JPH05196470A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

Info

Publication number
JPH05196470A
JPH05196470A JP4031486A JP3148692A JPH05196470A JP H05196470 A JPH05196470 A JP H05196470A JP 4031486 A JP4031486 A JP 4031486A JP 3148692 A JP3148692 A JP 3148692A JP H05196470 A JPH05196470 A JP H05196470A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
modulation
amplitude
phase
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4031486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yozo Nishiura
洋三 西浦
Yoshinobu Kobayashi
祥延 小林
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP4031486A priority Critical patent/JPH05196470A/en
Publication of JPH05196470A publication Critical patent/JPH05196470A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide an optical fiber gyro requiring no modulation-level control for a phase modulator by periodically changing the amplitude of modulation signal applied to the phase modulator so that it ups and downs through maxi mum point of Bessel function of that order, obtaining the maximum value of synchronized detection output of a photodetector within a specified period to obtain rotational angular velocity. CONSTITUTION:A synchronous signal generator 13 gives both an amplitude modulation circuit 12 and a peak detection circuit 14 the synchronous signal relating with the starting time of one cycle Ts. The generator 13 gives modulation Sin (2pi/Ts) timing of phase modulation amplitude. This specifies the length of the cycle Ts when correct, permitting the detection circuit 14 to obtain the maximum value of those. Ts is mandatory when the circuit 14 resets that value after detecting the maximum value. It is also required so that two maximum values are confirmed within the cycle Ts. Again, the detection circuit 14 requires no synchronous signal if xsi1<xsi<xsi2 proves to be true after amplitude xsin is arbitrarily selected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は自動車、飛行機、船舶
など運動体の回転角速度を測定するための光ファイバジ
ャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro for measuring the rotational angular velocity of a moving body such as an automobile, an airplane or a ship.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバジャイロはファイバコイルの
中を左廻り右廻りに伝搬する光の位相差がコイルの角速
度に比例することを利用して角速度を求めるものであ
る。位相変調方式というのは、ファイバコイルの一方の
端近くの光ファイバの一部を伸縮させてこの中を伝搬す
る光の位相を変調するものである。図4に光路の全てを
光ファイバで構成した場合の位相変調方式の光ファイバ
ジャイロの概略の構成を示す。光源としての発光素子1
から単色光が出てこれが光ファイバ2、第1ファイバカ
ップラ3、光ファイバ4、第2ファイバカップラ5を通
りシングルモ−ドファイバを多数回巻き回したファイバ
コイル6の両端に入射する。これはファイバコイル6の
内部を左廻り光、右廻り光として伝搬する。ファイバコ
イル6の一端には位相変調器7がありbsin Ωtという
ように光の位相を変調している。右廻り光左廻り光がフ
ァイバカップラ5で合流し、光ファイバ4、ファイバカ
ップラ3を通り受光素子8に入射する。受光素子8は両
者の干渉光強度を検出し電気信号に変換する。プリアン
プ9でこれを増幅しこれに含まれる適当な高調波または
基本波を同期検波器10によって同期検波する。発振器
11が位相変調器に変調信号を与え、同期検波信号を与
える。勿論この間に適当な分周器があり、元の発振器の
周波数を逓減している。
2. Description of the Related Art An optical fiber gyro determines the angular velocity by utilizing the fact that the phase difference of light propagating counterclockwise and clockwise in a fiber coil is proportional to the angular velocity of the coil. The phase modulation method is a method in which a part of an optical fiber near one end of a fiber coil is expanded and contracted to modulate the phase of light propagating therein. FIG. 4 shows a schematic configuration of a phase modulation type optical fiber gyro in which all the optical paths are constituted by optical fibers. Light emitting element 1 as a light source
A monochromatic light is emitted from the optical fiber 2, passes through the optical fiber 2, the first fiber coupler 3, the optical fiber 4, and the second fiber coupler 5, and is incident on both ends of a fiber coil 6 in which a single mode fiber is wound many times. This propagates inside the fiber coil 6 as left-handed light and right-handed light. A phase modulator 7 is provided at one end of the fiber coil 6 to modulate the phase of light as bsin Ωt. The right-handed light and the left-handed light merge at the fiber coupler 5, pass through the optical fiber 4 and the fiber coupler 3, and enter the light receiving element 8. The light receiving element 8 detects the intensity of the interference light of both and converts it into an electric signal. The preamplifier 9 amplifies this and an appropriate harmonic or fundamental wave contained therein is synchronously detected by the synchronous detector 10. The oscillator 11 gives a modulation signal to the phase modulator and gives a synchronous detection signal. Of course there is a suitable divider in between to step down the frequency of the original oscillator.

