)を出力した後、このフローは「エンド」
となる。
After the process of step 312 is completed, the process proceeds to step 316, and the quadrant symbols M and N are set as M, , N, respectively. Furthermore, after outputting the quadrant discrimination results (quadrant symbols M, N) in step 317, this flow ends.
becomes.

一方、ステップ313では象限範囲Aの象限記号Mが3
に等しい(YES)か否(No)かの判定を行い、判定
結果がYESの場合にはステップ314に進み、判定結
果がNOの場合にはステップ316に進む。ステップ3
14では、演算サイクル1回前の象限範囲Aの象限記号
M0が0(ただし初期状態のM、=2)に等しい(YE
S)か否(No)かの判定を行い、判定結果がYESの
場合にはステップ315に進み、判定結果がNOの場合
にはステップ316に進む。
On the other hand, in step 313, the quadrant symbol M of the quadrant range A is 3.
It is determined whether it is equal to (YES) or not (No), and if the determination result is YES, the process proceeds to step 314, and if the determination result is NO, the process proceeds to step 316. Step 3
14, the quadrant symbol M0 of the quadrant range A one operation cycle before is equal to 0 (however, M in the initial state, = 2) (YE
If the result of the determination is YES, the process proceeds to step 315; if the result of the determination is NO, the process proceeds to step 316.

ステップ313の判定結果がYESで且つステップ31
4の判定結果がYESの場合には、前述した■のケース
、すなわち象限記号Mが「0」から「3」に変化した場
合に相当する。従ってステップ315では、象限範囲B
の象限記号Nとして、象限記号Mの変化する前の象限範
囲Bの象限記号N。(ただし初期状態のN0=O)から
「l」を減算した値が設定される。これによって、位相
差φSが、象限記号Mの変化する前の象限範囲から2π
[radl減じた象限範囲に存在するものと判断される
If the determination result in step 313 is YES and step 31
If the determination result in step 4 is YES, this corresponds to the case 2 described above, that is, the case where the quadrant symbol M changes from "0" to "3". Therefore, in step 315, quadrant range B
as the quadrant symbol N of the quadrant range B before the quadrant symbol M changes. (However, the value obtained by subtracting "l" from the initial state N0=O) is set. As a result, the phase difference φS is increased by 2π from the quadrant range before the quadrant symbol M changes.
[It is determined that it exists in the quadrant range reduced by radl.

ステップ315の処理が終了後、ステップ316に進み
、上述した処理を繰り返す。
After the process of step 315 is completed, the process proceeds to step 316 and the above-described process is repeated.

以上の論理判別処理に基づく象限判別結果は、第2表(
次頁参照)に示される。
The quadrant discrimination results based on the above logical discrimination process are shown in Table 2 (
(see next page).

以上の論理判別により、象限判別手段28は、象限記号
Mに対応した第8のデジタル信号29aと象限記号Nに
対応した第9のデジタル信号29bを出力する。
Through the above logical determination, the quadrant determining means 28 outputs the eighth digital signal 29a corresponding to the quadrant symbol M and the ninth digital signal 29b corresponding to the quadrant symbol N.

〔以下余白〕[Margin below]

第2表 次に、位相変調度演算手段31は、式(9)、(10)
および(12) 、 (13)に表される第6のデジタ
ル信号26のV2+CO1と■3.。o5および第7の
デジタル信号27のV2+SinとVl−Sinに基づ
き、以下の演算を行う。
Table 2 Next, the phase modulation degree calculation means 31 uses equations (9) and (10)
and V2+CO1 of the sixth digital signal 26 shown in (12) and (13), and ■3. . Based on o5 and V2+Sin and Vl-Sin of the seventh digital signal 27, the following calculation is performed.

g [(V2. cos2+ Vz、 5inz) ”
、 2/ (Vl、 cos”  + V:1. s;
n”) ””]=gNJ2(η)/J、(η)11 =lJ2(η)/Jl(η)1・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(14)ここで、gl  ]は、IJ2
(η)/J4(η)jを1J2(η)/Jl(η)1に
変換する関数を表す。
g [(V2. cos2+ Vz, 5inz)”
, 2/(Vl, cos” + V:1.s;
n”) ””]=gNJ2(η)/J, (η)11 =lJ2(η)/Jl(η)1・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(14) Here, gl ] is IJ2
It represents a function that converts (η)/J4(η)j to 1J2(η)/Jl(η)1.

位相変調度演算手段31は、式(14)に示す値に対応
した第10のデジタル信号32を出力する。
The phase modulation degree calculation means 31 outputs a tenth digital signal 32 corresponding to the value shown in equation (14).

