JPH11344345A - Optical fiber gyro - Google Patents

Optical fiber gyro

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JPH11344345A
JPH11344345A JP10154145A JP15414598A JPH11344345A JP H11344345 A JPH11344345 A JP H11344345A JP 10154145 A JP10154145 A JP 10154145A JP 15414598 A JP15414598 A JP 15414598A JP H11344345 A JPH11344345 A JP H11344345A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
interference
optical fiber
optical phase
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP10154145A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Daito
克明 大都
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Hisao Sonobe
久雄 園部
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber gyro wherein the number of components and cost are reduced. SOLUTION: In the optical fiber gyro comprising an interference light generating means 1 for generating interference light having an optical phase difference corresponding to a physical quantity, an optical phase modulator 2 for electrically adjusting the optical phase difference of the interference light, using a square wave, a light receiver 3 for photoelectrically converting the interference light, and sampling means 5 for sampling interference signals obtd. as electric signals by the photoelectric conversion, thereby measuring the physical quantity corresponding to the optical phase difference from the sampled interference signals, an amplifier 8 for amplifying the interference signal the gain of which is set so that spike signals 42 contained in the interference signal are not sampled but only true signal components have a magnitude enough to sample is provided between the light receiver 3 and sampling means 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度等の物理量
を測定する位相変調方式光ファイバジャイロに係り、特
に、部品点数及びコストが低減される光ファイバジャイ
ロに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase modulation type optical fiber gyro for measuring a physical quantity such as an angular velocity, and more particularly to an optical fiber gyro having a reduced number of parts and cost.

【0002】[0002]

【従来の技術】角速度等の物理量を測定する位相変調方
式光ファイバジャイロにおいて、位相変調器を駆動する
ための電気信号に図4(a)に示されるような矩形波を
用いた場合、受光器において得られる電気信号である干
渉信号は、図4(b)及び図4(c)に示されるよう
に、前記矩形波の立上がり、立ち下がりのエッジにおい
てスパイク信号を伴う。図4(b)は、光ファイバジャ
イロが静止しているときの波形であり、図4(c)は、
光ファイバジャイロが回転しているときの波形である。
いずれの場合もスパイク信号が見られる。図中、平坦に
描かれているのが干渉信号の真の信号成分41であり、
縦に鋭く伸びた部分がスパイク信号42である。このス
パイク信号42は、後段で行う信号処理の過程で信号処
理に影響し、出力される角速度の精度を低下させる要因
となる。従って、信号処理段へ取り込まれるスパイク信
号42を最小限に抑えることが必要である。
2. Description of the Related Art In a phase modulation type optical fiber gyro for measuring a physical quantity such as an angular velocity, when an electric signal for driving a phase modulator uses a rectangular wave as shown in FIG. As shown in FIGS. 4B and 4C, the interference signal, which is an electric signal obtained in the above, accompanies a spike signal at the rising and falling edges of the rectangular wave. FIG. 4B shows a waveform when the optical fiber gyro is stationary, and FIG.
This is a waveform when the optical fiber gyro is rotating.
In each case, a spike signal is seen. In the figure, what is drawn flat is the true signal component 41 of the interference signal,
The vertically sharply extending portion is the spike signal 42. The spike signal 42 affects the signal processing in the course of the signal processing performed in the subsequent stage, and becomes a factor that lowers the accuracy of the output angular velocity. Therefore, it is necessary to minimize the spike signal 42 taken into the signal processing stage.