【0003】このように干渉光の強度を受光素子で検出
するがこの中には変調周波数及びその高調波信号がベッ
セル函数を係数とする展開式の形で含まれる。そこで変
調周波数またはその整数倍の周波数のキャリヤ信号を作
り、受光素子出力をこれによって同期検波すれば基本波
成分または任意の高調波成分を得ることができる。奇数
次の次高調波(基本波を含む)は 2E122m+1( ξ)sinΔθ (1) と書くことができる。ただしE1 、E2 は左廻り光右廻
り光の振幅、J2m+1( ξ) は(2m+1)次ベッセル函
数、Δθは左廻り光、右廻り光の位相差である。これが
求めるべき対象である。回転体の角速度をΩ0 とする
と、 Δθ=4πLaΩ0 /cλ (2) という関係がある。Lはファイバコイルのファイバの全
長である。aはファイバコイルの半径、cは真空中の光
速、λは真空中の波長である。ξは変調の大きさを表
し、 ξ=2bsin (LnΩ/2c) (3) である。bは位相変調器に於ける位相変調の振幅、Ωは
位相変調角周波数、nはファイバの屈折率である。ξは
左廻り光右廻り光において位相変調を受けるタイミング
がLn/2cだけ異なることによって発生する項であ
る。偶数次の高調波は 2E122n( ξ)cosΔθ (4) と書くことができる。光の振幅と変調の大きさξとが安
定していれば基本波だけから位相差Δθを求めることが
できる。即ち基本波成分をS1 として、これを(1)に
等置し、 Δθ=sin-1 (S1 /2E122m+1( ξ) ) (5) によって基本波成分から位相差Δθを求めることができ
る。
In this way, the intensity of the interference light is detected by the light receiving element, and the modulation frequency and its harmonic signal are included in this in the form of an expansion equation having a Bessel function as a coefficient. Therefore, a fundamental wave component or an arbitrary harmonic component can be obtained by creating a carrier signal having a modulation frequency or a frequency that is an integral multiple thereof and synchronously detecting the output of the light receiving element. The odd harmonics (including the fundamental wave) can be written as 2E 1 E 2 J 2m + 1 (ξ) sin Δθ (1). However, E 1 and E 2 are amplitudes of left-handed light and right-handed light, J 2m + 1 (ξ) is a (2m + 1) th order Bessel function, and Δθ is a phase difference between left-handed light and right-handed light. This is the object to be sought. When the angular velocity of the rotating body is Ω 0 , there is a relationship of Δθ = 4πLaΩ 0 / cλ (2). L is the total length of the fiber of the fiber coil. a is the radius of the fiber coil, c is the speed of light in vacuum, and λ is the wavelength in vacuum. ξ represents the magnitude of modulation, and ξ = 2bsin (LnΩ / 2c) (3). b is the amplitude of phase modulation in the phase modulator, Ω is the phase modulation angular frequency, and n is the refractive index of the fiber. ξ is a term that occurs when the timings of phase modulation in the left-handed light and the right-handed light differ by Ln / 2c. The even harmonics can be written as 2E 1 E 2 J 2n (ξ) cos Δθ (4). If the amplitude of light and the magnitude of modulation ξ are stable, the phase difference Δθ can be obtained from only the fundamental wave. That is, assuming that the fundamental wave component is S 1 , this is equally placed in (1) and Δθ = sin −1 (S 1 / 2E 1 E 2 J 2m + 1 (ξ)) (5) Δθ can be obtained.

【0004】基本波成分からではなく高調波を用いるも
のもある。たとえば特開昭60−135816号は基本
波成分を直流成分で割り光量変動の影響を打ち消してい
る。あるいは基本波成分を4次高調波で割ってtan Δθ
の形でΔθを求めるものも提案されている(特願平1−
57637号)。このようにすると光の振幅が消去され
るから光量変動によって係数が変化しない。その他にも
光量変動を無くしてスケ−ルファクタを安定させる提案
がいくつもなされている。例えば特開昭61−1410
6号は受光素子出力の中から直流成分を取り出しこれが
一定になるように発光素子のパワ−を制御している。位
相変調方式の光ファイバジャイロについては、特願平1
−57634〜37、特願平1−291628〜31、
1−295500、特願平2−3809、2−1005
5、2−225611〜19などの発明がなされてい
る。
Some use harmonics rather than the fundamental component. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-135816, the fundamental wave component is divided by the direct current component to cancel the influence of the light amount variation. Alternatively, divide the fundamental wave component by the 4th harmonic and tan Δθ
A method of obtaining Δθ in the form of is also proposed (Japanese Patent Application No. 1-
57637). In this way, the amplitude of light is erased, so that the coefficient does not change due to fluctuations in light quantity. In addition, many proposals have been made for stabilizing the scale factor by eliminating fluctuations in light quantity. For example, JP-A-61-1410
No. 6 extracts the direct current component from the output of the light receiving element and controls the power of the light emitting element so that it is constant. Regarding the phase modulation type optical fiber gyro, Japanese Patent Application No.
-57634-37, Japanese Patent Application No. 1-291628-31,
1-295500, Japanese Patent Application Nos. 2-3809, 2-1005
Inventions such as 5, 2-225611 to 19 have been made.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような方法で位相
差Δθを正確に求めることができるためにはスケ−ルフ
ァクタが安定していなければならない。つまりベッセル
函数や光の振幅が安定しているということが重要であ
る。これらが変動すると、この変動分とΔθの変動分と
を区別できないからである。光量変動の問題は既に述べ
たように幾つもの改善が提案されている。そこでここで
はベッセル函数の安定性を問題にする。ベッセル函数は
変調度ξをパラメ−タとして含んでいる。これが一定で
なければならない。ξは(3)によって与えられるが温
度変動によってファイバの長さLや、屈折率n、それに
変調振幅bが変動する。とくに位相変調器の圧電素子の
温度による特性変化が大きい。このために振幅bが著し
く変化する。圧電素子は共振周波数の近くで駆動するが
圧電振動子の周波数特性が温度によって著しく変化す
る。このために同一の電圧であっても、圧電素子の変形
量は温度によって変化する。つまり位相変調振幅bは温
度によって大きく変化する。従来は多大の努力を払って
ξを一定にするように位相変調器を制御していた。
The scale factor must be stable in order to be able to accurately obtain the phase difference Δθ by such a method. In other words, it is important that the Bessel function and the amplitude of light are stable. This is because if these change, it is not possible to distinguish between this change and the change in Δθ. As already mentioned, several improvements have been proposed for the problem of light intensity fluctuations. So, here we make the stability of Bessel function a problem. The Bessel function includes the modulation degree ξ as a parameter. This must be constant. ξ is given by (3), but the length L of the fiber, the refractive index n, and the modulation amplitude b change due to temperature fluctuations. In particular, the characteristic change due to the temperature of the piezoelectric element of the phase modulator is large. Therefore, the amplitude b changes significantly. The piezoelectric element is driven near the resonance frequency, but the frequency characteristic of the piezoelectric vibrator changes significantly with temperature. Therefore, even if the voltage is the same, the deformation amount of the piezoelectric element changes depending on the temperature. That is, the phase modulation amplitude b changes greatly with temperature. In the past, great effort was made to control the phase modulator so as to keep ξ constant.

