JPH10221088A - 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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- JPH10221088A JPH10221088A JP2709597A JP2709597A JPH10221088A JP H10221088 A JPH10221088 A JP H10221088A JP 2709597 A JP2709597 A JP 2709597A JP 2709597 A JP2709597 A JP 2709597A JP H10221088 A JPH10221088 A JP H10221088A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波数の角振動成分を含んだ角速度入力に
対しても高精度に比例的な角速度出力測定値を得て積分
により高精度に運動体の角変化を検出できる光ファイバ
ジャイロを得る。 【解決手段】 鋸歯状波による位相変調を行うフィード
バック型光ファイバジャイロにおいて、フィードバック
回路に少なくとも逆正弦関数計算回路（１６）を設け、
更に同フィードバック回路に光ファイバジャイロの光学
系（１１）のスケールファクタを補正するスケールファ
クタ補正回路（１５）を設けた構成とした。
対しても高精度に比例的な角速度出力測定値を得て積分
により高精度に運動体の角変化を検出できる光ファイバ
ジャイロを得る。 【解決手段】 鋸歯状波による位相変調を行うフィード
バック型光ファイバジャイロにおいて、フィードバック
回路に少なくとも逆正弦関数計算回路（１６）を設け、
更に同フィードバック回路に光ファイバジャイロの光学
系（１１）のスケールファクタを補正するスケールファ
クタ補正回路（１５）を設けた構成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバジャイ
ロに関し、特に、高周波数の角振動入力に対するドリフ
トの改善手段を備えた光ファイバジャイロに関する。
ロに関し、特に、高周波数の角振動入力に対するドリフ
トの改善手段を備えた光ファイバジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロの一般的な構成は、
周知であり、図４に示すように光源１から出た光を光フ
ァイバを介して光カプラ２、偏光子（ポーライザ）３、
更に光導波路変調器４などを経由することにより２つの
進路に分け、ファイバループ５の中を時計回り方向（Ｃ
Ｗ方向）と反時計回り方向（ＣＣＷ方向）との両方向に
光を伝搬させる。そして、このような光伝搬状態下で、
光ファイバループ５に、該光ファイバループ５のループ
中心の周りに角速度を印加すると、ＣＷ，ＣＣＷ光間に
所謂、サニヤック（Ｓａｇｎａｃ）効果と呼称される、
入力角速度に比例した位相差が発生する。光ファイバジ
ャイロは、このようなＣＷ方向およびＣＣＷ方向の光の
干渉光の強度が位相差に応じて変化することを利用して
入力角速度に対する干渉光強度の変化を光カプラ２で結
合された検出系のファイバを介して受光器６により光学
的出力として得た出力を光電変換により電気出力に変換
して検出出力を得るようにした構成を有している。
周知であり、図４に示すように光源１から出た光を光フ
ァイバを介して光カプラ２、偏光子（ポーライザ）３、
更に光導波路変調器４などを経由することにより２つの
進路に分け、ファイバループ５の中を時計回り方向（Ｃ
Ｗ方向）と反時計回り方向（ＣＣＷ方向）との両方向に
光を伝搬させる。そして、このような光伝搬状態下で、
光ファイバループ５に、該光ファイバループ５のループ
中心の周りに角速度を印加すると、ＣＷ，ＣＣＷ光間に
所謂、サニヤック（Ｓａｇｎａｃ）効果と呼称される、
入力角速度に比例した位相差が発生する。光ファイバジ
ャイロは、このようなＣＷ方向およびＣＣＷ方向の光の
干渉光の強度が位相差に応じて変化することを利用して
入力角速度に対する干渉光強度の変化を光カプラ２で結
合された検出系のファイバを介して受光器６により光学
的出力として得た出力を光電変換により電気出力に変換
して検出出力を得るようにした構成を有している。
【０００３】ここで、上記ＣＷ光とＣＣＷ光との位相差
をφs とすると、干渉光の強度Ｐは次の式で表される。 Ｐ＝Ｋp （１＋ＣＯＳφs ） （１） ここで、Ｋp は定数である。このような、干渉光の強度
出力Ｐは、入力角速度の変化に対応した出力変化におい
てはｃｏｓｉｎｅ系の出力曲線を呈するためにゼロ入力
角速度を境界とした正負の入力角速度付近では、極めて
検出感度が緩慢になる欠点がある。このために、干渉光
の強度Ｐの検出系で正弦波位相変調をかける電気的処理