次に、回転角速度演算手段30は、弐(8)、(9)お
よび(11)、(12)に表される第6のデジタル信号
26のVl、C6よとVlcosおよび第7のデジタル
信号27のVl+1lllとV2.*rfiならびに式
(14)で表される第10のデジタル信号32に基づき
、以下の演算を行う。
Next, the rotational angular velocity calculating means 30 calculates Vl, C6, and Vlcos of the sixth digital signal 26 represented by (8), (9), (11), and (12) and the seventh digital signal 27. Vl+1lll and V2. The following calculation is performed based on *rfi and the tenth digital signal 32 expressed by equation (14).

Q=lJz(η)/Jl(η) x [(Vl、 c6g”+V1. s=、%2)I/
!/(Vz、C,、”  +Vz、、i、”)””]=
 l tan(φ、)1・・・・・・・・・ ・・・・
・・ ・・・・・・(15)回転角速度演算手段30は
、第2表に示す論理判別された位相差φ、の存在象限に
対応した第8および第9のデジタル信号29a 、 2
9bと式(15)で表される演算値に基づいて、サニヤ
ック効果による位相差φ5を演算し、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
ジタル信号33を出力する。
Q=lJz(η)/Jl(η) x [(Vl, c6g”+V1.s=,%2)I/
! /(Vz,C,,” +Vz,,i,”)””]=
l tan(φ,)1・・・・・・・・・・・・・・・
(15) The rotational angular velocity calculation means 30 calculates the eighth and ninth digital signals 29a and 2 corresponding to the quadrant in which the logically determined phase difference φ shown in Table 2 exists.
9b and the calculated value expressed by equation (15), calculates the phase difference φ5 due to the Sagnac effect, and outputs the eleventh digital signal 33 corresponding to this calculated value (that is, proportional to the input rotational angular velocity). .

第4図には回転角速度演算処理のフローの一例が示され
る。
FIG. 4 shows an example of the flow of rotational angular velocity calculation processing.

まずステップ401では、第6、第7および第10のデ
ジタル信号26,27.32が回転角速度演算手段29
に取り込まれ、次のステップ402では、Qの計算が行
われる。さらにステップ403では、第8および第9の
デジタル信号29a、29bが回転角速度演算手段29
に取り込まれる。
First, in step 401, the sixth, seventh and tenth digital signals 26, 27, 32 are input to the rotational angular velocity calculation means 29.
In the next step 402, Q is calculated. Furthermore, in step 403, the eighth and ninth digital signals 29a and 29b are transmitted to the rotational angular velocity calculation means 29.
be taken in.

ステップ404では、前述の象限記号Mが0に等しい(
YES)か否(NO)かの判定を行い、判定結果がYE
Sの場合にはステップ405に進み、判定結果がNOの
場合にはステップ408に進む、ステップ405では、
Qの値がrl、より小さい(YES)か否(No)かの
判定を行い、判定結果がYESの場合にはステップ40
6に進み、判定結果がNOの場合にはステップ407に
進む。ステップ406では、φ、。の値として一π+j
an−’ (Q)の演算を行い、またステップ407で
は、φ5゜の値として−x/2− cot−’(1/Q
)の演算を行う。
In step 404, the aforementioned quadrant symbol M is equal to 0 (
YES) or NO (NO), and the determination result is YES.
In the case of S, the process proceeds to step 405, and if the determination result is NO, the process proceeds to step 408.In step 405,
It is determined whether the value of Q is smaller than rl (YES) or not (No), and if the determination result is YES, step 40
The process proceeds to step 6, and if the determination result is NO, the process proceeds to step 407. In step 406, φ,. As the value of 1π+j
an-' (Q) is calculated, and in step 407, -x/2- cot-' (1/Q
) is calculated.

ステップ406,407の処理が終了すると、ステップ
419に進み、演算された値φ3゜に2πNを加算して
サニヤック効果による位相差φ、を演算する。
When the processing in steps 406 and 407 is completed, the process proceeds to step 419, where 2πN is added to the calculated value φ3° to calculate the phase difference φ due to the Sagnac effect.

この後、フローは「エンド」となる。After this, the flow becomes "end".

なお、残りのステップ408〜411.412〜415
および416〜418の各処理については、上述したス
テップ404〜407の処理から容易に類推されるので
、その説明は省略する。
Note that the remaining steps 408 to 411, 412 to 415
The processes of steps 416 to 418 can be easily inferred from the processes of steps 404 to 407 described above, so their explanation will be omitted.

