JPH06103188B2 - Optical interference gyro - Google Patents

Optical interference gyro

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JPH06103188B2
JPH06103188B2 JP1208860A JP20886089A JPH06103188B2 JP H06103188 B2 JPH06103188 B2 JP H06103188B2 JP 1208860 A JP1208860 A JP 1208860A JP 20886089 A JP20886089 A JP 20886089A JP H06103188 B2 JPH06103188 B2 JP H06103188B2
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frequency
optical
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optical fiber
sawtooth wave
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健一 岡田
雅士 西野
修 谷川
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、リニア位相ランプ方式による零位法セロダ
イン変調方式の光干渉角速度計に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a zero-position serrodyne modulation optical interference angular velocity meter by a linear phase ramp method.

「従来の技術」 広ダイナミックレンジおよび低ドリフトの光干渉角速度
計として、光ファイバコイルの一端側および他端側に、
それぞれ光導波路に対して一対の電極が形成されて構成
されたバイアシング位相変調器およびランプ位相変調器
を設け、そのバイアシング位相変調器およびランプ位相
変調器に位相変調用のバイアシング電圧および鋸歯状波
電圧を印加して、それぞれ光ファイバコイルを伝搬する
二つの光の間に位相差を与えるとともに、光検出器の出
力から光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つの光の
間の位相差を検出し、その検出出力によって、その位相
差が所定値になるように上記の鋸歯状波電圧の極性と周
波数を制御するものが考えられている。
"Prior Art" As a wide dynamic range and low drift optical interference gyro, on one end side and the other end side of the optical fiber coil,
A biasing phase modulator and a ramp phase modulator each having a pair of electrodes formed for the optical waveguide are provided, and the biasing phase modulator and the ramp phase modulator are biasing voltage and sawtooth wave voltage for phase modulation. Is applied to give a phase difference between the two lights propagating through the optical fiber coil, and the phase difference between the two lights propagating through the optical fiber coil and interfering is detected from the output of the photodetector. It is considered that the polarity and frequency of the sawtooth wave voltage are controlled so that the phase difference becomes a predetermined value by the detection output.

第2図は、従来の、このようなリニア位相ランプ方式に
よる零位法セロダイン変調方式の光干渉角速度計の一例
である。
FIG. 2 is an example of a conventional optical interference angular velocity meter of the null method serrodyne modulation method by such a linear phase ramp method.

光源11からの光1が光結合器13および偏光子14を通じて
光分岐結合器15に供給されて二つの光5a,5bに分岐さ
れ、その二つの光5a,5bが、一方の光5aは光ファイバコ
イル17の一端17aから、他方の光5bは光ファイバコイル1
7の他端17bから、それぞれ光ファイバコイル17に供給さ
れて、一方の光5aは右回り光として、他方の光5bは左回
り光として、それぞれ光ファイバコイル17を伝搬し、こ
の光ファイバコイル17を伝搬した二つの光7a,7bが、一
方の光7aは光ファイバコイル17の他端17bから、他方の
光7bは光ファイバコイル17の一端17aから、それぞれ光
分岐結合器15に供給されて互いに干渉し、その得られた
干渉光9が偏光子14および光結合器13を通じて光検出器
19に供給されて電気信号に変換される点は、一般の光干
渉角速度計と同じである。
The light 1 from the light source 11 is supplied to the optical splitter / combiner 15 through the optical coupler 13 and the polarizer 14 and is split into two lights 5a and 5b. The two lights 5a and 5b are one light 5a. From one end 17a of the fiber coil 17 to the other light 5b, the optical fiber coil 1
The light 5a is supplied from the other end 17b of the optical fiber coil 17 to the optical fiber coil 17, and the light 5a is propagated in the optical fiber coil 17 as the clockwise light and the light 5b is propagated in the optical fiber coil 17 as the counterclockwise light. Two lights 7a, 7b propagated through 17, one light 7a is supplied from the other end 17b of the optical fiber coil 17, and the other light 7b is supplied from the one end 17a of the optical fiber coil 17 to the optical branching coupler 15. And interfere with each other, and the resulting interference light 9 passes through a polarizer 14 and an optical coupler 13 to form a photodetector.
The point of being supplied to 19 and converted into an electric signal is the same as that of a general optical interference gyro.

そして、光分岐結合器15と光ファイバコイル17の一端17
aとの間にバイアシング位相変調器21が配されるととも
に、光分岐結合器15と光ファイバコイル17の他端17bと
の間にランプ位相変調器22が配され、発振器31からバイ
アシング位相変調器21にバイアシング電圧Biが印加され
てバイアシング位相変調器21において光ファイバコイル
17の一端17aから光ファイバコイル17に供給される光5a
および光ファイバコイル17の他端17bから光ファイバコ
イル17を伝搬して光ファイバコイル17の一端17aから光
分岐結合器15に供給される光7bの位相が偏移されるとと
もに、鋸歯状波電圧発生部40からランプ位相変調器22に
鋸歯状波電圧Raが印加されてランプ位相変調器22におい
て光ファイバコイル17の他端17bから光ファイバコイル1
7に供給される光5bおよび光ファイバコイル17の一端17a
から光ファイバコイル17を伝搬して光ファイバコイル17
の他端17bから光分岐結合器15に供給される光7aの位相
が偏移され、光検出器19の出力Vaが後述するような構成
の位相差検出制御部50に供給されて後述するように位相
差検出制御部50において光分岐結合器15において干渉す
る二つの光7a,7bの間の位相差が検出され、位相差検出
制御部50の出力Veが鋸歯状波電圧発生部40に供給され
て、上記の位相差が所定値になるように、すなわち、上
記の位相差からバイアシング位相変調器21にバイアシン
グ電圧Biが印加されることによって生じる位相差を除い
た、光ファイバコイル17に入力角速度Ωが加えられるこ
とによって生じるサニャック位相差Δφsとランプ位相
変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって生
じる位相差Δφrの和の位相差Δφがゼロまたは2πラ
ジアンの整数倍になるように、一般にはゼロになるよう
に、鋸歯状波電圧Raの極性と周波数が制御される。
Then, the optical splitter / coupler 15 and one end 17 of the optical fiber coil 17 are
A biasing phase modulator 21 is arranged between a and, a ramp phase modulator 22 is arranged between the optical branching coupler 15 and the other end 17b of the optical fiber coil 17, and a biasing phase modulator from the oscillator 31. The biasing voltage Bi is applied to the optical fiber coil 21 in the biasing phase modulator 21.
Light 5a supplied from one end 17a of 17 to the optical fiber coil 17
And the phase of the light 7b that propagates through the optical fiber coil 17 from the other end 17b of the optical fiber coil 17 and is supplied from the one end 17a of the optical fiber coil 17 to the optical branching / coupling device 15 is shifted and the sawtooth voltage The sawtooth wave voltage Ra is applied to the ramp phase modulator 22 from the generator 40, and the other end 17b of the optical fiber coil 17 in the ramp phase modulator 22 is applied to the optical fiber coil 1
Light 5b supplied to 7 and one end 17a of the optical fiber coil 17
From the optical fiber coil 17
The phase of the light 7a supplied from the other end 17b to the optical branching / coupling device 15 is deviated, and the output Va of the photodetector 19 is supplied to the phase difference detection control unit 50 having a configuration described later to be described later. In the phase difference detection control unit 50, the phase difference between the two lights 7a, 7b interfering in the optical branching / coupling unit 15 is detected, and the output Ve of the phase difference detection control unit 50 is supplied to the sawtooth wave voltage generation unit 40. The phase difference is set to a predetermined value, that is, the phase difference generated by applying the biasing voltage Bi to the biasing phase modulator 21 is removed from the phase difference, and input to the optical fiber coil 17. The phase difference Δφ of the sum of the Sagnac phase difference Δφs caused by the addition of the angular velocity Ω and the phase difference Δφr caused by the application of the sawtooth wave voltage Ra to the ramp phase modulator 22 becomes zero or an integral multiple of 2π radians. So in general Such that the polarity and frequency of the sawtooth wave voltage Ra is controlled.

