JPS61266912A - 光フアイバジヤイロによる角速度検出方式 - Google Patents
光フアイバジヤイロによる角速度検出方式Info
- Publication number
- JPS61266912A JPS61266912A JP60110018A JP11001885A JPS61266912A JP S61266912 A JPS61266912 A JP S61266912A JP 60110018 A JP60110018 A JP 60110018A JP 11001885 A JP11001885 A JP 11001885A JP S61266912 A JPS61266912 A JP S61266912A
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- angular velocity
- gyro
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は光ファイバジャイロによる角速度検出方式に係
り、特に飛行体の姿勢制御や航法システムに利用され検
出レンジが１０’〜１０’のオーダが要求され、しかも
光出力のアナログ値を検出する光ジヤイロでは、精度を
保持するレンジが１０３が実用上の限度であり、副尺を
１０１〜１０３設けて要求を実現する光ファイバジャイ
ロによる角速度検出方式に関する。
り、特に飛行体の姿勢制御や航法システムに利用され検
出レンジが１０’〜１０’のオーダが要求され、しかも
光出力のアナログ値を検出する光ジヤイロでは、精度を
保持するレンジが１０３が実用上の限度であり、副尺を
１０１〜１０３設けて要求を実現する光ファイバジャイ
ロによる角速度検出方式に関する。
光ファイバジャイロの様にサグナック効果による光の干
渉の実効パワの測定では必然的にアナログ計測となり、
精度を保持できるレンジは１０３゜もしくは分解能に換
算するとフルスケールの１０−３である。しかしながら
高速飛行体用のジャイロでは１／１００〜２００度／秒
の角速度分解能が要求されるのが普通であり、更に高性
能を要求するものとしては分解能として０．１ 度７１
時間（０，１’ ／３６００秒）もある、これらは角速
度分解能を保持しながら検出レンジを満足することはア
ナログ計測として実現が困難である。−力先ファイバジ
ャイロのサグナック効果による光量の変化は正弦波（又
は余弦波）であるから副尺をサイクリックに何回あてる
かによって精度を保持しながら角速度の広いレンジを検
出する方法も１つの方法であるが、欠点として角速度に
比例する値が２πをこえるともとにもどってしまい、光
ジヤイロの搭載プラットホームが運動中に光ジヤイロの
動作を開始した場合には２πの整数倍だけの角度誤差を
生じる場合がおこる。
渉の実効パワの測定では必然的にアナログ計測となり、
精度を保持できるレンジは１０３゜もしくは分解能に換
算するとフルスケールの１０−３である。しかしながら
高速飛行体用のジャイロでは１／１００〜２００度／秒
の角速度分解能が要求されるのが普通であり、更に高性
能を要求するものとしては分解能として０．１ 度７１
時間（０，１’ ／３６００秒）もある、これらは角速
度分解能を保持しながら検出レンジを満足することはア
ナログ計測として実現が困難である。−力先ファイバジ
ャイロのサグナック効果による光量の変化は正弦波（又
は余弦波）であるから副尺をサイクリックに何回あてる
かによって精度を保持しながら角速度の広いレンジを検
出する方法も１つの方法であるが、欠点として角速度に
比例する値が２πをこえるともとにもどってしまい、光
ジヤイロの搭載プラットホームが運動中に光ジヤイロの
動作を開始した場合には２πの整数倍だけの角度誤差を
生じる場合がおこる。
本発明は上記の欠点を除去するもので、光ファイバジャ
イロにおいて精度を保持しながら角速度の検出レンジを
拡大することと同時に、光ファイバジャイロ搭載のプラ
ットホームが運動中に光ファイバジャイロをスタートさ
せる場合にリレキが保持できる角速度検出方式を提供す
るものである。
イロにおいて精度を保持しながら角速度の検出レンジを
拡大することと同時に、光ファイバジャイロ搭載のプラ