を施すことも従来から行われている。すなわち、図４で
示す正弦波発生回路７により光導波路変調器４の電極４
ａ，４ｂを介して光に正弦波変調をかけるものである。
をφs とすると、干渉光の強度Ｐは次の式で表される。 Ｐ＝Ｋp （１＋ＣＯＳφs ） （１） ここで、Ｋp は定数である。このような、干渉光の強度
出力Ｐは、入力角速度の変化に対応した出力変化におい
てはｃｏｓｉｎｅ系の出力曲線を呈するためにゼロ入力
角速度を境界とした正負の入力角速度付近では、極めて
検出感度が緩慢になる欠点がある。このために、干渉光
の強度Ｐの検出系で正弦波位相変調をかける電気的処理
を施すことも従来から行われている。すなわち、図４で
示す正弦波発生回路７により光導波路変調器４の電極４
ａ，４ｂを介して光に正弦波変調をかけるものである。
【０００４】いま、角周波数ωm の正弦波で位相変調を
かけると、上記（１）式の干渉光の強度Ｐは、次のよう
になる。
かけると、上記（１）式の干渉光の強度Ｐは、次のよう
になる。
【０００５】
【数１】
【０００６】上述のように、干渉光は、受光器６によっ
て電気信号に変換されるが、その受光器６の角速度検出
値ないし出力値を示す電気的な出力Ｖp は次の式で与え
られる。
て電気信号に変換されるが、その受光器６の角速度検出
値ないし出力値を示す電気的な出力Ｖp は次の式で与え
られる。
【０００７】
【数２】
【０００８】なお、Ａは定数、Ｊｉ（η）はｉ次のベッ
セル関数である。光ファイバジャイロでは、受光器６か
らの出力Ｖp を復調器８により角周波数ωm で復調する
ことにより、式（７）の右辺第２項の係数部２ＡＪ
1(η)sinφsが取り出されて角速度出力になる。すなわ
ち、位相差φs は角速度入力に比例するから出力Ｖp の
角速度成分は、角速度入力の正弦関数になるのである。
セル関数である。光ファイバジャイロでは、受光器６か
らの出力Ｖp を復調器８により角周波数ωm で復調する
ことにより、式（７）の右辺第２項の係数部２ＡＪ
1(η)sinφsが取り出されて角速度出力になる。すなわ
ち、位相差φs は角速度入力に比例するから出力Ｖp の
角速度成分は、角速度入力の正弦関数になるのである。
【０００９】このような正弦関数による復調器８からの
出力は角速度入力のゼロ値を挟んだ−９０°〜＋９０°
の範囲では入力角速度に対して一義的に出力値を検出で
きるが、−１０°〜＋１０°程度の狭い範囲ではほぼ直
線的に変化し、それ以上の範囲を逸脱した領域では、も
はや直線性が失われる結果となる。つまり、入力角速度
に関し、広い入力レンジを持つセンサとして利用すると
きには、直線性が悪く、理想的な測定系を得られないと
言う不具合がある。
出力は角速度入力のゼロ値を挟んだ−９０°〜＋９０°
の範囲では入力角速度に対して一義的に出力値を検出で
きるが、−１０°〜＋１０°程度の狭い範囲ではほぼ直
線的に変化し、それ以上の範囲を逸脱した領域では、も
はや直線性が失われる結果となる。つまり、入力角速度
に関し、広い入力レンジを持つセンサとして利用すると
きには、直線性が悪く、理想的な測定系を得られないと
言う不具合がある。
【００１０】このような正弦波位相変調方式による欠点
を解消するために、従来の技術による光ファイバジャイ
ロにおいては、図４に更に図示するように、制御回路
９、鋸歯状波発生回路１０を有したクローズドループ回
路を経てＣＷ光とＣＣＷ光との位相差φs を充分に低減
させるようなフィードバック処理をかけ、受光器６の出
力Ｖp を狭い範囲に押さえることにより該出力Ｖp を示
す正弦波曲線の零値付近の直線領域で近似できる範囲を
使用する方式がとられていた。例えば、図４に示すセロ
ダイン方式の構成では、図５に示す鋸歯状波による変調
をかけ、サニアック位相差との間に生ずる位相誤差がゼ
ロになるようにフィードバック制御することによってク
ローズドループを構成し、該変調用の鋸歯状波信号を直
接、光ファイバジャイロの出力ＦOGとして取り出す構成
をとっている。すなわち、具体的には、光導波路型変調
器４では、導波路内で光を二方向に分け、一方は電極４
ａ，４ｂを介して正弦波による位相変調をかけ、もう一
方は電極４ｃ，４ｄを介して鋸歯状波発生回路１０から
の鋸歯状波電気信号により鋸歯状波位相変調をかける。
この場合に例えば、ＣＷ方向の光は光ファイバループ５
に入る前に鋸歯状波の位相変調を受け、ＣＣＷ方向の光
は光ファイバループ５を回った後にτ時間遅れて鋸歯状
波の位相変調を受ける。
を解消するために、従来の技術による光ファイバジャイ
ロにおいては、図４に更に図示するように、制御回路
９、鋸歯状波発生回路１０を有したクローズドループ回
路を経てＣＷ光とＣＣＷ光との位相差φs を充分に低減
させるようなフィードバック処理をかけ、受光器６の出
力Ｖp を狭い範囲に押さえることにより該出力Ｖp を示
