JPH07167663A - 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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- JPH07167663A JPH07167663A JP31203093A JP31203093A JPH07167663A JP H07167663 A JPH07167663 A JP H07167663A JP 31203093 A JP31203093 A JP 31203093A JP 31203093 A JP31203093 A JP 31203093A JP H07167663 A JPH07167663 A JP H07167663A
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- harmonic
- frequency
- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光信号を変換した電気信号から基本波以外の高
調波成分のみを安定して除去できる安価な手段を実現
し、システムの低コスト化を実現した光ファイバジャイ
ロを提供する。 【構成】光ファイバループ８を有する光学系１による干
渉光の強度として得られる光信号を、電気信号に光電変
換回路１０により変換する。２倍高調波検出部１４と、
４倍高調波検出部１５と、平滑回路１７，１８と、２倍
高調波反転回路２２と、４倍高調波反転回路２３とは、
交流信号発生回路１２からの交流信号を用いて、電気信
号に含まれる、基本波である位相変調周波数の２倍高調
波および４倍高調波と同じ振幅で反転した高調波信号を
発生する。加算合成装置２４は、上記電気信号と上記高
調波信号を加算合成して、上記電気信号から基本波を除
く高調波成分のみを安定的に除去する。
調波成分のみを安定して除去できる安価な手段を実現
し、システムの低コスト化を実現した光ファイバジャイ
ロを提供する。 【構成】光ファイバループ８を有する光学系１による干
渉光の強度として得られる光信号を、電気信号に光電変
換回路１０により変換する。２倍高調波検出部１４と、
４倍高調波検出部１５と、平滑回路１７，１８と、２倍
高調波反転回路２２と、４倍高調波反転回路２３とは、
交流信号発生回路１２からの交流信号を用いて、電気信
号に含まれる、基本波である位相変調周波数の２倍高調
波および４倍高調波と同じ振幅で反転した高調波信号を
発生する。加算合成装置２４は、上記電気信号と上記高
調波信号を加算合成して、上記電気信号から基本波を除
く高調波成分のみを安定的に除去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角速度を検出するため
に、光の干渉を利用した光ファイバジャイロに係わり、
特に、得られた干渉光を電気信号に変換し、この電気信
号を処理して角速度を求める信号処理回路に関する。
に、光の干渉を利用した光ファイバジャイロに係わり、
特に、得られた干渉光を電気信号に変換し、この電気信
号を処理して角速度を求める信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】角速度を検出するために光の干渉を利用
した光ファイバジャイロには、検出感度を上げるため
に、光を位相変調した後に、光を干渉させる位相変調方
式光ファイバジャイロがある。従来の位相変調方式光フ
ァイバジャイロについては、例えば特開昭６３−２６３
４１４号公報、特開昭６３−２５５６１２号公報等に記
載されているものがある。特開昭６３−２５５６１２号
公報の場合は、以下のようにして角速度を求める。図３
の構成において、駆動電圧Ｅ10の周波数と振幅を、位相
変調器７の特性、光ファイバループ８の光ファイバの全
長などを考慮した所定の値にしたとき、光電変換部１０
１の出力電圧である電気信号には次のように各種の周波
数成分が含まれる。
した光ファイバジャイロには、検出感度を上げるため
に、光を位相変調した後に、光を干渉させる位相変調方
式光ファイバジャイロがある。従来の位相変調方式光フ
ァイバジャイロについては、例えば特開昭６３−２６３
４１４号公報、特開昭６３−２５５６１２号公報等に記
載されているものがある。特開昭６３−２５５６１２号
公報の場合は、以下のようにして角速度を求める。図３
の構成において、駆動電圧Ｅ10の周波数と振幅を、位相
変調器７の特性、光ファイバループ８の光ファイバの全
長などを考慮した所定の値にしたとき、光電変換部１０
１の出力電圧である電気信号には次のように各種の周波
数成分が含まれる。
【０００３】
【数１】 Ａ1＝ＫP sinＫSΩ×Ｊ1（Ｋ）×sinω（ｔ−τ／２）
【０００４】
【数２】Ａ2＝ＫP cosＫSΩ×Ｊ2（Ｋ）×sin２ω（ｔ
−τ／２）
−τ／２）
【０００５】
【数３】Ａ3＝ＫP sinＫSΩ×Ｊ3（Ｋ）×sin３ω（ｔ
−τ／２）
−τ／２）
【０００６】
【数４】Ａ4＝ＫP cosＫSΩ×Ｊ4（Ｋ）×sin４ω（ｔ
−τ／２）
−τ／２）
【０００７】
【数５】Ａ5＝ＫP sinＫSΩ×Ｊ5（Ｋ）×sin５ω（ｔ
−τ／２）
−τ／２）
【０００８】
【数６】Ａ6＝ＫP cosＫSΩ×Ｊ6（Ｋ）×sin６ω（ｔ
−τ／２） ここに、Ａ1〜Ａ6は各周波数成分における振幅、ＫPは
光パワー及び光電変換効率などに関する定数、Ｋはサグ
ナック効果すなわち光学系の感度に関する定数、Ωは入