ットホームが運動中に光ファイバジャイロをスタートさ
せる場合にリレキが保持できる角速度検出方式を提供す
るものである。
これは航空機装備のミサイルの如く、航空機が運動中に
ミサイルの電源をＯＮにした場合でも、ジャイロにはミ
サイルの姿勢などを把握することができると云うもので
ある。
ミサイルの電源をＯＮにした場合でも、ジャイロにはミ
サイルの姿勢などを把握することができると云うもので
ある。
上記目的を達成するために、光ファイバジャイロにおい
て、精度を保持しながら検出レンジを拡大するために、
少なくとも主尺と副尺より成るジャイロを設ける。そし
て、例えば主尺は角速度がＯ度／秒から１０度／秒の間
にあるのか、又は、１０度／秒から２０度／秒にあるか
の大雑把な領域を検出し、副尺はＯ度／秒から１０度／
秒の間精密に測定できるものとすると同時に、１０度／
秒をこえれば、その出力が零にもどる様に構成する。し
たがって角速度１５度／秒を計測する場合は、主尺が１
０度／秒と２０度／秒と間にあることが判別され、副尺
の指示が５．０１度／秒であれば角速度の値は１５．０
１度／秒であることが判るのである。
て、精度を保持しながら検出レンジを拡大するために、
少なくとも主尺と副尺より成るジャイロを設ける。そし
て、例えば主尺は角速度がＯ度／秒から１０度／秒の間
にあるのか、又は、１０度／秒から２０度／秒にあるか
の大雑把な領域を検出し、副尺はＯ度／秒から１０度／
秒の間精密に測定できるものとすると同時に、１０度／
秒をこえれば、その出力が零にもどる様に構成する。し
たがって角速度１５度／秒を計測する場合は、主尺が１
０度／秒と２０度／秒と間にあることが判別され、副尺
の指示が５．０１度／秒であれば角速度の値は１５．０
１度／秒であることが判るのである。
以下本発明の実施例を図面に沿って説明する。
篤１図に実施例の主要ブロック図を示す、ここに示す副
尺に関連する光ファイバジャイロ及び主尺の光ブアイバ
ジャイロは夫々公知の位相変調方式光ファイバジャイロ
である。各光ファイバジャイロは夫々光フアイバループ
１，２を有する０本実施例の特徴は従来の位相変調方式
では光カブラ３Ａ、３Ｂでレーザ４からの光のうち５０
％の光を捨てていたが、これを主尺光ファイバジャイロ
に利用している。またすでに説明した複数の光ファイバ
ジャイロで構成する要件の最小の２ケの光ファイバジャ
イロで構成するため４こ、副尺の光ファイバジャイロの
出力の正弦波成分と余弦波成分をとり出し、副尺のレン
ジ拡大を訂っている。光位相変調器５Ａ、５Ｂにより位
相変調された光ファイバジャイロの出力は第１種ベッセ
ル水数で示される高調波成分を含み、変調周波数ｆ０の
基本波を含む奇数次の高調波成分が光フアイバループの
角速度Δθの正弦波変化分であり、偶数次の高調波成分
はΔθの余弦波変化分である。第１図−では基本成分子
０で同期検波することにより、Δθの正弦波変化分、倍
周波２ｆＩ、で同期検波することにより、Ａθの余弦波
変化分をとり出している。
尺に関連する光ファイバジャイロ及び主尺の光ブアイバ
ジャイロは夫々公知の位相変調方式光ファイバジャイロ
である。各光ファイバジャイロは夫々光フアイバループ
１，２を有する０本実施例の特徴は従来の位相変調方式
では光カブラ３Ａ、３Ｂでレーザ４からの光のうち５０
％の光を捨てていたが、これを主尺光ファイバジャイロ
に利用している。またすでに説明した複数の光ファイバ
ジャイロで構成する要件の最小の２ケの光ファイバジャ
イロで構成するため４こ、副尺の光ファイバジャイロの
出力の正弦波成分と余弦波成分をとり出し、副尺のレン
ジ拡大を訂っている。光位相変調器５Ａ、５Ｂにより位
相変調された光ファイバジャイロの出力は第１種ベッセ
ル水数で示される高調波成分を含み、変調周波数ｆ０の
基本波を含む奇数次の高調波成分が光フアイバループの
角速度Δθの正弦波変化分であり、偶数次の高調波成分
はΔθの余弦波変化分である。第１図−では基本成分子
０で同期検波することにより、Δθの正弦波変化分、倍
周波２ｆＩ、で同期検波することにより、Ａθの余弦波
変化分をとり出している。
主尺光ファイバジャイロは、もつとも簡単な応用例とし
ては光回路に位相変調方式を用い、この構成は第１図に
おいて、光カプラ６Ａ、６Ｂ、フォトデテクタ７、主尺
光フアイバループ２などからなっている。第２図は光フ
アイバループの回転角速度Δθに対してフォトデテクタ
フの同期検波出力の様子を示し、第３図は、主尺の光フ
アイバループ２と同軸になる副尺の光フアイバループ１
の回転角速度Δθに対して正弦波成分と余弦波成分の変
化を示したものである。
ては光回路に位相変調方式を用い、この構成は第１図に
おいて、光カプラ６Ａ、６Ｂ、フォトデテクタ７、主尺
光フアイバループ２などからなっている。第２図は光フ
アイバループの回転角速度Δθに対してフォトデテクタ
フの同期検波出力の様子を示し、第３図は、主尺の光フ
アイバループ２と同軸になる副尺の光フアイバループ１
の回転角速度Δθに対して正弦波成分と余弦波成分の変
化を示したものである。
これらの出力を利用して光ファイバジャイロの精度（角
度分解精度）を保持しながら検出レンジを拡大してゆく
方法について第４図において説明する。レンジは最大ｍ
（度／秒）のレンジを必要とするとき一般的に光ファイ
バジャイロの干渉する２種の光の位相差は Δθ＝（２πＬＲ／λＣ）Ω ・・・ （１）とな
る。ここで、 Δθ：干渉光の位相差 Ｌ ：光ファイバの長さ Ｒ：光フアイバループの半径 λ ：光の波長 Ｃ：光速 Ω ：光フアイバループの回転角速度 である。
度分解精度）を保持しながら検出レンジを拡大してゆく
方法について第４図において説明する。レンジは最大ｍ
（度／秒）のレンジを必要とするとき一般的に光ファイ
バジャイロの干渉する２種の光の位相差は Δθ＝（２πＬＲ／λＣ）Ω ・・・ （１）とな
る。ここで、 Δθ：干渉光の位相差 Ｌ ：光ファイバの長さ Ｒ：光フアイバループの半径 λ ：光の波長 Ｃ：光速 Ω ：光フアイバループの回転角速度 である。
一方、光フアイバ内を巡る時計方向の光をｅ。Ｗ。
反時計方向廻りの光をｅ。ａ、とし、それらの光の位相
差をΔθとすればそれらを干渉させて光パワーをフォト
デテクタ７で電気信号に変換し同期検波するとその貫流
ｉ。は ｉｎ ＝ＫｓｉｎΔθ ・（２）いい
かえればｉ。ａｃ ｃｏｓΔθとなる。
差をΔθとすればそれらを干渉させて光パワーをフォト
デテクタ７で電気信号に変換し同期検波するとその貫流
ｉ。は ｉｎ ＝ＫｓｉｎΔθ ・（２）いい
かえればｉ。ａｃ ｃｏｓΔθとなる。
また、位相変調方式の光ファイバジャイロにおいては、
フォトデテクタ８の出力は正弦波成分電流１１余弦波成
分電流ｉ、について １１″ｓｉｎΔθ ｉ＝６ｃＣｏｇΔθ 一方フオドデテクタ７．８に入射する光パワーは種々の
制限より最大で３〜４μＷである。
フォトデテクタ８の出力は正弦波成分電流１１余弦波成
分電流ｉ、について １１″ｓｉｎΔθ ｉ＝６ｃＣｏｇΔθ 一方フオドデテクタ７．８に入射する光パワーは種々の
制限より最大で３〜４μＷである。
したがってフォトデテクタ７．８の出力電流ｉは
ｉ冨ε ｅＰ、／ｈ ν
ε：量子効率
ｅ：電子の電荷
Ｐ、：光パワー
ｈニブランク定数
シ：光の周波数
である、実機においては出力電源ｉの最大値は１〜２μ
Ａにしかすぎない。実際上はｉ、とじて１μＡ、ｉ工ｅ
１２ としては最大０．６〜０．７μＡである。
Ａにしかすぎない。実際上はｉ、とじて１μＡ、ｉ工ｅ
１２ としては最大０．６〜０．７μＡである。
したがって単一の光ファイバジャイロで１０４〜１０ｍ
のレンジをカバーするために説明を容易にするため仮定
として、電流の差を弁別可能な値は１０にて１／１０４
〜ｌ／１０＠（μＡ）、即ち１００ＰＡ（ピコアンペア
）又はＩＰＡとする必要があり、これらを安定に区別す
る装置は実験室以外での使用は困難である。
のレンジをカバーするために説明を容易にするため仮定
として、電流の差を弁別可能な値は１０にて１／１０４
〜ｌ／１０＠（μＡ）、即ち１００ＰＡ（ピコアンペア
）又はＩＰＡとする必要があり、これらを安定に区別す
る装置は実験室以外での使用は困難である。
本発明は上記の困難性を解決するため、（１）式に示さ
れる値より、光フアイバループの半径を同一としたとき
、ファイバ長りの値を調節することにより、光フアイバ
ループの回転角速度Ωに対するΔθの変化をかえること
ができるので、第２〜４図に示す様に光フアイバループ
の回転角速度Ωに対して、フォトデテクタ７．８の出力
を第４図の様になる。即ち、 （イ）主尺の指示がレンジＡにあることを検知した場合
は、副尺の光ファイバのレンジの使用範囲は正弦波出力
と余弦波出力のそれぞれの絶対値が小となる曲線の値を
使用する特長をもたせるため、（絶対値が等して場合は
どちらの値を用いてもよい）正弦波出力のデータを読み
とれば現在の光フアイバループの回転速度Ωは一１０度
／秒から＋１０度／秒の間にあることが判り、副尺の値
α度／秒が現在の角速度である。
れる値より、光フアイバループの半径を同一としたとき
、ファイバ長りの値を調節することにより、光フアイバ
ループの回転角速度Ωに対するΔθの変化をかえること
ができるので、第２〜４図に示す様に光フアイバループ
の回転角速度Ωに対して、フォトデテクタ７．８の出力
を第４図の様になる。即ち、 （イ）主尺の指示がレンジＡにあることを検知した場合
は、副尺の光ファイバのレンジの使用範囲は正弦波出力
と余弦波出力のそれぞれの絶対値が小となる曲線の値を
使用する特長をもたせるため、（絶対値が等して場合は
どちらの値を用いてもよい）正弦波出力のデータを読み
とれば現在の光フアイバループの回転速度Ωは一１０度
／秒から＋１０度／秒の間にあることが判り、副尺の値
α度／秒が現在の角速度である。
（ロ）一方、主尺のレンジがＣであることを検・出した
場合に副尺の値が同じくα度／秒を示したときは、副尺
の指示が同じα度／秒であっても、その角速度の値は、
（３０プラスα）度／秒を知ることができる。この方法
はΩが負の値（回転方向が逆）でも成立する。
場合に副尺の値が同じくα度／秒を示したときは、副尺
の指示が同じα度／秒であっても、その角速度の値は、
（３０プラスα）度／秒を知ることができる。この方法
はΩが負の値（回転方向が逆）でも成立する。
従来の航空機、船舶、ミサイルなどのジャイロは搭載機
を静止させておいて、ジャイロのセットを行なっている
。その時間は数分より数時間におよぶものである。本方
式によれば運動中に光ファイバジャイロをスタートさせ
ても、静止情態がらの角速度零を基準とする角速度が得
られるので、特に軍事利用として速溶性に大きな特長を
有する。
を静止させておいて、ジャイロのセットを行なっている
。その時間は数分より数時間におよぶものである。本方
式によれば運動中に光ファイバジャイロをスタートさせ
ても、静止情態がらの角速度零を基準とする角速度が得
られるので、特に軍事利用として速溶性に大きな特長を
有する。
この様な特長は従来のメカニカルジャイロでは達成でき
ない。また本方式では先に出願した検出装置の副尺のみ
の光ファイバジャイロと切換回数を計測してレンジの拡
大を計る方式より応答速度は切替演算を省くことができ
る。このため数ミリ秒の時間短縮が可能であり、このた
め小形ミサイル等で要求される１０ミリ秒以下の角速度
情報の送出に十分の余裕をもって対応できる。
ない。また本方式では先に出願した検出装置の副尺のみ
の光ファイバジャイロと切換回数を計測してレンジの拡
大を計る方式より応答速度は切替演算を省くことができ
る。このため数ミリ秒の時間短縮が可能であり、このた
め小形ミサイル等で要求される１０ミリ秒以下の角速度
情報の送出に十分の余裕をもって対応できる。
このことは従来のメカニカルジャイロのセットが必要と
するジャイロスタート時の静止条件を必要としないため
、ジャイロの応用システムの運用方式を改革するもので
ある。
するジャイロスタート時の静止条件を必要としないため
、ジャイロの応用システムの運用方式を改革するもので
ある。
第１図は本発明による光ファイバジャイロのブロック図
、第２図は主尺の被検出角速度とフォトダイオードの同
期検波出力の関係を示す特性図、第３図は副尺のフォト
デテクタの基本変調周波数ｆ０と倍周波２ｆ、とで同期
検波した出力の変化ン示す特性図、第４図は主尺のレン
ジ検出と副尺の精密計測の関係を示す特性図である。 １・・・副尺光フアイバループ、２・・・主尺光フアイ
バループ、３Ａ、３Ｂ、６Ａ、６Ｂ・・・光カプラ、４
・・・レーザ、５Ａ、５Ｂ・・・光位相変調器、７，８
・・・フォトデテクタ、９〜１１・・・同期検波器、１
２・・・比較器、１３・・・基準値、１４・・・発振増