す正弦波曲線の零値付近の直線領域で近似できる範囲を
使用する方式がとられていた。例えば、図４に示すセロ
ダイン方式の構成では、図５に示す鋸歯状波による変調
をかけ、サニアック位相差との間に生ずる位相誤差がゼ
ロになるようにフィードバック制御することによってク
ローズドループを構成し、該変調用の鋸歯状波信号を直
接、光ファイバジャイロの出力ＦOGとして取り出す構成
をとっている。すなわち、具体的には、光導波路型変調
器４では、導波路内で光を二方向に分け、一方は電極４
ａ，４ｂを介して正弦波による位相変調をかけ、もう一
方は電極４ｃ，４ｄを介して鋸歯状波発生回路１０から
の鋸歯状波電気信号により鋸歯状波位相変調をかける。
この場合に例えば、ＣＷ方向の光は光ファイバループ５
に入る前に鋸歯状波の位相変調を受け、ＣＣＷ方向の光
は光ファイバループ５を回った後にτ時間遅れて鋸歯状
波の位相変調を受ける。
【００１１】従って、干渉光の位相変動分を復調器８に
より復調させたデモジュレート出力ＶD は、（７）式の
右辺第２項から、 ＶD ＝２ＡＪ1(η）ｓｉｎ（φs −Ψ（ｔ）＋Ψ（ｔ−τ）） （８） となる。ここで、フィードバックゲインを十分に大きく
とると、入力角速度の周波数が低いときには、（８）式
のＶD ＝０となり、次の式が成立する。
より復調させたデモジュレート出力ＶD は、（７）式の
右辺第２項から、 ＶD ＝２ＡＪ1(η）ｓｉｎ（φs −Ψ（ｔ）＋Ψ（ｔ−τ）） （８） となる。ここで、フィードバックゲインを十分に大きく
とると、入力角速度の周波数が低いときには、（８）式
のＶD ＝０となり、次の式が成立する。
【００１２】 φs ＝Ψ（ｔ）＋Ψ（ｔ−τ） ＝２πｆstτ （９） ここで、ｆstは、鋸歯状波の位相変調周波数を示す。故
に、セロダイン方式では、鋸歯状波の位相変調周波数を
計測、検出することにより、入力角速度（Ω）を検出で
きるのである。
に、セロダイン方式では、鋸歯状波の位相変調周波数を
計測、検出することにより、入力角速度（Ω）を検出で
きるのである。
【００１３】この場合の図４に示した光ファイバジャイ
ロの等価回路は、図６のように示され、光源１からカッ
プラ２、ポーラライザ３、光導波路型変調器４、光ファ
イバループ５、受光器６に至る光学系１１が干渉系回路
１１ａとスケールファクタ回路１１ｂとを等価的に有
し、正弦波発生回路７、復調器８および制御回路９を含
む制御系１２、鋸歯状波発生回路１０等を具備した回路
となる。なお、実用的には、鋸歯状波発生回路１０の出
力として計測、検出される光ファイバジャイロの出力Ｆ
OGは外部積分器１３により積分処理されて角度変位量を
検出して所要の用途に適用される。
ロの等価回路は、図６のように示され、光源１からカッ
プラ２、ポーラライザ３、光導波路型変調器４、光ファ
イバループ５、受光器６に至る光学系１１が干渉系回路
１１ａとスケールファクタ回路１１ｂとを等価的に有
し、正弦波発生回路７、復調器８および制御回路９を含
む制御系１２、鋸歯状波発生回路１０等を具備した回路
となる。なお、実用的には、鋸歯状波発生回路１０の出
力として計測、検出される光ファイバジャイロの出力Ｆ
OGは外部積分器１３により積分処理されて角度変位量を
検出して所要の用途に適用される。
【００１４】なお、このような図６に示す等価回路を有
した光ファイバジャイロ系の周波数特性は、図７のよう
に表される。この周波数特性の図から理解できるよう
に、入力角速度Ωが特定周波数領域内、本例では１０
（ rad／秒）以下の周波数帯域内にあるときは、ひいて
は光ファイバジャイロの出力ＦOGのゲインは０ｄＢ付近
にあり、受光器出力Ｖp の振巾は小さい範囲に抑えられ
る。
した光ファイバジャイロ系の周波数特性は、図７のよう
に表される。この周波数特性の図から理解できるよう
に、入力角速度Ωが特定周波数領域内、本例では１０
（ rad／秒）以下の周波数帯域内にあるときは、ひいて
は光ファイバジャイロの出力ＦOGのゲインは０ｄＢ付近
にあり、受光器出力Ｖp の振巾は小さい範囲に抑えられ
る。
【００１５】しかし、例えば、光ファイバジャイロを高
速の飛行機やロケット等の振動の大きい機体やその他の
振動を伴う場所で使用する場合には、振動に伴う角振動
要素が光ファイバコイル５のループ中心周りに角度振動
として作用し、光ファイバジャイロに対する角速度入力
として印加される。そして、この角振動入力に図７で示
すクローズドループの所定帯域１０(rad／秒）より高い
周波数成分が含まれていると、その成分はフィードバッ
クをかけたとき、減衰しないので受光器６からの出力Ｖ
p に高い振幅の出力が出てくる。この出力は既述のよう
に、入力に対して直線性を有した領域を逸脱して正弦関
数領域にあるため、入力角速度には比例しない検出値に
なる。
速の飛行機やロケット等の振動の大きい機体やその他の