【0006】例えば特願昭59−244641号は位相
変調の大きさξを一定にするために2次高調波の大きさ
を一定にするようにしている。同期検波して2次高調波
の大きさを求めこの信号を基準の大きさに比較してJ
2(ξ) =0.3になるように位相変調器の振幅を制御す
るのである。これは基本波成分を最大にするためにξ=
1.8の近傍を使っている。この値ではJ2(ξ) は極値
を取らず、ξが増減するとJ2(ξ) も増減するから負帰
還制御してξを一定値とすることができる。特願平1−
57634号は位相変調器に別のファイバを巻き付けこ
れに光を通しこのファイバを通った光と通らない光とを
干渉させ受光素子で検出しこれを同期検波したあと基本
波成分が一定になるように位相変調器の振幅を制御して
いる。特願平1−57636号は静止時であることを検
出し此のときの直流成分と2次高調波成分を一定にする
ように制御する。直流成分を一定に保つことによって光
量変動を無くし、2次高調波を一定にすることによって
位相変調度を一定に制御できる。いずれも負帰還系を用
いる通常の制御である。
For example, in Japanese Patent Application No. 59-246441, the magnitude of the second harmonic is made constant in order to make the magnitude ξ of the phase modulation constant. Synchronous detection is performed to obtain the magnitude of the second harmonic, and this signal is compared with the reference magnitude.
The amplitude of the phase modulator is controlled so that 2 (ξ) = 0.3. This is to maximize the fundamental wave component ξ =
We are using a neighborhood of 1.8. At this value, J 2 (ξ) does not take an extreme value, and as ξ increases or decreases, J 2 (ξ) also increases or decreases, so that negative feedback control can be performed to make ξ a constant value. Japanese Patent Application 1-
No. 57634 has a phase modulator in which another fiber is wound, and light is passed through the phase modulator so that the light passing through this fiber and the light not passing through are interfered with each other and detected by a light receiving element and the fundamental wave component is kept constant after synchronous detection. The amplitude of the phase modulator is controlled. Japanese Patent Application No. 1-57636 detects that it is stationary and controls the DC component and the second harmonic component at this time to be constant. By keeping the direct current component constant, fluctuations in the light amount can be eliminated, and by making the second harmonic constant, the degree of phase modulation can be controlled to be constant. Both are normal controls using a negative feedback system.

【0007】適当な偶数次高調波が0になるように、位
相変調器駆動回路を制御すればよい。するとJ2n( ξ
0 )=0となる2n次ベッセル函数の零点にξが固定さ
れる。ベッセル函数の零点は予め決まっているからこれ
により変調度ξが一定値に保たれる。例えば2次ベッセ
ル函数の最小の零点は5.13である。4次のベッセル
函数の最小零点が7.59である。本発明者等は2次ベ
ッセル函数の零点にξを固定する制御をこれまで行って
きた。つまりξ=5.13とするのである。前記の特願
平1−57637号はこの方法を用いて位相変調度を安
定に制御している。このような位相変調度を一定にする
ようなフィ−ドバック制御はいずれも測定対象以外の次
数の高調波を同期検波して求めなければならない。これ
を基準値と比較して偏差があればこれを打ち消す方向に
位相変調器の振幅を増減している。当然のことであるが
構造が複雑になる。光源の安定化のための装置の他に位
相変調器の安定化装置も備えなければならないからであ
る。またそのようにしても完全にフィ−ドバック系によ
って位相変調器の変調度を一定にすることは難しく出力
のドリフトを許すなど他の特性を犠牲にして制御を行っ
ているのが現状である。しかし考えてみれば変調度を一
定にしようとするから無理があるのである。温度変動に
よって位相変調器の変調度が変化するのはやむを得ない
ことである。変調度が変動しても最終的な結果が正しけ
れば良いのである。そこで本発明は位相変調器の変調度
を制御しなくても良いような光ファイバジャイロを提供
する。これが目的である。
The phase modulator driving circuit may be controlled so that the appropriate even harmonics become zero. Then J 2n
Ξ is fixed at the zero point of the 2n-order Bessel function for which 0 ) = 0. Since the zero point of the Bessel function is predetermined, the modulation factor ξ is kept constant by this. For example, the minimum zero of the quadratic Bessel function is 5.13. The minimum zero of the fourth-order Bessel function is 7.59. The inventors have performed control to fix ξ at the zero of the quadratic Bessel function. That is, ξ = 5.13. The above-mentioned Japanese Patent Application No. 1-57637 uses this method to stably control the phase modulation degree. The feedback control for keeping the degree of phase modulation constant must be obtained by synchronously detecting harmonics of orders other than the measurement target. This is compared with a reference value, and if there is a deviation, the amplitude of the phase modulator is increased or decreased in the direction of canceling it. As a matter of course, the structure becomes complicated. This is because a stabilization device for the phase modulator must be provided in addition to the device for stabilizing the light source. Even in such a case, it is difficult to completely make the modulation degree of the phase modulator constant by the feedback system, and the control is performed at the sacrifice of other characteristics such as allowing output drift. However, if you think about it, it is not possible to try to make the modulation constant. It is unavoidable that the modulation factor of the phase modulator changes due to temperature fluctuations. It suffices that the final result is correct even if the modulation degree changes. Therefore, the present invention provides an optical fiber gyro that does not need to control the modulation factor of the phase modulator. This is the purpose.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバジャ
イロは位相変調器の変調度を一定に保持しようとせず測
定しようとするベッセル函数の極大値を含むよう変調度
(つまり振幅b)を正弦函数的に変動させる。変調度の
変動の周期Ts は位相変調の周期(2π/Ω)よりも大
きい。そして所望の次数の同期検波出力の、周期Ts
中での最大値を求める。これを出力信号とするのであ
る。1周期Ts の中で、位相変調の振幅がベッセル函数
の極大値を2回通るから、2度最大値が現れる筈であ
る。この最大値は従来の同期検波出力の値に対応する。
位相変調器の振幅の変調の範囲がベッセル函数の極大値
を含むということが重要である。これは1周期Ts の間
に、同期検波出力の増減が2回あるということで確かめ
ることができる。つまり同期検波出力の増減の周期はほ
ぼTs /2である。もしも同期検波出力の増減の周期が
s であれば、位相変調器の振幅の変動がベッセル函数
の極大値を通らないということであるから、振幅を補正
して同期検波出力がTs の中で2回最大値を取るように
調整しなければならない。
The optical fiber gyroscope according to the present invention has a sine modulation factor (that is, an amplitude b) that includes the maximum value of the Bessel function to be measured without keeping the modulation factor of the phase modulator constant. Vary functionally. The period T s of variation in modulation degree is larger than the period (2π / Ω) of phase modulation. Then, the maximum value of the synchronous detection output of the desired order within the period T s is obtained. This is the output signal. Since the amplitude of the phase modulation passes through the maximum value of the Bessel function twice in one cycle T s , the maximum value should appear twice. This maximum value corresponds to the value of the conventional synchronous detection output.
It is important that the range of amplitude modulation of the phase modulator includes the local maximum of the Bessel function. This can be confirmed by the fact that the coherent detection output increases and decreases twice during one cycle T s . That is, the cycle of increase / decrease of the synchronous detection output is approximately T s / 2. If the cycle of increase / decrease of the synchronous detection output is T s , it means that the fluctuation of the amplitude of the phase modulator does not pass the maximum value of the Bessel function. Therefore, the amplitude is corrected and the synchronous detection output is within T s . You have to adjust it so that it takes the maximum value twice.

