JPH0643898B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JPH0643898B2 JPH0643898B2 JP63093210A JP9321088A JPH0643898B2 JP H0643898 B2 JPH0643898 B2 JP H0643898B2 JP 63093210 A JP63093210 A JP 63093210A JP 9321088 A JP9321088 A JP 9321088A JP H0643898 B2 JPH0643898 B2 JP H0643898B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- light
- synchronous detection
- signal
- optical path
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は少なくとも一周する光学路に右回り光及び左
回り光を通し、光学路の軸心まわりに加わる角速度を右
回り光と左回り光との位相差として検出する光干渉角速
度計に関する。
回り光を通し、光学路の軸心まわりに加わる角速度を右
回り光と左回り光との位相差として検出する光干渉角速
度計に関する。
「従来の技術」 第２図に従来の光干渉角速度計を示す。光源１１からの
出射光２１は光分配結合器１２、偏光子１３、光分配結
合器１４を通して少くとも一周する光学路１６に右回り
光２２、左回り光２３に分岐され、これら右回り光２
２、左回り光２３は、光学路１６の片端に配置された位
相変調器１５において発振器１９からの変調信号により
位相が変調される。その右回り光２２と左回り光２３と
を干渉させた干渉光２４が光分配結合器１２から得られ
る。この場合の干渉光２４の強度Ｉ0は次式となる。
出射光２１は光分配結合器１２、偏光子１３、光分配結
合器１４を通して少くとも一周する光学路１６に右回り
光２２、左回り光２３に分岐され、これら右回り光２
２、左回り光２３は、光学路１６の片端に配置された位
相変調器１５において発振器１９からの変調信号により
位相が変調される。その右回り光２２と左回り光２３と
を干渉させた干渉光２４が光分配結合器１２から得られ
る。この場合の干渉光２４の強度Ｉ0は次式となる。
Ｃ：定数 Ｊn：ｎ次の第１種ベッセル関数 Ｘ：２Ａsinπｍτ Ａ：光位相変調の振幅 τ：光学路16を通る光の伝搬時間 ω：位相変調器15の駆動角周波数（ω＝２πｍ） Δφ：光学路16を互に逆方向に伝搬した両光間の Ｒ：光学路16の半径 Ｌ：ループ状に構成された光学路16の長さ Ｃ：光速 λ：光の波長 Ω：ループ状に構成された光学路16の円周方向に印加さ
れた角速度 θ：位相変調器15に印加される駆動電圧ＶPZT＝Ｋ・sin
ωｔと位相変調器15による光位変調との位相差 (1)式から明らかなように干渉光２４の強度Ｉ0には、co
sΔφに比例する項とsinΔφに比例する項とが含まれて
いる。
れた角速度 θ：位相変調器15に印加される駆動電圧ＶPZT＝Ｋ・sin
ωｔと位相変調器15による光位変調との位相差 (1)式から明らかなように干渉光２４の強度Ｉ0には、co
sΔφに比例する項とsinΔφに比例する項とが含まれて
いる。
通常、微少入力角速度域における感度の最適化のためsi
nΔφに比例する項が用いられる。
nΔφに比例する項が用いられる。
そのために干渉光２４が受光器１７によって光電変換さ
れた信号を位相変調周波数ｍ又はその奇数倍の高調波
信号で同期検波される。一般的には、処理の安易さ正確
さ等により低次（ここでは一次）の変調周波数で同期検
波される。
れた信号を位相変調周波数ｍ又はその奇数倍の高調波
信号で同期検波される。一般的には、処理の安易さ正確
さ等により低次（ここでは一次）の変調周波数で同期検
波される。
第２図では、一次のsinΔφ成分を取り出すため位相変
調器１５に印加する信号を同期検波回路１８の参照信号
としている。
調器１５に印加する信号を同期検波回路１８の参照信号
としている。
「発明が解決しようとする課題」 受光器１７によって光電変換された信号の中から一次の
sinΔφを適切に取り出すためには、光電変換された一
次のsinΔφ成分と参照信号の位相が同相である必要が
ある。
sinΔφを適切に取り出すためには、光電変換された一
次のsinΔφ成分と参照信号の位相が同相である必要が
ある。
ところが位相変調器１５に印加される駆動電圧と干渉光
の基本周波数成分との位相差θは、位相変調器１５がさ
らされる環境条件等に温度によって変わる。位相変調器
１５は、例えば円筒状の電歪振動子に光ファイバを巻き
つけて作製されているため本質的に環境条件によって入
出力の位相特性が変化しやすい。さらに位相変調器１５
の共振点に動作点（変調周波数）を設定すると環境条件
に対し著しく大きく変動する。
の基本周波数成分との位相差θは、位相変調器１５がさ
らされる環境条件等に温度によって変わる。位相変調器
１５は、例えば円筒状の電歪振動子に光ファイバを巻き
つけて作製されているため本質的に環境条件によって入
出力の位相特性が変化しやすい。さらに位相変調器１５
の共振点に動作点（変調周波数）を設定すると環境条件
に対し著しく大きく変動する。
そのため周期検波回路１８における参照信号と光電変換
された一次のsin成分とは、同相でなくなり光干渉角速
度計の出力としてのスケールファクタの不安定をまね
く。
された一次のsin成分とは、同相でなくなり光干渉角速
度計の出力としてのスケールファクタの不安定をまね
く。
この発明は、環境変化によって位相変調器１５の入出力
位相特性が変動しても同期検波回路における所望する入