振動を伴う場所で使用する場合には、振動に伴う角振動
要素が光ファイバコイル５のループ中心周りに角度振動
として作用し、光ファイバジャイロに対する角速度入力
として印加される。そして、この角振動入力に図７で示
すクローズドループの所定帯域１０(rad／秒）より高い
周波数成分が含まれていると、その成分はフィードバッ
クをかけたとき、減衰しないので受光器６からの出力Ｖ
p に高い振幅の出力が出てくる。この出力は既述のよう
に、入力に対して直線性を有した領域を逸脱して正弦関
数領域にあるため、入力角速度には比例しない検出値に
なる。
【００１６】高精度の光ファイバジャイロは、通常、航
空機やロケット等の運動の姿勢を計測する角度センサと
して用いられるが、光ファイバジャイロは機体の角速度
を計測値として出力するから、その値を外部積分器１３
で積分することにより、機体の角度が求められ、この角
度から機体の姿勢制御等を遂行することができる。この
場合、光ファイバジャイロの入力角速度Ωは、比較的ゆ
っくりとした機体の運動成分と機体の振動に基づいた平
均値が零の高い周波数成分の角振動成分に分けられる。
空機やロケット等の運動の姿勢を計測する角度センサと
して用いられるが、光ファイバジャイロは機体の角速度
を計測値として出力するから、その値を外部積分器１３
で積分することにより、機体の角度が求められ、この角
度から機体の姿勢制御等を遂行することができる。この
場合、光ファイバジャイロの入力角速度Ωは、比較的ゆ
っくりとした機体の運動成分と機体の振動に基づいた平
均値が零の高い周波数成分の角振動成分に分けられる。
【００１７】理想的なセンサでは、角速度出力を積分す
ることにより、角振動成分は零になって、機体の角度を
正確に求めることができる。
ることにより、角振動成分は零になって、機体の角度を
正確に求めることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の光
ファイバジャイロでは、高い周波数成分の角振動が入っ
たとき、振動成分が正負対称であれば計測値を出力系の
積分器で積分した結果は零になり、故に、角度誤差とし
て現れない。他方、角振動成分が正負非対称であれば、
非直線性のため積分値は零にならない。このため機体の
角度変化の計測に誤差を生じる。例えば、図８のような
平均値が零の入力角速度に対しても光ファイバジャイロ
の光学系の出力の平均値は零にならないため、光ファイ
バジャイロ出力の平均値も零にならない。この結果、光
ファイバジャイロが出力した計測値を積分すると、高周
波成分の積分値が姿勢角誤差となってしまうと言う問題
が発生する。
ファイバジャイロでは、高い周波数成分の角振動が入っ
たとき、振動成分が正負対称であれば計測値を出力系の
積分器で積分した結果は零になり、故に、角度誤差とし
て現れない。他方、角振動成分が正負非対称であれば、
非直線性のため積分値は零にならない。このため機体の
角度変化の計測に誤差を生じる。例えば、図８のような
平均値が零の入力角速度に対しても光ファイバジャイロ
の光学系の出力の平均値は零にならないため、光ファイ
バジャイロ出力の平均値も零にならない。この結果、光
ファイバジャイロが出力した計測値を積分すると、高周
波成分の積分値が姿勢角誤差となってしまうと言う問題
が発生する。
【００１９】依って、本発明の目的は、従来の技術によ
る光ファイバジャイロにおける上述した高周波成分の非
対称角振動入力に対して計測される角速度出力値の誤差
発生の問題を解消させることができるような改良手段を
備えた光ファイバジャイロを提供せんとするものであ
る。
る光ファイバジャイロにおける上述した高周波成分の非
対称角振動入力に対して計測される角速度出力値の誤差
発生の問題を解消させることができるような改良手段を
備えた光ファイバジャイロを提供せんとするものであ
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
ジャイロでは、機体の空間内運動成分の様な周波数の低
い角速度に対しては、従来の技術によるクローズドルー
プ方式によりジャイロ光学系における受光器の出力を狭
い範囲に抑え、高周波数の角振動入力に対しては、光学
系受光器の出力をＣＰＵ等の演算手段を用いた演算によ
り逆正弦関数を求めることにより、該高周波角振動入力
特性を直線化して計測精度を向上させたものである。
ジャイロでは、機体の空間内運動成分の様な周波数の低
い角速度に対しては、従来の技術によるクローズドルー
プ方式によりジャイロ光学系における受光器の出力を狭
い範囲に抑え、高周波数の角振動入力に対しては、光学
系受光器の出力をＣＰＵ等の演算手段を用いた演算によ
り逆正弦関数を求めることにより、該高周波角振動入力
特性を直線化して計測精度を向上させたものである。
【００２１】すなわち、本発明は、光源からの光を所定
