JPH08320234A - Optical fiber gyroscope - Google Patents

Optical fiber gyroscope

Info

Publication number
JPH08320234A
JPH08320234A JP15102295A JP15102295A JPH08320234A JP H08320234 A JPH08320234 A JP H08320234A JP 15102295 A JP15102295 A JP 15102295A JP 15102295 A JP15102295 A JP 15102295A JP H08320234 A JPH08320234 A JP H08320234A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
optical fiber
angular velocity
harmonic component
phase difference
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.)
Pending
Application number
JP15102295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP15102295A priority Critical patent/JPH08320234A/en
Publication of JPH08320234A publication Critical patent/JPH08320234A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To provide an optical fiber gyroscope wide in a measuring range. CONSTITUTION: An output signal from the light receiver of an optical fiber gyroscope is sent to synchronous wave detectors of a signal processing circuit through a preamplifier 16. The output signal includes the frequency (basic wave) component (fm) of a phase modulator and higher harmonic components (2fm-4fm) and passes synchronous detectors 17-20 respectively by the synchronizing signal of a transmitter 23 so as to be inputted to a CPU 22 through an A/D converter 21. The CPU 22 computes angular velocity using the value of each component but discriminates the grade on the basis of the specified reference value so as to compute switching from operation based on even order higher harmonic components to operation based on odd order higher harmonic components. An input angular velocity range can be enlarged by a large margin by supplementing an area heretofore out of accurate operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバジャイロ、特
に位相変調方式の光ファイバジャイロに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro, and more particularly to a phase modulation type optical fiber gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】位相変調方式を用いた光ファイバジャイ
ロの構成を示した図1により、従来の光ファイバジャイ
ロの構成と作用を説明する。光ファイバジャイロの光学
系は、通常レーザ光源を使用した光源1、偏光子2、セ
ンシングループ(光ファイバコイル)3、受光器4及び
プリアンプ5、2個の光カプラ6a、6bで構成されて
いる。センシングループ3の一端には伝搬光を位相変調
するための位相変調器7が設置されている。このような
構成において光源1から出射されたレーザ光は、光カプ
ラ6a、偏光子2を経由し光カプラ6bにより2つに分
岐され、センシングループ3に左回り光及び右回り光と
して送りこまれる。センシングループ3を伝搬した光
は、光カプラ6bによって再び合成され、偏光子2及び
光カプラ6aを経由して受光器4に導かれる。センシン
グループ3が、移動体と共にある角速度Ωをもって回転
すると、左右両回り光の間にサニャック(sagna
c)効果による位相差(以下、サニャク位相差という)
φS が発生する。サニャック位相差φS とセンシングル
ープ3の角速度Ωとの間には、次式で表される比例関係
が成立する。
2. Description of the Related Art The configuration and operation of a conventional optical fiber gyro will be described with reference to FIG. 1 showing the configuration of an optical fiber gyro using a phase modulation method. The optical system of the optical fiber gyro is usually composed of a light source 1 using a laser light source, a polarizer 2, a sensing loop (optical fiber coil) 3, a light receiver 4 and a preamplifier 5, and two optical couplers 6a and 6b. . A phase modulator 7 for phase-modulating the propagation light is installed at one end of the sensing loop 3. In such a configuration, the laser light emitted from the light source 1 is branched into two by the optical coupler 6b via the optical coupler 6a and the polarizer 2, and is sent to the sensing loop 3 as left-handed light and right-handed light. The light propagating through the sensing loop 3 is recombined by the optical coupler 6b and guided to the light receiver 4 via the polarizer 2 and the optical coupler 6a. When the sensing loop 3 rotates with the moving body at an angular velocity Ω, a Sagnac (sagna) is generated between the left and right lights.
c) Phase difference due to effect (hereinafter referred to as Sagnac phase difference)
φ S occurs. A proportional relationship expressed by the following equation is established between the Sagnac phase difference φ S and the angular velocity Ω of the sensing loop 3.

【0003】[0003]

【数1】 但し、a:スケールファクタ λ:光源の波長 R:センシングループ径 c:光速 l:センシングループ長 したがって、左右両回り光の間の位相差(サニャック位
相差φS )を計測することにより角速度Ωを求めること
ができる。受光器4によって光電変換された出力信号
は、プリアンプ5を介して信号処理回路8に送られる。
信号処理回路8は、同期検波器9、A/D変換器10、
中央処理装置(CPU)11及び同期信号発信器(以
下、発信器という)12から構成されている。光学系に
設置された位相変調器7は、発信器12からD/A変換
器13及びローパスフィルタ(LPF)14を介して供
給される一定周波数の正弦波信号を受けて作動し、左右
両回り光に対して所定の強度(位相変調度m)で位相変
調を加える。この結果、受光器4からの出力信号は、位
相変調周波数(基本波)の信号成分とその高調波である
複数の信号成分とを含むことになる。一般に、受光器4
を介して取り出した出力信号の瞬時値Pは、左右両回り
光の振幅(最大値)をそれぞれPL 及びPR とすると次
式で表される。
[Equation 1] However, a: Scale factor λ: Wavelength of light source R: Sensing loop diameter c: Speed of light l: Sensing loop length Therefore, the angular velocity Ω can be calculated by measuring the phase difference (Sagnac phase difference φ S ) between left and right light. You can ask. The output signal photoelectrically converted by the light receiver 4 is sent to the signal processing circuit 8 via the preamplifier 5.
The signal processing circuit 8 includes a synchronous detector 9, an A / D converter 10,
It is composed of a central processing unit (CPU) 11 and a sync signal transmitter (hereinafter referred to as a transmitter) 12. The phase modulator 7 installed in the optical system operates by receiving a sine wave signal of a constant frequency supplied from the oscillator 12 via the D / A converter 13 and the low-pass filter (LPF) 14, and rotates both left and right. Phase modulation is applied to light at a predetermined intensity (phase modulation degree m). As a result, the output signal from the light receiver 4 includes a signal component of the phase modulation frequency (fundamental wave) and a plurality of signal components that are harmonics thereof. Generally, the light receiver 4
The instantaneous value P of the output signal taken out through is expressed by the following equation, where the amplitudes (maximum values) of the left and right light beams are P L and P R , respectively.

