JPH05340760A - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JPH05340760A JPH05340760A JP14428792A JP14428792A JPH05340760A JP H05340760 A JPH05340760 A JP H05340760A JP 14428792 A JP14428792 A JP 14428792A JP 14428792 A JP14428792 A JP 14428792A JP H05340760 A JPH05340760 A JP H05340760A
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動環境においても安定した出力を得る。
【構成】 光ファイバコイル１５を伝搬した右回り光、
左回り光の干渉光が受光器１７で電気信号に変換され、
その電気信号は振動雑音検出回路２５内で予測される外
部振動の最高周波数より高い周波数、例えば３０００Ｈ
ｚ以上の成分が除去され、また予測される外部振動の最
低周波数、例えば１００Ｈｚ成分以下及び直流分が除去
されて外部振動雑音成分が抽出され、その抽出された振
動雑音成分が光源駆動回路へ供給され、外部振動にもと
ずく、光源１１から光ファイバコイル１５を経て受光器
１７に至る光損失変動が打消される。
左回り光の干渉光が受光器１７で電気信号に変換され、
その電気信号は振動雑音検出回路２５内で予測される外
部振動の最高周波数より高い周波数、例えば３０００Ｈ
ｚ以上の成分が除去され、また予測される外部振動の最
低周波数、例えば１００Ｈｚ成分以下及び直流分が除去
されて外部振動雑音成分が抽出され、その抽出された振
動雑音成分が光源駆動回路へ供給され、外部振動にもと
ずく、光源１１から光ファイバコイル１５を経て受光器
１７に至る光損失変動が打消される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光ファイバコイルを伝
搬する右回り光と左回り光との位相を検出してその光フ
ァイバコイルに印加される軸心まわりの角速度を検出す
る光ファイバジャイロに関する。
搬する右回り光と左回り光との位相を検出してその光フ
ァイバコイルに印加される軸心まわりの角速度を検出す
る光ファイバジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光干渉角速度計（以下ＦＯＧと称
す）を図３を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２，偏光子１３，光カプラ１４を経て光
学路としての光ファイバコイル１５の両端から投入す
る。光ファイバコイル１５を伝搬する右回り光、左回り
光は、光ファイバコイル１５の片端と光カプラ１４との
間に配置した位相変調器１６により位相変調される。位
相変調を受けた両光は、光カプラ１４で結合され干渉し
再び偏光子１３を経て光カプラ１２により受光器１７へ
分岐される。
す）を図３を参照して説明する。光源１１からの光Ｉ
は、光カプラ１２，偏光子１３，光カプラ１４を経て光
学路としての光ファイバコイル１５の両端から投入す
る。光ファイバコイル１５を伝搬する右回り光、左回り
光は、光ファイバコイル１５の片端と光カプラ１４との
間に配置した位相変調器１６により位相変調される。位
相変調を受けた両光は、光カプラ１４で結合され干渉し
再び偏光子１３を経て光カプラ１２により受光器１７へ
分岐される。
【０００３】このときの受光器１７の出力Ｖpは、位相
変調信号をＰ(t) ＝Ａsin ωmt とすると、次式で表せ
る。 Ｖp＝(I/2)・Ｋop・Ｋpd｛１＋cosΔΦ（Σεn・(-1)n・Ｊ2n(X)・ cos２nωmｔ’）−sinΔΦ（２Σ(-1)n・Ｊ2n+1(X)・cos(２n+1)ωmｔ’ ）｝ （１） ここで Σはｎ＝０から無限大 ｔ' ＝ｔ−τ／２ εn ＝１；ｎ＝０，２；ｎ≧１ Ｋop：光源１１からの出射光Ｉが光ファイバコイル１５
を経て受光器１７に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や増幅器利得等で決まる定数 Ｉ：光源１１からの出射光 Ｉo ：受光器１７に到達する最大光量（Ｉo ＝Ｋop・
Ｉ） Ｊn ：第一種ベッセル関数 Ｘ：２Ａsin πｆｍτ ΔΦ：光ファイバコイル１５における左右両回り光間の
位相差 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆｍ） τ：光ファイバコイル１５中における光の伝搬時間 受光器１７の出力は、同期検波回路１８に入力され、そ
こで位相変調周波数と同じ成分すなわち（１）式におけ
る一次成分（ｎ＝１）がクロック回路１９からの参照信
号を受けて取り出される。同期検波回路１８の出力は、
さらにローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９によって交流成
分がろ波され適切な利得に設定された後、ＦＯＧ出力と