【0009】[0009]

【作用】本発明は基本波成分、高調波成分の何れを測定
して位相差Δθを求めるものであっても適用できるがこ
こでは一般に(2m+1)次高調波について説明する。 S2m+1=2E122m+1( ξ)sinΔθ (6) ξ=2bsin (LnΩ/2c) (7) である。従来は振幅bを一定値としていたが本発明では
これを周期Ts で変動させる。そうするとξが変動する
がこの変動幅の中に、J2m+1( ξ) の極大値を与えるξ
0 が含まれるようにする。これは位相変調とは違う。変
調度の振幅変調である。両者を混同してはいけない。そ
こで振幅変調をここでは振幅掃引と言い、周期Ts は掃
引周期という。またbを与える信号を掃引信号というこ
とにする。
The present invention can be applied regardless of whether the phase difference Δθ is obtained by measuring either the fundamental wave component or the harmonic wave component, but here, the (2m + 1) th order harmonic wave is generally explained. S 2m + 1 = 2E 1 E 2 J 2m + 1 (ξ) sin Δθ (6) ξ = 2bsin (LnΩ / 2c) (7) Conventionally, the amplitude b is set to a constant value, but in the present invention, this is changed at the cycle T s . Then, ξ fluctuates, but in this fluctuation range, the maximum value of J 2m + 1 (ξ) is given ξ
Include 0 . This is different from phase modulation. This is amplitude modulation of the modulation degree. Don't confuse both. Therefore, the amplitude modulation is called an amplitude sweep here, and the period T s is called a sweep period. The signal that gives b will be referred to as a sweep signal.