巾回路、Ｒ・・・レンジ出力。
／−代理人 弁理士 小川勝男 １．１ −−一／ 茅２日 ＃３囚 ′ｐ４！展
、第２図は主尺の被検出角速度とフォトダイオードの同
期検波出力の関係を示す特性図、第３図は副尺のフォト
デテクタの基本変調周波数ｆ０と倍周波２ｆ、とで同期
検波した出力の変化ン示す特性図、第４図は主尺のレン
ジ検出と副尺の精密計測の関係を示す特性図である。 １・・・副尺光フアイバループ、２・・・主尺光フアイ
バループ、３Ａ、３Ｂ、６Ａ、６Ｂ・・・光カプラ、４
・・・レーザ、５Ａ、５Ｂ・・・光位相変調器、７，８
・・・フォトデテクタ、９〜１１・・・同期検波器、１
２・・・比較器、１３・・・基準値、１４・・・発振増
巾回路、Ｒ・・・レンジ出力。
／−代理人 弁理士 小川勝男 １．１ −−一／ 茅２日 ＃３囚 ′ｐ４！展
Claims (1)
- １、サグナック効果を利用する光ファイバージャイロに
おいて複数の検出レンジの異なつたジャイロを含み、そ
のうちの少なくとも１ケの光ファイバジャイロは最大角
速度検出レンジｍ度／秒を検出し、その角速度弁別能力
はｎ度／秒で、他方残りの少なくとも１ケの光ファイバ
ジャイロは検出角速度は（ｍ／ｎ）度／秒もしくはそれ
以上の最大角度検出能力を有し、かつ所要の角度精測能
力を有し、これにより角速度を広い範囲にわたり精度を
保持しながら測定するようにしたことを特徴とする光フ
ァイバジャイロによる角速度検出方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110018A JPS61266912A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 光フアイバジヤイロによる角速度検出方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60110018A JPS61266912A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 光フアイバジヤイロによる角速度検出方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266912A true JPS61266912A (ja) | 1986-11-26 |
Family
ID=14525035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60110018A Pending JPS61266912A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 光フアイバジヤイロによる角速度検出方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61266912A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0346817U (ja) * | 1989-09-12 | 1991-04-30 | ||
| CN102607547A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-07-25 | 北京大学 | 光纤陀螺仪的数字域平衡探测方法及装置 |
-
1985
- 1985-05-22 JP JP60110018A patent/JPS61266912A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0346817U (ja) * | 1989-09-12 | 1991-04-30 | ||
| CN102607547A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-07-25 | 北京大学 | 光纤陀螺仪的数字域平衡探测方法及装置 |
| CN102607547B (zh) * | 2012-02-17 | 2014-07-09 | 北京大学 | 光纤陀螺仪的数字域平衡探测方法及装置 |
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