して端子２０に取り出される。
変調信号をＰ(t) ＝Ａsin ωmt とすると、次式で表せ
る。 Ｖp＝(I/2)・Ｋop・Ｋpd｛１＋cosΔΦ（Σεn・(-1)n・Ｊ2n(X)・ cos２nωmｔ’）−sinΔΦ（２Σ(-1)n・Ｊ2n+1(X)・cos(２n+1)ωmｔ’ ）｝ （１） ここで Σはｎ＝０から無限大 ｔ' ＝ｔ−τ／２ εn ＝１；ｎ＝０，２；ｎ≧１ Ｋop：光源１１からの出射光Ｉが光ファイバコイル１５
を経て受光器１７に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や増幅器利得等で決まる定数 Ｉ：光源１１からの出射光 Ｉo ：受光器１７に到達する最大光量（Ｉo ＝Ｋop・
Ｉ） Ｊn ：第一種ベッセル関数 Ｘ：２Ａsin πｆｍτ ΔΦ：光ファイバコイル１５における左右両回り光間の
位相差 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆｍ） τ：光ファイバコイル１５中における光の伝搬時間 受光器１７の出力は、同期検波回路１８に入力され、そ
こで位相変調周波数と同じ成分すなわち（１）式におけ
る一次成分（ｎ＝１）がクロック回路１９からの参照信
号を受けて取り出される。同期検波回路１８の出力は、
さらにローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９によって交流成
分がろ波され適切な利得に設定された後、ＦＯＧ出力と
して端子２０に取り出される。
【０００４】ＦＯＧの出力ＶO は次式で表される。 ＶO ＝Ｉ・Ｋop・Ｋpd・Ｊ1(x)・ＫA1・sinΔΦ ＝Ｋ・Ｋop・sinΔΦ （２） ＫA1：利得 ここで両光間の位相差ΔΦは、光ファイバコイル１５に
回転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック（sagn
ac) 位相差ΔΦs を示し、次式で表される。
回転角速度Ωを印加したときに生じるサニャック（sagn
ac) 位相差ΔΦs を示し、次式で表される。
【０００５】 ΔΦs ＝４πＲＬ・Ω／Ｃλ （３） ここで Ｃ：光速 λ：真空中における光の波長 Ｒ：光ファイバコイル１５の半径 Ｌ：光ファイバコイル１５の光ファイバの長さ よってローパスフィルタ１９の出力ＶO を計測すれば、
入力された回転角速度Ωを知ることができる。
入力された回転角速度Ωを知ることができる。
【０００６】なお、クロック回路２１から駆動回路２２
を通じて変調信号が位相変調器１６に印加される。光源
１１は光源駆動回路２３により駆動される。
を通じて変調信号が位相変調器１６に印加される。光源
１１は光源駆動回路２３により駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
周期的な振動環境下において使用される光ファイバジャ
イロにおいては、 １）光ファイバジャイロを構成している構造体の一部が
機械的に共振し、その時発生するねじり、引張り等の応
力が光ファイバコイル１５の一部に伝わる。
周期的な振動環境下において使用される光ファイバジャ
イロにおいては、 １）光ファイバジャイロを構成している構造体の一部が
機械的に共振し、その時発生するねじり、引張り等の応
力が光ファイバコイル１５の一部に伝わる。
【０００８】または、 ２）光ファイバコイル１５の一部自身が共振状態になり
その光ファイバに応力が加わる。 いずれの現象が起った場合でも、光ファイバコイル１５
中の左右両回り光に、その時の振動周波数に同期した、
周期的な位相変化が起こり、サニャック位相差がゼロと
すると、左右両回り光の位相差ΔΦは次式のようにな
る。
その光ファイバに応力が加わる。 いずれの現象が起った場合でも、光ファイバコイル１５
中の左右両回り光に、その時の振動周波数に同期した、
周期的な位相変化が起こり、サニャック位相差がゼロと
すると、左右両回り光の位相差ΔΦは次式のようにな
る。
【０００９】 ΔΦ＝ΔΦV ｓｉｎωV ｔ ・・・・・・（４） ΔΦV ：振動によって起きる周期的位相差の振幅 ωV ：振動の角周波数 また同時に、光ファイバコイル１５やその他の光学部品
に応力が発生して、光ファイバコイル１５を伝搬する光
に周期的な損失変化が生じる。従って光源１１から受光
器１７に至る光学的損失Ｋ′OPは次式のようになる。
に応力が発生して、光ファイバコイル１５を伝搬する光
に周期的な損失変化が生じる。従って光源１１から受光
器１７に至る光学的損失Ｋ′OPは次式のようになる。
【００１０】 Ｋ′OP＝ＫOP＋ΔＫOPｓｉｎ（ωV ｔ＋θ） ・・・（５） θ：周期的位相差の起きる部位と光の周期的損失変化の
起きる部位との位相ずれ 従って（３）式の光ファイバジャイロ出力は次式のよう
になる。 Ｖ0 ＝Ｋ・（ＫOP＋ΔＫOPｓｉｎ（ωV ｔ＋θ）） ×ｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ） このｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ）をベッセル関数で展