以上の演算処理に基づいて出力される第11のデジタル
信号33(すなわちジャイロ出力)は、第5図に示す波
形103(実線表示)に対応する。また、第4図のフロ
ーチャートにおける値φ、。は、第5図に示す波形10
4 (破線表示)に対応する。
The eleventh digital signal 33 (ie, gyro output) output based on the above calculation process corresponds to the waveform 103 (displayed by a solid line) shown in FIG. Also, the value φ in the flowchart of FIG. is the waveform 10 shown in FIG.
4 (displayed with a broken line).

第6図には回転角速度演算処理のフローの他の例が示さ
れる。図示のステップ601〜611については、第4
図のフローチャートから容易に類推されるので、その説
明は省略する。
FIG. 6 shows another example of the flow of rotational angular velocity calculation processing. For the illustrated steps 601 to 611, the fourth
Since it can be easily inferred from the flowchart in the figure, its explanation will be omitted.

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(8) 、 (9)に示す第1のデジ
タル乗算手段20aおよびデジタルフィルタ20cの出
力と、式(11) 、 (12)に示す第2のデジタル
乗算手段20bおよび第2のデジタルフィルタ20dの
出力と、式(14)に示す位相変調度演算手段31の出
力から、式(15)に示す演算を行い、この演算値と第
3図および第2表に示す論理判別に基づく位相差φ、の
象限に対応した第8および第9のデジタル信号29a、
29bから、第4図または第6図に示すフローに従った
演算を行い、この演算値に対応したデジタル信号をジャ
イロ出力信号33として出力している。
As explained above, in this embodiment, in the rotational angular velocity calculation means 30, the outputs of the first digital multiplication means 20a and the digital filter 20c shown in equations (8) and (9), and the outputs of equations (11) and (12) The calculation shown in equation (15) is performed from the outputs of the second digital multiplication means 20b and the second digital filter 20d shown in equation (14), and the output of the phase modulation degree calculation means 31 shown in equation (14). Eighth and ninth digital signals 29a corresponding to the quadrants of the phase difference φ based on the logical determination shown in FIG. 3 and Table 2;
From 29b, calculations are performed according to the flow shown in FIG. 4 or 6, and a digital signal corresponding to the calculated value is output as a gyro output signal 33.

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、最大検出角速度に対する制限を無くすることが
できる。
Therefore, a gyro output signal proportional to the input rotational angular velocity can be obtained, and there is no restriction on the maximum detected angular velocity.

また、光量変動、位相変調度の変動および充電変換出力
信号7と位相変調器駆動信号8の間の位相差変動による
影響を除去することができるので、ジャイロのりニアリ
ティおよびスケールファクタ安定性が高められる。
In addition, it is possible to eliminate the effects of light amount fluctuations, phase modulation degree fluctuations, and phase difference fluctuations between the charge conversion output signal 7 and the phase modulator drive signal 8, thereby increasing gyro linearity and scale factor stability. .

また、光電変換出力信号7のfm 、2 fmおよび4
fm成分を、第1〜第3のヘテロダインミキサ9a〜9
cとA/Dコンバータ18でAC信号としてデジタル信
号に変換し、第1および第2のデジタル乗算手段20a
 、 20bと第1および第2のデジタルフィルタ20
c 、 20dによりデジタル的にデモシュレートしで
いるので、従来形のようにアナログ的にデモシュレート
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。
In addition, fm, 2 fm and 4 of photoelectric conversion output signal 7
fm component to the first to third heterodyne mixers 9a to 9.
c and the A/D converter 18 convert the AC signal into a digital signal, and the first and second digital multiplication means 20a
, 20b and the first and second digital filters 20
Since demosulation is done digitally by C and 20d, the offset voltage that occurs when demosulating analogously as in the conventional type does not occur, and therefore the gyro bias fluctuations caused by offset voltage fluctuations are eliminated. It can be made extremely small.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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る。
As described above, according to the present invention, the gyro output signal can be 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 can be improved.

また、ジャイロの最大検出角速度範囲の制限を無くすこ
とが可能となる。
Furthermore, it is possible to eliminate limitations on the maximum detection angular velocity range of the gyro.