の二方向に伝搬、通過させる導波路と光ファイバループ
とを有し、角速度入力の変化に対応して該二方向の光に
位相差を生ぜしめると共に該二方向の光の導波路の一方
の導波路に正弦波変調をかけて得た正弦波位相変調信号
を光電変換処理して電気信号を得ると共に該電気信号の
フィードバック回路に設けた鋸歯状波発生回路から前記
光の導波路の他方の導波路に鋸歯状波位相変調をかける
ことにより前記角速度入力に対応しかつ前記鋸歯状波の
位相変調周波数に比例した角速度出力信号を得る光ファ
イバジャイロにおいて、前記フィードバック回路に逆正
弦関数計算回路手段を設け、クローズドループの周波数
帯域を越える角振動入力があった場合にも前記角速度出
力信号の逆正弦関数値を求めて直線化された角速度出力
を得るようにしたことを特徴とする光ファイバジャイロ
が提供される。
の二方向に伝搬、通過させる導波路と光ファイバループ
とを有し、角速度入力の変化に対応して該二方向の光に
位相差を生ぜしめると共に該二方向の光の導波路の一方
の導波路に正弦波変調をかけて得た正弦波位相変調信号
を光電変換処理して電気信号を得ると共に該電気信号の
フィードバック回路に設けた鋸歯状波発生回路から前記
光の導波路の他方の導波路に鋸歯状波位相変調をかける
ことにより前記角速度入力に対応しかつ前記鋸歯状波の
位相変調周波数に比例した角速度出力信号を得る光ファ
イバジャイロにおいて、前記フィードバック回路に逆正
弦関数計算回路手段を設け、クローズドループの周波数
帯域を越える角振動入力があった場合にも前記角速度出
力信号の逆正弦関数値を求めて直線化された角速度出力
を得るようにしたことを特徴とする光ファイバジャイロ
が提供される。
【００２２】好ましくは、上記フィードバック回路には
前記光源、前記光の導波路、前記ファイバループを包含
した光学系のスケールファクタを補正するスケールファ
クタ補正回路を上記の逆正弦関数計算回路の前段に設け
て、該光学系のスケールファクタの変動を補正する。更
に、所定の模擬角速度発生回路と、該模擬角速度発生回
路から印加した所定の模擬角速度値に対応した上記光学
系のスケールファクタを測定するスケールファクタ測定
回路を設け、切換手段を介して該模擬角速度発生回路と
スケールファクタ測定回路とを該光学系に接続し得るよ
うに構成することが好ましい。
前記光源、前記光の導波路、前記ファイバループを包含
した光学系のスケールファクタを補正するスケールファ
クタ補正回路を上記の逆正弦関数計算回路の前段に設け
て、該光学系のスケールファクタの変動を補正する。更
に、所定の模擬角速度発生回路と、該模擬角速度発生回
路から印加した所定の模擬角速度値に対応した上記光学
系のスケールファクタを測定するスケールファクタ測定
回路を設け、切換手段を介して該模擬角速度発生回路と
スケールファクタ測定回路とを該光学系に接続し得るよ
うに構成することが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示す実
施形態に基づいて更に詳細に説明する。さて、図１は、
本発明の一実施形態に係る光ファイバジャイロの全体的
な構成を図示している。すなわち、本実施形態は、セロ
ダイン方式のクローズドループ光ファイバジャイロに本
発明の技術思想を適用したものである。従って、図４に
示した従来のセロダイン方式を採用した光ファイバジャ
イロと対比して同じまたは同様な要素類に就いては同一
の参照番号で図示してある。
施形態に基づいて更に詳細に説明する。さて、図１は、
本発明の一実施形態に係る光ファイバジャイロの全体的
な構成を図示している。すなわち、本実施形態は、セロ
ダイン方式のクローズドループ光ファイバジャイロに本
発明の技術思想を適用したものである。従って、図４に
示した従来のセロダイン方式を採用した光ファイバジャ
イロと対比して同じまたは同様な要素類に就いては同一
の参照番号で図示してある。
【００２４】この構成を図１に示した従来の技術に係る
セロダイン方式のクローズドループ光ファイバジャイロ
に対比したとき、本発明は、光学スケールファクタ補正
回路１５と逆正弦関数計算回路１６とを復調器８と制御
回路９との間に介挿した構成を有する点が明確に異なる
ことは明らかである。この図１の構成を有する光ファイ
バジャイロの等価回路は、図２に示す構成を有してい
る。
セロダイン方式のクローズドループ光ファイバジャイロ
に対比したとき、本発明は、光学スケールファクタ補正
回路１５と逆正弦関数計算回路１６とを復調器８と制御
回路９との間に介挿した構成を有する点が明確に異なる
ことは明らかである。この図１の構成を有する光ファイ
バジャイロの等価回路は、図２に示す構成を有してい
る。
【００２５】図２から明らかなように、受光器６の出力
Ｖp に同受光器６のスケールファクタを補正する係数を
光学系スケールファクタ補正回路１５により掛け、更に
逆正弦関数計算回路１６によって逆正弦関数を計算し、
制御回路９に入力させる。光学系の正弦関数と上記に計
算した逆正弦関数とを合成すると入力に対して直線的に
変化する検出出力を得ることができる。
Ｖp に同受光器６のスケールファクタを補正する係数を
光学系スケールファクタ補正回路１５により掛け、更に
逆正弦関数計算回路１６によって逆正弦関数を計算し、
制御回路９に入力させる。光学系の正弦関数と上記に計
算した逆正弦関数とを合成すると入力に対して直線的に
変化する検出出力を得ることができる。
【００２６】本実施形態による光ファイバジャイロにお
いては、入力角速度が小さい時は、受光器６からの出力
Ｖp は小さいから図４に図示した従来の光ファイバジャ
イロと同様に動作して正弦波関数の近似直線領域から入
力角速度に比例した角速度出力値を得る。他方、入力角
速度の振幅は大きいが周波数が周波数帯域に比べて低い
時も図４と同様に動作する。然し、入力周波数が周波数
帯域に比べて高いときには、周波数特性からも明らかな
ように、フィードバック信号は小さくなるから光学系の
振幅は大きくなる。従って、受光器６からの出力Ｖp は
大きくなる。この場合、図４の系では、出力は入力角速
度に比例しなくなるのに対して、本発明の系では、出力
Ｖp は逆正弦関数計算処理を受けることにより近似直線
化されて入力角速度に比例する出力値を呈する。すなわ
ち、高周波数の角振動入力に対しても入力値に比例した
出力として計測することができるのである。
いては、入力角速度が小さい時は、受光器６からの出力
Ｖp は小さいから図４に図示した従来の光ファイバジャ
イロと同様に動作して正弦波関数の近似直線領域から入
力角速度に比例した角速度出力値を得る。他方、入力角
速度の振幅は大きいが周波数が周波数帯域に比べて低い
時も図４と同様に動作する。然し、入力周波数が周波数
帯域に比べて高いときには、周波数特性からも明らかな
ように、フィードバック信号は小さくなるから光学系の
振幅は大きくなる。従って、受光器６からの出力Ｖp は
大きくなる。この場合、図４の系では、出力は入力角速
度に比例しなくなるのに対して、本発明の系では、出力
Ｖp は逆正弦関数計算処理を受けることにより近似直線
化されて入力角速度に比例する出力値を呈する。すなわ
ち、高周波数の角振動入力に対しても入力値に比例した
出力として計測することができるのである。
【００２７】図３は、本発明の別の実施形態に係る光フ
ァイバジャイロの等価回路を示している。同図３に示す
別の実施形態による光ファイバジャイロは、一般的に光
学系１１のスケールファクタが、光源１の光度変化や光
ファイバジャイロの使用条件等に影響される周囲温度或
いは経年的な影響等を受けて変化することを考慮して改
善した実施形態である。本実施形態では、模擬角速度発
生回路１７、スケールファクタ測定回路１８、スイッチ
ング回路から成る切換え手段１９を追加的に設け、光学
系１１に予め該模擬角速度発生回路１７からのダミー入
力を切換え手段１９の切り換え作用により暫時的に入力
した場合のスケールファクタをスケールファクタ測定回
路１８によって測定し、測定結果のスケールファクタ値
を設定することにより、都度、スケールファクタを補正
を遂行し得るようにしたものであり、これによって逆正
弦関数の計算を逆正弦関数計算回路１６により計算する
場合の計算精度を改善した構成を有するものである。
ァイバジャイロの等価回路を示している。同図３に示す
別の実施形態による光ファイバジャイロは、一般的に光
学系１１のスケールファクタが、光源１の光度変化や光
ファイバジャイロの使用条件等に影響される周囲温度或
いは経年的な影響等を受けて変化することを考慮して改
善した実施形態である。本実施形態では、模擬角速度発
生回路１７、スケールファクタ測定回路１８、スイッチ
ング回路から成る切換え手段１９を追加的に設け、光学
系１１に予め該模擬角速度発生回路１７からのダミー入
力を切換え手段１９の切り換え作用により暫時的に入力
した場合のスケールファクタをスケールファクタ測定回
路１８によって測定し、測定結果のスケールファクタ値
を設定することにより、都度、スケールファクタを補正
を遂行し得るようにしたものであり、これによって逆正
弦関数の計算を逆正弦関数計算回路１６により計算する
場合の計算精度を改善した構成を有するものである。
【００２８】すなわち、本実施形態によれば、光ファイ
バジャイロの光学系のスケールファクタを定期的にまた
は必要時に補正することにより測定される角速度入力に
対応した角速度出力のドリフト誤差を補正することが可
能となるのである。
バジャイロの光学系のスケールファクタを定期的にまた
は必要時に補正することにより測定される角速度入力に
対応した角速度出力のドリフト誤差を補正することが可
能となるのである。