【0004】[0004]

【数2】 但し、mは位相変調度、fm は位相変調周波数、J
O(m) 〜J4(m) は位相変調度mを引数とするベッセル
関数、φS はサニャック位相差である。受光器4の出力
信号は、プリアンプ5を介して同期検波器9に導かれ、
発信器12から供給される同期信号の制御のもとで所望
の周波数成分ごとに同期検波される。同期検波された基
本波成分、2倍調波成分、3倍調波成分及び4倍調波成
分をそれぞれS1 、S2 、S3 、S4 と表示すると、前
記数2より次式数3〜数6を求めることができる。
[Equation 2] However, m is the phase modulation, f m is the phase modulation frequency, J
O (m) to J 4 (m) are Bessel functions with the phase modulation degree m as an argument, and φ S is a Sagnac phase difference. The output signal of the light receiver 4 is guided to the synchronous detector 9 via the preamplifier 5,
Synchronous detection is performed for each desired frequency component under the control of the synchronization signal supplied from the oscillator 12. When the fundamental wave component, the second harmonic component, the third harmonic component, and the fourth harmonic component that have been synchronously detected are represented as S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 , respectively, from the above equation 2, the following equation 3 ~ Equation 6 can be obtained.

【0005】[0005]

【数3】 (Equation 3)

【0006】[0006]

【数4】 [Equation 4]

【0007】[0007]

【数5】 (Equation 5)

【0008】[0008]

【数6】 前記数3、数4より基本波成分S1 と2倍調波成分S2
との比を求めると、
(Equation 6) From the equations 3 and 4, the fundamental wave component S 1 and the second harmonic component S 2
When you find the ratio of

【0009】[0009]

【数7】 となり、サニャック位相差φS は数8で表される。(Equation 7) Therefore, the Sagnac phase difference φ S is expressed by Eq.

【0010】[0010]

【数8】 これを前記数1を用いて変形すると角速度Ωは次式数9
で表すことができる。
(Equation 8) When this is transformed by using the above-mentioned equation 1, the angular velocity Ω is given by the following equation 9.
Can be represented by

【0011】[0011]

【数9】 また前記数4、数6より4倍調波成分と2倍調波成分と
の比を求めると、次式数10が得られる。
[Equation 9] Further, when the ratio of the 4th harmonic component and the 2nd harmonic component is obtained from the equations 4 and 6, the following equation 10 is obtained.

【0012】[0012]

【数10】 このようにして求めた数10に基づいて以下の手法によ
り角速度Ωが求められる。 (1)比 (S4/S2)が一定になるように位相変調器7を
制御した場合には、mは一定値となり、したがってJ
2(m)/J1(m) の値が一定値になるため定数を代入し、
1/S2 の計測値と乗算した結果を数9のarctan
関数に代入して角速度Ωを求める。 (2)比 (S4/S2)が一定になるように位相変調器7を
制御しない場合には、J4(m)/J2(m) の値とJ2(m)/
1(m) の値との対応表を別途計算により作成し予めメ
モリに記憶させておき、S4/S2 の計測値から数10の
関係に基づいて当該対照表を検索してJ2(m)/J1(m)
を求め、S1/S2 の計測値と乗算した結果を数9のar
ctan関数に代入して角速度Ωを求める。 (3)数9のarctan関数を演算する代わりに、数
9の括弧内の値と、光ファイバジャイロの校正に使用さ
れるレートターンテーブルの角速度を、電気的に書き換
え可能な記憶素子15に予め記憶させておき、数9の括
弧内の値が得られたときにCPUによりデータ検索して
角速度Ωを求める。
[Equation 10] The angular velocity Ω is obtained by the following method based on the equation 10 thus obtained. (1) When the phase modulator 7 is controlled so that the ratio (S 4 / S 2 ) becomes constant, m becomes a constant value, and therefore J
Substituting a constant because the value of 2 (m) / J 1 (m) is constant,
The result of multiplying the measured value of S 1 / S 2 by arctan
Substitute into the function to obtain the angular velocity Ω. (2) When the phase modulator 7 is not controlled so that the ratio (S 4 / S 2 ) becomes constant, the values of J 4 (m) / J 2 (m) and J 2 (m) /
The correspondence table with the value of J 1 (m) is created by separate calculation and stored in the memory in advance, and the comparison table is searched based on the relationship of equation 10 from the measured value of S 4 / S 2 and J 2 (m) / J 1 (m)
And the result of multiplying the measured value of S 1 / S 2 by ar
The angular velocity Ω is obtained by substituting it in the ctan function. (3) Instead of calculating the arctan function of Equation 9, the value in parentheses of Equation 9 and the angular velocity of the rate turntable used for calibration of the optical fiber gyro are stored in the electrically rewritable storage element 15 in advance. It is stored, and when the value in the parentheses of the equation 9 is obtained, the CPU retrieves data to obtain the angular velocity Ω.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】数4、数6から明らか
なようにサニャック位相差 |φS|が90度に近づくと、
偶数次高調波成分が零に近づくため、数10を求めるこ
とが不可能になる。したがって、従来は入力される角速
度範囲を狭くして、 |φS|≦60度になるように設計し
ていた。このため、入力角速度範囲が狭いという問題点
があった。一方、従来の光ファイバジャイロの故障判定
法は、光ファイバジャイロに入力される角速度が |φS|
≦60度に制限されていたため、偶数次高調波成分のう
ちの1つで実行していた。故障と判定されるものは、例
えば、数4で表される2倍調波成分のレベル減少をその
手段として用いると、光出力信号の低下が検出され、
光源故障、光ファイバ断線、位相変調器異常、受
光器故障、プリント基板配線断線が発見できる。しか
しながら、 |φS|が大きくなると故障と判定されるた
め、入力角速度範囲を拡げた時に使用できないという問
題点があった。本発明は、同一のスケールファクタを有
する光学系からなる光ファイバジャイロに対し、入力角
速度範囲を広く設計できる手段を追加することにより、
価格を上げることなく、計測幅が広い光ファイバジャイ
ロを提供することを目的とする。
As is clear from equations (4) and (6), when the Sagnac phase difference | φ S | approaches 90 degrees,
Since the even harmonic components approach zero, it becomes impossible to obtain Equation 10. Therefore, conventionally, the input angular velocity range is narrowed and designed so that | φ S | ≦ 60 degrees. Therefore, there is a problem that the input angular velocity range is narrow. On the other hand, in the conventional method for determining the failure of an optical fiber gyro, the angular velocity input to the optical fiber gyro is | φ S |
Since it was limited to ≤60 degrees, it was performed on one of the even harmonic components. If the level of the 2nd harmonic component expressed by the equation 4 is used as a means for determining a failure, a decrease in the optical output signal is detected,
Light source failure, optical fiber disconnection, phase modulator abnormality, light receiver failure, and printed circuit board wiring disconnection can be found. However, when | φ S | becomes large, it is determined to be a failure, so there is a problem that it cannot be used when the input angular velocity range is expanded. The present invention, by adding a means capable of designing a wide input angular velocity range to an optical fiber gyro composed of an optical system having the same scale factor,
It is an object of the present invention to provide an optical fiber gyro with a wide measurement width without increasing the price.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、サニャック位
相差φS の余弦値の絶対値が大きい領域においては、偶
数次高調波成分又は2つの偶数次高調波成分の比により
位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制御する
か、又はその値を用いて角速度を演算し、一方、サニャ
ック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領域において
は、奇数次高調波成分又は2つの奇数次高調波成分の比
により位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制
御するか、又はその値を用いて角速度を演算したことに
ある。サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい
領域と小さい領域との切換えは、cos(60度)とco
s(75度)の2点の範囲内で行うことが望ましい。一
方、故障判定については、奇数次高調波成分と偶数次高
調波成分の2乗和の平方根を演算し、判定基準値と比較
して行うこととした。角速度の演算については、偶数次
高調波成分の符号により、奇数次高調波成分の正弦関数
の折り返しを判定して実行する。
According to the present invention, in a region where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large, the phase modulation degree is determined by the even harmonic component or the ratio of two even harmonic components. Obtain an equivalent value and control it to be constant, or use that value to calculate the angular velocity.On the other hand, in the region where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is small, the odd harmonic component Alternatively, a value equivalent to the degree of phase modulation is obtained from the ratio of two odd-order harmonic components, and the value is controlled to be constant, or the angular velocity is calculated using the value. Switching between the region where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large and the region where it is small is cos (60 degrees) and co
It is desirable to do it within the range of 2 points of s (75 degrees). On the other hand, the failure determination is performed by calculating the square root of the sum of squares of the odd-order harmonic components and the even-order harmonic components and comparing it with the determination reference value. The calculation of the angular velocity is executed by determining the folding of the sine function of the odd-numbered harmonic component based on the sign of the even-numbered harmonic component.

【0015】[0015]

【実施例】光ファイバジャイロの光学系は図1に示した
ものを使用する。信号処理回路も基本的な構成は図1の
ものと変わらない。同期検波器は図2に示すように基本
波、2倍調波、3倍調波、4倍調波を検出するため、4
系統使用する。各出力はA/D変換され、デジタルデー
タとしてCPUに取り込まれる。CPUの内部では各調
波成分のレベルを以下の基準に従って判定し、角速度を
求める。 (1)サニャック位相差のレベル判定には、2倍調波成
分を用いる。 (2)奇数次調波成分の比は基本波及び3倍調波成分の
比を用いる。 S3/S1 =J3(m)/J1(m) (3)2倍調波成分S2 の状態と数9の括弧内の値の状
態とによって、表1のように場合分けされた計算式に従
い、角速度Ωを求める。なお、説明を簡単にするため、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical system of an optical fiber gyro uses the one shown in FIG. The basic configuration of the signal processing circuit is the same as that of FIG. The synchronous detector detects the fundamental wave, the second harmonic wave, the third harmonic wave, and the fourth harmonic wave as shown in FIG.
Use the system. Each output is A / D converted and taken into the CPU as digital data. Inside the CPU, the level of each harmonic component is determined according to the following criteria to obtain the angular velocity. (1) A double harmonic component is used for the level determination of the Sagnac phase difference. (2) The ratio of the fundamental wave and the triple harmonic component is used as the ratio of the odd-order harmonic components. S 3 / S 1 = J 3 (m) / J 1 (m) (3) Cases are classified as shown in Table 1 according to the state of the second harmonic component S 2 and the state of the value in parentheses of the equation 9. Calculate the angular velocity Ω according to the calculation formula. In addition, in order to simplify the explanation,

【0016】[0016]

【数11】 かつ、a=1とする。[Equation 11] In addition, a = 1.

【0017】[0017]

【表1】 表1の場合分けは次の理由による。図3(イ)は、サニ
ャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を示
したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数次
調波成分は正弦関数に従い変化する。図3(ロ)は、サ
ニャック位相差に対するXの変化を示したもの、(ハ)
はarctan関数の変化を示したものであるが、2つ
の不連続点があることがわかる。また、(ロ)、(ハ)
中に図示したように、1つのX値に対しφS 、tan-1
(X)として2つの解があることがわかる。これらの問
題を解消するために、図3(イ)においてφS を45度
ずつ8つの領域に分割し、各領域をS2 及びXの状態か
ら判別することによって、表1に示す場合分けされた計
算式からΩを算出するようにしている。ところで、サニ
ャック位相差φS の余弦値は従来、cos (60度) =
0.5までは実績があり、また実績はないが設計上、c
os (75度) ≒0.25を越えると誤差が大きくなる
(A/D変換器の2bit欠落に相当する)。このため
2又はS4 の強度を検知しながらその値が一定基準値
より小さくなったときは、位相変調度と等価な値の算出
をS4/S2 からS3/S1 に切換えて行う。基準値として
は、サニャック位相差φS の余弦値の絶対値がcos
(60度)乃至cos(75度)の範囲に相当する値を選択
することが望ましい。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (S4/S2)(=J
4(m)/J2(m))に基づいて、D/A変換器13を介して
位相変調器7の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (S4/S2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (S4/S2)が一定になるように位
相変調器7を制御する場合は、mは一定値であり、した
がって、J2(m)/J1(m) の値が一定値となるため定数
とし、S1 、S2 の計測値を数11に代入してXの値を
求める。そして、S2 とXの状態を判別し、表1に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
(S4 /S2)が一定になるように位相変調器7を制御し
ない場合は、J4(m)/J2(m) の値とJ2(m)/J1(m)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ15
に記憶させておき、S4 、S2 の計測値から数10の関
係に基づいて当該対照表を検索してJ2(m)/J1(m) を
求め、S1 、S2 の計測値から数11よりXの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (S4/S2)
から(S3/S1) (=J3(m)/J1(m))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比(S3/S1)が一定になるよう
に位相変調器7を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたJ3(m)/J
1(m) の値とJ2(m)/J1(m) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、CPUにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を2つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、1つの偶数次高調波成分
もしくは1つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、2倍調波を使用する場合、J2(m) =
0になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω=(1/a)×{J4(m)/J1(m) ×S1/
4}におけるJ4(m)/J1(m) を定数として、S1 、S
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (S2n)2
(S2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はCPUによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第3次調波を用い、偶
数次高調波成分として第2次、第4次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では2カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを1つ省略した1
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
[Table 1] The case classification in Table 1 is based on the following reasons. FIG. 3A is a graph showing the output change of each frequency component with respect to the Sagnac phase difference φ S. The even-order harmonic component changes according to the cosine function, and the odd-order harmonic component changes according to the sine function. FIG. 3B shows the change of X with respect to the Sagnac phase difference, (C)
Shows the change of the arctan function, but it can be seen that there are two discontinuities. Also, (b), (c)
As shown in the figure, for one X value, φ S , tan -1
It can be seen that there are two solutions for (X). In order to solve these problems, in FIG. 3A, φ S is divided into eight regions by 45 degrees, and each region is distinguished from the states of S 2 and X. Ω is calculated from the above formula. By the way, the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is conventionally cos (60 degrees) =
It has a track record up to 0.5, and there is no track record, but c
When os (75 degrees) ≈0.25 is exceeded, the error becomes large (corresponding to the lack of 2 bits in the A / D converter). Therefore, when the value of S 2 or S 4 becomes smaller than a certain reference value while detecting the intensity, the calculation of the value equivalent to the phase modulation degree is switched from S 4 / S 2 to S 3 / S 1. To do. As the reference value, the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is cos.
It is desirable to select a value corresponding to the range of (60 degrees) to cos (75 degrees). Hereinafter, a specific example of the processing will be described. (i) Processing in the area where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large. As a value equivalent to the degree of phase modulation, the ratio (S 4 / S 2 ) (= J
Based on 4 (m) / J 2 (m)), this value is controlled to a constant value by controlling the modulation amplitude of the phase modulator 7 via the D / A converter 13, or the ratio (S The angular velocity is calculated using the value of 4 / S 2 ). When controlling the phase modulator 7 so that the ratio (S 4 / S 2 ) is constant, m is a constant value, and therefore the value of J 2 (m) / J 1 (m) is a constant value. Therefore, the value of X is obtained by substituting the measured values of S 1 and S 2 into Equation 11 as a constant. Then, the states of S 2 and X are discriminated, and the angular velocity Ω is calculated by the predetermined calculation formula shown in Table 1. When the phase modulator 7 is not controlled so that the ratio (S 4 / S 2 ) becomes constant, the value of J 4 (m) / J 2 (m) and the value of J 2 (m) / J 1 (m )
The correspondence table with the value of
Then, the reference table is searched from the measured values of S 4 and S 2 based on the relationship of Equation 10 to obtain J 2 (m) / J 1 (m), and the measurement of S 1 and S 2 is performed. From the value, the value of X is calculated from Equation 11. Then, the angular velocity Ω is calculated by the same discrimination method. (ii) Processing in a region in which the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is small In this case, the ratio (S 4 / S 2 )
To (S 3 / S 1 ) (= J 3 (m) / J 1 (m)) and the same process is performed. When the phase modulator 7 is not controlled so that the ratio (S 3 / S 1 ) becomes constant, J 3 (m) / J which is separately calculated and stored in the memory in advance.
It is assumed that the correspondence table between the value of 1 (m) and the value of J 2 (m) / J 1 (m) is searched. In consideration of the above cases, the relationship between the angular velocity of the rate turntable and the output value of each frequency component may be tabulated and stored in the memory, and the CPU may search for the angular velocity Ω. It should be noted that instead of obtaining a value equivalent to the degree of phase modulation from the ratio of two even-order harmonic components or the ratio of odd-order harmonic components, the value of one even-order harmonic component or one odd-order harmonic component Can also be used. For example, when using the 2nd harmonic, J 2 (m) =
The voltage amplitude applied to the phase modulator is controlled so that it becomes 0, and Ω = (1 / a) × {J 4 (m) / J 1 (m) × S 1 /
Let J 4 (m) / J 1 (m) in S 4 } be a constant, S 1 , S
Calculate from the measured value of 4 . Furthermore, in order to determine the failure of the optical fiber gyro, only the even harmonic components were conventionally used, but by adjusting the amplification degree of the odd harmonic components, the even harmonic components and the constant term are set to the same level. And (S 2n ) 2
The sum of (S 2n + 1 ) 2 is obtained, the trigonometric function is removed, the square root of the value is calculated, and the calculated value and the judgment reference value are compared. These calculations are performed by the CPU. In this embodiment,
The fundamental wave and the third harmonic are used as the odd harmonic components, and the second and fourth harmonic signals are used as the even harmonic components, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the processing may be performed using the signal of the order. Further, in the present embodiment, the description has been made by using the two coupler type optical system,
Place the photo detector behind the light source and omit one coupler 1
A coupler type optical system may be used.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明はサニャック位相差の余弦値の小
さい領域において、奇数次高調波成分を用いて位相変調
度を求めることにより、従来は変調度が精度良く制御又
は演算できなかった領域を補完したため入力角速度範囲
を従来の3倍に拡大することが可能となった。これによ
り高速回転と低速回転用のセンサを切り換えていたシス
テムではセンサを1つに省略することができる。
According to the present invention, in the area where the cosine value of the Sagnac phase difference is small, the degree of phase modulation is obtained by using the odd harmonic components, so that the area where the degree of modulation could not be controlled or calculated with high precision in the prior art. As a result of the supplement, it became possible to expand the input angular velocity range to three times that of the conventional one. As a result, in a system in which the sensors for high speed rotation and low speed rotation are switched, it is possible to omit one sensor.

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

【図1】位相変調方式の光ファイバジャイロの一例を示
した構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a phase modulation type optical fiber gyro.

【図2】本発明に使用される信号処理回路の一部を示し
た構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a part of a signal processing circuit used in the present invention.

【図3】(イ)はサニャック位相差φS に対する各周波
数成分の出力変化を示した図、(ロ)はサニャック位相
差φS に対するXの変化を示した図、(ハ)はarctan関
数の変化を示した図。
[3] (b) is a diagram showing the output change of each frequency component with respect to the Sagnac phase difference phi S, (b) is a diagram showing a change in X relative Sagnac phase difference phi S, (c) is the arctan function The figure which showed the change.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 12 同期信号発
信器 2 偏光子 13 D/A変換
器 3 センシングループ 14 ローパスフ
ィルタ 4 受光器 15 記憶素子 5 プリアンプ 16 プリアンプ 6a 光カプラ 17 同期検波器 6b 光カプラ 18 同期検波器 7 位相変調器 19 同期検波器 8 信号処理回路 20 同期検波器 9 同期検波器 21 A/D変換
器 10 A/D変換器 22 CPU 11 CPU 23 同期信号
発信器
1 Light Source 12 Synchronous Signal Transmitter 2 Polarizer 13 D / A Converter 3 Sensing Loop 14 Low Pass Filter 4 Light Receiver 15 Storage Element 5 Preamplifier 16 Preamplifier 6a Optical Coupler 17 Synchronous Detector 6b Optical Coupler 18 Synchronous Detector 7 Phase Modulator 19 Synchronous detector 8 Signal processing circuit 20 Synchronous detector 9 Synchronous detector 21 A / D converter 10 A / D converter 22 CPU 11 CPU 23 Synchronous signal transmitter

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年10月26日[Submission date] October 26, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】[0017]