バイアシング電圧Biは、光5a,5bが光ファイバコイル17
を伝搬するのに要する時間τを半周期とする第3図に示
すような正弦波電圧で、これによるバイアシング位相変
調器21における位相変調は、光ファイバコイル17を伝搬
して干渉する二つの光7a,7bの間にπ/2ラジアンの位相
差を与えて光干渉角速度計の動作点を設定するものであ
る。
As for the biasing voltage Bi, the light 5a, 5b is the optical fiber coil 17
Is a sinusoidal voltage having a half period of the time τ required to propagate the wave, and the phase modulation in the biasing phase modulator 21 by the sinusoidal voltage is as follows. A phase difference of π / 2 radians is given between 7a and 7b to set the operating point of the optical interference gyro.

鋸歯状波電圧Raは、第4図の左側または右側に示すよう
に正または負になるもので、これによるランプ位相変調
器22における位相変調は、光ファイバコイル17を伝搬し
て干渉する二つの光7a,7bの間に最大で2kπラジアン
(k=±1,±2…)になる、一般には±2πラジアンに
なる位相差Δφrを与えて上記のようにサニャック位相
差Δφsを打ち消すものである。
The sawtooth wave voltage Ra becomes positive or negative as shown on the left side or the right side of FIG. 4, and the phase modulation in the ramp phase modulator 22 by the two waves propagates through the optical fiber coil 17 and interferes with each other. A phase difference Δφr of 2kπ radians (k = ± 1, ± 2 ...), which is a maximum of ± 2π radians, is given between the lights 7a and 7b to cancel the Sagnac phase difference Δφs as described above. .

すなわち、光分岐結合器15において干渉する二つの光7
a,7bの間の位相差からバイアシング位相変調器21にバイ
アシング電圧Biが印加されることによって生じるものを
除いたものは、上述したように Δφ=Δφs+Δφr ……(1) で表されるが、そのサニャック位相差Δφsは、周知の
ように で表される。ただし、Rは光ファイバコイル17の半径、
Lは光ファイバコイル17における光ファイバ長、λは光
ファイバコイル17を伝搬する光5a,5bの波長、Cは真空
中における光速である。
That is, the two lights 7
The phase difference between a and 7b excluding the phase difference caused by applying the biasing voltage Bi to the biasing phase modulator 21 is represented by Δφ = Δφs + Δφr (1) as described above, As is well known, the Sagnac phase difference Δφs It is represented by. However, R is the radius of the optical fiber coil 17,
L is the optical fiber length in the optical fiber coil 17, λ is the wavelength of the light 5a, 5b propagating through the optical fiber coil 17, and C is the speed of light in vacuum.

そして、ランプ位相変調器22においては、光ファイバコ
イル17の他端17bから光ファイバコイル17に供給される
光5bが、その時の鋸歯状波電圧Raの値に応じた位相偏移
φbを受け、さらに時間τを経て、光ファイバコイル17
の一端17aから光ファイバコイル17を伝搬して光ファイ
バコイル17の他端17bから光分岐結合器15に供給される
光7aが、その時の鋸歯状波電圧Raの値に応じた位相偏移
φaを受けるが、入力角速度Ωが右回り方向に加えられ
てサニャック位相差Δφsが負になるときには、位相差
検出制御部50の出力Veによって鋸歯状波電圧Raが第4図
の左側に示すように正にされ、上記の位相偏移φaおよ
びφbが第5図の左側に示すような関係になって、ラン
プ位相変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによ
って生じる位相差Δφrが正になり、入力角速度Ωが左
回り方向に加えられてサニャック位相差Δφsが正にな
るときには、位相差検出制御部50の出力Veによって鋸歯
状波電圧Raが第4図の右側に示すように負にされ、上記
の位相偏移φaおよびφbが第5図の右側に示すような
関係になって、上記の位相差Δφrが負になる。
Then, in the lamp phase modulator 22, the light 5b supplied from the other end 17b of the optical fiber coil 17 to the optical fiber coil 17 receives a phase shift φb according to the value of the sawtooth wave voltage Ra at that time, After a further time τ, the optical fiber coil 17
The light 7a propagating from the one end 17a of the optical fiber coil 17 to the optical branch coupler 15 from the other end 17b of the optical fiber coil 17 has a phase shift φa corresponding to the value of the sawtooth wave voltage Ra at that time. However, when the input angular velocity Ω is applied in the clockwise direction and the Sagnac phase difference Δφs becomes negative, the output Ve of the phase difference detection control unit 50 causes the sawtooth wave voltage Ra to change as shown on the left side of FIG. The phase shifts .phi.a and .phi.b are made positive, and the phase difference .DELTA..phi.r generated by applying the sawtooth wave voltage Ra to the ramp phase modulator 22 becomes positive. When the input angular velocity Ω is applied counterclockwise and the Sagnac phase difference Δφs becomes positive, the output Ve of the phase difference detection control unit 50 causes the sawtooth voltage Ra to become negative as shown on the right side of FIG. And the above phase shifts φa and φb are on the right side of FIG. As a result, the phase difference Δφr becomes negative.

したがって、鋸歯状波電圧Raの周期をT、周波数をf
とすると、第5図から明らかなように となり、光ファイバコイル17における光の屈折率をnと
すると、 の関係があるので、 となる。したがって、(1)式で表される位相差Δφが
ゼロになるように、すなわち Δφr=−Δφs ……(6) となるように鋸歯状波電圧Raの極性と周波数fが制御
されることによって、 となり、 で表される。ただし、入力角速度Ωが負方向である右回
り方向に加えられて鋸歯状波電圧Raが正になるときには
kが+1になり、入力角速度Ωが正方向である左回り方
向に加えられて鋸歯状波電圧Raが負になるときにはkが
−1になる。
Therefore, the period of the sawtooth wave voltage Ra is T, and the frequency is f R
Then, as is clear from FIG. And the refractive index of the light in the optical fiber coil 17 is n, Because of the relationship Becomes Therefore, the polarity and frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra are controlled so that the phase difference Δφ represented by the equation (1) becomes zero, that is, Δφr = −Δφs (6). By Next to It is represented by. However, when the input angular velocity Ω is applied in the clockwise direction which is the negative direction and the sawtooth wave voltage Ra becomes positive, k becomes +1 and when the input angular velocity Ω is applied in the counterclockwise direction which is the positive direction, the sawtooth waveform When the wave voltage Ra becomes negative, k becomes -1.

したがって、鋸歯状波電圧Raの極性と周波数fから入
力角速度Ωの方向と大きさを計測することができる。
Therefore, the direction and magnitude of the input angular velocity Ω can be measured from the polarity of the sawtooth wave voltage Ra and the frequency f R.