【0010】図2にJ2m+1( ξ) のξに対する関係を図
示する。横軸はξである。下方に振幅変調の信号つまり
掃引信号を縦方向に描いている。これはξ=ξ1 とξ=
ξ2の間を変動するような正弦波信号である。つまり ξ=ξm +ξnsin(2πt/Ts ) (8) ξm =(ξ1 +ξ2 )/2 (9) ξn =(ξ1 −ξ2 )/2 (10) というような2π/Ωに比べては遅い変動をする。そし
てこれの動く範囲は、 ξ1 <ξ0 <ξ2 (11) であるようにする。ξ軸のF点がξ1 、G点がξ2 であ
るとする。受光素子の出力に含まれる(2m+1)次高
調波の出力S2m+1は(6)に示されるようにJ2m+1(
ξ) に比例する。短い時間であるのでこの間に於いて位
相差Δθは変化しないと考えて良い。J2m+1( ξ) の極
大値をEとしこれを与えるξの値をξ0 としている。極
大点をBとしξ=ξ0 となるξ軸上の点をAとする。ξ
はJ2m+1( ξ) の極大値Eを与える点Bの前後のF(ξ
1 )〜G(ξ2 )の間を振動することになる。ξ1 に対
応するJ2m+1( ξ) の点をCとし、ξ2 に対応する点を
Dとする。ξがξ1 とξ2 の間を動くので、J2m+1(
ξ) は、点Cと点Dの間を動くことになる。(2m+
1)次の同期検波出力S2m+1はこれに比例するのである
から出力は図2の右方に示すようになる。これは線EH
を極大値とし極小値としてK、Jを取るような周期函数
である。勿論周期はTs なのであるが、この間に極大値
を2回取るのである。もしもξ2 とξ1 がξ0 に関して
対称であれば、K=Jとなる。しかしその場合でも、波
型は歪んでおり、正弦波ではない。極大点の廻りで振動
させているからである。この点通常の制御のように、函
数がなるべく線形に近い点で制御するのと異なってい
る。
FIG. 2 illustrates the relationship of J 2m + 1 (ξ) with respect to ξ. The horizontal axis is ξ. An amplitude-modulated signal, that is, a sweep signal is drawn in the vertical direction below. This is ξ = ξ 1 and ξ =
It is a sinusoidal signal that varies between ξ 2 . That is, ξ = ξ m + ξ n sin (2πt / T s ) (8) ξ m = (ξ 1 + ξ 2 ) / 2 (9) ξ n = (ξ 1 −ξ 2 ) / 2 (10) It changes more slowly than / Ω. The moving range of this is ξ 102 (11). It is assumed that the F point on the ξ axis is ξ 1 and the G point is ξ 2 . The output S 2m + 1 of the (2m + 1) th order harmonic contained in the output of the light receiving element is J 2m + 1 (
proportional to ξ). Since the time is short, it can be considered that the phase difference Δθ does not change during this period. The maximum value of J 2m + 1 (ξ) is E, and the value of ξ that gives it is ξ 0 . Let B be the maximum point and A be the point on the ξ axis where ξ = ξ 0 . ξ
Is F (ξ before and after the point B that gives the maximum value E of J 2m + 1 (ξ).
It vibrates between 1 ) and G (ξ 2 ). Let C be the point of J 2m + 1 (ξ) corresponding to ξ 1 and D be the point corresponding to ξ 2 . Since ξ moves between ξ 1 and ξ 2 , J 2m + 1 (
ξ) will move between points C and D. (2m +
1) Since the next synchronous detection output S 2m + 1 is proportional to this, the output is as shown on the right side of FIG. This is line EH
Is a local maximum value and K is a local minimum value. Of course, the cycle is T s , but the maximum value is taken twice during this period. If ξ 2 and ξ 1 are symmetric with respect to ξ 0 , K = J. But even then, the waveform is distorted and not sinusoidal. This is because it vibrates around the maximum point. This point is different from the normal control, in which the function is as linear as possible.

【0011】温度変動によってξ1 、ξ2 の値が変化す
る。従って掃引信号の下端F、上端Gは変化する。しか
しこれらが変化しても、極大点Bに対応するA点がF〜
G間に含まれる限り、(2m+1)次の同期検波出力は
同じ最大値Hを持つ。極小値K、Jは変動するが最大値
Hは変わらない。これは掃引信号がB点を通るからであ
る。ここでピ−ク検出回路を用いて値Hを求める。1周
期Ts の中に2度最大値Hが現れるのでこれは簡単に求
められる。ピ−ク検出回路の時定数は、Ts より少し大
きい程度に設定すればばよい。するとピ−ク検出回路を
通った後での出力はもはや振動せず、一定値として得る
ことができる。これはJ2m+1( ξ) =Hとするものであ
るから、(2m+1)次の出力に含まれる定数(スケ−
ルファクタ)が確定したことになる。ここからΔθの値
を正確に求めることができる。例えば基本波の場合は、
ξ0 =1.8で極大値J1(ξ) =0.582を取るの
で、(5)のS を最大値Hで置き換えて、 Δθ=sin-1 (H/2E12 ×0.582) (12) ということになる。但しξ1 <1.8<ξ2 と言う条
件を守る必要がある。3次高調波の場合はξ0 =4で極
大値J1(ξ) =0.43を取るので、 Δθ=sin-1 (H/2E12 ×0.43) (13) ということになる。但しξ1 <4<ξ2 という条件が課
される。ピ−ク検出回路の時定数Tp は余り長過ぎても
いけない。同期検波出力の変動は回転角速度分によるΔ
θの変動をも含むからである。角速度の変化の時定数T
a よりもピ−ク検出回路の時定数は小さくなくてはなら
ない。 Ts <Tp <Ta (14) という条件が満たされる必要がある。もちろんピ−ク検
出回路は一定の時定数を持つ回路とするのではなく、1
周期Ts 毎にリセットするものとしても良い。この場合
はリセット信号を外部からピ−ク検出回路に与えなけれ
ばならない。もちろんスケ−ルファクタはこのほかに受
光素子の光電変換能などを含み単純に(12)、(1
3)のようにはならないがこれらは定数と考えることが
できるので、予め知ることができまた簡単に較正するこ
ともできる。
The values of ξ 1 and ξ 2 change due to temperature fluctuations. Therefore, the lower end F and the upper end G of the sweep signal change. However, even if these changes, the point A corresponding to the maximum point B is F ~
As long as it is included between G, the (2m + 1) th-order synchronous detection output has the same maximum value H. The minimum values K and J change, but the maximum value H does not change. This is because the sweep signal passes through point B. Here, the value H is obtained using the peak detection circuit. This is easily obtained because the maximum value H appears twice in one cycle T s . Pi - the time constant of the click detection circuit may be set to a degree slightly larger than T s. Then, the output after passing through the peak detection circuit no longer oscillates and can be obtained as a constant value. Since this is J 2m + 1 (ξ) = H, the constant (scale) included in the (2m + 1) th-order output is
Factor has been finalized. From this, the value of Δθ can be accurately obtained. For example, in the case of fundamental wave,
Since ξ 0 = 1.8 takes a maximum value J 1 (ξ) = 0.582, S in (5) is replaced with the maximum value H, and Δθ = sin −1 (H / 2E 1 E 2 × 0. 582) (12) However, it is necessary to keep the condition of ξ 1 <1.8 <ξ 2 . In the case of the third harmonic, ξ 0 = 4 and the maximum value J 1 (ξ) = 0.43 is taken, so Δθ = sin −1 (H / 2E 1 E 2 × 0.43) (13) Become. However, the condition of ξ 1 <4 <ξ 2 is imposed. The time constant T p of the peak detection circuit must not be too long. The fluctuation of the synchronous detection output depends on the rotation angular velocity Δ
This is because the fluctuation of θ is also included. Time constant T of change in angular velocity
pin than a - time constant of the click detecting circuit must be less. The condition T s <T p <T a (14) needs to be satisfied. Of course, the peak detection circuit is not a circuit with a constant time constant, but 1
It may be reset every cycle T s . In this case, the reset signal must be externally applied to the peak detection circuit. Of course, the scale factor also includes the photoelectric conversion capability of the light receiving element in addition to the above (12), (1
Although not as in 3), these can be considered as constants, so they can be known in advance and can be easily calibrated.