開し、その３次の項以下は小さいから省略するとＶ0 は
次式で近似される。
起きる部位との位相ずれ 従って（３）式の光ファイバジャイロ出力は次式のよう
になる。 Ｖ0 ＝Ｋ・（ＫOP＋ΔＫOPｓｉｎ（ωV ｔ＋θ）） ×ｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ） このｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ）をベッセル関数で展
開し、その３次の項以下は小さいから省略するとＶ0 は
次式で近似される。
【００１１】 Ｖ0 ≒Ｋ・（２ＫOPＪ1 （ΔΦV ）ｓｉｎωV ｔ ＋ΔＫOPｓｉｎθＪ1 （ΔΦV ）ｓｉｎ２ωV ｔ ＋２ΔＫOPｃｏｓθＪ1 （ΔΦV ）ｓｉｎ2 ωV ｔ）・・・（６） この式の第一項、第二項は交流的な誤差要素となり、ま
た第三項はｓｉｎωVｔの二乗の項が含まれているた
め、直流的な誤差要素となって光ファイバジャイロの出
力に現われる。
た第三項はｓｉｎωVｔの二乗の項が含まれているた
め、直流的な誤差要素となって光ファイバジャイロの出
力に現われる。
【００１２】このように従来の光ファイバジャイロで
は、振動環境下において交流的及び直流的な誤差要素が
出力に表われるため、光ファイバジャイロのバイアスの
安定性を著しく劣化させるという欠点があった。この発
明の目的は、振動環境下でも安定化した出力を得ること
ができる光ファイバジャイロを提供することにある。
は、振動環境下において交流的及び直流的な誤差要素が
出力に表われるため、光ファイバジャイロのバイアスの
安定性を著しく劣化させるという欠点があった。この発
明の目的は、振動環境下でも安定化した出力を得ること
ができる光ファイバジャイロを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明では左回り光、
右回り光の干渉光を電気的に変換する受光器からの信号
を受けて、振動環境下で予測される振動周波数成分が振
動雑音検出回路から抽出され、その抽出された振動周波
数成分が光源の駆動回路に、受光器の出力における振動
雑音成分を打消すように負帰還される。
右回り光の干渉光を電気的に変換する受光器からの信号
を受けて、振動環境下で予測される振動周波数成分が振
動雑音検出回路から抽出され、その抽出された振動周波
数成分が光源の駆動回路に、受光器の出力における振動
雑音成分を打消すように負帰還される。
【００１４】
【実施例】この発明による一実施例を図１Ａに示し、図
４と対応する部分に同一符号を付けてある。光ファイバ
ジャイロに外部振動ωV が印加されると、受光器１７の
出力ＶP は下記のようになる。
４と対応する部分に同一符号を付けてある。光ファイバ
ジャイロに外部振動ωV が印加されると、受光器１７の
出力ＶP は下記のようになる。
【００１５】 ＶP ＝（Ｉ／２）（ＫOP＋ΔＫ・ｓｉｎ（ωV ｔ＋θ））・ＫPd ×｛１＋ｃｏｓ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ）×（Σεn （−１）n ・Ｊ2n（Ｘ）・ｃｏｓ２ｎωm ｔ）−ｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ） ×（Σ（−１）n ・Ｊ2n+1（Ｘ）・ｃｏｓ（２ｎ＋１）ωm ｔ）｝ ・・・・（６） Σはｎ＝０から無限大まで この発明ではこの受光器１７の出力は振動雑音検出回路
２５に分岐入力される。振動雑音検出回路２５で予測さ
れる外部振動周波数成分、つまり光路の損失の変動分が
検出され、その検出された変動分はこれが相殺される様
に光源駆動回路２３に与えられる。
２５に分岐入力される。振動雑音検出回路２５で予測さ
れる外部振動周波数成分、つまり光路の損失の変動分が
検出され、その検出された変動分はこれが相殺される様
に光源駆動回路２３に与えられる。
【００１６】振動雑音検出回路２５は例えば図１Ｂに示
すように低域通過フィルタ２６により、予測される外部
振動条件における最も高い周波数、例えば２０００Ｈｚ
をより高い周波数、例えば３０００Ｈｚ以上の成分が遮
断され、（６）式における高次の周波数成分、即ち、ω
m （位相変調角周波数）の項が除去される。位相変調周
波数ｆm は通常数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚである。また、
高域通過フィルタ２７により前記予測される外部振動条
件における最も低い周波数、例えば１００Ｈｚより低い
周波数成分と直流成分とが同時に除去される。よって外
部振動により印加された交流成分、つまり振動雑音成分
のみが取り出せる。つまり振動雑音検出回路２５の出力
Ｖe は Ｖe ＝ΔＫｓｉｎ（ωV ｔ＋θ） ・・・・（７） となる。
すように低域通過フィルタ２６により、予測される外部
振動条件における最も高い周波数、例えば２０００Ｈｚ
をより高い周波数、例えば３０００Ｈｚ以上の成分が遮
断され、（６）式における高次の周波数成分、即ち、ω