力信号と参照信号とを同相に保ちジャイロスケールファ
クタを安定に保つ光干渉角速度計を提供することを目的
とする。
位相特性が変動しても同期検波回路における所望する入
力信号と参照信号とを同相に保ちジャイロスケールファ
クタを安定に保つ光干渉角速度計を提供することを目的
とする。
「課題を解決するための手段」 この発明によれば受光器からの出力の内、位相変調器の
変調周波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同
期検波手段が設けられる。この第２同期検波手段からの
信号で、第１同期検波手段、つまり受光器からの出力の
内、位相変調器の変調周波数に関連した奇数波成分を同
期検波する手段における入力信号と参照信号との位相差
が実質的に同相になり、かつ第２同期検波手段における
入力信号と参照信号との位相差が実質的に９０°になる
ように制御される。
変調周波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同
期検波手段が設けられる。この第２同期検波手段からの
信号で、第１同期検波手段、つまり受光器からの出力の
内、位相変調器の変調周波数に関連した奇数波成分を同
期検波する手段における入力信号と参照信号との位相差
が実質的に同相になり、かつ第２同期検波手段における
入力信号と参照信号との位相差が実質的に９０°になる
ように制御される。
「実施例」 第１図はこの発明の実施例の要部を示す。受光器１７の
出力は同期検波回路２５において周波数R1の参照信号
ＶR1で同期検波される。この時、同期検波される成分は
(1)式で示された信号の内、基本周波数ｍの成分であ
り、その結果は低域通過濾波器２６で交流成分が除去さ
れて光干渉角速度計の出力端子２９へ出力される。この
交流成分が除去された信号Ｖ1はsinΔφに比例した信号
となる。この時の出力Ｖ1は Ｖ1＝Ｋ1・sinΔφ・cos（θ−θ ）…(2) Ｋ1：定数 θ ：位相変調器１５に印加される駆動電圧と参照信号
ＶR1との位相差となる。ここで位相差θは前述の通り位
相変調器１５に印加される駆動電圧と光の位相変調との
位相差で、これは環境、特に温度によって大きく変化し
実質的に光干渉角速度計の出力とされるＶ1のスケール
ファクタを不安定にする。
出力は同期検波回路２５において周波数R1の参照信号
ＶR1で同期検波される。この時、同期検波される成分は
(1)式で示された信号の内、基本周波数ｍの成分であ
り、その結果は低域通過濾波器２６で交流成分が除去さ
れて光干渉角速度計の出力端子２９へ出力される。この
交流成分が除去された信号Ｖ1はsinΔφに比例した信号
となる。この時の出力Ｖ1は Ｖ1＝Ｋ1・sinΔφ・cos（θ−θ ）…(2) Ｋ1：定数 θ ：位相変調器１５に印加される駆動電圧と参照信号
ＶR1との位相差となる。ここで位相差θは前述の通り位
相変調器１５に印加される駆動電圧と光の位相変調との
位相差で、これは環境、特に温度によって大きく変化し
実質的に光干渉角速度計の出力とされるＶ1のスケール
ファクタを不安定にする。
そこでこの発明ではその位相補正のために干渉光に含ま
れている信号の内偶数次の高周波成分を使用する。ここ
では二次の高周波成分を使用する。受光器１７の出力は
同期検波回路２７において周波数R2の参照信号ＶR2で
同期検波される。参照信号ＶR2の位相は、同期検波回路
２７から次の出力Ｖ2が得られるように予めロジック回
路３０で設定される。
れている信号の内偶数次の高周波成分を使用する。ここ
では二次の高周波成分を使用する。受光器１７の出力は
同期検波回路２７において周波数R2の参照信号ＶR2で
同期検波される。参照信号ＶR2の位相は、同期検波回路
２７から次の出力Ｖ2が得られるように予めロジック回
路３０で設定される。
Ｖ2＝Ｋ2・cosΔφ・sin{2(θ−θ ）｝…(3) この信号Ｖ2を積分器２８に入力し、積分器２８の出力
で位相差θ が可変できる自動位相調整器３１を制御
し、位相差θ が位相差θと同じ位相差になるように自
動制御する。変換器１９の出力は自動位相調整器３１を
通じてロジック回路３０へ供給され、ロジック回路３０
で参照信号ＶR1，ＶR2が作られる。（θ−θ ）が常に
零に保たれるように制御され、つまり積分器２８の出力
が常に零になるように自動位相調整器３１が制御され
る。その結果(2)式は Ｖ1＝Ｋ1・sinΔφ…(4) となり、環境条件、特に周囲温度が変わり位相変調器１
５における入出力の位相差θが変動しても光干渉角速度
計の入出特性であるスケールファクタの変動を抑えるこ
とができる。
で位相差θ が可変できる自動位相調整器３１を制御
し、位相差θ が位相差θと同じ位相差になるように自
動制御する。変換器１９の出力は自動位相調整器３１を
通じてロジック回路３０へ供給され、ロジック回路３０
で参照信号ＶR1，ＶR2が作られる。（θ−θ ）が常に
零に保たれるように制御され、つまり積分器２８の出力
が常に零になるように自動位相調整器３１が制御され
る。その結果(2)式は Ｖ1＝Ｋ1・sinΔφ…(4) となり、環境条件、特に周囲温度が変わり位相変調器１
５における入出力の位相差θが変動しても光干渉角速度
計の入出特性であるスケールファクタの変動を抑えるこ
とができる。
又偶数次の高調波を位相補正に使用する理由は、(3)式
から明らかなように光学路１６に印加される入力角速度
Ωが零若しくは微小の場合即ち光学路１６を伝搬する両
光の位相差Δφが微小の場合でもcosΔφに比例する信
号であるため制御信号として十分量の値が得られるから
である。
から明らかなように光学路１６に印加される入力角速度
Ωが零若しくは微小の場合即ち光学路１６を伝搬する両
光の位相差Δφが微小の場合でもcosΔφに比例する信
号であるため制御信号として十分量の値が得られるから
である。
尚、奇数次成分は、(2)式でも明らかなように微小入力
角速度時、非常に小さいため位相補正のための制御信号
としては不適当である。
角速度時、非常に小さいため位相補正のための制御信号
としては不適当である。
しかし偶数次成分でも(3)式でもわかる通り入力角速度
が高くなっていくと位相差Δφが大きくなり制御信号と
してのＶ2信号は、小さくなっていく。
が高くなっていくと位相差Δφが大きくなり制御信号と
してのＶ2信号は、小さくなっていく。
しかしながら、要求の最大入力角速度時における光学路
１６を伝搬する両光の位相差Δφが４５°程度若しくは
それ以下の光干渉角速度計では、二次出力Ｖ2の減少は
３０％程度又はそれ以下であり制御信号として十分利用
できる。
１６を伝搬する両光の位相差Δφが４５°程度若しくは
それ以下の光干渉角速度計では、二次出力Ｖ2の減少は
３０％程度又はそれ以下であり制御信号として十分利用
できる。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば、環境条件が変わり
位相変調器１５の入出力の位相が変動しても零から最大
入力角速度範囲に渡って位相変調器１５の位相変動を補
正して光干渉角速度計の入出力特性であるスケールファ
クタを安全に保つことができる。
位相変調器１５の入出力の位相が変動しても零から最大
入力角速度範囲に渡って位相変調器１５の位相変動を補
正して光干渉角速度計の入出力特性であるスケールファ
クタを安全に保つことができる。
第１図はこの発明の実施例の要部を示すブロック図、第
２図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図である。
２図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図である。
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも一周する光学路と、 その光学路に対し右回り光及び左回り光を通す手段と、 その光学路を伝搬してきた右回り光と左回り光とを干渉
させる干渉手段と、 その干渉手段と上記光学路の一端との間にこれらに継続
的に配されて右回り光と左回り光とに位相変化を与える
位相変調手段と、 上記干渉光の光強度を電気信号として検出する受光器
と、 その受光器からの出力の内、上記位相変調手段の変調周
波数に関連した奇数波成分を同期検波する第１同期検波
手段と、 上記受光器からの出力の内、上記位相変調手段の変調周
波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同期検波
手段と、 その第２同期検波手段からの信号で上記第１同期検波手
段における入力信号と参照信号との位相差が実質的に同
相になり、かつ連動した上記第２同期検波手段における
入力信号と参照信号との位相差が実質的に９０°になる
ように制御する手段とを有する光干渉角速度計。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093210A JPH0643898B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
| US07/236,435 US4883358A (en) | 1987-09-02 | 1988-08-25 | Fiber optic gyro stabilized by harmonic components of detected signal |
| DE3844745A DE3844745C2 (ja) | 1987-09-02 | 1988-09-01 | |
| FR888811437A FR2618545B1 (fr) | 1987-09-02 | 1988-09-01 | Gyroscope a fibre optique |
| DE3829731A DE3829731A1 (de) | 1987-09-02 | 1988-09-01 | Faseroptischer kreisel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093210A JPH0643898B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01265111A JPH01265111A (ja) | 1989-10-23 |
| JPH0643898B2 true JPH0643898B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=14076206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63093210A Expired - Lifetime JPH0643898B2 (ja) | 1987-09-02 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0643898B2 (ja) |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP63093210A patent/JPH0643898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01265111A (ja) | 1989-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |