JPH06221859A - 光干渉角速度計 - Google Patents

光干渉角速度計

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JPH06221859A
JPH06221859A JP1176993A JP1176993A JPH06221859A JP H06221859 A JPH06221859 A JP H06221859A JP 1176993 A JP1176993 A JP 1176993A JP 1176993 A JP1176993 A JP 1176993A JP H06221859 A JPH06221859 A JP H06221859A
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JP
Japan
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light
negative
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Application number
JP1176993A
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English (en)
Inventor
Munehiro Ishigami
統啓 石上
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 角速度センサとなるループ状光伝送路の形状
を大きな形状に変更することなく、角速度検出の分解能
を向上することができる光干渉角速度計を提供する。 【構成】 ループ状光伝送路を互いに逆向きに通過する
光の位相差から、入力角速度を検出すると共に、角速度
検出値が規定値に達するごとにパルスを出力し、このパ
ルスの出力間隔から入力角速度を算出する構造のデジタ
ル位相変調方式を採る光干渉角速度計において、入力角
速度が0で平衡している状態と、パルスを発生すべき正
側及び負側の閾値との間のそれぞれに少なくとも1つの
中間値を設け、角速度検出値がこの中間値を横切るごと
に正または負の中間角度パルスPPまたはQQを出力さ
せ、実質的に測定分解能を向上させた光干渉角速度計。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば航空機等に利用
される光干渉角速度計に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に従来のデシタル位相変調方式を採
る光干渉角速度計の例を簡略に示す。レーザなどの光源
1から出射された光はビームスプリッタ2で2分され、
2分された2つの光は例えば偏波面保存ファイバのコイ
ルよりなるループ状光伝送路3にその両端から右回り光
4と左回り光5として入射される。ここでこのループ状
光伝送路3を伝播する光の伝播時間をτとする。
【0003】ビームスプリッタ2と光伝送路3の間には
光位相変調器6が挿入され、変調信号発生器7から与え
られる変調信号および、デジタル−アナログ変換器8か
ら与えられるアナログ値となったランプ信号にしたがっ
て入射光の位相を変調する。ループ状光伝送路3および
光位相変調器6を伝搬し、これよりでた両光4および5
はビームスプリッタ2で合波して干渉する。従ってビー
ムスプリッタ2はビームスプリッタとしての働きの他に
光の干渉手段としても動作する。
【0004】この干渉光は光電変換器9でその強度に応
じた電気信号に変換され、アナログ−デジタル変換器1
0によりデジタル値に変換される。復調器11ではこれ
を変調信号にしたがって復調(同期検波)する。右回り
光と左回り光が干渉したときの両光の位相差φと、干渉
光強度Iとの関係は図6の曲線Aのようになる。ループ
状光伝送路3に角速度が入力さていない状態では、変調
信号発生器7による変調により、右回り光4と左回り光
5との位相差は図6の曲線Bのように位相φ=0を中心
に正、負に同量ずつ時間τごとに変化し、干渉光強度I
はCのように一定となり、復調器11の出力は零に収斂
する。
【0005】一方、ループ状光伝送路3に角速度が入力
されると、サニャック効果によりその角速度の方向と大
きさに応じて右回り光4と左回り光5との間に位相差φ
R が生じる。この位相差φR の影響により右回り光4と
左回り光5との位相差は図6の曲線Dに示すように零位
相からφR だけずれた位相を中心に正、負に同量ずつ時
間τごとに変化する。従って復調器11では図6に示す
曲線Eのように時間τごとのレベル差と、変調信号に対
する位相(正相か逆相か)とが検出される。この出力を
もとに復調器11の出力が零になるような負帰還信号
(ステップ値信号φS )をステップ値生成器12で発生
させる。
【0006】このステップ値信号φS を時間τごとにラ
ンプ信号生成器16で累積加算したものがランプ信号L
Aである。ランプ信号LAにより受ける光の位相変調
は、位相変調器6がループ状光伝送路3の片端に配置さ
れているため、右回り光4と左回り光5とでは図7Aに
示すように時間τだけずれている。そのためランプ信号
LAにより生じる両光間の位相差φS はステップ値φS
と等しくなる(図7A,B参照)。従って負帰還が安定
状態である場合、ステップ値φS は入力角速度で生じる
サニャック位相差φR と等しくなる。
【0007】従来の光干渉角速度計では外部システムと
のインターフェイスを簡略化するため、図8に示すよう
にランプ信号にフライバック(ステップ値の累積加算結
果が±2nπの位相差に相当する大きさに達したとき、
±2nπ分差し引く行為)が生じたときにフライバック