光検出器19の出力Vaは、バイアシング電圧Biの周波数銭
fm、角周波数をωmとすると、公知のように で表される。ただし、Vdcは直流分、ka,kbは定数、J2n
(x),J2n+1(x)は第1種ベッセル係数で、(9)
式の第1項は直流分、第2項はバイアシング電圧Biの周
波数fmの偶数倍の周波数の成分、第3項はfmの奇数倍の
周波数の成分である。
The output Va of the photodetector 19 is the frequency of the biasing voltage Bi.
If fm and angular frequency are ωm, as is known It is represented by. However, Vdc is DC component, ka and kb are constant, J 2n
(X), J 2n + 1 (x) is the Bessel coefficient of the first kind, and (9)
The first term of the equation is a direct current component, the second term is a frequency component of an even multiple of the frequency fm of the biasing voltage Bi, and the third term is a frequency component of an odd multiple of fm.

そして、位相差検出制御部50においては、この光検出器
19の出力Vaから(9)式の第3項の成分のうちのn=0
における周波数がfmの成分のみが取り出され、このfmの
周波数の成分が同じ周波数の基準信号によって同期検波
されて、光分岐結合器15において干渉する二つの光7a,7
bの間の位相差の検出出力として、 Vd=Kc・J1(x)sinΔφ ……(10) で表される検波出力が得られるようにされる。ただし、
Kcは定数である。
Then, in the phase difference detection control unit 50, this photodetector
From the output Va of 19: n = 0 of the third component of the equation (9)
Only the component of frequency fm at is extracted, the component of frequency fm is synchronously detected by the reference signal of the same frequency, and two lights 7a, 7
As the detection output of the phase difference between b, the detection output represented by Vd = Kc · J 1 (x) sin Δφ (10) is obtained. However,
Kc is a constant.

しかし、上述したように位相差Δφがゼロになるように
鋸歯状波電圧Raの極性と周波数fが制御されるので、
第6図に示すように、(9)式の第3項に含まれる上記
のfmの周波数の成分Vmは微小なレベルになるのに対し
て、(9)式の第2項に含まれる特に周波数が2fmの成
分Vsがかなり大きなレベルになり、しかも、上述したよ
うに一般にバイアシング電圧Biは光5a,5bが光ファイバ
コイル17を伝搬するのに要する時間τを半周期とし、 fm=1/2τ ……(11) にされるので、これに(4)式を代入すると、 fm=C/2nL ……(12) となり、具体的に光ファイバコイル17における光の屈折
率nを1.47とし、光ファイバコイル17における光ファイ
バ長Lを300メートルとすると、fmが約340kHzになるよ
うに、fmはかなり高くされる。そのため、光検出器19の
出力Vaを直接、中心周波数がfmの帯域通過フィルタの供
給する場合には、その帯域通過フィルタの通過帯域幅が
広くなるために、出力Vaから2fmの周波数の成分Vsを確
実に除去してfmの周波数の成分Vmのみを十分なレベルで
取り出すことができない。
However, as described above, since the polarity of the sawtooth wave voltage Ra and the frequency f R are controlled so that the phase difference Δφ becomes zero,
As shown in FIG. 6, the frequency component Vm of the above fm included in the third term of the equation (9) has a very small level, whereas it is particularly included in the second term of the equation (9). The component Vs having a frequency of 2fm becomes a considerably large level, and in addition, as described above, the biasing voltage Bi generally has a half period of the time τ required for the light 5a and 5b to propagate through the optical fiber coil 17, and fm = 1 / Since 2τ is set to (11), substituting equation (4) into this, fm = C / 2nL (12), and specifically, the refractive index n of the light in the optical fiber coil 17 is set to 1.47, If the optical fiber length L in the optical fiber coil 17 is 300 meters, fm will be made considerably high so that fm will be about 340 kHz. Therefore, when the output Va of the photodetector 19 is directly supplied to the bandpass filter having the center frequency of fm, the passband width of the bandpass filter becomes wide, and therefore the frequency component Vs of 2fm from the output Va. Cannot be reliably removed to extract only the frequency component Vm of fm at a sufficient level.

そこで、位相差検出制御部50においては、光検出器19の
出力Vaがfmに対して幾分ずれた周波数の信号と混合され
ることによってfmの周波数の成分Vmがfmより十分低い周
波数に変換され、その混合出力が、そのfmより十分低い
周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタに供給され
ることによって、そのfmより十分低い周波数に変換され
た成分のみが取り出され、これが同じ周波数の基準信号
によって同期検波されることによって(10)式で表され
る検波出力Vdが得られる。
Therefore, in the phase difference detection control unit 50, the output Va of the photodetector 19 is mixed with a signal having a frequency slightly deviated from fm to convert the frequency component Vm of fm into a frequency sufficiently lower than fm. Then, the mixed output is supplied to a bandpass filter whose center frequency is a frequency sufficiently lower than fm, so that only the component converted to a frequency sufficiently lower than fm is extracted, and this is a reference signal of the same frequency. The detection output Vd represented by the equation (10) is obtained by the synchronous detection by.

すなわち、具体的には、第2図に示すように、光検出器
19の出力Vaが前置増幅回路51に供給されて、その直流分
Vdcが除去されるとともに、その交流分が増幅されたの
ち、その交流分が周波数混合回路52に供給されて、発振
器32から得られる第6図に示すようにfmに対してfmより
十分低い周波数frだけ高い周波数fcaの信号SCaと混合さ
れて、周波数混合回路52の出力Vcとして、第7図に示す
ように、上述したfmの周波数の成分Vmがfrの周波数に変
換された成分Vr、fmの周波数の成分Vmがfh=2fm+frの
周波数に変換された成分Vh、2fmの周波数の成分Vsがfm
に対してfrだけ低い周波数fcbに変換された成分Vlなど
を含むものが得られ、この周波数混合回路52の出力Vcが
frを中心周波数とする帯域通過フィルタ53に供給され
る。frは例えば10kHzにされる。このように帯域通過フ
ィルタ53の中心周波数となるfrがfmに比べて著しく低く
されて帯域通過フィルタ53の通過帯域幅を十分狭くする
ことができるとともに、周波数混合回路52の出力Vcの成
分のうちfrの周波数の成分Vr以外のものはfcb(=fm−f
r)以上の周波数になるので、帯域通過フィルタ53から
は、frの周波数の成分Vrのみが、すなわち光検出器19の
出力Va中のfmの周波数の成分Vmがfrの周波数に変換され
たもののみが取り出される。
That is, specifically, as shown in FIG.
The output Va of 19 is supplied to the preamplifier circuit 51, and its direct current component
After Vdc is removed and the AC component is amplified, the AC component is supplied to the frequency mixing circuit 52, and the frequency is sufficiently lower than fm with respect to fm as shown in FIG. 6 obtained from the oscillator 32. As shown in FIG. 7, the signal Vca is mixed with the signal SCa having a frequency fca higher than fr, and the output Vc of the frequency mixing circuit 52 is obtained by converting the component Vm of the frequency fm described above into the frequency of fr. The frequency component Vm of the frequency of 2h is converted to the frequency of fh = 2fm + fr, and the frequency component Vs of the frequency of 2fm is fm.
The output Vc of the frequency mixing circuit 52 is obtained by including the component Vl converted to the frequency fcb which is lower by fr than
It is supplied to a bandpass filter 53 having fr as a center frequency. fr is set to 10 kHz, for example. In this way, fr, which is the center frequency of the bandpass filter 53, is made significantly lower than fm, and the passband width of the bandpass filter 53 can be sufficiently narrowed, and among the components of the output Vc of the frequency mixing circuit 52, fcb (= fm−f except for the frequency component Vr of fr
r) or more, so that only the frequency component Vr of fr, that is, the frequency component Vm of fm in the output Va of the photodetector 19 is converted to the frequency of fr from the bandpass filter 53. Only is taken out.