力角速度、Ｋは変調度に関する定数、Ｊ1（Ｋ）〜Ｊ
6（Ｋ）はベッセル関数から求まる定数、ωは変調電圧
Ｅ10の周波数すなわち変調周波数の角速度、ｔは時間、
τは光波が光ファイバループ８を通過するのに必要な時
間である。さらに、数１〜６について説明すると、数１
は変調周波数の１次の周波数成分を表す式、数２は変調
周波数の２次の周波数成分を表す式であり、以下同様に
数３は３次、数４は４次、数５は５次、数６は６次の周
波数成分を表す式である。実際には無限の数の数式で表
される。これらの数式を見ると、どの数式にも入力角速
度Ωが含まれる。さらに詳しくみると、数１，３，５す
なわち、変調周波数の基本波を含む奇数次高調波成分の
それぞれの振幅はｓｉｎＫΩに比例し、数２，４，６に
表されている変調周波数の偶数次高調波成分のそれぞれ
の振幅はｃｏｓＫΩに比例し、また、各成分間の位相関
係も固定していることがわかる。この信号を、位相変調
周波数（基本周波数）とこれの整数倍の周波数を持つ信
号により、同期検波して、位相変調周波数（基本周波
数）を持つ信号（基本波）と、これの整数倍の周波数を
持つ信号の振幅部分を抽出する。数１（基本波）の場
合、ＫP sinＫΩ×Ｊ1（Ｋ）が得られる。この従来の光
ファイバジャイロは、回転角速度が小さいときは、電気
信号に含まれる基本波成分に、数１に示すように、sin
ＫΩが掛っているため、基本波成分が小さくなるという
問題がある。そのために電気信号を増幅後、基本波を抽
出することが考えられる。しかしこれは、以下のような
問題がある。回転角速度が小さいときは、光信号に含ま
れる基本波成分は小さく、これに対し、特に偶数高調波
成分は、数２、４に示すように、cosＫΩが掛っている
ために、はるかに大きい。そのために、基本波成分が十
分な大きさになるまで増幅すると、数２、４に示す２倍
波、４倍波成分が飽和して、波形がゆがんでしまう。２
倍波成分は、温度変化による受信光量の変化に依存しな
い回転角速度を得るために、基本波成分／２倍波成分
（数２、数１より、これは、光パワーに依存する量Ｋｐ
を含まず、角速度Ωを含むからである）を求めるために
必要である。４倍波成分は、温度変化による位相変調器
の特性変化からくる位相変調度の変化を押さえて、安定
化させるために、４倍波成分／２倍波成分（これは、数
４、数２より、光パワーに依存する量Ｋｐと角速度Ωと
を含まず、位相変調度に係る量Ｋのみを含むからであ
る）を求めるために必要である。上記の理由から基本波
成分を抽出する前に増幅することはできない。そこで、
特開昭６３−２６３４１４号公報では、基本波成分をノ
ッチフィルタで抽出したあと、増幅器により基本波成分
を増幅し、増幅後の値で２倍波成分との比を求め、それ
をＡ／Ｄ変換し、このデ−タを基に角速度を求めること
を提案している。
−τ／２） ここに、Ａ1〜Ａ6は各周波数成分における振幅、ＫPは
光パワー及び光電変換効率などに関する定数、Ｋはサグ
ナック効果すなわち光学系の感度に関する定数、Ωは入
力角速度、Ｋは変調度に関する定数、Ｊ1（Ｋ）〜Ｊ
6（Ｋ）はベッセル関数から求まる定数、ωは変調電圧
Ｅ10の周波数すなわち変調周波数の角速度、ｔは時間、
τは光波が光ファイバループ８を通過するのに必要な時
間である。さらに、数１〜６について説明すると、数１
は変調周波数の１次の周波数成分を表す式、数２は変調
周波数の２次の周波数成分を表す式であり、以下同様に
数３は３次、数４は４次、数５は５次、数６は６次の周
波数成分を表す式である。実際には無限の数の数式で表
される。これらの数式を見ると、どの数式にも入力角速
度Ωが含まれる。さらに詳しくみると、数１，３，５す
なわち、変調周波数の基本波を含む奇数次高調波成分の
それぞれの振幅はｓｉｎＫΩに比例し、数２，４，６に
表されている変調周波数の偶数次高調波成分のそれぞれ
の振幅はｃｏｓＫΩに比例し、また、各成分間の位相関
係も固定していることがわかる。この信号を、位相変調
周波数（基本周波数）とこれの整数倍の周波数を持つ信
号により、同期検波して、位相変調周波数（基本周波
数）を持つ信号（基本波）と、これの整数倍の周波数を
持つ信号の振幅部分を抽出する。数１（基本波）の場
合、ＫP sinＫΩ×Ｊ1（Ｋ）が得られる。この従来の光
ファイバジャイロは、回転角速度が小さいときは、電気
信号に含まれる基本波成分に、数１に示すように、sin
ＫΩが掛っているため、基本波成分が小さくなるという
問題がある。そのために電気信号を増幅後、基本波を抽
出することが考えられる。しかしこれは、以下のような
問題がある。回転角速度が小さいときは、光信号に含ま
れる基本波成分は小さく、これに対し、特に偶数高調波
成分は、数２、４に示すように、cosＫΩが掛っている
ために、はるかに大きい。そのために、基本波成分が十
分な大きさになるまで増幅すると、数２、４に示す２倍
波、４倍波成分が飽和して、波形がゆがんでしまう。２
倍波成分は、温度変化による受信光量の変化に依存しな
い回転角速度を得るために、基本波成分／２倍波成分
（数２、数１より、これは、光パワーに依存する量Ｋｐ
を含まず、角速度Ωを含むからである）を求めるために
必要である。４倍波成分は、温度変化による位相変調器
の特性変化からくる位相変調度の変化を押さえて、安定
化させるために、４倍波成分／２倍波成分（これは、数
４、数２より、光パワーに依存する量Ｋｐと角速度Ωと
を含まず、位相変調度に係る量Ｋのみを含むからであ
る）を求めるために必要である。上記の理由から基本波
成分を抽出する前に増幅することはできない。そこで、
特開昭６３−２６３４１４号公報では、基本波成分をノ
ッチフィルタで抽出したあと、増幅器により基本波成分
を増幅し、増幅後の値で２倍波成分との比を求め、それ
をＡ／Ｄ変換し、このデ−タを基に角速度を求めること
を提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、回転角
速度が小さいときは、光信号に含まれる基本波成分は小
さく、これに対し特に偶数高調波成分は、数２、４に示
すように、cosＫΩが掛っているために、はるかに大き
い。そこで、従来技術では、低回転角速度領域におい
て、基本波成分を抽出する際に、上記高調波成分のみを
選択的に除去するために、高精度のノッチフィルタを用
いる必要が有った。しかしながら、フィルタを通常の精
度を有する素子で構成すると、フィルタの中心周波数の
バラツキが大きく、かつ、温度特性により中心周波数が
変化し、安定に所定の高調波成分を選択的に除去でき
ず、基本波成分を正確に得られず、角速度の誤差が大き
くなる。これを防ぐために、フィルタの中心周波数のバ
ラツキを押さえるべく、調整を行ったり、高精度かつ高
安定の素子を用いると、フィルタの中心周波数を安定に
することはできるが、コストアップを招くと言う問題が
あった。本発明の目的は、光信号から基本波を除く高調
波成分のみを安定に、かつ、選択的に除去できる安価な
手段を有し、システムの低コスト化を実現した光ファイ
バジャイロを提供することにある。
速度が小さいときは、光信号に含まれる基本波成分は小
さく、これに対し特に偶数高調波成分は、数２、４に示
すように、cosＫΩが掛っているために、はるかに大き
い。そこで、従来技術では、低回転角速度領域におい
て、基本波成分を抽出する際に、上記高調波成分のみを
選択的に除去するために、高精度のノッチフィルタを用
いる必要が有った。しかしながら、フィルタを通常の精
度を有する素子で構成すると、フィルタの中心周波数の
バラツキが大きく、かつ、温度特性により中心周波数が
変化し、安定に所定の高調波成分を選択的に除去でき
ず、基本波成分を正確に得られず、角速度の誤差が大き
くなる。これを防ぐために、フィルタの中心周波数のバ
ラツキを押さえるべく、調整を行ったり、高精度かつ高
安定の素子を用いると、フィルタの中心周波数を安定に
することはできるが、コストアップを招くと言う問題が
あった。本発明の目的は、光信号から基本波を除く高調
波成分のみを安定に、かつ、選択的に除去できる安価な
手段を有し、システムの低コスト化を実現した光ファイ
バジャイロを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、角速度を検出するために、異なる方向回りの２つの
光を予め定められた変調周波数で位相変調したあと、当
該２つの光を干渉させた光信号を得、さらに、当該光信
号に含まれる信号のうち変調周波数およびその整数倍の
周波数を有する信号を抽出し、変調周波数を有する信号
の振幅と整数倍の周波数を有する信号の振幅との比から
角速度を求める光ファイバジャイロにおいて、上記得ら
れた光信号を電気信号に変える光電変換手段と、上記電
気信号に含まれる、上記変調周波数の２倍以上かつ整数
倍の周波数を有する高調波信号に対して、位相が１８０
度異なり、振幅が同じ信号を生成する高調波信号生成手
段と、上記電気信号から上記生成された高調波信号を加
算して、当該電気信号から当該高調波信号を除去する加
算手段とを有し、除去後の信号から、変調周波数を有す
る信号の振幅を求めることとしたものである。
に、角速度を検出するために、異なる方向回りの２つの
光を予め定められた変調周波数で位相変調したあと、当
該２つの光を干渉させた光信号を得、さらに、当該光信
号に含まれる信号のうち変調周波数およびその整数倍の
周波数を有する信号を抽出し、変調周波数を有する信号
の振幅と整数倍の周波数を有する信号の振幅との比から
角速度を求める光ファイバジャイロにおいて、上記得ら
れた光信号を電気信号に変える光電変換手段と、上記電
気信号に含まれる、上記変調周波数の２倍以上かつ整数
倍の周波数を有する高調波信号に対して、位相が１８０
度異なり、振幅が同じ信号を生成する高調波信号生成手
段と、上記電気信号から上記生成された高調波信号を加
算して、当該電気信号から当該高調波信号を除去する加
算手段とを有し、除去後の信号から、変調周波数を有す
る信号の振幅を求めることとしたものである。
【００１１】
【作用】干渉光の強度として得られる光信号に、光信号
に含まれる周波数成分の中で、基本波である位相変調周
波数以外の整数倍高調波と逆位相かつ同振幅の高調波信
号を加えることで、元の光信号に含まれる基本波を除く
高調波成分のみを選択的に除去出来る。こうして得られ
た基本波を利用して、高価なノッチフィルタを用いず
に、角速度を求めることができる。
に含まれる周波数成分の中で、基本波である位相変調周
波数以外の整数倍高調波と逆位相かつ同振幅の高調波信
号を加えることで、元の光信号に含まれる基本波を除く
高調波成分のみを選択的に除去出来る。こうして得られ
た基本波を利用して、高価なノッチフィルタを用いず
に、角速度を求めることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１により説
明する。図１は、本発明の第１の実施例の光ファイバジ
ャイロの構成図であり、１は光ファイバを有しサグナッ
ク干渉計を構成する光学系で、２は電子回路により構成
され、光学系１からの信号により回転角速度を求めるコ
ントローラである。光学系１は、発光素子であるレーザ
ダイオード３と、受光素子であるフォトダイオード４
と、ビームスプリッタであるカプラ５ａ及びカプラ５ｂ
と、偏光特性を有する光ファイバで構成される偏光子６
と、電気信号を受けて光路長を変える位相変調器７と、
光ファイバをコイル状に巻いた光ファイバループ８とか
ら成る。この構成は、位相変調方式の光ファイバジャイ
ロの最も基本的な構成である。コントローラ２は、レー
ザダイオード３に電流を供給するレーザダイオード駆動
回路９と、光電変換回路１０と、位相変調器駆動回路１
１と、交流信号発生回路１２と、基本周波数成分検出部
１３と、２倍高調波検出部１４と、４倍高調波検出部１
５と、平滑回路１６、１７、１８と、マイクロコンピュ
ータ１９と、マイクロコンピュータ１９を動作させるた
めの発振器２０と、マイクロコンピュータ１９により演
算された角速度Ωを出力する出力回路２１と、２倍高調
波反転回路２２と、４倍高調波反転回路２３と、加算合
成装置２４と、振幅の大きい２倍波成分と４倍波成分を
除いた信号を増幅して、所定の大きさの基本波成分を得
るための増幅器２５と、基本周波数成分検出部２６と、
平滑回路２７とを備える。フォトダイオード４は、光学
系１からの信号を受信し、光電変換回路１０は、それを
電気信号に変換する。光電変換回路１０の出力信号に
は、位相変調器７を駆動する信号の周波数である位相変
調周波数と同じ周波数である基本周波数を有する成分
と、それの高調波成分とが含まれる。位相変調器駆動回
路１１は、位相変調器７を駆動する。交流信号発生回路
１２は、位相変調器駆動回路１１の信号から基本周波数
の適当な整数倍の周波数と、電気信号と同じ位相とを有
する交流信号を発生する。この実施例では、位相変調周
波数と同じ周波数である基本周波数及びその２倍と４倍
の周波数の交流信号を発生する様にしている。これに応
じて同期検波回路としては、基本周波数成分検出部１
３、２倍高調波検出部１４、４倍高調波検出部１５、お
よび、検出部１３、１４、１５が出力する信号から直流
成分（各高調波の振幅に相当する）を検出するために、
各々の検出部に対応して、平滑回路１６、１７、１８を
設ける。当該電圧を、アナログデジタル変換器（Ａ／
Ｄ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算処理器（ＣＰＵ）より成る
マイクロコンピュータ１９に入力する。本実施例におけ
る光ファイバジャイロの角速度を検知する原理は、公知
のものと同じである。例えば、特開昭６３−２５５６１
２号公報、特開平４−１２０４１６号公報に記載されて
いる。最初に角速度が大きくて、基本波成分が十分に大
きい場合についての動作を述べる。光学系１から得られ
た光を光電変換回路１０で電気信号に変換する。この信
号から基本周波数成分検出部１３と、２倍高調波検出部
１４と、４倍高調波検出部１５により、位相変調周波数
を持つ信号（基本波）と、これの２倍、４倍の周波数を
持つ信号とを抽出する。抽出の仕方は、ロックイン検出
による。これは、測定した信号から特定の周波数を有す
る信号の振幅を求める方法であり、非常に微弱な信号や
ノイズに埋もれた信号を検出するのに使われている。ロ
ックイン検出では検出したい周波数と同じ周波数を有す
るレファレンス信号（交流信号）を作り、これと測定信
号との積を求める。さらにこの積から低域フィルタによ
り直流成分を抽出する。測定信号のうち検出したい周波
数成分Ａｃｏｓωに注目すると、レファレンス信号ｃｏ
ｓ（ω＋φ）との積は、測定信号とレファレンス信号と
の位相差をφとすると、
明する。図１は、本発明の第１の実施例の光ファイバジ
ャイロの構成図であり、１は光ファイバを有しサグナッ
ク干渉計を構成する光学系で、２は電子回路により構成
され、光学系１からの信号により回転角速度を求めるコ
ントローラである。光学系１は、発光素子であるレーザ
ダイオード３と、受光素子であるフォトダイオード４
と、ビームスプリッタであるカプラ５ａ及びカプラ５ｂ
と、偏光特性を有する光ファイバで構成される偏光子６
と、電気信号を受けて光路長を変える位相変調器７と、
光ファイバをコイル状に巻いた光ファイバループ８とか
ら成る。この構成は、位相変調方式の光ファイバジャイ
ロの最も基本的な構成である。コントローラ２は、レー
ザダイオード３に電流を供給するレーザダイオード駆動
回路９と、光電変換回路１０と、位相変調器駆動回路１
１と、交流信号発生回路１２と、基本周波数成分検出部
１３と、２倍高調波検出部１４と、４倍高調波検出部１
５と、平滑回路１６、１７、１８と、マイクロコンピュ
ータ１９と、マイクロコンピュータ１９を動作させるた
めの発振器２０と、マイクロコンピュータ１９により演
算された角速度Ωを出力する出力回路２１と、２倍高調
波反転回路２２と、４倍高調波反転回路２３と、加算合
成装置２４と、振幅の大きい２倍波成分と４倍波成分を
除いた信号を増幅して、所定の大きさの基本波成分を得
るための増幅器２５と、基本周波数成分検出部２６と、
平滑回路２７とを備える。フォトダイオード４は、光学
系１からの信号を受信し、光電変換回路１０は、それを
電気信号に変換する。光電変換回路１０の出力信号に
は、位相変調器７を駆動する信号の周波数である位相変
調周波数と同じ周波数である基本周波数を有する成分
と、それの高調波成分とが含まれる。位相変調器駆動回
路１１は、位相変調器７を駆動する。交流信号発生回路
１２は、位相変調器駆動回路１１の信号から基本周波数
の適当な整数倍の周波数と、電気信号と同じ位相とを有
する交流信号を発生する。この実施例では、位相変調周
波数と同じ周波数である基本周波数及びその２倍と４倍
の周波数の交流信号を発生する様にしている。これに応
じて同期検波回路としては、基本周波数成分検出部１
３、２倍高調波検出部１４、４倍高調波検出部１５、お
よび、検出部１３、１４、１５が出力する信号から直流
成分（各高調波の振幅に相当する）を検出するために、
各々の検出部に対応して、平滑回路１６、１７、１８を
設ける。当該電圧を、アナログデジタル変換器（Ａ／
Ｄ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算処理器（ＣＰＵ）より成る
マイクロコンピュータ１９に入力する。本実施例におけ
る光ファイバジャイロの角速度を検知する原理は、公知
のものと同じである。例えば、特開昭６３−２５５６１
２号公報、特開平４−１２０４１６号公報に記載されて
いる。最初に角速度が大きくて、基本波成分が十分に大
きい場合についての動作を述べる。光学系１から得られ
た光を光電変換回路１０で電気信号に変換する。この信
号から基本周波数成分検出部１３と、２倍高調波検出部
１４と、４倍高調波検出部１５により、位相変調周波数
を持つ信号（基本波）と、これの２倍、４倍の周波数を
持つ信号とを抽出する。抽出の仕方は、ロックイン検出
による。これは、測定した信号から特定の周波数を有す
る信号の振幅を求める方法であり、非常に微弱な信号や
ノイズに埋もれた信号を検出するのに使われている。ロ
ックイン検出では検出したい周波数と同じ周波数を有す
るレファレンス信号（交流信号）を作り、これと測定信
号との積を求める。さらにこの積から低域フィルタによ
り直流成分を抽出する。測定信号のうち検出したい周波
数成分Ａｃｏｓωに注目すると、レファレンス信号ｃｏ
ｓ（ω＋φ）との積は、測定信号とレファレンス信号と
の位相差をφとすると、
【００１３】
【数７】Ａｃｏｓω×ｃｏｓ（ω＋φ）＝Ａｃｏｓφ＋
Ａｃｏｓ（２ω＋φ） である。低域通過フィルタ（平滑回路１６，１７，１
８）で周波数がω以上の成分をカットするようにする
と、低域通過フィルタの出力は直流成分Ａｃｏｓφとな
る。フィルタ出力は、測定信号とレファレンス信号との
位相差φが０のときに、最大値（Ａ）をとり、φ＝π/
２のとき最小値（０）をとる。そこでレファレンス信号
の位相をフィルタ出力が最大になるように設定してお
き、フィルタ出力から信号振幅Ａを求める。
Ａｃｏｓ（２ω＋φ） である。低域通過フィルタ（平滑回路１６，１７，１
８）で周波数がω以上の成分をカットするようにする
と、低域通過フィルタの出力は直流成分Ａｃｏｓφとな
る。フィルタ出力は、測定信号とレファレンス信号との
位相差φが０のときに、最大値（Ａ）をとり、φ＝π/
２のとき最小値（０）をとる。そこでレファレンス信号
の位相をフィルタ出力が最大になるように設定してお
き、フィルタ出力から信号振幅Ａを求める。
【００１４】具体的に、図１により述べる。交流信号発
生回路１２から、基本周波数成分検出部１３と、２倍高
調波検出部１４と、４倍高調波検出部１５にそれぞれ、
基本周波数、２倍周波数、４倍周波数を有する交流信号
が送られる。２倍高調波検出部１４を例に検出部の動作
を述べる。２倍高調波検出部１４は、２倍周波数を有す
る上記交流信号を受けて、上記電気信号と交流信号との
積を求めて出力する。これには、直流成分としては、上
記変調周波数の２倍の周波数を有する信号の振幅のみを
含む。そしてこれを平滑回路１７に送ると、平滑回路１
７は、直流成分を取り出すためのローパスフィルタであ
るため、２倍波成分の振幅のみが平滑回路１７から出力
される。基本周波数成分検出部１３と、４倍高調波検出
部１５と、平滑回路１６、１８も同様に動作して、それ
ぞれ、基本波、４倍波の振幅のみを出力する。得られた
２倍波成分は、温度変化による受信光量の変化に依存し
ない回転角速度を得るために、基本波成分／２倍波成分
を求めるために使われる。４倍波成分は、温度変化によ
る位相変調器の特性変化からくる位相変調度の変化を押
さえて、安定化させるために、４倍波成分／２倍波成分
を求めるために使われる。マイクロコンピュータ１９
は、これらの信号の振幅の比を求めた後、これをＡ／Ｄ
変換する。その後、変換後の値から、角速度を上記関数
関係に基づき、最終的に求める。次に、回転角速度が小
さいときの動作を述べる。この時は、回転角速度が大き
いときと同様に、２倍波と４倍波の振幅は、２倍高調波
検出部１４と、４倍高調波検出部１５と、平滑回路１
７，１８により求める。一方、基本波は、この時は、小
さいため上記の方法ではうまく求められず、以下のよう
にして求める。２倍高調波反転回路２２は、平滑回路１
７の出力と、交流信号発生回路１２からの基本波の２倍
の周波数を有する交流信号とを受けて、これらを乗算す
る。さらに、乗算した信号の位相を１８０度変えること
により、元の電気信号に含まれる２倍高調波信号を反転
させた信号を得る。４倍高調波反転回路２３も同様にし
て、４倍波を反転させた信号を得る。加算合成装置２４
は、２倍高調波反転回路２２の出力と、４倍高調波反転
回路２３の出力と、光電変換回路１０の出力とを加え合
わせる。こうして、電気信号から基本波を除く高調波成
分（特に、２倍及び４倍高調波成分）のみが除去され
る。除去後の信号を増幅器２５で所定の大きさまで増幅
した後、前述の同期検波回路と同様に動作する基本周波