【0012】本発明はこのように位相変調度を一定値に
制御しないというところに特徴があるのであるが、そう
するとξ1 〜ξ2 の間にξ0 が入らないというようなこ
とも起こりうる。これは掃引信号の1周期Ts 内に1度
しか最大値が現れないということによって検出できる。
図3は掃引振幅がξ0 からずれた例を示す。この場合は
(2m+1)次の同期検波出力は図2に比較して周期が
大体2倍になり、Ts内に1度しか最大値が出現しな
い。この場合は位相変調の振幅の変動域を増大させる必
要がある。しかしξの温度変動よりもξ1 〜ξ2 を大き
く取ておけばこのようなことは起こらない。
The present invention is characterized in that the degree of phase modulation is not controlled to a constant value in this way, but if so, it may happen that ξ 0 does not enter between ξ 1 and ξ 2 . This can be detected by the fact that the maximum value appears only once within one period T s of the sweep signal.
FIG. 3 shows an example in which the sweep amplitude deviates from ξ 0 . In this case, the (2m + 1) th-order synchronous detection output has a period approximately doubled as compared with FIG. 2, and the maximum value appears only once in T s . In this case, it is necessary to increase the fluctuation range of the phase modulation amplitude. However, if ξ 1 to ξ 2 is set larger than the temperature fluctuation of ξ, such a thing will not occur.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明の実施例に係る光ファイバジャ
イロの概略図を示す。これは光路が全て光ファイバで構
成されている。図4のものと良く似ているが、位相変調
度を掃引するようにしているのが異なる点である。光源
としての発光素子1から単色光が出てこれが光ファイバ
2、第1ファイバカップラ3、光ファイバ4、第2ファ
イバカップラ5を通りシングルモ−ドファイバを多数回
巻き回したファイバコイル6の両端に入射する。これは
ファイバコイル6の内部を左廻り光、右廻り光として伝
搬する。ファイバコイル6の一端には位相変調器7があ
りbsin Ωtというように光の位相を変調している。位
相変調器は例えば圧電素子を用いる。円筒型または円柱
型の圧電素子の内外壁または端面に電極を付けこれに交
流電圧を印加すると、圧電効果によって素子が半径方向
に膨縮するので光ファイバの長さが振動しここを通過す
る光の位相が変化する。電圧振幅を増加すれば位相変化
の大きさも比例して増加する。右廻り光左廻り光がファ
イバカップラ5で合流し、光ファイバ4、ファイバカッ
プラ3を通り受光素子8に入射する。受光素子は両者の
干渉光強度を検出し電気信号に変換する。プリアンプ9
でこれを増幅しこれに含まれる適当な高調波または基本
波を同期検波器10によって同期検波する。発振器11
が位相変調器に変調信号を与え、同期検波信号を与え
る。勿論この間に適当な分周器があり、元の発振器の周
波数を逓減している。
1 is a schematic view of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention. In this, the optical path is composed entirely of optical fibers. Although it is very similar to that of FIG. 4, it is different in that the phase modulation degree is swept. A monochromatic light is emitted from a light emitting element 1 as a light source and passes through an optical fiber 2, a first fiber coupler 3, an optical fiber 4 and a second fiber coupler 5 and enters both ends of a fiber coil 6 in which a single mode fiber is wound many times. To do. This propagates inside the fiber coil 6 as left-handed light and right-handed light. A phase modulator 7 is provided at one end of the fiber coil 6 to modulate the phase of light as bsin Ωt. The phase modulator uses, for example, a piezoelectric element. When an electrode is attached to the inner or outer walls or end faces of a cylindrical or cylindrical piezoelectric element and an AC voltage is applied to this, the element expands and contracts in the radial direction due to the piezoelectric effect, causing the length of the optical fiber to vibrate and the light passing through it. The phase of changes. When the voltage amplitude is increased, the magnitude of the phase change also increases in proportion. The right-handed light and the left-handed light merge at the fiber coupler 5, pass through the optical fiber 4 and the fiber coupler 3, and enter the light receiving element 8. The light receiving element detects the intensity of the interference light of both and converts it into an electric signal. Preamplifier 9
Then, this is amplified and an appropriate harmonic wave or fundamental wave contained therein is synchronously detected by the synchronous detector 10. Oscillator 11
Gives a modulation signal to the phase modulator and a synchronous detection signal. Of course there is a suitable divider in between to step down the frequency of the original oscillator.