【００２９】
【発明の効果】上述した実施形態の説明を介して明らか
なように、本発明による光ファイバジャイロによれば、
これを通常航空機やロケット等の運動する機体の姿勢を
計測する角度センサとして用いるとき、光ファイバジャ
イロは機体の角速度を出力するから、図１に示したよう
に、その出力を積分器に接続することにより、姿勢角度
を求めることができる。
なように、本発明による光ファイバジャイロによれば、
これを通常航空機やロケット等の運動する機体の姿勢を
計測する角度センサとして用いるとき、光ファイバジャ
イロは機体の角速度を出力するから、図１に示したよう
に、その出力を積分器に接続することにより、姿勢角度
を求めることができる。
【００３０】この場合、光ファイバジャイロの入力角速
度は、比較的ゆっくりとした機体の運動成分と高い周波
数成分の角振動成分に分けられる。比較的、ゆっくりと
した機体の運動成分に対しては、従来の技術の系も本発
明の系も同様に角速度入力に対して正弦波関数の出力の
直線領域を用いて角速度入力を測定するように動作す
る。
度は、比較的ゆっくりとした機体の運動成分と高い周波
数成分の角振動成分に分けられる。比較的、ゆっくりと
した機体の運動成分に対しては、従来の技術の系も本発
明の系も同様に角速度入力に対して正弦波関数の出力の
直線領域を用いて角速度入力を測定するように動作す
る。
【００３１】この場合の光ファイバジャイロの精度は、
ループゲインを大きくすると、受光器出力の係数２ＡＪ
1(η）に依存しない。他方、高い周波数成分の角振動が
入ったとき、従来の技術による光ファイバジャイロで
は、その成分が正負対称であれば、積分された結果、零
になり、角度誤差として現れない。然し角振動が正負非
対称であれば、非直線性のため、積分値は零にならない
ため、機体の角度変化の計測に誤差を生じるが、本発明
の光ファイバジャイロでは、同光ファイバジャイロの計
測出力は入力角度に比例するから角速度出力を積分する
ことにより、角振動成分は零になり、機体の角速度変化
を正確に求めることができると言う効果を奏するのであ
る。
ループゲインを大きくすると、受光器出力の係数２ＡＪ
1(η）に依存しない。他方、高い周波数成分の角振動が
入ったとき、従来の技術による光ファイバジャイロで
は、その成分が正負対称であれば、積分された結果、零
になり、角度誤差として現れない。然し角振動が正負非
対称であれば、非直線性のため、積分値は零にならない
ため、機体の角度変化の計測に誤差を生じるが、本発明
の光ファイバジャイロでは、同光ファイバジャイロの計
測出力は入力角度に比例するから角速度出力を積分する
ことにより、角振動成分は零になり、機体の角速度変化
を正確に求めることができると言う効果を奏するのであ
る。
【図１】本発明の一実施形態による光ファイバジャイロ
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光ファイバジャイロの等価回路を
示すブロックである。
示すブロックである。
【図３】本発明の他の実施形態による光ファイバジャイ
ロの構成を示すブロック図である。
ロの構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術によるクローズドループ方式の光ファ
イバジャイロの構成を示すブロックである。
イバジャイロの構成を示すブロックである。
【図５】図４に示す従来技術による光ファイバジャイロ
において、セロダイン方式で用いる鋸歯状波の波形図で
ある。
において、セロダイン方式で用いる鋸歯状波の波形図で
ある。
【図６】従来の技術によるクローズドループ光ファイバ
ジャイロの等価回路を示すブロック図である。
ジャイロの等価回路を示すブロック図である。
【図７】クローズドループ光ファイバジャイロの周波数
特性を示すグラフ図である。
特性を示すグラフ図である。
【図８】光ファイバジャイロに対する入力角速度の一例
による波形図である。
による波形図である。
１…光源 ２…光カプラ ４…光導波路型変調器 ５…光ファイバループ ６…受光器 ７…正弦波発生回路 ８…復調器 ９…制御回路 １０…鋸歯状波発生回路 １１…光学系 １２…制御回路部 １３…積分器 １５…光学系スケールファクタ補正回路 １６…逆正弦関数計算回路 １７…模擬角速度発生回路 １８…スケールファクタ測定回路 １９…切換え手段
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光を所定の二方向に伝搬、通
過させる導波路と光ファイバループとを有し、角速度入
力の変化に対応して該二方向の光に位相差を生ぜしめる
と共に該二方向の光の導波路の一方の導波路に正弦波変
調をかけて得た正弦波位相変調信号を光電変換処理して
電気信号を得ると共に該電気信号のフィードバック回路