数成分検出部２６と平滑回路２７により、高精度の基本
波成分信号が直流の電圧レベルとして得られる。これを
マイクロコンピュ−タ１９に入力することにより、２倍
高調波検出部１４と、４倍高調波検出部１５と、平滑回
路１７，１８により求められた、２倍波、４倍波も利用
して、低回転角速度を高精度に演算することが出来る。
本実施例によれば、簡単な回路で、かつ容易に、位相変
調器の変調周波数である基本波以外の高調波成分を選択
的に除去でき、高価な（高精度・高性能）素子の使用
や、調整作業が不要である。つぎに、図２により、第２
の実施例を説明する。これは、高回転時は、第１の実施
例と同じ動作をするが、低回転時は、２倍高調波反転回
路２２と、４倍高調波反転回路２３を用いないで、交流
信号発生回路１２回路からの交流信号の振幅および位相
調整（反転）することにより、２倍高調波反転信号と、
４倍高調波反転信号を求めるものである。図２は、本発
明の第２の実施例の光ファイバジャイロの構成図であ
り、１は光ファイバによるサグナック干渉計を構成する
光学系で、２０１は電子回路により構成され、光学系１
の信号より回転角速度を求めるコントローラである。光
学系１は、発光素子であるレーザダイオード３と、受光
素子であるフォトダイオード４と、ビームスプリッタで
あるカプラ５ａ及びカプラ５ｂと、偏光特性を有する光
ファイバで構成される偏光子６と、電気信号を受けて光
路長を変える位相変調器７と、光ファイバをコイル状に
巻いた光ファイバループ８とから成る。コントローラ２
０１は、レーザダイオード３に電流を供給するレーザダ
イオード駆動回路９と、光電変換回路１０と、位相変調
器駆動回路１１と、交流信号発生回路１２と、基本周波
数成分検出部１３と、２倍高調波検出部１４と、４倍高
調波検出部１５と、平滑回路１６、１７、１８と、マイ
クロコンピュータ１９と、マイクロコンピュータ１９を
動作させるための発振器２０と、マイクロコンピュータ
１９により演算された角速度Ωを出力する出力回路２１
と、２倍高調波発生回路２２１と、４倍高調波発生回路
２３１と、加算合成装置２４と、増幅器２５と、基本周
波数成分検出部２６と、平滑回路２７とを備える。高回
転時の動作は、図１と同じであるから、低回転時の動作
について、以下述べる。２倍高調波発生回路２２１は、
ローパスフィルタを２個、直列に接続したものである。
最初のローパスフィルタは、交流信号発生回路１２から
の基本波の２倍の周波数を有する交流信号を受けて、交
流信号とは位相が９０度異なる交流信号を得る。次のロ
ーパスフィルタは、この信号を受けて、さらに位相が９
０度異なる信号を得る。振幅については、事前に実験に
より求めておき、実験値に合わせるようにする。４倍高
調波発生回路２３１も同様にして、４倍波を反転させた
信号を得る。加算合成装置２４は、２倍高調波発生回路
２２１の出力と、４倍高調波発生回路２３１の出力と、
光電変換回路１０の出力とを加え合わせる。こうして、
電気信号から基本波を除く高調波成分（特に、２倍及び
４倍高調波成分）のみが除去される。
生回路１２から、基本周波数成分検出部１３と、２倍高
調波検出部１４と、４倍高調波検出部１５にそれぞれ、
基本周波数、２倍周波数、４倍周波数を有する交流信号
が送られる。２倍高調波検出部１４を例に検出部の動作
を述べる。２倍高調波検出部１４は、２倍周波数を有す
る上記交流信号を受けて、上記電気信号と交流信号との
積を求めて出力する。これには、直流成分としては、上
記変調周波数の２倍の周波数を有する信号の振幅のみを
含む。そしてこれを平滑回路１７に送ると、平滑回路１
７は、直流成分を取り出すためのローパスフィルタであ
るため、２倍波成分の振幅のみが平滑回路１７から出力
される。基本周波数成分検出部１３と、４倍高調波検出
部１５と、平滑回路１６、１８も同様に動作して、それ
ぞれ、基本波、４倍波の振幅のみを出力する。得られた
２倍波成分は、温度変化による受信光量の変化に依存し
ない回転角速度を得るために、基本波成分／２倍波成分
を求めるために使われる。４倍波成分は、温度変化によ
る位相変調器の特性変化からくる位相変調度の変化を押
さえて、安定化させるために、４倍波成分／２倍波成分
を求めるために使われる。マイクロコンピュータ１９
は、これらの信号の振幅の比を求めた後、これをＡ／Ｄ
変換する。その後、変換後の値から、角速度を上記関数
関係に基づき、最終的に求める。次に、回転角速度が小
さいときの動作を述べる。この時は、回転角速度が大き
いときと同様に、２倍波と４倍波の振幅は、２倍高調波
検出部１４と、４倍高調波検出部１５と、平滑回路１
７，１８により求める。一方、基本波は、この時は、小
さいため上記の方法ではうまく求められず、以下のよう
にして求める。２倍高調波反転回路２２は、平滑回路１
７の出力と、交流信号発生回路１２からの基本波の２倍
の周波数を有する交流信号とを受けて、これらを乗算す
る。さらに、乗算した信号の位相を１８０度変えること
により、元の電気信号に含まれる２倍高調波信号を反転
させた信号を得る。４倍高調波反転回路２３も同様にし
て、４倍波を反転させた信号を得る。加算合成装置２４
は、２倍高調波反転回路２２の出力と、４倍高調波反転
回路２３の出力と、光電変換回路１０の出力とを加え合
わせる。こうして、電気信号から基本波を除く高調波成
分（特に、２倍及び４倍高調波成分）のみが除去され
る。除去後の信号を増幅器２５で所定の大きさまで増幅
した後、前述の同期検波回路と同様に動作する基本周波
数成分検出部２６と平滑回路２７により、高精度の基本