m （位相変調角周波数）の項が除去される。位相変調周
波数ｆm は通常数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚである。また、
高域通過フィルタ２７により前記予測される外部振動条
件における最も低い周波数、例えば１００Ｈｚより低い
周波数成分と直流成分とが同時に除去される。よって外
部振動により印加された交流成分、つまり振動雑音成分
のみが取り出せる。つまり振動雑音検出回路２５の出力
Ｖe は Ｖe ＝ΔＫｓｉｎ（ωV ｔ＋θ） ・・・・（７） となる。
【００１７】光源駆動回路２３は光源１１としての半導
体レーザ２８よりの光が受光素子２９で受光され、その
変換された光電流は回路３１で電圧に変換され、その電
圧は基準電圧発生器３２からの基準電圧ＶR との差が差
動増幅器３３でとられその差動増幅器３３の出力は積分
器３４で積分され、その積分出力に応じて半導体レーザ
２８に対する駆動電流発生回路３５が制御され、差動増
幅器３３の出力がゼロになるように制御して、光源１１
からの光の強度が一定に保たれるようにされている。こ
のような光源駆動回路に対し、例えば積分器３４の出力
に差動増幅器３６で加算し、受光器１７の出力中の前記
振動による変動分を相殺せしめるようにする。このよう
にして光路の損失の変動分が打消される。受光器１７の
変換利得、光源駆動回路２３の変換利得などを考慮して
振動による光損失変動が丁度打消されるように振動雑音
検出回路２５を含む系の利得が選定される。
体レーザ２８よりの光が受光素子２９で受光され、その
変換された光電流は回路３１で電圧に変換され、その電
圧は基準電圧発生器３２からの基準電圧ＶR との差が差
動増幅器３３でとられその差動増幅器３３の出力は積分
器３４で積分され、その積分出力に応じて半導体レーザ
２８に対する駆動電流発生回路３５が制御され、差動増
幅器３３の出力がゼロになるように制御して、光源１１
からの光の強度が一定に保たれるようにされている。こ
のような光源駆動回路に対し、例えば積分器３４の出力
に差動増幅器３６で加算し、受光器１７の出力中の前記
振動による変動分を相殺せしめるようにする。このよう
にして光路の損失の変動分が打消される。受光器１７の
変換利得、光源駆動回路２３の変換利得などを考慮して
振動による光損失変動が丁度打消されるように振動雑音
検出回路２５を含む系の利得が選定される。
【００１８】このようにする同期検波回路１８の出力
Ｖ′0 は Ｖ′0 ＝Ｋ・ＫOP・ｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ） となり、振動にもとづく周期的な位相変化が交流的な雑
音成分として残る。しかしこれは例えばローパスフィル
タ１９により除去することにより安定化された光ファイ
バジャイロ出力が得られる。
Ｖ′0 は Ｖ′0 ＝Ｋ・ＫOP・ｓｉｎ（ΔΦV ｓｉｎωV ｔ） となり、振動にもとづく周期的な位相変化が交流的な雑
音成分として残る。しかしこれは例えばローパスフィル
タ１９により除去することにより安定化された光ファイ
バジャイロ出力が得られる。
【００１９】振動雑音検出回路２５の出力は図２Ａに示
すように、光源駆動回路２３において積分器３４の入力
側に入力してもよい。また上述では検出した振動雑音成
分で光源駆動回路２３を制御して振動雑音を打消した
が、図２Ｂに示すように同期検波回路１８の前段に差動
回路３７を挿入して、これに受光器１７の出力と、振動
雑音検出回路２５の出力とを供給して電気的に打消して
もよい。
すように、光源駆動回路２３において積分器３４の入力
側に入力してもよい。また上述では検出した振動雑音成
分で光源駆動回路２３を制御して振動雑音を打消した
が、図２Ｂに示すように同期検波回路１８の前段に差動
回路３７を挿入して、これに受光器１７の出力と、振動
雑音検出回路２５の出力とを供給して電気的に打消して
もよい。
【００２０】上述において光カプラ１４、位相変調器１
６は光集積回路で構成してもよい。上述ではこの発明を
開ループ光ファイバジャイロに適用したが、閉ループ光
ファイバジャイロにも適用することができる。
６は光集積回路で構成してもよい。上述ではこの発明を
開ループ光ファイバジャイロに適用したが、閉ループ光
ファイバジャイロにも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば角
振動雑音成分を検出する回路と、その検出出力によりそ
の雑音成分の光量を相殺する様に光源光量を制御する回
路または電気的に打消す回路を備えることにより、振動
下においても、安定した検出角速度出力が得られる。
振動雑音成分を検出する回路と、その検出出力によりそ
の雑音成分の光量を相殺する様に光源光量を制御する回
路または電気的に打消す回路を備えることにより、振動
下においても、安定した検出角速度出力が得られる。
【図１】Ａはこの発明の実施例を示すブロック図、Ｂは
その光源駆動回路２３及び振動雑音検出回路２５の具体
例を示すブロック図である。
その光源駆動回路２３及び振動雑音検出回路２５の具体