に設けた鋸歯状波発生回路から前記光の導波路の他方の
導波路に鋸歯状波位相変調をかけることにより前記角速
度入力に対応しかつ前記鋸歯状波の位相変調周波数に比
例した角速度出力信号を得る光ファイバジャイロにおい
て、 前記フィードバック回路に逆正弦関数計算回路手段を設
け、クローズドループの周波数帯域を越える角振動入力
があった場合にも前記角速度出力信号の逆正弦関数値を
求めて直線化された角速度出力を得るようにしたことを
特徴とする光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】 前記フィードバック回路には前記光源、
前記光の導波路、前記ファイバループを包含した光学系
のスケールファクタを補正するスケールファクタ補正回
路を前記の逆正弦関数計算回路の前段に設けて、該光学
系のスケールファクタの変動を補正するようにした構成
を具備する請求項１に記載の光ファイバジャイロ。 - 【請求項３】 所定の模擬角速度発生回路と、該模擬角
速度発生回路から印加した所定の模擬角速度値に対応し
た上記光学系のスケールファクタを測定するスケールフ
ァクタ測定回路を別に設け、切換手段を介して該模擬角
速度発生回路とスケールファクタ測定回路とを該光学系
に接続し、所定の模擬角速度入力を介して前記光学系の
スケールファクタを測定し得るようにした構成を更に具
備した請求項２に記載の光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02709597A JP3717259B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02709597A JP3717259B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 光ファイバジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10221088A true JPH10221088A (ja) | 1998-08-21 |
| JP3717259B2 JP3717259B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=12211532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02709597A Expired - Fee Related JP3717259B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3717259B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007264063A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Mitsubishi Precision Co Ltd | 光導波路変調器及び光ファイバジャイロ |
| JP2010145248A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | クローズドループ方式光干渉角速度計 |
| RU2516369C2 (ru) * | 2012-09-12 | 2014-05-20 | Валерий Николаевич Логозинский | Способ получения масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа |
-
1997
- 1997-02-10 JP JP02709597A patent/JP3717259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007264063A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Mitsubishi Precision Co Ltd | 光導波路変調器及び光ファイバジャイロ |
| JP2010145248A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | クローズドループ方式光干渉角速度計 |
| RU2516369C2 (ru) * | 2012-09-12 | 2014-05-20 | Валерий Николаевич Логозинский | Способ получения масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3717259B2 (ja) | 2005-11-16 |
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