方向に応じて正の角度パルスP1 ,P2 ,P3 …および
負の角度パルスQ1 ,Q2 …を外部システムに出力し、
外部システムではこのパルスP1 ,P2 ,P3 …および
1 ,Q2 …の周波数つまりパルスの時間間隔T1 ,T
2 から回転角速度ωを算出していた。つまり角度パルス
の各個が一定の回転角度θを表す。
【0008】 ω1 =2nπ・τ/KS ・T1 ω2 =2nπ・τ/KS ・T2 θ=ω1 ・T1 =ω2 ・T2 =2nπ・τ/KS (一定) …… (1) KS :サニャック係数(光学系により決定) ω :入力角速度 T :フライバックを起こす時間間隔
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の光干渉角速度計は、ランプ信号LAにフライバックが
生じたときにフライバック方向に応じて正および負の角
度パルスP1 ,P2 ,P 3 …,Q1 ,Q2 …を出力し、
角度パルスの周波数から回転角速度ωを算出している。
従って従来の光干渉角速度計の角度分解能は(1)式よ
り決定される定数であり、フライバック時の位相シフト
量2nπのnは通常1ないし2であるため、分解能を上
げるためには光の伝搬時間τ(光伝送路長に比例)を小
さくするか、サニャック係数KS (ループ状光伝送路が
囲む総面積に比例、光源の波長に反比例)を大きくする
などといった光学系の変更を行うしかなく、総じてルー
プ状光伝送路3の形状が大きな物になってしまう欠点が
ある。
【0010】この発明の目的は光学系を従来のままで角
度分解能を向上する手段を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明ではランプ信号
の0と正の閾値および0と負の閾値との間にそれぞれ1
つ(あるいは複数)の中間値を設け、ランプ信号がその
中間値を正方向に横切った場合にも正の閾値を越えた場
合と同様正の角度パルスを出力し、中間値を負方向に横
切った場合にも負の閾値を越えた場合と同様負の角度パ
ルスを出力する手段を設けることにより、光学系の従来
のまゝに角度分解能を向上させるものである。
【0012】
【実施例】この発明による光干渉角速度計の一実施例を
図1に示す。なお図1においては光源、ビームスピリッ
タおよび光伝送路を省略してあり、また図5に示した従
来例と同一構成部分には同一の番号を符ってある。フォ
トダイオードなどの光電変換器9により電気信号に変換
された干渉光は、アナログ−デジタル変換器10でデジ
タル値に変換される。復調器11ではこの信号を変調信
号発生器7より与えられる変調信号に従って復調する。
【0013】例えばPIDフィルタ(デジタルフィル
タ)よりなるステップ値生成器12では復調器11より
の位相相殺偏差信号を濾波することにより,サニャック
効果により生じる左右両光間の位相差を相殺し得る大き
さおよび極性を有するステップ値を生成する。ランプ信
号生成器13では、図2に示すようにステップ値を時間
τごとに累積加算し、その累積加算結果が光の位相差に
換算して2nπラジアン(nは自然数)に相当する正の
閾値を越える場合は、累積加算結果から正の閾値を差し
引いた値を累積加算結果として出力するとともに正の角
度パルスP1 ,P2 …を出力し、同様に−2nπラジア
ンに相当する負の閾値を下回る場合は、累積加算結果に
正の閾値を加えた値を累積加算結果として出力するとと
もに負の角度Q1 ,Q2…を出力し、累積加算結果が正
負の閾値の間にある場合はそのまゝ累積加算結果を出力
する。デジタル−アナログ変換器8ではランプ信号生成
器13よりのランプ信号LA(デジタル値)をアナログ
値に変換し、これを光位相変調器6へ印加する。
【0014】この発明ではランプ信号LAの信号系路に
中間角度パルス生成器14を設ける。中間角度パルス生
成器14はデジタル回路によって構成することができる
が、アナログ回路で表現するものとすれば図3に示すよ
うに構成することができる。中間角度パルス生成器14
にはランプ信号生成器13から出力されるデジタルのラ
ンプ信号LAを与える。
【0015】図3に示した中間角度パルス生成器14は
マグネチュードコンパレータ14A,14Bと、遅延素
子14C,14Dと、排他的論理和回路14E,14F
と、アンドゲート14G,14Iと、インヒビット型ア
ンドゲート14H,14Jと、オアゲート14K,14
Lとによって構成することができる。マグネチュードコ
ンパレータ14Aおよび14Bはともにランプ信号LA
が中間値を正方向に横切るとき、その出力側にH論理を
出力する(図4B)。マグネチュードコンパレータ14
A(または14B)の出力がH論理に立上がったとき、
そのH論理が遅延素子14C(または14D)で時間τ
だけ遅延されて排他的論理和回路14E(または14
F)に与えられる(図4C)。従って排他的論理和回路
14E(または14F)は遅延素子14C(または14
D)がHは論理信号を遅延させている時間(τ)の間パ
ルス信号PD (図4D)を出力する。τ時間後遅延素子
14C(または14D)の出力がH論理に立上ると、排
他的論理和回路14E(または14F)の出力はL論理
に立下る。
【0016】排他的論理和回路14E(または14F)
から出力さたパルスPD はアンドゲート14G(または
14I)およびオアゲート14Kを通って正の中間角度
パルスPPとして出力される。一方、ランプ信号LAが
中間値を正側から負側に向かって横切ったときはマグネ
チュードコンパレータ14A(または14B)の出力は
L論理に立下る(図4B)。この立下りのタイミングは
遅延素子14C(または14D)により時間τだけ遅延
されて排他的論理和回路14E(または14F)に与え