【表1】表1の場合分けは次の理由による。図3は、サ
ニャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を
示したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数
次調波成分は正弦関数に従い変化する。図4は、サニャ
ック位相差に対するXの変化を示したもの、図5は、a
rctan関数の変化を示したものであるが、2つの不
連続点があることがわかる。また、図4図5中に図示
したように、1つのX値に対しφS 、tan-1(X)と
して2つの解があることがわかる。これらの問題を解消
するために、図3においてφS を45度ずつ8つの領域
に分割し、各領域をS2 及びXの状態から判別すること
によって、表1に示す場合分けされた計算式からΩを算
出するようにしている。ところで、サニャック位相差φ
S の余弦値は従来、cos (60度) =0.5までは実績
があり、また実績はないが設計上、cos (75度) ≒
0.25を越えると誤差が大きくなる(A/D変換器の
2bit欠落に相当する)。このためS2又はS4 の強
度を検知しながらその値が一定基準値より小さくなった
ときは、位相変調度と等価な値の算出をS4/S2 からS
3/S1 に切換えて行う。基準値としては、サニャック位
相差φS の余弦値の絶対値がcos(60度)乃至cos
(75度)の範囲に相当する値を選択することが望まし
い。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (S4/S2)(=J
4(m)/J2(m))に基づいて、D/A変換器13を介して
位相変調器7の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (S4/S2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (S4/S2)が一定になるように位
相変調器7を制御する場合は、mは一定値であり、した
がって、J2(m)/J1(m) の値が一定値となるため定数
とし、S1 、S2 の計測値を数11に代入してXの値を
求める。そして、S2 とXの状態を判別し、表1に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
(S4 /S2)が一定になるように位相変調器7を制御し
ない場合は、J4(m)/J2(m) の値とJ2(m)/J1(m)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ15
に記憶させておき、S4 、S2 の計測値から数10の関
係に基づいて当該対照表を検索してJ2(m)/J1(m) を
求め、S1 、S2 の計測値から数11よりXの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (S4/S2)
から(S3/S1) (=J3(m)/J1(m))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比(S3/S1)が一定になるよう
に位相変調器7を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたJ3(m)/J
1(m) の値とJ2(m)/J1(m) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、CPUにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を2つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、1つの偶数次高調波成分
もしくは1つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、2倍調波を使用する場合、J2(m) =
0になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω=(1/a)×{J4(m)/J1(m) ×S1/
4}におけるJ4(m)/J1(m) を定数として、S1 、S
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (S2n)2
(S2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はCPUによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第3次調波を用い、偶
数次高調波成分として第2次、第4次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では2カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを1つ省略した1
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
[Table 1] The case classification in Table 1 is based on the following reasons. FIG. 3 is a graph showing the output change of each frequency component with respect to the Sagnac phase difference φ S. The even-order harmonic component changes according to the cosine function, and the odd-order harmonic component changes according to the sine function. FIG. 4 shows the change of X with respect to the Sagnac phase difference, and FIG.
Although this shows the change in the rctan function, it can be seen that there are two discontinuities. Further, as shown in FIGS . 4 and 5 , it can be seen that there are two solutions for φ S and tan −1 (X) for one X value. In order to solve these problems, in FIG. 3 , φ S is divided into eight regions by 45 degrees, and each region is discriminated from the states of S 2 and X. Is used to calculate Ω. By the way, Sagnac phase difference φ
Conventionally, the cosine value of S has a track record up to cos (60 degrees) = 0.5, and there is no track record, but due to the design, cos (75 degrees) ≈
If it exceeds 0.25, the error becomes large (corresponding to the lack of 2 bits in the A / D converter). Therefore, when the value of S 2 or S 4 becomes smaller than a certain reference value while detecting the intensity, the calculation of a value equivalent to the phase modulation degree is performed from S 4 / S 2 to S 4.
Switch to 3 / S 1 and perform. As the reference value, the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is cos (60 degrees) to cos.
It is desirable to select a value corresponding to the range of (75 degrees). Hereinafter, a specific example of the processing will be described. (i) Processing in the area where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large. As a value equivalent to the degree of phase modulation, the ratio (S 4 / S 2 ) (= J
Based on 4 (m) / J 2 (m)), this value is controlled to a constant value by controlling the modulation amplitude of the phase modulator 7 via the D / A converter 13, or the ratio (S The angular velocity is calculated using the value of 4 / S 2 ). When controlling the phase modulator 7 so that the ratio (S 4 / S 2 ) is constant, m is a constant value, and therefore the value of J 2 (m) / J 1 (m) is a constant value. Therefore, the value of X is obtained by substituting the measured values of S 1 and S 2 into Equation 11 as a constant. Then, the states of S 2 and X are discriminated, and the angular velocity Ω is calculated by the predetermined calculation formula shown in Table 1. When the phase modulator 7 is not controlled so that the ratio (S 4 / S 2 ) becomes constant, the value of J 4 (m) / J 2 (m) and the value of J 2 (m) / J 1 (m )
The correspondence table with the value of
Then, the reference table is searched from the measured values of S 4 and S 2 based on the relationship of Equation 10 to obtain J 2 (m) / J 1 (m), and the measurement of S 1 and S 2 is performed. From the value, the value of X is calculated from Equation 11. Then, the angular velocity Ω is calculated by the same discrimination method. (ii) Processing in a region in which the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is small In this case, the ratio (S 4 / S 2 )
To (S 3 / S 1 ) (= J 3 (m) / J 1 (m)) and the same process is performed. When the phase modulator 7 is not controlled so that the ratio (S 3 / S 1 ) becomes constant, J 3 (m) / J which is separately calculated and stored in the memory in advance.
It is assumed that the correspondence table between the value of 1 (m) and the value of J 2 (m) / J 1 (m) is searched. In consideration of the above cases, the relationship between the angular velocity of the rate turntable and the output value of each frequency component may be tabulated and stored in the memory, and the CPU may search for the angular velocity Ω. It should be noted that instead of obtaining a value equivalent to the degree of phase modulation from the ratio of two even-order harmonic components or the ratio of odd-order harmonic components, the value of one even-order harmonic component or one odd-order harmonic component Can also be used. For example, when using the 2nd harmonic, J 2 (m) =
The voltage amplitude applied to the phase modulator is controlled so that it becomes 0, and Ω = (1 / a) × {J 4 (m) / J 1 (m) × S 1 /
Let J 4 (m) / J 1 (m) in S 4 } be a constant, S 1 , S
Calculate from the measured value of 4 . Furthermore, in order to determine the failure of the optical fiber gyro, only the even harmonic components were conventionally used, but by adjusting the amplification degree of the odd harmonic components, the even harmonic components and the constant term are set to the same level. And (S 2n ) 2
The sum of (S 2n + 1 ) 2 is obtained, the trigonometric function is removed, the square root of the value is calculated, and the calculated value and the judgment reference value are compared. These calculations are performed by the CPU. In this embodiment,
The fundamental wave and the third harmonic are used as the odd harmonic components, and the second and fourth harmonic signals are used as the even harmonic components. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the processing may be performed using the signal of the order. Further, in the present embodiment, the description has been made by using the two coupler type optical system,
Place the photo detector behind the light source and omit one coupler 1
A coupler type optical system may be used.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】サニャック位相差φS に対する各周波数成分の
出力変化を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing an output change of each frequency component with respect to a Sagnac phase difference φ S.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Fig. 4

【補正方法】追加[Correction method] Added

【補正内容】[Correction content]

【図4】サニャック位相差φs に対するXの変化を示し
た図。
FIG. 4 is a diagram showing changes in X with respect to Sagnac phase difference φ s .

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図5[Name of item to be corrected] Figure 5

【補正方法】追加[Correction method] Added

【補正内容】[Correction content]

【図5】arctan関数の変化を示した図。FIG. 5 is a diagram showing changes in arctan function.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 [Figure 3]

【図4】 [Figure 4]

【図1】 FIG.

【図2】 [Fig. 2]

【図5】 [Figure 5]

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、光カプラと、センシングループ
及び位相変調器と、受光器を少なくとも備えた光学系
と、受光器よりの検出信号を処理して角速度情報を得る
信号処理回路からなる位相変調方式の光ファイバジャイ
ロにおいて、サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が
大きい領域においては、偶数次高調波成分又は2つの偶
数次高調波成分の比により位相変調度と等価な値を求
め、その値を一定に制御するか又はその値を用いて角速
度を演算し、サニャク位相差φS の余弦値の絶対値が小
さい領域においては、奇数次高調波成分又は2つの奇数
次高調波成分の比により位相変調度と等価な値を求め、
その値を一定に制御するか又はその値を用いて角速度を
演算する手段を前記信号処理回路が有することを特徴と
する光ファイバジャイロ。
1. A phase comprising a light source, an optical coupler, an optical system including at least a sensing loop and a phase modulator, a light receiver, and a signal processing circuit for processing a detection signal from the light receiver to obtain angular velocity information. In the optical fiber gyro of the modulation method, in the region where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large, the value equivalent to the phase modulation degree is obtained by the even harmonic component or the ratio of two even harmonic components. , The value is controlled to be constant or the angular velocity is calculated using the value, and in the region where the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is small, the odd harmonic component or the two odd harmonic components The value equivalent to the phase modulation degree is obtained from the ratio of
An optical fiber gyro characterized in that the signal processing circuit has means for controlling the value to be constant or calculating angular velocity using the value.
【請求項2】 サニャク位相差φS の余弦値の絶対値が
大きい領域と小さい領域との切換えを、 cos (60度) ≦ |cosφS|≦cos (75度) の範囲内で行うことを特徴とする請求項1記載の光ファ
イバジャイロ。
2. Switching between a region in which the absolute value of the cosine value of the Sagnac phase difference φ S is large and a region in which the absolute value of the cosine value is small is within the range of cos (60 degrees) ≤ | cos φ S | ≤ cos (75 degrees). The optical fiber gyro according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 光ファイバジャイロの故障の判定を、奇
数次高調波成分S2n+1と偶数次高調波成分S2nを用い、
(S2n+12 と(S2n2 の和の平方根を演算して基準
値と比較して行うことを特徴とする請求項1記載の光フ
ァイバジャイロ。
3. An optical fiber gyro failure is determined by using an odd harmonic component S 2n + 1 and an even harmonic component S 2n ,
2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the square root of the sum of (S 2n + 1 ) 2 and (S 2n ) 2 is calculated and compared with a reference value.
【請求項4】 サニャク位相差φS の2つの領域、 0≦φS ≦90 90≦φS ≦180 の判別を、偶数次高調波成分の符号により行うことを特
徴とする請求項1記載の光ファイバジャイロ。
4. The two regions of the Sagnac phase difference φ S , 0 ≦ φ S ≦ 90 90 ≦ φ S ≦ 180, are discriminated by the sign of the even harmonic component. Fiber optic gyro.
【請求項5】 奇数次高調波成分として1倍波と3倍
波、偶数次高調波成分として2倍波と4倍波を用いたこ
とを特徴とする請求項1記載の光ファイバジャイロ。
5. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the odd harmonic component is a first harmonic wave and a third harmonic wave, and the even harmonic component is a second harmonic wave and a fourth harmonic wave.
JP15102295A 1995-05-24 1995-05-24 Optical fiber gyroscope Pending JPH08320234A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15102295A JPH08320234A (en) 1995-05-24 1995-05-24 Optical fiber gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15102295A JPH08320234A (en) 1995-05-24 1995-05-24 Optical fiber gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08320234A true JPH08320234A (en) 1996-12-03

Family

ID=15509596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15102295A Pending JPH08320234A (en) 1995-05-24 1995-05-24 Optical fiber gyroscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08320234A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007500362A (en) * 2003-05-23 2007-01-11 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド Natural frequency detector for Sagnac interferometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007500362A (en) * 2003-05-23 2007-01-11 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド Natural frequency detector for Sagnac interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2769924B2 (en) Optical fiber rotation sensor
US4440498A (en) Optical fiber gyroscope with (3×3) directional coupler
US4545682A (en) Optical gyroscope
US4765739A (en) Fiber optical rotation sensor utilizing the Sagnac phase difference
US4853534A (en) Optical fiber sensing system
US7038783B2 (en) Eigen frequency detector for Sagnac interferometers
JP2532035B2 (en) Fiber optic Sagnac interferometer for measuring rotational speed
US5701177A (en) Method for detecting fault of optical fiber gyro and apparatus for diagnosing fault of the same
US4776700A (en) Switched state fiber optic gyroscope
JPS5933994B2 (en) Methods for reducing backscatter in ring lasers and vibrating ring lasers
US4566794A (en) Apparatus for interference fringe shift sensing
US5333047A (en) Optical fiber sensor having digital integrating detection system utilizing electronic phase lock loop
US4382681A (en) Measurement of rotation rate using Sagnac effect
US4432646A (en) Angular velocity sensor based on a ring laser
JPH08320234A (en) Optical fiber gyroscope
US5272516A (en) Fiber optic rotation sensor including a temperature sensor and logic circuit storing at least two correlation maps
US5555235A (en) Optical fiber gyro with memory storing data measured under application of angular velocity
CA1301894C (en) Apparatus and method for phase modulating optical signals in a fiber optic rotation sensor
EP0383587A1 (en) A ring resonator gyro
JPS63250513A (en) Optical fiber gyroscope
JPH0558486B2 (en)
JPH09287953A (en) Rotary-angle velocity sensor
JP2518103B2 (en) Optical fiber gyro and its angular velocity detection and adjustment method
JPH07234128A (en) Phase regulating method for phase modulation type optical rotary angular velocity sensor
JPH0719880A (en) Optical fiber gyroscope device