この帯域通過フィルタ53から取り出されたfrの周波数の
成分Vrは、交流増幅回路54に供給されて十分なレベルに
増幅されたのち、同期検波回路55に供給されてfrの周波
数の基準信号Srによって同期検波され、同期検波回路55
から、光分岐結合器15において干渉する二つの光7a,7b
の間の位相差の検出出力として、(10)式で表される検
波出力Vdが得られる。そして、この同期検波回路55の出
力VdがPIDフィルタ(比例積分微分フィルタ)56に供給
され、PIDフィルタ56の出力Veが位相差検出制御部50の
出力として鋸歯状波電圧発生部40に供給されて、上述し
たように位相差Δφがゼロになるように鋸歯状波電圧Ra
の極性と周波数fが制御される。
The frequency component Vr of fr taken out from the bandpass filter 53 is supplied to the AC amplification circuit 54 and amplified to a sufficient level, and then supplied to the synchronous detection circuit 55 by the reference signal Sr of the frequency of fr. Synchronous detection, synchronous detection circuit 55
From the two light 7a, 7b
As the detection output of the phase difference between the two, the detection output Vd represented by the equation (10) is obtained. The output Vd of the synchronous detection circuit 55 is supplied to the PID filter (proportional-integral-derivative filter) 56, and the output Ve of the PID filter 56 is supplied to the sawtooth wave voltage generator 40 as the output of the phase difference detection controller 50. As described above, the sawtooth wave voltage Ra is set so that the phase difference Δφ becomes zero.
The polarity and frequency f R of the

周波数混合回路52においてfca=fm+frの周波数の信号S
caの代わりにfcb=fm−frの周波数の信号Scbが、前置増
幅回路51において直流分Vdcが除去された光検出器19の
出力Vaと混合されても、同様である。
In the frequency mixing circuit 52, a signal S having a frequency of fca = fm + fr
The same applies when the signal Scb having a frequency of fcb = fm-fr is mixed with the output Va of the photodetector 19 from which the DC component Vdc has been removed in the preamplifier circuit 51, instead of ca.

なお、同期検波のためのfrの周波数の基準信号Srは、発
振器31の出力の周波数がfmのバイアシング電圧Biと発振
器32の出力の周波数がfca=fm+frまたはfcb=fm−frの
信号ScaまたはScbが周波数混合回路33において混合され
て、周波数混合回路33からfrの周波数の信号および2fm
+frの周波数の信号またはfrの周波数の信号および2fm
−frの周波数の信号が得られ、周波数混合回路33の出力
がfrを中心周波数とする帯域通過フィルタ34に供給され
て、帯域通過フィルタ34からfrの周波数の信号のみが取
り出され、これが波形整形回路35に供給されて、波形整
形回路35からfrの周波数の矩形波信号として得られる。
The reference signal Sr of the frequency of fr for the synchronous detection is the signal Sca or Scb of which the frequency of the output of the oscillator 31 is fm and the frequency of the output of the oscillator 32 is fca = fm + fr or fcb = fm−fr. Are mixed in the frequency mixing circuit 33, and a signal of frequency fr and 2fm from the frequency mixing circuit 33 are mixed.
+ Fr frequency signal or fr frequency signal and 2fm
A signal with a frequency of −fr is obtained, the output of the frequency mixing circuit 33 is supplied to a bandpass filter 34 having a center frequency of fr, and only the signal with a frequency of fr is extracted from the bandpass filter 34. It is supplied to the circuit 35 and is obtained from the waveform shaping circuit 35 as a rectangular wave signal having a frequency of fr.

「発明が解決しようとする課題」 ランプ位相変調器22に印加される鋸歯状波電圧Raは、第
4図ではフライバック時間がゼロの理想的な鋸歯状波電
圧として示しているが、実際には、このように鋸歯状波
電圧Raのフライバック時間がゼロにすることは不可能
で、鋸歯状波電圧Raには数10ナノ秒以上のフライバック
時間が存在する。また、鋸歯状波電圧発生部40やランプ
位相変調器22の特性上の問題などから、上記の位相差Δ
φrの最大値を正確に±2πラジアンにすることも、実
際上不可能である。
[Problems to be Solved by the Invention] The sawtooth wave voltage Ra applied to the ramp phase modulator 22 is shown as an ideal sawtooth wave voltage with a flyback time of zero in FIG. In this way, it is impossible to make the flyback time of the sawtooth wave voltage Ra zero, and the sawtooth wave voltage Ra has a flyback time of several tens of nanoseconds or more. In addition, due to problems in the characteristics of the sawtooth wave voltage generator 40 and the ramp phase modulator 22, the phase difference Δ
It is practically impossible to make the maximum value of φr exactly ± 2π radians.

そして、このように鋸歯状波電圧Raにフライバック時間
が存在し、また位相差Δφrの最大値が正確に±2πラ
ジアンにならないために、光ファイバコイル17を伝搬し
て干渉する二つの光7a,7bの間の位相差には、鋸歯状波
電圧Raの周波数fの基本波成分およびその整数倍の周
波数の高調波成分からなる誤差分を生じ、この誤差分が
光検出器19の出力Va中に、第8図に示すように上述した
fmの周波数の成分Vmの上側帯波成分U1,U2…および下側
帯波成分L1,L2…として現れ、しかも、鋸歯状波電圧Ra
の周波数fが入力角速度Ωに応じて変化するので、そ
の上側帯波成分U1,U2…および下側帯波成分L1,L2…の周
波数も入力角速度Ωに応じて変化する。
Since the sawtooth wave voltage Ra has a flyback time and the maximum value of the phase difference Δφr does not exactly become ± 2π radian, the two lights 7a that propagate through the optical fiber coil 17 and interfere with each other. , 7b has an error component consisting of a fundamental wave component of the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra and a harmonic component of a frequency that is an integral multiple thereof, and this error component is output from the photodetector 19. During Va, as shown in FIG.
fm frequency component Vm appears as upper sideband components U1, U2 ... And lower sideband components L1, L2 ..
Since the frequency f R is changed according to the input angular velocity Omega, the upper sideband components U1, U2 ... and lower side bands components L1, L2 ... also the frequency of the changes according to the input angular velocity Omega.