例を示すブロック図である。
【図２】Ａは光源駆動回路２３の他の例を示すブロック
図、Ｂはこの発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
図、Ｂはこの発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
【図３】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。
Claims (2)
- 【請求項１】 光源からの光を分岐手段により光ファイ
バコイルの両端に右回り光及び左回り光として入射し、
その光ファイバコイルの片端と上記分岐手段との間に挿
入した位相変調器で上記右回り光及び左回り光に交番信
号で位相変調し、上記光ファイバコイルを伝搬し上記分
岐手段で干渉した上記右回り光及び左回り光の干渉光を
受光器で電気信号に変換し、その電気信号から上記右回
り光及び左回り光の位相差を検出して、上記光ファイバ
コイルにその軸心まわりに印加された角速度を検出する
光ファイバジャイロにおいて、 上記受光器の出力から振動雑音成分を検出する振動雑音
検出回路と、 その振動雑音検出回路で検出された振動雑音成分を上記
光源の光源駆動回路に制御信号として供給して上記振動
雑音成分を相殺させる手段と、 を設けたことを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】 光源からの光を分岐手段により光ファイ
バコイルの両端に右回り光及び左回り光として入射し、
その光ファイバコイルの片端と上記分岐手段との間に挿
入した位相変調器で上記右回り光及び左回り光に交番信
号で位相変調し、上記光ファイバコイルを伝搬し上記分
岐手段で干渉した上記右回り光及び左回り光の干渉光を
受光器で電気信号に変換し、その電気信号から上記右回
り光及び左回り光の位相差を検出して、上記光ファイバ
コイルにその軸心まわりに印加された角速度を検出する
光ファイバジャイロにおいて、 上記受光器の出力から振動雑音成分を検出する振動雑音
検出回路と、 その振動雑音検出回路で検出された振動雑音成分を上記
受光器の出力に差動的に加えて振動雑音成分を打消す差
動回路と、 を設けたことを特徴とする光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4144287A JP2729290B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4144287A JP2729290B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340760A true JPH05340760A (ja) | 1993-12-21 |
| JP2729290B2 JP2729290B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=15358564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4144287A Expired - Fee Related JP2729290B2 (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729290B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4868270A (en) * | 1986-08-04 | 1989-09-19 | The Boeing Company | Heterocycle sulfone oligomers and blends |
| US5923424A (en) * | 1997-06-19 | 1999-07-13 | Honeywell Inc. | Fiber optic gyroscope vibration error compensator |
| US5926275A (en) * | 1997-06-19 | 1999-07-20 | Honeywell Inc. | Vibration error reduction servo for a fiber optic gyroscope |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0450717A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-02-19 | Tokyo Koku Keiki Kk | 光ファイバジャイロ |
| JPH04144287A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-06-04 JP JP4144287A patent/JP2729290B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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