られる。従って排他的論理和回路14E(または14
F)は遅延時間τの時間の間、図4Dに示すようにパル
スPD を出力する。このパルスPD はインヒビット型ア
ンドゲート14H(または14J)を通じてオアゲート
14Lに出力され、オアゲート14Lから負の中間角度
パルスQQとして出力される。
【0017】角度パルス合成器15では、ランプ信号生
成器13および中間角度パルス生成器14よりの同極の
パルス信号の論理和を取ることにより正及び負の角度パ
ルスを生成する。以上により、正負の閾値を±2π,正
負の中間値を±πの位相差に相当する大きさに選んだも
のとすれば、角度分解能は従来のものと比べ2倍にな
る。また必要に応じて中間値の数を増やせばそれにした
がって角度分解能を増すことができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
光学系を従来の形状のまゝで角度分解能を向上すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施例を示すブロック図。
【図2】この発明の動作を説明するための波形図。
【図3】この発明で使用する中間角度パルス生成器の具
体的な実施例を説明するための接続図。
【図4】図3の動作を説明するための波形図。
【図5】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図6】図5の動作を説明するための波形図。
【図7】図6と同様の波形図。
【図8】図6と同様の波形図。
【符号の説明】
1 光源 2 ビームスピリッタ 3 ループ状光伝送路 4 右回り光 5 左回り光 6 光位相変調器 7 変調信号発生器 8 デジタル−アナログ変換器 9 光電変換器 10 アナログ−デジタル変換器 11 復調器 12 ステップ値生成器 13 ランプ信号生成器 14 中間角度パルス生成器 15 角度パルス合成器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 A.光源と、 B.光源よりの光を2分するビームスプリッタと、 C.このビームスプリッタにより2分された2つの光が
    右回り光および左回り光として入射されるループ状光伝
    送路と、 D.そのループ状光伝送路から出射される左右両回り光
    を干渉させる干渉手段と、 E.干渉光が供給されその強度に応じた電気信号を出力
    する光電変換器と、 F.上記ループ状光伝送路の一端と上記ビームスプリッ
    タとの間に挿入され電気的に制御されて光の位相を偏位
    させる光位相変調器と、 G.上記ループ状光伝送路の光の伝搬時間τの2倍の周
    期を持ちデューティが50%の方形波であって上記光位
    相変調器に印加することにより上記右回り光と左回り光
    との間に時間τごとに正負同量の位相差を交互に与える
    ための変調信号を発生する変調信号発生器と、 H.上記光電変換器の出力をデジタル値に変換するアナ
    ログ−デジタル変換器と、 I.このアナログ−デジタル変換器の出力を上記変調信
    号にしたがって復調する復調器と、 J.この復調出力をもとに上記ループ状光伝送路に入力
    される角速度により上記左右両光間に生じるサニャック
    位相差を相殺する大きさおよび極性を有するステップ値
    を生成するステップ値生成器と、 K.このステップ値生成器から出力されるステップ値を
    時間τごとに累積加算し、その累積加算結果が光の位相
    差に換算して2nπラジアン(nは自然数)に相当する
    正の閾値を越える場合は累積加算結果から正の閾値を差
    し引いた値を累積加算結果として出力するとともに正の
    角度パルスを出力し、同様に−2nπラジアンに相当す
    る負の閾値を下回る場合は累積加算結果に正の閾値を加
    えた値を累積加算結果として出力するとともに負の角度
    パルスを出力し、累積加算結果が正負の閾値の間にある
    場合はそのまま累積加算結果を出力するランプ信号発生
    器と、 L.上記累積加算結果をアナログ値に変換し、上記光位
    相変調器に印加するデジタル−アナログ変換器を具備
    し、0と正の閾値および0と負の閾値との間にそれぞれ
    1つ(あるいは複数)の中間値を設け、上記ランプ信号
    がその中間値を正方向に横切った場合にも正の閾値を越
    えた場合と同様に正の角度パルスを出力し、中間値を負
    方向に横切った場合にも負の閾値を越えた場合と同様に
    負の角度パルスを出力する中間パルス生成器と、によっ
    て構成したことを特徴とする光干渉角速度計。
JP1176993A 1993-01-27 1993-01-27 光干渉角速度計 Pending JPH06221859A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04339212A (ja) * 1991-05-16 1992-11-26 Mitsubishi Precision Co Ltd 光ファイバジャイロ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04339212A (ja) * 1991-05-16 1992-11-26 Mitsubishi Precision Co Ltd 光ファイバジャイロ

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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970506