そのため、fが位相差検出制御部50における上述した
同期検波のための基準信号Srの周波数frの2倍に等しく
なるときは第9図に示すように上側帯波成分U1または下
側帯波成分L1がそれぞれfia=fm+2frまたはfib=fm−2
frの周波数に一致し、fの3倍がfrの2倍に等しくな
るときは第10図に示すように上側帯波成分U3または下側
帯波成分L3がそれぞれfiaまたはfibの周波数に一致する
というように、一般にf−2fr/n(n=1,2,3…)にな
る特定の入力角速度のもとでは、上側帯波成分U1,U2…
のいずれか、または下側帯波成分L1,L2…のいずれか
が、上述したように位相差検出制御部50の周波数混合回
路52において光検出器19の出力Vaと混合される信号Sca
またはScbの周波数fcaまたはfcbに対してfmのイメージ
周波数となるfiaまたはfibの周波数に一致して、周波数
混合回路52において信号ScaまたはScbと混合されること
により上述したfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波数
に変換され、そのfrの周波数に変換された側帯波成分が
帯域通過フィルタ53を通じ、交流増幅回路54で増幅され
て同期検波回路55に供給されることによって、光干渉角
速度計の出力にスケールファクタエラーを生じる。
Therefore, when f R becomes equal to twice the frequency fr of the reference signal Sr for the above-mentioned synchronous detection in the phase difference detection control unit 50, as shown in FIG. 9, the upper sideband component U1 or the lower sideband component L1 is fia = fm + 2fr or fib = fm−2, respectively
When the frequency is equal to fr, and 3 times f R is equal to 2 times fr, the upper sideband component U3 or the lower sideband component L3 coincides with the frequency of fia or fib, respectively, as shown in FIG. Thus, under a specific input angular velocity that is generally f R −2fr / n (n = 1,2,3 ...), the upper sideband components U1, U2 ...
, Or any of the lower sideband components L1, L2 ... Is mixed with the output Va of the photodetector 19 in the frequency mixing circuit 52 of the phase difference detection control unit 50 as described above.
Or, in accordance with the frequency fia or fib which is the image frequency of fm with respect to the frequency fca or fcb of Scb, and is mixed with the signal Sca or Scb in the frequency mixing circuit 52, together with the above-described frequency component Vm of fm. The frequency of fr is converted, and the sideband wave component converted to the frequency of fr is amplified by the AC amplification circuit 54 through the bandpass filter 53 and supplied to the synchronous detection circuit 55, whereby the output of the optical interference angular velocity meter Causes a scale factor error.

ただし、そのスケールファクタエラーは、第9図に示す
ように鋸歯状波電圧Raの周波数fの基本波成分に対応
する上側帯波成分U1または下側帯波成分L1がそれぞれfi
aまたはfibの周波数に一致するときに最も大きく現れ、
第10図に一例を示すように高調波成分に対応する上側帯
波成分または下側帯波成分がそれぞれfiaまたはfibの周
波数に一致するときには概して小さくなる。
However, as shown in FIG. 9, the scale factor error is such that the upper sideband component U1 or the lower sideband component L1 corresponding to the fundamental wave component of the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra is fi respectively.
It appears most when it matches the frequency of a or fib,
As shown in FIG. 10 as an example, it generally becomes small when the upper sideband component or the lower sideband component corresponding to the harmonic component matches the frequency of fia or fib, respectively.

また、ランプ位相変調器22は、一般に、ニオブ酸リチウ
ムなどからなる電気光学結晶にチタンの拡散などによっ
てシングルモードの光導波路が形成され、その光導波路
に対して一対の電極が形成されて構成され、その一対の
電極間に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって光導
波路の屈折率が変化して光導波路を通る光の位相が偏移
されるが、その際、光導波路を通る光の一部が印加電圧
値に応じて光導波路から漏れて結果的に光導波路を通る
光の強度が鋸歯状波電圧Raによって変調され、その強度
の変化分が光検出器19の出力Va中に、第11図に示すよう
に鋸歯状波電圧Raの周波数fの基本波成分R1およびそ
の整数倍の周波数の高調波成分R2…Rn…として生じる。
Further, the lamp phase modulator 22 is generally configured by forming a single mode optical waveguide by diffusion of titanium or the like in an electro-optic crystal made of lithium niobate, etc., and forming a pair of electrodes with respect to the optical waveguide. , When the sawtooth wave voltage Ra is applied between the pair of electrodes, the refractive index of the optical waveguide is changed and the phase of the light passing through the optical waveguide is deviated. Part of the light leaks from the optical waveguide according to the applied voltage value, and consequently the intensity of light passing through the optical waveguide is modulated by the sawtooth wave voltage Ra, and the change in the intensity is in the output Va of the photodetector 19, As shown in FIG. 11, it occurs as the fundamental wave component R 1 of the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra and the harmonic components R 2 ... Rn ... Of the integral multiple frequency.

そのため、特定の入力角速度のもとで、その基本波成分
R1または高調波成分R2…Rn…が上述したfiaまたはfibの
周波数に一致するときには、その基本波成分R1または高
調波成分R2…Rn…が位相差検出制御部50の周波数混合回
路52において上述した信号ScaおよびScbと混合されるこ
とにより上述したfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波
数に変換され、そのfrの周波数に変換された基本波成分
または高調波成分が帯域通過フィルタ53を通じ、交流増
幅回路54で増幅されて同期検波回路55に供給されること
によって、光干渉角速度計の出力にスケールファクタエ
ラーを生じる。
Therefore, under a specific input angular velocity, the fundamental wave component
When R 1 or the harmonic component R 2 ... Rn ... matches the above-mentioned frequency of fia or fib, the fundamental wave component R 1 or the harmonic component R 2 ... Rn ... of the frequency mixing circuit of the phase difference detection control unit 50. At 52, the signal Sca and Scb are mixed with each other to be converted to a frequency of fr together with the above-described frequency component Vm of fm, and the fundamental wave component or the harmonic component converted to the frequency of fr is band-pass filter 53. Through, is amplified by the AC amplification circuit 54 and supplied to the synchronous detection circuit 55, so that a scale factor error occurs in the output of the optical interference gyro.

第12図は上述したスケールファクタエラーを示し、frが
10kHzにされた場合である。鋸歯状波電圧Raの周波数f
に相当する光干渉角速度計の出力パルス数は入力角速
度Ωに応じて変化するが、光干渉角速度計の出力のスケ
ールファクタ、すなわち光干渉角速度計の1回転当たり
の出力パルス数は入力角速度Ωにかかわらず一定である
べきものである。しかしながら、上述したように鋸歯状
波電圧Raにフライバック時間が存在するために、もしく
は鋸歯状波電圧発生部40やランプ位相変調器22の特性上
の問題などから位相差Δφrの最大値が正確に±2πラ
ジアンにならないために、またはランプ位相変調器22に
おいて光導波路を通る光の強度が鋸歯状波電圧Raによっ
て変調されるために、同図に示すように、特定の入力角
速度のもとで光干渉角速度計の1回転当たりの出力パル
ス数が所定数からずれ、光干渉角速度計の出力にスケー
ルファクタエラーを生じる。同図において34゜/秒の入
力角速度のもとで特に大きなスケールファクタエラーが
生じているのは、第9図において説明したように鋸歯状
波電圧Raの周波数fの基本波成分に対応する上側帯波
成分U1または下側帯波成分L1がそれぞれfiaまたはfibの
周波数に一致するからである。
Figure 12 shows the scale factor error described above, where fr is
This is the case when set to 10 kHz. Frequency f of sawtooth wave voltage Ra
The output pulse number of the optical interference angular velocity meter corresponding to R changes according to the input angular velocity Ω, but the scale factor of the output of the optical interference angular velocity meter, that is, the number of output pulses per rotation of the optical interference angular velocity meter is the input angular velocity Ω. It should be constant regardless of. However, the maximum value of the phase difference Δφr is accurate because the flyback time exists in the sawtooth wave voltage Ra as described above, or because of the characteristic problem of the sawtooth wave voltage generator 40 or the ramp phase modulator 22. Is not ± 2π radians, or the intensity of light passing through the optical waveguide in the ramp phase modulator 22 is modulated by the sawtooth wave voltage Ra, as shown in FIG. Therefore, the number of output pulses per rotation of the optical interference angular velocity meter deviates from a predetermined number, and a scale factor error occurs in the output of the optical interference angular velocity meter. In the figure, the reason why a particularly large scale factor error occurs under an input angular velocity of 34 ° / sec. Corresponds to the fundamental wave component of the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra as described in FIG. This is because the upper sideband component U1 or the lower sideband component L1 matches the frequency of fia or fib, respectively.