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

第1図は本発明による光学ジャイロ用信号処理装置の原
理ブロック図、 第2図は第1図装置における規格化デモシュレート出力
を示す波形図、 第3図は第1図における象限判別手段が行う処理の一例
を表すフローチャート、 第4図は第1図における回転角速度演算手段が行う処理
の一例を表すフローチャート、第5図は第1図装置によ
るジャイロ出力を示す波形図、 第6図は回転角速度演算手段が行う処理の他の例を表す
フローチャート、 第7図は従来の位相変調を付加した光フアイバジャイロ
の構成を一部模式的に示したブロック図、である。 (符号の説明) 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・・・第1〜第4のヘテロダインミキサ、1
0・・・第5のアナログ信号、 If−13・・・第12〜14のデジタル信号、14・
・・第4のアナログ信号、 15〜17・・・第1〜第3のアナログ信号、18・・
・アナログ/デジタル(A/D)コンバータ、19、3
7.22.24〜27.29a、 29b、 34.3
2.33−・・・・・・第1〜第11のデジタル信号、
20a、 20b・・・第1、第2のデジタル乗算手段
、20c、 20d・・・デジタルフィルタ、21・・
・タイミングパルス発生手段、23・・・余弦/正弦信
号(cos/5in)発生手段、28・・・象限判別手
段、 30・・・回転角速度演算手段、 31・・・位相変調度演算手段、 35・・・参照信号発生回路。
FIG. 1 is a principle block diagram of the optical gyro signal processing device according to the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the normalized demosulated output in the device of FIG. 1, and FIG. 3 shows the quadrant discrimination means in FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing performed by the rotational angular velocity calculating means in FIG. 1; FIG. 5 is a waveform diagram showing the gyro output by the device shown in FIG. 1; FIG. 6 is a rotation A flowchart showing another example of the processing performed by the angular velocity calculation means. FIG. 7 is a block diagram partially schematically showing the configuration of a conventional optical fiber gyro with phase modulation added. (Explanation of symbols) 7... Photoelectric conversion output signal, 8... Phase modulator drive signal (sixth analog signal),
9a to 9d...first to fourth heterodyne mixers, 1
0...5th analog signal, If-13...12th to 14th digital signal, 14.
...Fourth analog signal, 15 to 17... First to third analog signal, 18...
・Analog/digital (A/D) converter, 19, 3
7.22.24-27.29a, 29b, 34.3
2.33-...first to eleventh digital signals,
20a, 20b...first and second digital multiplication means, 20c, 20d...digital filter, 21...
- Timing pulse generation means, 23... Cosine/sine signal (cos/5in) generation means, 28... Quadrant discrimination means, 30... Rotation angular velocity calculation means, 31... Phase modulation degree calculation means, 35 ...Reference signal generation circuit.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 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2f_mおよ
び4倍の周波数4f_mの信号成分を取り出してそれぞ
れ周波数Δf_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(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Δf_m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のデジタル信号(22
)を発生し、該第3のデ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のデジタル信
号(24,25)を形成し、前記第1のデジタル信号と
の間でデジタル的に乗算を行ってそれぞれ直流成分を除
去し、第6および第7のデジタル信号(26,27)を
出力するデジタル・デモジュレート手段(20a〜20
d,21,23)と、前記第6および第7のデジタル信
号に基づき前記光電変換出力信号のf_mと2f_mま
たは4f_mの周波数に対応する信号成分の符号から前
記サニャック効果による光の位相差の存在象限を判別し
、第8および第9のデジタル信号(29a,29b)を
出力する象限判別手段(28)と、 前記第6および第7のデジタル信号に基づき前記光電変
換出力信号の2f_mと4f_mの周波数に対応する信
号成分の振幅比から現在の位相変調度に対応した第10
のデジタル信号(32)を出力する位相変調度演算手段
(31)と、 前記第6〜第10のデ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、 を具備してなる光学ジャイロ用信号処理装置。
1. Light is simultaneously propagated in the clockwise and counterclockwise directions through a light propagation path that co-moves with the rotating shaft, and the phase is modulated, and the phase difference of the light due to the Sagnac effect is detected from the intensity of the interference light of the light propagated in both directions. A device for signal processing of an optical gyro to obtain a photoelectric conversion output signal (7) proportional to the rotational angular velocity using an analog and digital reference whose frequency and phase are synchronized with the phase modulator drive signal (8). In response to the signals (10 to 13), signal components having the same frequency as the frequency f_m of the phase modulator drive signal, twice the frequency 2f_m, and four times the frequency 4f_m are extracted from the photoelectric conversion output signal, and the signal components are each extracted at a frequency Δf_m. Convert to the first and second signals respectively.
and a frequency mixing circuit (9a to 9d) that outputs a third analog signal (15 to 17) and converts the analog reference signal into a signal with a frequency Δf_m to output a fourth analog signal (14). , an A/D converter ( 18), and a third digital signal (22) which outputs the second digital signal and whose phase is synchronized with the fourth analog signal.