【0003】従来技術では、図5(a)に示されるよう
に、受光器3とA/D変換器5との間にある増幅段9
に、スパイク信号を除去するためのスパイクフィルタ5
1を設けている。スパイクフィルタ51は、アナログス
イッチで構成されている。このアナログスイッチのトリ
ガ信号として、図5(c)に示されるように、変調信号
(位相変調器を駆動する電気信号)に同期させた矩形波
信号を与えることで、図5(b)に示した受光器3から
の干渉信号がA/D変換器5に入力されることをON,
OFFし(OFFで通過、ONで遮断)、これによって
真の信号成分41を通過させ、スパイク信号42を遮断
する。これにより、図5(d)に示されるように、スパ
イク信号42が除去された干渉信号が得られる。
In the prior art, as shown in FIG. 5A, an amplifying stage 9 between a photodetector 3 and an A / D converter 5 is used.
And a spike filter 5 for removing spike signals.
1 is provided. The spike filter 51 is configured by an analog switch. As shown in FIG. 5C, a rectangular signal synchronized with a modulation signal (electric signal for driving the phase modulator) is given as a trigger signal of the analog switch, as shown in FIG. 5C. ON that the interference signal from the photodetector 3 is input to the A / D converter 5,
The signal is turned OFF (passed at OFF, cut off at ON), thereby passing the true signal component 41 and blocking the spike signal 42. As a result, as shown in FIG. 5D, an interference signal from which the spike signal 42 has been removed is obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、スパイ
クフィルタを構成するために、アナログスイッチとトリ
ガ信号を発生させるICとが必要になる。このため、部
品点数が多くなり、コストが高くなる。
In the prior art, an analog switch and an IC for generating a trigger signal are required to form a spike filter. For this reason, the number of parts increases and the cost increases.

【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、部品点数及びコストが低減される光ファイバジャイ
ロを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical fiber gyro that solves the above-mentioned problems and reduces the number of parts and cost.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、物理量に対応した光位相差を持つ干渉光を
発生する干渉光発生手段と、この干渉光の光位相差を電
気的に矩形波を使用して調整する光位相変調器と、この
干渉光を光電変換する受光器と、光電変換により電気信
号として得られる干渉信号をサンプリングするサンプリ
ング手段とを備え、サンプリングされた干渉信号から光
位相差に対応した前記物理量を測定する光ファイバジャ
イロにおいて、前記受光器とサンプリング手段との間
に、前記干渉信号を増幅し、この干渉信号に含まれるス
パイク信号はサンプリングされず、真の信号成分のみが
サンプリング可能な大きさとなるように利得設定される
増幅器を設けたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an interference light generating means for generating interference light having an optical phase difference corresponding to a physical quantity, and an electric light phase difference of the interference light. An optical phase modulator that adjusts using a rectangular wave, a photodetector that photoelectrically converts the interference light, and a sampling unit that samples an interference signal obtained as an electric signal by the photoelectric conversion. In the optical fiber gyro for measuring the physical quantity corresponding to the optical phase difference, the interference signal is amplified between the light receiver and the sampling means, and the spike signal included in the interference signal is not sampled, and An amplifier is provided that has a gain set so that only the signal component has a size that can be sampled.

【0007】前記増幅器の利得は、増幅出力の振幅が、
スパイク信号を飽和させ、かつ真の信号成分を飽和させ
ない範囲に収まるよう設定されてもよい。
The gain of the amplifier is such that the amplitude of the amplified output is
The setting may be such that the spike signal is saturated and the true signal component is not saturated.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0009】図1に示されるように、本発明の光ファイ
バジャイロは、角速度に対応した光位相差を持つ干渉光
を発生する干渉光発生手段1と、この干渉光の光位相差
を電気的に矩形波を使用して調整する光位相変調器2
と、この干渉光を光電変換する光電変換器3と、光電変
換により電気信号として得られる干渉信号をサンプリン
グ可能な大きさまで増幅しつつスパイク信号を抑える増
幅段4と、増幅された干渉信号をサンプリングするサン
プリング手段5と、サンプリングされた干渉信号を処理
して角速度を求める信号処理部6とからなる。
As shown in FIG. 1, an optical fiber gyro of the present invention includes an interference light generating means 1 for generating interference light having an optical phase difference corresponding to an angular velocity, and an optical phase difference of the interference light. Phase modulator 2 using rectangular wave for adjustment
A photoelectric converter 3 for photoelectrically converting the interference light, an amplification stage 4 for suppressing the spike signal while amplifying the interference signal obtained as an electric signal by the photoelectric conversion to a size that can be sampled, and sampling the amplified interference signal. And a signal processing unit 6 for processing the sampled interference signal to obtain an angular velocity.

【0010】干渉光発生手段1は、光ビームを発生する
光源11と、この光ビームを光ファイバ12に取り込む
第1のファイバカップラ13と、光ファイバ12中に挿
入された偏光子14と、光ビームを2つに分岐する第2
のファイバカップラ15と、分岐された2つの光ビーム
を左右両回りに伝搬させる光ファイバループ16とから
なる。位相変調器2は、光ファイバループ16と第2の
ファイバカップラ15との間に設けられ、変調信号を発
生する位相変調器駆動回路7に接続されている。光電変
換器3は、フォトダイオードからなる。サンプリング手
段5はA/D変換器からなる。
The interference light generating means 1 includes a light source 11 for generating a light beam, a first fiber coupler 13 for taking the light beam into an optical fiber 12, a polarizer 14 inserted into the optical fiber 12, The second to split the beam into two
, And an optical fiber loop 16 for propagating the two branched light beams in both directions. The phase modulator 2 is provided between the optical fiber loop 16 and the second fiber coupler 15 and is connected to a phase modulator driving circuit 7 that generates a modulation signal. The photoelectric converter 3 includes a photodiode. The sampling means 5 comprises an A / D converter.

【0011】増幅段4は、本発明の主要部分であり、図
2に示されるように、光電変換器3に接続された増幅器
8aとサンプリング手段5に接続された増幅器8bとを
直列に配置したものである。これらの増幅器8a,8b
には、低価格の汎用アンプを使用してもよく、特別に精
度が高いものでなくてもよい。本発明の特徴は、これら
の増幅器8a,8bの利得が、干渉信号に含まれるスパ
イク信号はサンプリングされず、真の信号成分のみがサ
ンプリング可能な大きさとなるように設定されているこ
とである。具体的には、増幅出力のうち真の信号成分を
飽和させず、スパイク信号は飽和するように利得を設定
してある。
The amplification stage 4 is a main part of the present invention. As shown in FIG. 2, an amplifier 8a connected to the photoelectric converter 3 and an amplifier 8b connected to the sampling means 5 are arranged in series. Things. These amplifiers 8a, 8b
In this case, a low-cost general-purpose amplifier may be used, and it is not necessary that the accuracy be particularly high. A feature of the present invention is that the gains of these amplifiers 8a and 8b are set so that spike signals included in the interference signal are not sampled and only true signal components can be sampled. Specifically, the gain is set so that the true signal component of the amplified output is not saturated and the spike signal is saturated.

【0012】次に、動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0013】光源11からの光ビームは、第1のファイ
バカップラ13から光ファイバ12に取り込まれ、偏光
子14を経て伝搬し、第2のファイバカップラ15に到
達して分岐される。分岐された2つの光ビームは、光フ
ァイバループ16を左右両回りに伝搬されることにな
る。これらの光ビームは、位相変調器2において位相変
調器駆動回路7が発生する矩形波の変調信号に応じて光
位相を変調された後、それぞれ第2のファイバカップラ
15に至り、第2のファイバカップラ15で結合されて
干渉光となる。この干渉光は、光ファイバループ16に
発生している角速度に対応した光位相差を持つ。干渉光
は、第2のファイバカップラ15から光ファイバ12を
逆方向に進行し、偏光子14を経て第1のファイバカッ
プラ13に至る。干渉光は、第1のファイバカップラ1
3において分岐され、その一部が光電変換器3に至り、
干渉信号として検出される。電気信号として得られる干
渉信号は、増幅段4で後述のような適当なレベルに増幅
される。増幅された干渉信号は、サンプリング手段5の
A/D変換器でA/D変換される。信号処理部6は、A
/D変換された干渉信号を処理して光ファイバループ1
6に発生している角速度Ωを算出し、この角速度Ωを出
力する。
The light beam from the light source 11 is taken into the optical fiber 12 from the first fiber coupler 13, propagates through the polarizer 14, reaches the second fiber coupler 15, and is branched. The two branched light beams are propagated in the optical fiber loop 16 both right and left. These light beams are modulated in optical phase in accordance with a rectangular wave modulation signal generated by the phase modulator driving circuit 7 in the phase modulator 2, and then reach the second fiber coupler 15, respectively. The light is combined by the coupler 15 to become interference light. This interference light has an optical phase difference corresponding to the angular velocity generated in the optical fiber loop 16. The interference light travels in the opposite direction through the optical fiber 12 from the second fiber coupler 15 and reaches the first fiber coupler 13 via the polarizer 14. The interference light is transmitted to the first fiber coupler 1
3, a part of which branches to the photoelectric converter 3,
Detected as an interference signal. The interference signal obtained as an electric signal is amplified by the amplification stage 4 to an appropriate level as described later. The amplified interference signal is A / D converted by the A / D converter of the sampling means 5. The signal processing unit 6
/ D converted interference signal to process optical fiber loop 1
6. The angular velocity Ω occurring in 6 is calculated, and this angular velocity Ω is output.

【0014】増幅段での増幅の様子を図3により説明す
る。
The manner of amplification in the amplification stage will be described with reference to FIG.

【0015】一般には、増幅器の利得は出力の信号が飽
和しないように設定される。例えば、図4(c)のよう
な波形の信号に対しては、図3(a)に示されるよう
に、増幅出力信号の全体が飽和しないで出力電圧振幅値
aの範囲内に収まるように利得を設定する。
Generally, the gain of the amplifier is set so that the output signal is not saturated. For example, for a signal having a waveform as shown in FIG. 4 (c), as shown in FIG. 3 (a), the whole of the amplified output signal is not saturated and falls within the range of the output voltage amplitude value a. Set the gain.

【0016】これに対し、本発明では、図3(b)に示
されるように、スパイク信号42のみが出力電圧振幅値
aを越え、真の信号成分41が出力電圧振幅値aの範囲
内に収まるように利得を設定する。従って、真の信号成
分41は、飽和することなく増幅され、後段において正
しくサンプリングされることになる。スパイク信号42
は飽和して消えてしまうので、サンプリングされること
がない。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 3B, only the spike signal 42 exceeds the output voltage amplitude value a and the true signal component 41 falls within the range of the output voltage amplitude value a. Set the gain to fit. Therefore, the true signal component 41 is amplified without being saturated, and is correctly sampled in the subsequent stage. Spike signal 42
Is saturated and disappears, so it is not sampled.

【0017】図2(a)の増幅段4において、光電変換
器から入力される干渉信号が、図2(b)に示されるよ
うに、スパイク信号42を含むとき、図3(b)のよう
に利得が設定されていると、スパイク信号42が飽和す
る。このためA/D変換器へ出力される干渉信号は、図
2(c)に示されるように、スパイク信号42が除去さ
れており(又は小さくなっており)、後段の信号処理へ
の影響を最小限に抑えることができる。これにより角速
度測定の精度低下を防止することができる。
In the amplification stage 4 of FIG. 2A, when the interference signal input from the photoelectric converter includes the spike signal 42 as shown in FIG. 2B, as shown in FIG. , The spike signal 42 is saturated. For this reason, the interference signal output to the A / D converter has the spike signal 42 removed (or reduced) as shown in FIG. 2C, and the influence on the subsequent signal processing is reduced. Can be minimized. As a result, it is possible to prevent a decrease in the accuracy of the angular velocity measurement.

【0018】従来技術では、スパイクフィルタを使用し
ていたので部品点数が多くなり、コストが高くなった
が、本発明では、スパイクフィルタを使用しないので、
部品点数及びコストが低減される。
In the prior art, a spike filter was used, so that the number of parts increased and the cost increased. However, in the present invention, since no spike filter was used,
The number of parts and cost are reduced.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0020】(1)従来技術に比べて部品点数及びコス
トを削減した簡素な構成でスパイク信号の影響を最小限
に抑えることができる。
(1) The influence of spike signals can be minimized with a simple configuration in which the number of parts and cost are reduced as compared with the prior art.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す光ファイバジャイロ
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical fiber gyro showing one embodiment of the present invention.

【図2】(a)は本発明の光ファイバジャイロの増幅段
の詳細構成図、(b)は増幅段の入力信号波形図、
(c)は増幅段の出力信号波形図である。
2A is a detailed configuration diagram of an amplification stage of the optical fiber gyro of the present invention, FIG. 2B is an input signal waveform diagram of the amplification stage,
(C) is an output signal waveform diagram of the amplification stage.

【図3】(a)は一般の増幅器の信号波形図、(b)は
本発明の増幅器の信号波形図である。
3A is a signal waveform diagram of a general amplifier, and FIG. 3B is a signal waveform diagram of an amplifier of the present invention.

【図4】(a)は位相変調器の駆動信号波形図、
(b),(c)は受光器の出力信号波形図である。
FIG. 4A is a drive signal waveform diagram of a phase modulator,
(B), (c) is an output signal waveform diagram of the light receiver.

【図5】(a)は従来技術の光ファイバジャイロの増幅
段の詳細構成図、(b)は増幅段の入力信号波形図、
(c)はアナログスイッチのトリガ信号論理波形図、
(d)は増幅段の出力信号波形図である。
5A is a detailed configuration diagram of an amplification stage of an optical fiber gyro according to the related art, FIG. 5B is an input signal waveform diagram of the amplification stage,
(C) is a trigger signal logic waveform diagram of the analog switch,
(D) is an output signal waveform diagram of the amplification stage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 干渉光発生手段 2 光位相変調器 3 受光器 4 増幅段 5 サンプリング手段 6 信号処理部 8a,8b 増幅器 41 真の信号成分 42 スパイク信号 REFERENCE SIGNS LIST 1 interference light generating means 2 optical phase modulator 3 light receiver 4 amplifying stage 5 sampling means 6 signal processing unit 8 a, 8 b amplifier 41 true signal component 42 spike signal

フロントページの続き (72)発明者 園部 久雄 茨城県日立市大みか町7丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内Continued on the front page (72) Inventor Hisao Sonobe 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物理量に対応した光位相差を持つ干渉光
を発生する干渉光発生手段と、この干渉光の光位相差を
電気的に矩形波を使用して調整する光位相変調器と、こ
の干渉光を光電変換する光電変換器と、光電変換により
電気信号として得られる干渉信号をサンプリングするサ
ンプリング手段とを備え、サンプリングされた干渉信号
から光位相差に対応した前記物理量を測定する光ファイ
バジャイロにおいて、前記受光器とサンプリング手段と
の間に、前記干渉信号を増幅し、この干渉信号に含まれ
るスパイク信号はサンプリングされず、真の信号成分の
みがサンプリング可能な大きさとなるように利得設定さ
れる増幅器を設けたことを特徴とする光ファイバジャイ
ロ。
An interference light generating means for generating interference light having an optical phase difference corresponding to a physical quantity, an optical phase modulator for electrically adjusting the optical phase difference of the interference light using a rectangular wave, An optical fiber that includes a photoelectric converter that photoelectrically converts the interference light and a sampling unit that samples an interference signal obtained as an electric signal by the photoelectric conversion, and that measures the physical quantity corresponding to an optical phase difference from the sampled interference signal. In the gyro, a gain is set between the photodetector and the sampling unit so that the interference signal is amplified, and a spike signal included in the interference signal is not sampled, and only a true signal component has a size that can be sampled. An optical fiber gyro, comprising an amplifier to be used.
【請求項2】 前記増幅器の利得は、増幅出力の振幅
が、スパイク信号を飽和させ、かつ真の信号成分を飽和
させない範囲に収まるよう設定されることを特徴とする
請求項1記載の光ファイバジャイロ。
2. The optical fiber according to claim 1, wherein the gain of the amplifier is set so that the amplitude of the amplified output falls within a range in which a spike signal is saturated and a true signal component is not saturated. gyro.
JP10154145A 1998-06-03 1998-06-03 Optical fiber gyro Pending JPH11344345A (en)

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