波成分信号が直流の電圧レベルとして得られる。これを
マイクロコンピュ−タ１９に入力することにより、２倍
高調波検出部１４と、４倍高調波検出部１５と、平滑回
路１７，１８により求められた、２倍波、４倍波も利用
して、低回転角速度を高精度に演算することが出来る。
本実施例によれば、簡単な回路で、かつ容易に、位相変
調器の変調周波数である基本波以外の高調波成分を選択
的に除去でき、高価な（高精度・高性能）素子の使用
や、調整作業が不要である。つぎに、図２により、第２
の実施例を説明する。これは、高回転時は、第１の実施
例と同じ動作をするが、低回転時は、２倍高調波反転回
路２２と、４倍高調波反転回路２３を用いないで、交流
信号発生回路１２回路からの交流信号の振幅および位相
調整（反転）することにより、２倍高調波反転信号と、
４倍高調波反転信号を求めるものである。図２は、本発
明の第２の実施例の光ファイバジャイロの構成図であ
り、１は光ファイバによるサグナック干渉計を構成する
光学系で、２０１は電子回路により構成され、光学系１
の信号より回転角速度を求めるコントローラである。光
学系１は、発光素子であるレーザダイオード３と、受光
素子であるフォトダイオード４と、ビームスプリッタで
あるカプラ５ａ及びカプラ５ｂと、偏光特性を有する光
ファイバで構成される偏光子６と、電気信号を受けて光
路長を変える位相変調器７と、光ファイバをコイル状に
巻いた光ファイバループ８とから成る。コントローラ２
０１は、レーザダイオード３に電流を供給するレーザダ
イオード駆動回路９と、光電変換回路１０と、位相変調
器駆動回路１１と、交流信号発生回路１２と、基本周波
数成分検出部１３と、２倍高調波検出部１４と、４倍高
調波検出部１５と、平滑回路１６、１７、１８と、マイ
クロコンピュータ１９と、マイクロコンピュータ１９を
動作させるための発振器２０と、マイクロコンピュータ
１９により演算された角速度Ωを出力する出力回路２１
と、２倍高調波発生回路２２１と、４倍高調波発生回路
２３１と、加算合成装置２４と、増幅器２５と、基本周
波数成分検出部２６と、平滑回路２７とを備える。高回
転時の動作は、図１と同じであるから、低回転時の動作
について、以下述べる。２倍高調波発生回路２２１は、
ローパスフィルタを２個、直列に接続したものである。
最初のローパスフィルタは、交流信号発生回路１２から
の基本波の２倍の周波数を有する交流信号を受けて、交
流信号とは位相が９０度異なる交流信号を得る。次のロ
ーパスフィルタは、この信号を受けて、さらに位相が９
０度異なる信号を得る。振幅については、事前に実験に
より求めておき、実験値に合わせるようにする。４倍高
調波発生回路２３１も同様にして、４倍波を反転させた
信号を得る。加算合成装置２４は、２倍高調波発生回路
２２１の出力と、４倍高調波発生回路２３１の出力と、
光電変換回路１０の出力とを加え合わせる。こうして、
電気信号から基本波を除く高調波成分（特に、２倍及び
４倍高調波成分）のみが除去される。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、電気信号から基本波を
除く高調波成分のみを安定に、かつ、選択的に除去でき
る、安価な方法が得られ、低コスト化を実現することが
できる。
除く高調波成分のみを安定に、かつ、選択的に除去でき
る、安価な方法が得られ、低コスト化を実現することが
できる。
【図１】第１の実施例の光ファイバジャイロのブロック
図である。
図である。
【図２】第２の実施例の光ファイバジャイロのブロック
図である。
図である。
【図３】従来技術に係る光ファイバジャイロのブロック
図である。
図である。
１--光学系、２--コントローラ、１１--位相変調器駆動
回路、１２--交流信号発生回路、１３--基本周波数成分
検出部、１４--２倍高調波検出部、１５--４倍高調波検
出部、１６，１７，１８−平滑回路、１９--マイクロコ
ンピュータ、２２--２倍高調波反転回路、２３--４倍高
調波反転回路、２４--加算合成装置、２５--増幅器、２
６--基本周波数成分検出部。
回路、１２--交流信号発生回路、１３--基本周波数成分
検出部、１４--２倍高調波検出部、１５--４倍高調波検
出部、１６，１７，１８−平滑回路、１９--マイクロコ
ンピュータ、２２--２倍高調波反転回路、２３--４倍高
調波反転回路、２４--加算合成装置、２５--増幅器、２
６--基本周波数成分検出部。
フロントページの続き (72)発明者 鹿子幡 庸雄 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 野田 淳一 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 ３ 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】角速度を検出するために、異なる方向回り
の２つの光を予め定められた変調周波数で位相変調した
あと、当該２つの光を干渉させた光信号を得、さらに、
当該光信号に含まれる信号のうち変調周波数およびその
整数倍の周波数を有する信号を抽出し、変調周波数を有
する信号の振幅と整数倍の周波数を有する信号の振幅と
の比から角速度を求める光ファイバジャイロにおいて、 上記得られた光信号を電気信号に変える光電変換手段
と、 上記電気信号に含まれる、上記変調周波数の２倍以上か
つ整数倍の周波数を有する高調波信号に対して、位相が
１８０度異なり、振幅が同じ信号を生成する高調波信号