), and form fourth and fifth digital signals (24, 25) whose phases are synchronized with the third digital signal and whose phases are shifted by 90 degrees from each other, and between them and the first digital signal. digital demodulating means (20a to 20
d. quadrant discrimination means (28) for discriminating quadrants and outputting eighth and ninth digital signals (29a, 29b); The 10th phase corresponding to the current phase modulation degree is determined from the amplitude ratio of the signal component corresponding to the frequency.
a rotational angular velocity that outputs an eleventh digital signal (33) proportional to the rotational angular velocity based on the sixth to tenth digital signals; A signal processing device for an optical gyro, comprising: a calculation means (30);
2.前記象限判別手段は、前記第6および第7のデジタ
ル信号(26,27)に含まれる周波数f_mと周波数
2f_mまたは4f_mの信号成分の各符号の組合せに
応じて決まる象限記号が所定範囲の象限範囲においてど
のように変化しているかを比較判別する手段と、前記サ
ニャック効果による光の位相差の象限が、当該象限記号
の変化する前の象限範囲に2π[rad]または−2π
[rad]のいずれを加算した象限範囲に存在するかを
論理判別して前記第8および第9のデジタル信号(29
a,29b)を形成する手段とを有している、請求項1
に記載の光学ジャイロ用信号処理装置。
2. The quadrant determining means determines a quadrant range in which a quadrant symbol determined according to a combination of signs of a signal component of frequency f_m and frequency 2f_m or 4f_m included in the sixth and seventh digital signals (26, 27) is in a predetermined range. 2π [rad] or -2π
The eighth and ninth digital signals (29
a, 29b).
A signal processing device for an optical gyro according to.
3.前記デジタル・デモジュレート手段は、前記第2の
デ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のデジタル信号に基
づき前記第4および第5のデ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
ジタル信号と前記第1のデジタル信号との間でそれぞれ
乗算を行う第1および第2のデジタル乗算手段(20a
,20b)と、該乗算の結果からそれぞれ直流成分をデ
ジタル的にカットして前記第6および第7のデジタル信
号を出力する第1および第2のデジタルフィルタとを具
備する、請求項1に記載の光学ジャイロ用信号処理装置
3. The digital demodulating means includes a 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; cosine/sine signal generating means (23) that outputs the fourth and fifth digital signals based on the digital signal; and multiplication between the fourth and fifth digital signals and the first digital signal, respectively. The first and second digital multiplication means (20a
, 20b), and first and second digital filters that digitally cut DC components from the multiplication results and output the sixth and seventh digital signals, respectively. Signal processing device for optical gyro.
4.前記周波数混合回路は、前記光電変換出力信号に応
答してそれぞれ周波数f_m、2f_mおよび4f_m
の信号成分を周波数Δf_mの信号に変換して第1〜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、請求項1に記載の光学ジャイロ用
信号処理装置。
4. The frequency mixing circuit adjusts frequencies f_m, 2f_m and 4f_m, respectively, in response to the photoelectric conversion output signal.
first, second, and third heterodyne mixers (9a to 9c) that convert the signal component of the signal into a signal with a frequency Δf_m and output the first to third analog signals, and the analog reference signal (10). Convert it to a signal with frequency Δf_m and
A fourth heterodyne mixer (
9d). The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, comprising:
5.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
のデジタル信号(11)、第13のデジタル信号(12
)、および第14のデジタル信号(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
(35)をさらに具備する、請求項4に記載の光学ジャ
イロ用信号処理装置。
5. A fifth analog signal (10) whose frequency and phase are synchronized with the sixth analog signal;
digital signal (11), 13th digital signal (12)
), and a reference signal generation circuit that outputs and supplies a fourteenth digital signal (13) to the fourth heterodyne mixer, the first and fourth heterodyne mixers, the second heterodyne mixer, and the third heterodyne mixer, respectively. The signal processing device for an optical gyro according to claim 4, further comprising (35).
6.前記デジタル・デモジュレート手段、象限判別手段
、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、請求項1に
記載の光学ジャイロ用信号処理装置。
6. 2. The signal processing device for an optical gyro according to claim 1, wherein said digital demodulating means, quadrant determining means, phase modulation degree calculating means, and rotational angular velocity calculating means perform their respective processing based on software.
7.前記光伝搬路は光ファイバにより構成されている、
請求項1に記載の光学ジャイロ用信号処理装置。
7. The optical propagation path is constituted by an optical fiber.
The signal processing device for an optical gyro according to claim 1.
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