【0014】発光素子1は単色光を出す光源である。レ
−ザダイオ−ド、ス−パ−ルミネッセントダイオ−ドが
用いられる。ただしコヒ−レント長が短いものでなけれ
ばならない。このような点は図4のものと同様である。
この他に位相変調器7と発振器11の間に位相変調の振
幅を掃引するための振幅変調回路12がある。これはT
s 周期で、位相変調の変調度bを振幅b=bm+bnsin
(2π/Ts )となる様に変化させる。つまり圧電素子
に印加する電圧振幅をこのような函数型で変化させるの
である。このようにすればξがξ1 とξ2 の間で正弦函
数的に変化する。同期信号発生器13は周期Ts の始期
を与えるための回路である。ピ−ク検出回路14が同期
検波器10に続いて設けられる。同期信号発生器13は
振幅変調回路12と、ピ−ク検出回路14の両方に、T
s の始期に関する同期信号を与える。同期信号発生器は
位相変調振幅の変調sin (2π/Ts )のタイミングを
与える。
The light emitting element 1 is a light source which emits monochromatic light. A laser diode and a super luminescent diode are used. However, the coherence length must be short. Such points are the same as those in FIG.
In addition to this, an amplitude modulation circuit 12 for sweeping the amplitude of phase modulation is provided between the phase modulator 7 and the oscillator 11. This is T
The modulation factor b of the phase modulation is amplitude b = b m + b n sin in s cycles.
Change it to be (2π / T s ). That is, the amplitude of the voltage applied to the piezoelectric element is changed by such a function type. In this way, ξ changes sinusoidally between ξ 1 and ξ 2 . The synchronization signal generator 13 is a circuit for giving the beginning of the cycle T s . A peak detection circuit 14 is provided subsequent to the synchronous detector 10. The synchronization signal generator 13 has both T-values for the amplitude modulation circuit 12 and the peak detection circuit 14.
Gives a sync signal for the beginning of s . The synchronization signal generator provides the timing of the modulation of the phase modulation amplitude sin (2π / T s ).

【0015】これは正常であるときに、Ts の長さを指
定し、ピ−ク検出回路14がこの中での最大値を求める
ことを可能にする。これはピ−ク検出回路が最大値を検
出後、この値をリセットする場合には必須である。また
s 内に2つの最大値を有することが確認されなければ
ならない。このためにも必要である。しかしピ−ク検出
回路が一定の時定数をもって動作するようなものであれ
ばTs の始期を指定する必要はないわけである。また振
幅ξn を適当に選んで、ξ1 <ξ<ξ2 であることが保
証されていれば、ピ−ク検出回路14はこのような同期
信号を全く必要としない。ピ−ク検出回路14としては
市販のサンプルホ−ルド回路を用いることができる。こ
のようなものは古くから幾つも製造販売されている。ま
たアンプを組合わせて構成することもできる。これらの
回路はプリアンプなども含めて集積回路としてまとめる
のがよい。サンプルホ−ルド回路としては例えば図5の
ようなものがある。これは負の出力を与える正のピ−ク
検出をする。C、Rによって時定数を指定できる。また
リセット端子を短絡してTs 毎にリセットすることもで
きる。
This, when normal, specifies the length of T s and allows the peak detection circuit 14 to determine the maximum value of this. This is indispensable when the peak detection circuit detects the maximum value and then resets this value. It must also be confirmed that it has two maxima in T s . This is also necessary. However, if the peak detection circuit operates with a constant time constant, it is not necessary to specify the start time of T s . Further, if the amplitude ξ n is properly selected and it is guaranteed that ξ 1 <ξ <ξ 2 , the peak detection circuit 14 does not need such a synchronization signal at all. As the peak detection circuit 14, a commercially available sample hold circuit can be used. Many such products have been manufactured and sold since ancient times. It can also be configured by combining amplifiers. It is preferable to integrate these circuits as an integrated circuit including a preamplifier and the like. An example of the sample hold circuit is shown in FIG. It does a positive peak detection which gives a negative output. The time constant can be specified by C and R. It is also possible to short-circuit the reset terminal and reset every T s .

【0016】[0016]

【発明の効果】位相変調器の変調度を振幅変調して、同
期検波出力の最大値をもとめこれから位相差Δθを求め
るようにしている。スケ−ルファクタの安定の為に従来
は位相変調度bを一定に保つように多大の努力が払われ
てきたが、本発明ではもはや位相変調度を一定に保つと
いう必要がない。従ってこれを一定に保持するためのフ
ィ−ドバック系を不要とする。またフィ−ドバック系の
存在のためにドリフトを完全に抑制できないこともあっ
たが、本発明はこのような問題もない。
The degree of modulation of the phase modulator is amplitude-modulated to obtain the maximum value of the synchronous detection output, and the phase difference Δθ is obtained from this. Although a great deal of effort has been conventionally made to keep the phase modulation degree b constant in order to stabilize the scale factor, in the present invention, it is no longer necessary to keep the phase modulation degree b constant. Therefore, a feedback system for keeping this constant is unnecessary. In addition, the drift may not be completely suppressed due to the existence of the feedback system, but the present invention does not have such a problem.

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

【図1】本発明の実施例に係る光ファイバジャイロの構
成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention.

【図2】位相変調の中心がベッセル函数の極大点の近傍
にあるときの位相変調の振幅の変動と同期検波出力の変
動を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing fluctuations in amplitude of phase modulation and fluctuations in synchronous detection output when the center of phase modulation is near the maximum point of the Bessel function.

【図3】位相変調の振幅がベッセル函数の極大点からず
れているときの位相変調の振幅の変動と同期検波出力の
変動を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a variation in the amplitude of the phase modulation and a variation in the synchronous detection output when the amplitude of the phase modulation deviates from the maximum point of the Bessel function.

【図4】従来例に係る光ファイバジャイロの構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of an optical fiber gyro according to a conventional example.