生成手段と、 上記電気信号から上記生成された高調波信号を加算し
て、当該電気信号から当該高調波信号を除去する加算手
段とを有し、 除去後の信号から、変調周波数を有する信号の振幅を求
めることを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】請求項１記載の光ファイバジャイロにおい
て、 上記電気信号に含まれる、上記変調周波数の２倍以上か
つ整数倍の周波数を有する信号と、周波数および位相が
一致した交流信号を発生する交流信号発生手段を有し、 上記高調波信号生成手段は、 上記交流信号を受けて、同期検波により、上記電気信号
から上記変調周波数の２倍以上かつ整数倍の周波数を有
する信号の振幅を得る同期検波手段と、 上記交流信号と、上記同期検波手段によりえられた振幅
とを乗算し、さらに、乗算した信号の位相を１８０度変
える反転手段とを有することを特徴とする光ファイバジ
ャイロ。 - 【請求項３】請求項１記載の光ファイバジャイロにおい
て、 上記電気信号に含まれる、上記変調周波数の２倍以上か
つ整数倍の周波数を有する信号と、周波数および位相が
一致した交流信号を発生する交流信号発生手段を有し、 上記高調波信号生成手段は、 上記交流信号を受けて、当該交流信号と位相が１８０度
異なる交流信号を得る交流信号生成手段と、 上記交流信号が入力され、当該交流信号を、上記電気信
号に含まれる上記変調周波数の２倍以上かつ整数倍の周
波数を有する信号と同じ振幅にする増幅手段とを有する
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項４】請求項３記載の光ファイバジャイロにおい
て、 ローパスフィルタを有し、 上記ローパスフィルタは、上記交流信号生成手段と、上
記増幅手段との機能を有することを特徴とする光ファイ
バジャイロ。 - 【請求項５】請求項１、２、３または４記載の光ファイ
バジャイロにおいて、 変調周波数の整数倍の周波数を有する信号として、２
倍、および４倍の周波数を有する信号を使用することを
特徴とする光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31203093A JPH07167663A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31203093A JPH07167663A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 光ファイバジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167663A true JPH07167663A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18024380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31203093A Pending JPH07167663A (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07167663A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010210611A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | 共振器光ファイバージャイロスコープに最適な利得と雑音制御を提供する信号調節 |
| JP2010281819A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Honeywell Internatl Inc | 共振器光ファイバジャイロスコープにおいて変調歪み速度検知誤差を抑制するための方法及び増幅段階 |
| CN110455271A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-11-15 | 深圳市度彼电子有限公司 | 光纤陀螺仪 |
-
1993
- 1993-12-13 JP JP31203093A patent/JPH07167663A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010210611A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Honeywell Internatl Inc | 共振器光ファイバージャイロスコープに最適な利得と雑音制御を提供する信号調節 |
| JP2010281819A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Honeywell Internatl Inc | 共振器光ファイバジャイロスコープにおいて変調歪み速度検知誤差を抑制するための方法及び増幅段階 |
| CN110455271A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-11-15 | 深圳市度彼电子有限公司 | 光纤陀螺仪 |
| CN110455271B (zh) * | 2019-09-20 | 2024-05-31 | 深圳市长毛象电子有限公司 | 光纤陀螺仪 |
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