そこで、この発明は、リニア位相ランプ方式による零位
法セロダイン変調方式の光干渉角速度計において、上述
したようにランプ位相変調器に印加される位相変調用の
鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種
の原因によって特定の入力角速度のもとで光干渉角速度
計の出力に生じるスケールファクタエラーを大幅に軽減
することができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性
を著しく改善することができるようにしたものである。
Therefore, in the present invention, the flyback time is present in the sawtooth wave voltage for phase modulation applied to the ramp phase modulator in the optical interferometric gyro of the null method serrodyne modulation method by the linear phase ramp method as described above. It is possible to significantly reduce the scale factor error that occurs in the output of the optical coherence gyro under a specific input angular velocity due to various causes such as, and remarkably improve the linearity of the input / output characteristics of the optical coherence gyro. It was made possible.

「課題を解決するための手段」 この発明においては、外部信号を位相差検出制御部の出
力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給することによっ
て鋸歯状波電圧の周波数を振動させる。
[Means for Solving the Problem] In the present invention, the frequency of the sawtooth wave voltage is oscillated by adding the external signal to the output of the phase difference detection control unit and supplying it to the sawtooth wave voltage generation unit.

外部信号としては、鋸歯状波電圧の周波数を振動させる
ものであれば複数の周波数の正弦波信号が合成されたも
のや単一の周波数の正弦波信号などでもよいが、ランダ
ムノイズが最も望ましい。
The external signal may be a composite of sine wave signals of a plurality of frequencies or a sine wave signal of a single frequency as long as it vibrates the frequency of the sawtooth wave voltage, but random noise is most preferable.

「作用」 上記のように構成された、この発明の光干渉角速度計に
おいては、特定の入力角速度のもとでも外部信号によっ
て鋸歯状波電圧の周波数が振動するので、すなわち鋸歯
状波電圧の周波数が増加方向と減少方向の双方に変えら
れるので、鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在する
などのために光ファイバコイルに伝搬して干渉する二つ
の光の間の位相差に鋸歯状波電圧の周波数の基本波成分
およびその整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分
を生じ、この誤差分が光検出器の出力中にバイアシング
電圧の周波数の成分の上側帯波成分および下側帯波成分
として現れても、あるいはランプ位相変調器において光
導波路を通る光の強度が鋸歯状波電圧によって変調さ
れ、その強度の変化分が光検出器の出力中に鋸歯状波電
圧の周波数の基本波成分およびその整数倍の周波数の高
調波成分として現れても、特定の入力角速度のもとで、
その光検出器の出力中に現れる上側帯波成分または下側
帯波成分あるいは基本波成分または高調波成分が位相差
検出制御部において光検出器の出力と混合される信号の
周波数に対してバイアシング電圧の周波数のイメージ周
波数となる特定の周波数に一致することによってバイア
シング電圧の周波数の成分とともに所定の周波数に変換
されて帯域通過フィルタを通じて同期検波回路に供給さ
れる確率が著しく低下する。しかも、鋸歯状波電圧の周
波数が増加方向と減少方向の双方に変えられることによ
って、正方向のスケールファクタエラーと負方向のスケ
ールファクタエラーが互いに打ち消し合う。したがっ
て、特定の入力角速度のもとで光干渉角速度計の出力に
生じるスケールファクタエラーが大幅に軽減され、光干
渉角速度計の入出力特性の直線性が著しく改善される。
[Operation] In the optical interference angular velocity meter of the present invention configured as described above, the frequency of the sawtooth wave voltage oscillates due to an external signal even under a specific input angular velocity, that is, the frequency of the sawtooth wave voltage. Can be changed in both the increasing and decreasing directions, so the sawtooth voltage is due to the phase difference between the two lights that propagate and interfere in the fiber optic coil due to the flyback time of the sawtooth voltage. Error component that consists of the fundamental wave component of the frequency and the harmonic component of the frequency that is an integral multiple of this, and this error component is generated in the output of the photodetector.The upper sideband component and the lower sideband component of the biasing voltage frequency component. , Or the intensity of light passing through the optical waveguide in the lamp phase modulator is modulated by the sawtooth voltage, and the change in the intensity is the frequency of the sawtooth voltage in the output of the photodetector. Even if it appears as a fundamental wave component of and a harmonic component of a frequency that is an integral multiple thereof, under a specific input angular velocity,
The upper sideband component, the lower sideband component, the fundamental wave component, or the higher harmonic component appearing in the output of the photodetector is biased to the frequency of the signal mixed with the output of the photodetector in the phase difference detection control unit. By matching the image frequency with the specific frequency, the probability of being converted into a predetermined frequency together with the frequency component of the biasing voltage and being supplied to the synchronous detection circuit through the band pass filter is significantly reduced. Moreover, by changing the frequency of the sawtooth wave voltage in both the increasing direction and the decreasing direction, the positive scale factor error and the negative scale factor error cancel each other out. Therefore, the scale factor error that occurs in the output of the optical interference angular velocity meter under a specific input angular velocity is significantly reduced, and the linearity of the input / output characteristics of the optical interference angular velocity meter is significantly improved.

「実施例」 第1図は、この発明の光干渉角速度計の一例である。"Embodiment" FIG. 1 is an example of the optical interference angular velocity meter of the present invention.

光源11、光結合器13、偏光子14、光分岐結合器15、光フ
ァイバコイル17、光検出器19、バイアシング位相変調器
21、ランプ位相変調器22、バイアシング電圧発生部を構
成する発振器31、鋸歯状波電圧発生部40および位相差検
出制御部50からなる系が設けられることと、位相差検出
制御部50が、具体的に、前置増幅回路51、周波数混合回
路52、帯域通過フィルタ53、交流増幅回路54、同期検波
回路55およびPIDフィルタ56からなる構成にされること
は、第2図に示した従来の光干渉角速度計と同じであ
り、その動作も、後述するように外部信号Vnによって鋸
歯状波電圧Raの周波数fが振動させられる点を除いて
は、第2図に示した従来の光干渉角速度計と同じであ
る。
Light source 11, optical coupler 13, polarizer 14, optical branching coupler 15, optical fiber coil 17, photodetector 19, biasing phase modulator
21, a ramp phase modulator 22, an oscillator 31 constituting a biasing voltage generator, a sawtooth wave voltage generator 40 and a phase difference detection controller 50 are provided, and the phase difference detection controller 50 is Specifically, the preamplification circuit 51, the frequency mixing circuit 52, the bandpass filter 53, the AC amplification circuit 54, the synchronous detection circuit 55, and the PID filter 56 are included in the conventional optical circuit shown in FIG. This is the same as the interference angular velocity meter, and its operation is the same as that of the conventional optical interference angular velocity shown in FIG. 2 except that the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra is vibrated by the external signal Vn as described later. It is the same as the total.

ただし、鋸歯状波電圧発生部40は、この例においては、
コンデンサ41と、鋸歯状波電圧発生部40の入力電圧であ
る後述する外部信号発生加算部60の出力電圧Vfを電流に
変換してコンデンサ41に供給する電圧電流変換回路42
と、コンデンサ41の放電用のスイッチ43と、コンデンサ
41の充電電圧を正の基準電圧+Vprと比較する電圧比較
回路45と、コンデンサ41の充電電圧を負の基準電圧−Vm
rと比較する電圧比較回路46と、電圧比較回路45および4
6の出力の論理和を得るオアゲート47と、オアゲート47
の出力によってトリガーされてスイッチ43をオンにする
単安定マルチバイブレータ48とによって構成されて、位
相差検出制御部50の出力電圧Veが正になり、外部信号発
生加算部60の出力電圧Vfが正になるときには、コンデン
サ41が正に充電され、その充電電圧が基準電圧+Vprに
達すると、電圧比較回路45の出力、したがってオアゲー
ト47の出力が低レベルから高レベルに立ち上がって単安
定マルチバイブレータ48がトリガーされ、スイッチ43が
オンにされてコンデンサ41が放電される動作が繰り返さ
れることによって、コンデンサ41の両端間に鋸歯状波電
圧Raとして最大値が基準電圧+Vprに等しい正の鋸歯状
波電圧が得られ、位相差検出制御部50の出力電圧Veが負
になり、外部信号発生加算部60の出力電圧Vfが負になる
ときには、コンデンサ41が負に充電され、その充電電圧
が基準電圧−Vmrに達すると、電圧比較回路46の出力、
したがってオアゲート47の出力が低レベルから高レベル
に立ち上がって単安定マルチバイブレータ48がトリガー
され、スイッチ43がオンにされてコンデンサ41が放電さ
れる動作が繰り返されることによって、コンデンサ41の
両端間に鋸歯状波電圧Raとして最小値が基準電圧−Vmr
に等しい負の鋸歯状波電圧が得られる。
However, the sawtooth wave voltage generation unit 40, in this example,
A voltage-current conversion circuit 42 that converts an output voltage Vf of a capacitor 41 and an external signal generation / addition unit 60, which will be described later, which is an input voltage of the sawtooth wave voltage generation unit 40, into a current and supplies the current to the capacitor 41.
And a switch 43 for discharging the capacitor 41, and a capacitor
The voltage comparison circuit 45 that compares the charging voltage of 41 with the positive reference voltage + Vpr, and the charging voltage of the capacitor 41 with the negative reference voltage −Vm
voltage comparison circuit 46 to compare with r and voltage comparison circuits 45 and 4
OR gate 47 that obtains the logical sum of the outputs of 6 and OR gate 47
The output voltage Ve of the phase difference detection control unit 50 becomes positive, and the output voltage Vf of the external signal generation addition unit 60 becomes positive. When the charging voltage reaches the reference voltage + Vpr, the output of the voltage comparison circuit 45, and thus the output of the OR gate 47 rises from the low level to the high level, and the monostable multivibrator 48 becomes By repeating the operation of being triggered, turning on the switch 43 and discharging the capacitor 41, a positive sawtooth voltage whose maximum value is equal to the reference voltage + Vpr as the sawtooth voltage Ra across the capacitor 41. When the output voltage Ve of the phase difference detection control unit 50 becomes negative and the output voltage Vf of the external signal generation addition unit 60 becomes negative, the capacitor 41 is charged negatively. It is, when the charging voltage reaches the reference voltage -Vmr, the output of the voltage comparator circuit 46,
Therefore, the output of the OR gate 47 rises from the low level to the high level, the monostable multivibrator 48 is triggered, the switch 43 is turned on, and the operation of discharging the capacitor 41 is repeated. The minimum value of the wave voltage Ra is the reference voltage −Vmr
A negative sawtooth voltage equal to is obtained.

この場合、スイッチ43としては電界効果トランジスタな
どのようにオフ状態のときのリーク電流およびオン状態
のときの抵抗が十分小さいスイッチング素子が用いられ
るとともに、スイッチ43がオンにされる時間、すなわち
鋸歯状波電圧Raのフライバック時間が十分短くなるよう
に単安定マルチバイブレータ48の時定数が設定される。
In this case, as the switch 43, a switching element such as a field effect transistor having a sufficiently small leak current in the off state and a resistance in the on state is used, and the time during which the switch 43 is turned on, that is, the sawtooth shape. The time constant of the monostable multivibrator 48 is set so that the flyback time of the wave voltage Ra is sufficiently short.

そして、この発明においては、位相差検出制御部50と鋸
歯状波電圧発生部40との間に外部信号発生加算部60が設
けられる。外部信号発生加算部60は、外部信号発生回路
61と、これから得られる外部信号Vnを位相差検出制御部
50の出力電圧Veに加算し、その加算された電圧Vfを外部
信号発生加算部60の出力電圧として鋸歯状波電圧発生部
40に供給する加算回路62とによって構成される。外部信
号Vnとしては、具体的にはランダムノイズが用いられ、
これによって鋸歯状波電圧発生部40から得られる鋸歯状
波電圧Raの周波数fが振動させられるようにされる。
Further, in the present invention, the external signal generation / addition unit 60 is provided between the phase difference detection control unit 50 and the sawtooth wave voltage generation unit 40. The external signal generation adder 60 is an external signal generation circuit.
61 and the external signal Vn obtained from the phase difference detection controller
The output voltage Ve of 50 is added, and the added voltage Vf is used as the output voltage of the external signal generation / addition unit 60 to generate a sawtooth wave voltage.
It is composed of an adder circuit 62 for supplying to 40. As the external signal Vn, specifically, random noise is used,
As a result, the frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra obtained from the sawtooth wave voltage generator 40 is oscillated.

このように特定の入力角速度のもとでも外部信号Vnによ
って鋸歯状波電圧Raの周波数fが振動するので、すな
わち鋸歯状波電圧Raの周波数fが増加方向と減少方向
の双方に変えられるので、鋸歯状波電圧Raにフライバッ
ク時間が存在するために、または鋸歯状波電圧発生部40
やランプ位相変調器22の特性上の問題などからランプ位
相変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって
光ファイバコイル17を伝搬して干渉する二つの光7a,7b
の間に生じる位相差Δφrの最大値が正確に±2πラジ
アンにならないために、光ファイバコイル17を伝搬して
干渉する二つの光7a,7bの間の位相差に鋸歯状波電圧Ra
の周波数fの基本波成分およびその整数倍の周波数の
高調波成分からなる誤差分を生じ、この誤差分が光検出
器19の出力Va中に、第8図に示すようにバイアシング電
圧Biの周波数fmの成分Vmの上側帯波成分U1,U2…および
下側帯波成分L1,L2…として現れても、あるいはランプ
位相変調器22において光導波路を通る光の強度が鋸歯状
波電圧Raによって変調され、その強度の変化分が光検出
器19の出力Va中に、第11図に示すように鋸歯状波電圧Ra
の周波数fの基本波成分R1およびその整数倍の周波数
の高調波成分R2…Rn…として生じても、特定の入力角速
度のもとで、その光検出器19の出力Va中に現れる上側帯
波成分U1,U2…または下側帯波成分L1,L2…あるいは基本
波成分R1または高調波成分R2…Rn…が位相差検出制御部
50の周波数混合回路52において光検出器19の出力Vaと混
合される信号ScaまたはScbの周波数fcaまたはfcbに対し
てfmのイメージ周波数となる周波数fiaまたはfibに一致
することによってfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波
数に変換されて帯域通過フィルタ53および交流増幅回路
54を通じて同期検波回路55に供給される確率が著しく低
下する。しかも、鋸歯状波電圧Raの周波数が増加方向と
減少方向の双方に変えられることによって、正方向のス
ケールファクタエラーと負方向のスケールファクタエラ
ーが互いに打ち消し合う。したがって、特定の入力角速
度のもとで光干渉角速度計の出力に生じるスケールファ
クタエラーが大幅に軽減され、光干渉角速度計の入出力
特性の直線性が著しく改善される。
Since the by external signals Vn even under particular input angular frequency f R of the sawtooth wave voltage Ra oscillates, i.e. changed to both the decreasing direction and the frequency f R is the increasing direction of the sawtooth wave voltage Ra Therefore, because the flyback time exists in the sawtooth voltage Ra, or the sawtooth voltage generator 40
Due to the problem of characteristics of the lamp phase modulator 22 and the like, two lights 7a and 7b which propagate through the optical fiber coil 17 and interfere by applying the sawtooth wave voltage Ra to the lamp phase modulator 22.
Since the maximum value of the phase difference Δφr that occurs between the two is not exactly ± 2π radians, the sawtooth wave voltage Ra depends on the phase difference between the two lights 7a and 7b propagating through the optical fiber coil 17 and interfering with each other.
Error component consisting of the fundamental wave component of the frequency f R and the harmonic component of the frequency that is an integral multiple thereof is generated in the output Va of the photodetector 19 as shown in FIG. Although appearing as upper sideband components U1, U2 ... And lower sideband components L1, L2 ... Of the component Vm of frequency fm, or the intensity of light passing through the optical waveguide in the ramp phase modulator 22 is modulated by the sawtooth voltage Ra. Then, the change in the intensity is reflected in the output voltage Va of the photodetector 19 as shown in FIG.
Of the fundamental wave component R 1 of the frequency f R and the harmonic component R 2 ... Rn ... of the frequency that is an integral multiple thereof, appear in the output Va of the photodetector 19 under a specific input angular velocity. upper sideband components U1, U2 ... or lower sideband components L1, L2 ... or the fundamental wave component R 1 or harmonic component R 2 ... Rn ... the phase difference detection control unit
The frequency component of fm by matching the frequency fia or fib which becomes the image frequency of fm with respect to the frequency fca or fcb of the signal Sca or Scb mixed with the output Va of the photodetector 19 in the frequency mixing circuit 52 of 50. Converted to the frequency of fr together with Vm, band pass filter 53 and AC amplification circuit
The probability of being supplied to the synchronous detection circuit 55 through 54 is significantly reduced. Moreover, by changing the frequency of the sawtooth wave voltage Ra in both the increasing direction and the decreasing direction, the positive scale factor error and the negative scale factor error cancel each other out. Therefore, the scale factor error that occurs in the output of the optical interference angular velocity meter under a specific input angular velocity is significantly reduced, and the linearity of the input / output characteristics of the optical interference angular velocity meter is significantly improved.

具体的に、外部信号Vnとしてランダムノイズが用いられ
る場合には、スケールファクタエラーが従来の1/5程度
に減少する。
Specifically, when random noise is used as the external signal Vn, the scale factor error is reduced to about 1/5 of the conventional one.

なお、位相差検出制御部50のPIDフィルタ56の代わりに
同様の機能を有するフィルタが用いられてもよい。
A filter having the same function may be used instead of the PID filter 56 of the phase difference detection control unit 50.

「発明の効果」 上述したように、この発明によれば、外部信号を位相差
検出制御部の出力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給
することによって鋸歯状波電圧の周波数を振動させるの
で、ランプ位相変調器に印加される位相変調用の鋸歯状
波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種の原因
によって特定の入力角速度のもとで光干渉角速度計の出
力に生じるスケールファクタエラーを大幅に軽減するこ
とができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性を著し
く改善するとができる。
As described above, according to the present invention, the frequency of the sawtooth wave voltage is oscillated by adding the external signal to the output of the phase difference detection control unit and supplying it to the sawtooth wave voltage generation unit. Therefore, due to various factors such as the presence of flyback time in the sawtooth voltage for phase modulation applied to the ramp phase modulator, the scale factor error that occurs in the output of the optical interferometer gyro under a specific input angular velocity. Can be significantly reduced, and the linearity of the input / output characteristics of the optical interference gyro can be significantly improved.

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

第1図は、この発明の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第2図は、従来の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第3図、第4図および第5図は、それぞれにおける
バイアシング電圧、鋸歯状波電圧およびランプ位相変調
器における光の位相偏移の態様を示す図、第6図、第7
図、第8図、第9図、第10図および第11図は、それぞれ
の光検出器の出力中に含まれる成分およびそれと混合さ
れる信号などの周波数関係を示す図、第12図は、第2図
に示す従来の光干渉角速度計において出力に生じるスケ
ールファクタエラーの例を示す図である。
FIG. 1 is a system diagram showing an example of the optical interference angular velocity meter of the present invention, FIG. 2 is a system diagram showing an example of a conventional optical interference angular velocity meter, and FIGS. 3, 4, and 5 are FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 7 which show aspects of the biasing voltage, the sawtooth wave voltage, and the phase shift of light in the ramp phase modulator, respectively.
FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, FIG. 10 and FIG. 11 are diagrams showing the frequency relationship of the components contained in the output of each photodetector and the signals mixed with them, and FIG. It is a figure which shows the example of the scale factor error which occurs in an output in the conventional optical interference angular velocity meter shown in FIG.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、 光ファイバコイルと、 上記光源からの光を二つに分岐して上記光ファイバコイ
ルの一端および他端から上記光ファイバコイルに供給す
るとともに、上記光ファイバコイルを伝搬した二つの光
を干渉させる光分岐結合器と、 この光分岐結合器から得られる干渉光を検出する光検出
器と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの一端との間
に配されたバイアシング位相変調器と、 このバイアシング位相変調器に印加される位相変調用の
バイアシング電圧を発生するバイアシング電圧発生部
と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの他端との間
に配されたランプ位相変調器と、 このランプ位相変調器に印加される位相変調用の鋸歯状
波電圧を発生する鋸歯状波電圧発生部と、 上記光検出器の出力から上記光分岐結合器において干渉
する二つの光の間の位相差を検出し、その検出出力によ
って、その位相差が所定値に収斂するように上記鋸歯状
波電圧発生部の発振周波数を制御する位相差検出制御部
と、 を備える光干渉角速度計において、 外部信号を発生し、その外部信号を上記位相差検出制御
部の出力に加算して上記鋸歯状波電圧発生部に供給する
ことによって上記鋸歯状波電圧の周波数を振動させる外
部信号発生加算部が設けられた、 光干渉角速度計。
1. A light source, an optical fiber coil, and light from the light source is branched into two and supplied to the optical fiber coil from one end and the other end of the optical fiber coil, and propagates through the optical fiber coil. The optical branching / coupling device for interfering the two light beams, the photodetector for detecting the interference light obtained from the optical branching / coupling device, and the optical branching / coupling device and one end of the optical fiber coil. A biasing phase modulator, a biasing voltage generator that generates a biasing voltage for phase modulation applied to the biasing phase modulator, and the biasing phase modulator are arranged between the optical branch coupler and the other end of the optical fiber coil. A ramp phase modulator, a sawtooth wave voltage generator that generates a sawtooth wave voltage for phase modulation applied to the ramp phase modulator, and the optical component from the output of the photodetector. Phase difference detection control that detects the phase difference between two light beams that interfere in the coupler, and controls the oscillation frequency of the sawtooth wave voltage generator so that the phase difference converges to a predetermined value based on the detection output. And a sawtooth wave voltage generator that generates an external signal, adds the external signal to the output of the phase difference detection control unit, and supplies the added signal to the sawtooth wave voltage generation unit. An optical interference gyro that is provided with an external signal generation adder that vibrates the frequency of.
【請求項2】上記外部信号がランダムノイズである、請
求項1に記載の光干渉角速度計。
2. The optical interference angular velocity meter according to claim 1, wherein the external signal is random noise.
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