【図5】ピ−ク検出回路の一例を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a peak detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発 光 素 子 2 光ファイバ 3 ファイバカップラ 4 光ファイバ 5 ファイバカップラ 6 ファイバコイル 7 位相変調器 8 受光素子 9 プリアンプ 10 同期検波器 11 発振器 12 振幅変調回路 13 同期信号発生器 14 ピ−ク検出回路 1 Optical element 2 Optical fiber 3 Fiber coupler 4 Optical fiber 5 Fiber coupler 6 Fiber coil 7 Phase modulator 8 Photodetector 9 Preamplifier 10 Synchronous detector 11 Oscillator 12 Amplitude modulation circuit 13 Synchronous signal generator 14 Peak detection circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ファイバコイルの中を左廻り右廻りに光を
伝搬させ両廻り光の位相差からファイバコイルの回転角
速度を求めることを原理とする光ファイバジャイロであ
って、光源としての単色光を生ずる発光素子と、シング
ルモ−ド光ファイバを多数回巻回したファイバコイル
と、ファイバコイルの両端を結合し発光素子と受光素子
に結合するカップラと、ファイバコイルの中を左廻り右
廻りに伝搬した光を干渉させ干渉光の強度を検出する受
光素子と、ファイバコイルの一端に設けられる伝搬光に
対して正弦波状の位相変調を与える位相変調器とを含
み、発光素子の光をファイバコイルの両端に入射しファ
イバコイルを右廻り光左廻り光として伝搬させこれを合
一し干渉光の強度を受光素子で検出し、受光素子の出力
を位相変調と同じ周波数の基本波成分またはそのn次高
調波成分によって同期検波して、基本波成分またはn次
高調波成分が1次またはn次のベッセル函数を定数とし
て含むことを利用して回転角速度を求める位相変調方式
の光ファイバジャイロにおいて、位相変調器に与える変
調信号の振幅をその次数のベッセル函数の極大点を通っ
て上下するように一定周期で変化させ、受光素子の同期
検波出力の前記一定周期中での最大値を求めこれを用い
て回転角速度を求めるようにしたことを特徴とする光フ
ァイバジャイロ。
1. A fiber optic gyro having a principle that light is propagated counterclockwise in a fiber coil to the right and the rotational angular velocity of the fiber coil is obtained from the phase difference between the two lights, which is a monochromatic light as a light source. Light-emitting element, a fiber coil in which a single-mode optical fiber is wound many times, a coupler that connects both ends of the fiber coil to the light-emitting element and the light-receiving element, and propagates in the fiber coil clockwise and counterclockwise. The light receiving element for interfering the generated light and detecting the intensity of the interference light, and the phase modulator for providing the sinusoidal phase modulation to the propagating light provided at one end of the fiber coil are provided. It is incident on both ends and propagates as a right-handed light and a left-handed light in the fiber coil and combines them to detect the intensity of the interference light with the light receiving element. Phase-modulation for synchronously detecting the fundamental wave component or its nth-order harmonic component to obtain the rotational angular velocity by utilizing that the fundamental wave component or the nth-order harmonic component includes the 1st or nth-order Bessel function as a constant. In the optical fiber gyro of the method, the amplitude of the modulation signal given to the phase modulator is changed at a constant cycle so as to go up and down through the maximum point of the Bessel function of the order, and during the constant cycle of the synchronous detection output of the light receiving element. An optical fiber gyro characterized in that the maximum angular velocity is obtained and the rotational angular velocity is obtained using this.
JP4031486A 1992-01-21 1992-01-21 Optical fiber gyro Pending JPH05196470A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4031486A JPH05196470A (en) 1992-01-21 1992-01-21 Optical fiber gyro

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4031486A JPH05196470A (en) 1992-01-21 1992-01-21 Optical fiber gyro

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05196470A true JPH05196470A (en) 1993-08-06

Family

ID=12332604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4031486A Pending JPH05196470A (en) 1992-01-21 1992-01-21 Optical fiber gyro

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05196470A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044027A (en) * 2020-01-02 2020-04-21 浙江大学 Open-loop fiber optic gyroscope signal processing circuit and method using single-chip high-precision impedance transformation system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044027A (en) * 2020-01-02 2020-04-21 浙江大学 Open-loop fiber optic gyroscope signal processing circuit and method using single-chip high-precision impedance transformation system
CN111044027B (en) * 2020-01-02 2021-09-17 浙江大学 Method for demodulating signal by using open-loop optical fiber gyroscope signal processing circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5362180B2 (en) Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope
JP2002508061A (en) Optical fiber gyroscope vibration error compensator
US4573795A (en) Rotation rate measuring instrument
JP2002504234A (en) Optical fiber gyroscope vibration error compensator
US5237387A (en) Dual serrodyne resonator fiber optic gyroscope
JP2724915B2 (en) Interferometer signal analysis with modulation switching
US4872754A (en) Constant frequency digital closed-loop optical fiber gyro
EP0386739B1 (en) Phase modulated fiber-optic gyroscope
JPH03170016A (en) Double serrodyne oscillator optical fiber gyroscope
RU2343417C1 (en) Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope
US5018860A (en) Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne generators combined signal phase difference control
US5170225A (en) Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer
JPH05196470A (en) Optical fiber gyro
JPS61147106A (en) Phase modulation type optical fiber gyro
RU2246097C2 (en) Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro
RU2194245C2 (en) Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation
RU2160885C1 (en) Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
RU2194246C1 (en) Method for processing optical fiber gyroscope ring interferometer signal
RU2523759C1 (en) Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro
JPH0350964B2 (en)
JPS61226609A (en) Optical fiber gyro
JP2000180184A (en) Resonance type optical fiber gyroscope
JPS63138208A (en) Optical fiber gyro by phase modulation system
EP0412468B1 (en) Synthetic serrodyne controller for fiber optic gyroscope
RU2157962C2 (en) Method for supplementary phase modulation of ring interferometer of fiber-optical gyro

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees