JPS63255613A - 光ファイバ回転センサから出力される光信号を処理する装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一般に回転センサに関するものであり、特に
光ファイバ回転センサに関するものである。さらに特に
、この発明は光ファイバ回転センサからの出力信号を処
理してザニャックリングの逆伝搬光波間の回転誘導移相
を零化し、かつセンサの回転速度を決定するための装置
および方法に関するものである。

光ファイバリング干渉計は、典型的には光ファイバ材料
のそこに逆伝搬光波を有するループを含む。サニヤック
効果に従えば、ループの回転の方向に移動する波は回転
の方向と反対に移動する波よりもループを通る通過時間
が長い。この移行時間の差は波の相対位相のシフトであ
ると思われる。

移用の蛍は回転速度に依存する。ループを通過した後で
、逆伝搬波は干渉し合って光出力信号を形成するように
結合される。光出力信号の強度は干渉の型と量の関数で
変化し、それは逆伝搬波の相対位相に依存している。逆
伝搬波の干渉により生じられる光出力信号はループの回
転速度の関数で強度が変化する。回転センシングは光出
力信号を検出して、さらにそれを処理して移相の関数で
回転速度を決定することにより達成される。

慣性航法応用に適するようにするために、回転センサは
非常に広いダイナミックレンジを有さなければならない
。回転センサは１時間あたり０゜０１度はどの低さでか
つ１秒あたり１０００度はどの高さで回転速度を検出す
ることが可能でなければならない。測定すべき下限対上
限比はおよそ１０９である。

光ファイバ回転センサのダイナミックレンジはフィード
バック信号をセンシングコイルの波に与えてサニヤック
移相を零にすることにより増加され得ることがわかって
いる。サニヤックシフトを零にするのに必要なフィード
バック信号の量を示す信号は処理されて回転速度を決定
し得る。

以前の信号処理技術は過度に複雑かつ高価で、航法グレ
ード回転センサに必要なダイナミックレンジにわたって
不正確である。以前の信号処理技術は、典型的には位相
変調器がスケールファクタの非線形性を引き起こす非線
形デバイスであるので、低回転速度では不正確な結果を
もたらす。

発明の概要 この発明に従った信号処理回路は回路の複雑さを減じ、
低速でスケールファクタの非線形性を引き起こす非線形
位相変調器に関連する問題を解決する。

この発明に従った装置は、光ファイバのセンシングルー
プで１対の逆伝搬光波を誘導して波を結合し、波の間の
位相差を示す干渉パターンを生じる光ファイバ回転セン
サから出力される信号を処理するための閉ループフィー
ドバックシステムである。この装置は、波の位相差を示
す電気信号を生じるための光検出器のような装置と、セ
ンシングループで光波の位相を変調するための装置と、
波の位相差に応答して、第１の時間間隔の間基準零移相
に交互に設定され次いて第２の時間間隔の間基準零と比
較される公知の基準移相の倍数に等しくなるようにセン
シングループの出力信号を設定するように調整される変
調信号で、変調装置を制御するための装置とを含む。

この発明に従った装置は、好ましくは第１および第２の
時間間隔の両方がセンシングループを通る光波の通過時
間に等しくなるように設定される。

基準零と比較される基準値は±π／２ラジアンの移相間
を交互に繰返し得る。基準零と比較される基準値は±π
／Ｎラジアンの移相間を交互に繰返し得て、ここでＮは
実数なら何でもよい。基準零と比較される基準値はまた
、２個のパターンを組合わせた連続反復する第２の時間
間隔の間３π／２、π／２、−π／２、−３π／２ラジ
アンの移相間を交互に繰返し得る。±π／Ｎ±（２π−
π／Ｎ）のような他の値が基準値に使用され得る。

この発明に従った装置はその装置に接続されて波の位相
差を示す電気信号を生じるゲート装置と、ゲート装置の
出力に接続されて回転の速度および方向を決定する速度
復調装置と、ゲート装置の出力に接続されて速度復調装
置の較正を調整する振幅復調装置とをさらに含み得る。

光ファイバのセンシングループで１対の逆伝搬光波を誘
導しかつ波の間の位相差を示す干渉パターンを生じるよ
うに波を結合させる光ファイバ回転センサから出力され
る信号を処理するための方法は波の位相差を示す電気信
号を生じるステップと、センシングループで光波の位相
を変調するステップと、第１の時間間隔の間交互に基準
零に設定され、次いで第２の時間間隔の間公知の基準値
の整数倍に等しくなるようにセンシングループの出力信
号を設定するように調整される変調信号で変調装置を制
御するステップとを含む。

この発明に従った方法はセンシングループを通る光波の
通過時間に等しい第１および第２の時間間隔を設定する
ステップをさらに含み得る。

この発明に従った方法は、±π／２ラジアンの移相間を
交互に繰返すように基準値を設定するステップをさらに
含み得る。この発明に従った方法は、第２の時間間隔を
連続的に反復する間連続３π／２、π／２、−π／２、
−３π／２ラジアンの移相になるように基準値を設定す
るステップをさらに含み得る。

この発明に従った方法は、波の位相差を示す電気信号を
ゲートするステップと、ゲートされた電気信号を復調し
て回転速度および方向を決定するステップと、ゲートさ
れた電気信号を復調して回転速度信号の較正を調整する
ステップとをさらに含み得る。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、光ファイバ回転センサ２０は、光
ファイバ２４にコヒーレント光を供給する光源２２を含
む。光ファイバ２４は光源ビームを光ファイバ指向性カ
プラ２６に費導し、それは光ファイバ２４と光ファイバ
２８との間で光を結合する。光ファイバ指向性カプラ２
６を通って伝搬し、光ファイバ２４に留まる光は第２の
光ファイバ指向性カプラ３０に費導される。光ファイバ
指向性カプラ３０は光ファイバ２４と光ファイバ３２の
第３の長さ部分との間で光を結合する。

光ファイバ指向性カプラ３０を通って伝搬し、かつファ
イバ２４に留まる光は次いでセンシングコイル３４に伝
搬する。光ファイバ指向性カプラ３０からセンシングコ
イル３４に入る光はコイルで右回りの波を形成する。セ
ンシングコイル３４は別々の光ファイバから形成され得
るか、またはそれは光ファイバ２４の一部で形成され得
る。センシングコイル３４を通過した後で、右回りの波
が位相変調器３６に入る。

光ファイバ指向性カプラ３０が光ファイバ２４から光フ
ァイバ３２へ結合する光は左回りの波を形成する。光フ
ァイバ３２は別のファイバであるかまたはセンシングコ
イル３４を形成する光ファイバの一部であればよい。左
回りの波は、センシングコイル３４に入る前に、まず位
相変調器３６を通過する。

右回りの波と左回りの波は、センシングコイル３４を通
過する前に、同一位相を有する。３４がコイルの平面を
通る線のまわりを回転しているならば、それら波は互い
に関連して移相を経験する。

光ファイバ３２の右回りの波は位相変調器３６を通過し
た後で光ファイバ指向性カプラ３０に入り、左回りの波
はセンシングコイル３４を通過した後で光ファイバ指向
性カプラ３０に入る。左回りの波の一部が光ファイバ指
向性カプラ３０を通って伝搬し、左回りの波の残余は光
ファイバ３２の端部３８へ結合する。右回りの波の一部
はファイバ３２に留まり、右回りの波の残余は光ファイ
バ指向性カプラ３０により光ファイバ指向性カプラ２６
へ結合される。

光ファイバジャイロスコープシステム２０で使用され得
る光ファイバ指向性カプラおよび光ファイバ位相変調器
は下で説明される。光カプラ２６および３０の双方は実
質的に同一構造からなり得て、それゆえ光カプラ２６の
次の説明は、光ファイバ２４．２８および３２が単一モ
ードファイバであるときに干渉センサシステム２０に含
まれるすべての光カプラにあてはまる。

第１図のカプラ２４および２８として単一モード用途で
の使用に適する光ファイバ指向性カプラは、１９８０年
３月２９日発行のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第２８巻、第
２８号、２６０−２６１頁および１９８５年１月１５日
にショウ（Ｓｈａｗ）らに発行された米国特許第４，４
９３，５２８号に記載されている。その特許はり一ラン
ドースタンフォード・ジュニア−ユニバーシティの評議
委員会（ｔｈｅ　　Ｂｏａｒｄ　　ｏｆ　　Ｔｒｕｓｔ
ｅｅｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　Ｌｅｌａｎｄ　　５ｔａ
ｎｆｏｒｄ　　Ｊｕｎｉｏｒ　　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
）に譲渡されている。米国特許第４，４９３゜５２８号
に開示されたカプラは下で簡単に説明される。

第７図および第８図に例示されるように、カプラ２６は
それぞれ１対の基板５０および５２に装設される、第１
図の光ファイバ２４および２８を含む。ファイバ２４は
基板５０の光学的に平坦な表面５８に形成される曲面状
の溝５４に装設される。同様に、ファイバ３０は基板５
２の光学的に平坦な表面６０に形成される曲面状の溝５
６に装設される。基板５０およびそこに装設されるファ
イバ２４はカプラハーフ６２を含み、基板５２およびそ
こに装設されるファイバ３０はカプラハーフ６４を含む
。

曲面状の溝５４および５６は各々、通常は実質的に同一
であるファイバ２４および２８の直径と比較すると大き
い曲率半径を有する。溝５４および５６の幅はファイバ
の直径よりもわずかに大きく、ファイバ２６．３０がそ
れぞれ溝５４および５６の底部の壁により規定される経
路に合致することを可能にする。溝５４および５６の深
さは、それぞれ基板５０および５２の中心での最小から
基板５０および５２の端縁での最大まで変化する。

溝の深さの変化は光ファイバ２４および２８が、それぞ
れ溝５４および５６に装設されるときに、それぞれ基板
５０および５２の中心に向かって次第に集束しかつそれ
らの端縁に向かって発散することを可能にする。ファイ
バ２４および２８のこの緩やかな曲率は、ファイバ２４
および２８が急に屈曲したり、そうでなければ突然方向
が変化するのを防ぎ、モード摂動による出力損失を回避
する。溝５４および５６は断面が矩形であっもでよいが
、溝５４および５６はカプラ２６を形成する際に使用さ
れ得るＵ字形またはＶ字形のような他の断面形状を有し
てもよいことが理解されるべきである。

第７図ないし第９図を参照すると、基板５０および５２
の中心では、溝５４および５６の深さはファイバ２４お
よび２８の直径より小い。基板５０および５２の端縁で
は、溝５４および５６の深さは好ましくは少なくともフ
ァイバの直径と同じぐらいの大きさである。光ファイバ
材料はラッピングのようないずれか適当な方法によりフ
ァイバ２４および２８の各々から除去されて、ファイバ
２４および２８で楕円形ブレーナ状表面を形成する。そ
の楕円形表面は直面する関係で並置され、ファイバ２４
および２８の各々により伝搬される光のエバネセントフ
ィールドが他方のファイバと相互作用する相互作用領域
６６を形成する。除去される光ファイバ材料の量は基板
５０および５２の端縁の近くでの零からそれらの中心で
の最大１まで次第に増加する。第４図ないし第６図に示
されるように、光ファイバ材料のテーバ状の除去はファ
イバ２４および２８が次第に集束および発散することを
可能にし、それは相互作用領域６６での後方反射および
光エネルギの過度の損失を回避するのに有利である。

光は相互作用領域６６でのエバネセントフィールド結合
によりファイバ２４と２８の間で伝送される。光ファイ
バ２４は中心のコア６８とそれを包囲するクラッド７０
を含む。ファイバ３０はそれぞれコア６８およびクラッ
ド７０と実質的に同一であるコア７２およびクラッド７
４を有する。

コア６８はクラッド７０のものよりも大きい屈折率を有
し、コア６８の直径はコア６８内を伝搬する光がコアー
クラッド界面で内部反射するようなものである。光ファ
イバ２４により冊導される光エネルギの大半はそのコア
６８に閉込められる。

−１４＝ しかしながら、ファイバ６８の波動方程式の解と周知の
境界条件の適用とにより、エネルギ分布は、主としてコ
ア６８にあるけれども、クラッド内へ延びてファイバの
中心からの半径が増加するにつれて指数関数的に衰退す
る部分を含むことが示される。ファイバ６８内のエネル
ギ分布の指数関数的に衰退する部分は一般にエバネセン
トフィールドと呼ばれる。最初ファイバ２４により伝搬
される光エネルギのエバネセントフィールドがファイバ
３０の中へ十分な距離を延ばすと、エネルギはファイバ
２４からファイバ３０へと結合するであろう。

適当なエバネセントフィールド結合を確実にするために
、ファイバ２４および２８から除去される材料の量は、
ファイバ２４および２８のコア間の間隔が予め定められ
た臨界区域内にあるようにするために注意深く制御され
なければならない。

エバネセントフィールドはクラッドの中へ短い距離を延
ばし、ファイバコアの外側での距離とともに大きさが急
速に減少する。このように、十分な光ファイバ材料が除
去されて、２個のファイバ２４および２８により伝搬さ
れる波のエバネセントフィールド間の重なりを可能にす
べきである。わずかな材料しか除去されなければ、コア
同士はエバネセントフィールドが響導された波の所望の
相互作用を引き起こすことを可能にするほど十分には近
接せず、それゆえ不十分な結合が生じるであろう。

特定のカプラに対する臨界区域の程度はファイバのパラ
メータやカプラの幾何学的配置のような多数の要因に依
存する。臨界区域はステップインデックス形プロファイ
ルを有する単一モードファイバにはかなり狭くてもよい
。ファイバ２４および２８の中心から中心までの間隔は
典型的には２ないし３コア直径よりも小さい。

第１図のカプラ２６は２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃおよび２
６Ｄと表示される４個のポートを含む。

それぞれカプラ２６の左側と右側にあるポート２６Ａお
よび２６Ｂはファイバ２４に対応する。同様にポート２
６Ｃおよび２６Ｄはファイバ２８に　１６一 対応する。説明するために、光信号入力はファイバ２４
を介してポート２６Ａに与えられることが仮定される。

信号はカプラ２６を通過し、ファイバ２６と２８の間で
の結合の量に依存してポート２６Ｂまたは２６Ｄのいず
れか一方またはその両方で出力される。「結合定数」は
結合されたパワ一対全出力パワーの比と定義される。上
述の具体例では、結合定数はポート２６Ｂおよび２６Ｄ
で出力されるパワーの和によって除算される、ポート２
６Ｄで出力されるパワーの比である。この比はしばしば
「結合効率」と呼ばれ、それは典型的にはパーセントで
表わされる。それゆえ、「結合定数」という語がここで
使用される場合、対応する結合効率は結合定数の１００
倍に等しいことが理解されるべきである。

カプラ２６は同調されてファイバ２６および２８の直面
する表面をオフセットすることにより「０」とｒｌ、Ｄ
Ｊの間のどの所望の値にも結合定数を調整し得て、エバ
ネセントフィールドの重なりの領域の面積を制御する。

同調は基板５０および５２を互いに関連して横方向また
は縦方向にスライドさせることにより達成される。

ファイバ２４および２８の一方から他方へ交差結合され
る光はπ／２の移相を受けるが、交差結合されずにカプ
ラ２０を真直ぐに通過する光は移相されない。たとえば
、カプラ２６が０．　５の結合定数を有し、光信号がポ
ート２６Ａに入力されるならば、ポート２６Ｂおよび２
６Ｄでの出力は同等の大きさになるであろうが、ポート
２６Ｄでの出力はポート２６Ｂでの出力に関連してπ／
２だけ移相されるであろう。

カプラ２６は非常に指向性があり、実質的にそれの一方
の側で与えられるすべての出力は他方の側のポートで出
力される。この指向性特性は、ポー　ト２６Ｂまたは２
６Ｄのいずれかに与えられるいくらかの光がポート２６
Ａおよび２６Ｂに届けられるという点で左右対称である
。カプラ２６は本質的に偏光に関しては非差別的であり
、そこへ入力される光の偏光を保存する。

第１０図ないし第１２図を参照すると、位相変調器３５
はニオブ酸リチウムのような電気光学的に活性の物質の
基板２３上に形成される先導波路２］を含み得る。１対
の電極２５および２７が導波路２１の両側の基板に装着
される。電極２５および２７はアルミニウムの気相成長
により基板２３上に形成され得る。先導波路２１は、ま
ず基板２３上に一片のチタンを生成し、それを加熱して
基板２３の中へチタンを追い込むことにより基板２３に
形成され得る。結果として生じる導波路２１は第１０図
および第１１図に示されるような一般に半円形の断面を
有する。ファイバ３２は第１図および第１１図に示され
るような光導波路２］の両側に当接結合される２個の端
部３３および３５を有するように切断されなければなら
ない。

電極にかかる電圧の印加は電気光学的効果の装置により
光導波路２１の屈折率を変える。導波路２１を通る光波
の通過時間は、真空中の光の速度により除算される、導
波路の長さとその屈折率の積である。このように光導波
路２１の屈折率を変えることにより、それを通る光信号
の通過時間が変わる。光波を含む電磁界の正弦特性のせ
いで、通過時間の変化は波の位相の変化と考えられる。

ＴＲＷは位相変調器３６として使用するのに適する、ニ
オブ酸リチウム位相変調器装置を販売している。

第１図に示される信号処理回路は位相変調器３６に移相
信号を与えて、センシングループ３４の回転速度により
引き起こされる光波の移相を直ちに零にする。検出器１
００の出力は前置増幅器１０２に入力され、それは信号
を増幅し、それの条件をゲート１０４への入力に備えて
整える。検出器１００はモトローラＭＦＯＤ２４０４　
（Ｍｏ　ｔｏｒｏｌａ　　ＭＦＯＤ２４０４）のような
市場で入手可能な装置であってもよく、それは光ダイオ
ードおよび広帯域特性を有するハイブリッド増・幅器を
含む。ゲート１０４はシリコニクスＤＧ２７１（ＳＬｌ
ｙｃｏｎｉｘ　　ＤＧ２７１）のようなＣＭＯＳアナロ
グスイッチであってもよい。バイアスキャリア発生器１
０６はゲート１０．４と、位相変調器３６に接続される
スイッチ１０８の両方を制御する。ゲート１０４が導通
状態にあると、前置増幅器１０２の出力は増幅器１１０
に入力される。増幅された信号は増幅器１１０から出力
されて、次に速度復調器１１２に入力され、さらに振幅
復調器１２０に入力される。速度復調器１１２の出力は
加算増幅器１１８へ入力を与える速度出力増幅器１１６
へ入力される。バイアスキャリア発生器１０６はまた速
度復調器１１２へ動作信号を与える。

増幅器１１０の出力はまた振幅復調器１２０へ入力され
、それはバイアスキャリア発生器１０６から信号を受信
する。振幅復調器１２０から出力される信号は基準発生
器１２２へ入力され、それは出力を与えて加算増幅器１
１８の利得を制御する。

この発明の基本的な原理は、ジャイロを通る光波の通過
時間に等しい時間τの期間の間ジャイロ位相変調器信号
を零またはＵ準零に設定することにより、ジャイロに既
知の零、すなわち基準状態をとらせることである。この
零すなわち基準状態においてはで、センシングループ３
４の回転により引き起こされる移↑１１を別にすれば、
逆伝搬光波同士は同相になるであろう。この零状態の後
でかつ次の状態の間、復調のためのバイアス信号と回転
により引き起こされる移相と同等でかつ逆である移相を
引き起こすであろう信号とが位相変調器に与えられる。

これら信号は通過時間τに等しい期間の開光検出器１０
０によりわかるような回転誘導移相を検出して零にする
であろう。

この測定期間の後で、位相変調器信号は再び通過時間τ
に等しい期間の間零すなイつち基準レベルに設定されな
ければならない。この零期間の後で、回転誘導移相に等
しくかつ逆の移相を引き起こすであろう信号と、反対極
性のバイアス信号とが位相変調器３６に与えられて、光
検出器１００によりわかるようにセンシングループ３４
の回転速度を零にする。センシングループ３４の回転速
度を零にするために位相変調器３４に与えられる信号の
振幅はジャイロの出力速度に正比例する。

高精度回転センサでは、交互のキャリアバイアスレベル
は好ましくは±π／２と±３π／２との間で安定化され
、ジャイロの１より大きいフリンジにわたって復調され
る。光ファイバジャイロへの回転速度信号の直接のフィ
ードバックを実現するのに必要な波形を発生ずる機能を
果たすであろう多くの可能な実施がある。この発明を実
行するのに適する１つの適当な組の波形が第２図ないし
第６図に示される。

第２図は所要のアルゴリズムを実現するための可能なキ
ャリアすなわちバイアス信号をグラフで示している。こ
の発明の説明を簡単にするために、第２図に例示される
信号は水平軸」二に８期間ｔ。

ないしｔ８に分割される時間間隔を示している。

各期間はセンシングループ３４を通過する光の通過時間
τに等しい。第２図の垂直軸上の信号の範囲は±２πで
ある。信号の範囲は位相変調器３６に与えられる信号に
より引き起こされるセンシングループ３４の光の移相で
ある。実際に実施する際には、それ以外の数の期間が使
用され得る。基本的な考え方は次のとおりであり、すな
わち回転速度は急速に変化し得るが、較正利得はゆっく
りと変化し得る環境現象である。

バイアスすなわちキャリアは、位相変調器３６に与えら
れて回転情報の復調を可能にする信号である。時間間隔
ｔ、の間、バイアス信号は位相変調器３６で基準零に設
定され、それはセンシングループ３４で右回り（ＣＷ）
光信号と左回り（ＣＣＷ）光信号との間の公知の位相関
係の進展を可能にする。時間ｔ２で、センシングループ
３４の信号出力に光検出器１００で公知の基準値をもた
せる信号が位相変調器３４に与えらる。第３図の増幅器
１１０はセンシングループ３４の出力信号を増幅する。

センシングループ３４の出力信号の実際の値は任意であ
り、特定の用途およびジャイロ状態に依存し得る。

第３の時間間隔ｔ、の始めに、センシングループ３４の
出力信号は再び１期間の間零に戻され、再びＣＷおよび
ＣＣＷ光信号が時間間隔ｔ、におけるのと同じ公知の状
態をとるのを可能にする。

時間ｔ４で、時間間隔ｔ２におれるのと同−振幅である
が反対極性を有する信号が位相変調器３６に与えられる
。回転情報がなければ、この信号は時間間隔ｔ２の間に
出力される信号と同じ振幅を有する出力信号を光検出器
１００に勾える。時間間隔ｔ５の間、その信号は再びｔ
ｌにおけるような基準状態に戻される。

時間間隔ｔ６の間、時間間隔ｔ２で使用された信号と同
じ信号に２πを加えたものが位相変調器３６に与えられ
る。この信号は、位相変調器スケーリング３６のスケー
リングが正確ならば第２の時間間隔ｔ２におけるのと同
じである信号を光検出器１００の出力で生じるであろう
。位相変調器スケーリングの振幅が時間間隔ｔ２の間の
出力と同じでなければ、時間間隔ｔ６の間に出力される
信号は別に復調されて、その出力に対する修正をするた
めに使用される。時間間隔ｔ７の間、時間間隔ｔ、の基
準零信号は再び位相変調器３６に与えられる。

時間間隔ｔ８において、時間間隔ｔ４におけるのと同じ
である信号に２πを加えたものが位相変調器３６に与え
られる。この信号はｔ４て使用される信号と同じ出力を
与えるであろうし、また位相変調器スケーリングの振幅
を修正するために使用され得る。ｔ８の後で、位相変調
器３６に与えられた信号のシーケンスが繰返して、再び
ｔｌて開始される。

第３図では、軸が第２図におけるのと同じであり、バイ
アスすなわちキャリア情報も同じである。

ＲＯＴＡＴＩＯＮ　　ＲＡＴＥと表示される信号がバイ
アス情報上に重ねられて示されている。回転速度信号は
正確な振幅、位相および極性を有し、センシングループ
３４の回転速度を零化、すなわぢキャンセルする。なお
第３図を参照すると、時間間隔ｔ、の間、位相変調器３
６の出力はまだ零に設定されている。時間τの後に、Ｃ
ＷおよびＣＣＷ光信号はセンシングループ３４の回転に
より引き起こされる光波の移相を除けば、同相になるで
あろうう。時間ｔ２でバイアスすなイつちキャリア信号
は、その振幅および極性が厳密にはセンシングループ３
４の回転により引き起こされる速度をΩにするのに必要
とされるものである信号で位相変調器３６に与えられる
。その時光検出器１００の正味出力は第１図に関して説
明されたものと厳密に同じになるべきである。

ｔ３で位相変調器３６は再び零に設定され、センシング
コイル３４の光波は回転速度により引き起こされる位相
差を除けば再び同相になるであろう。

ｔ４で、時間間隔ｔ２で使用されたものと反対極性のバ
イアス信号がｔ２で用いられた回転信号と同じ振幅およ
び極性で位相変調器３６に与えられる。これはｔ２にお
ける信号と同じ光検出器出力を与えるであろう。ｔ５で
、位相変調器３６は再び零に設定され、バイアスは回転
信号と同じ振幅および極性で再び加算され、ｔ２におけ
るのと同じ出力を与える。

ｔ７で信号は再び零に設定され、ｔ８で回転零化信号と
同じ振幅および極性の信号が、光検出器１００から出力
された同じ信号に対する先に説明されたバイアスで再び
加算される。

＝　２７− 第３図の２個の低い方のプロットは、センシングループ
３４が回転加速を経験するときおよび検出器信号が零化
されるときの増幅器１１０の出力を表わす。回転加速の
間、ゲート１０２が開かれているときには、増幅器１１
０の出力はその上にノイズが重ねられた矩形の波である
。回転誘導移相が零化されるときには、増幅器１１０の
出力はバックグラウンド・ノイズだけである。

第４図はグラフの下部部分に沿って示されるＧＡＴＥと
呼ばれる信号で第３図の情報を示している。このセンシ
ングループで興味のある情報はｔ２、ｉ４、ｉ６および
ｔ８と表示される時間で起こる。興味のあるもの以外の
時間での光検出器の出力は、これら信号がゲート動作で
阻止されなければ、増幅器１１０の入力を不通にするで
あろう。

ＧＡＴＥ信号は、ゲート１０４に与えられると、不所望
の信号を効果的にゲート動作で阻止する。

第５図は、バイアスキャリアおよび回転速度零化信号な
らびに回転速度零化信号が不正確な値であることにより
引き起こされる光検出器１００の出力のどのような誤差
も復調してセンシングループ３４の回転速度を零にする
のに必要な信号を示している。光検出器１００により出
力され、ゲート信号によりゲート動作され、増幅され、
さらに速度復調器１１２により復調される信号が、フィ
ードバック信号を与えて回転速度零化信号を修正するた
めにここで使用される。回転速度零化信号の振幅はセン
シングループ３４の回転速度に比例し、回転センサ２０
の出力として使用される。

第６図は、出力振幅情報を復調するために使用される信
号とともにバイアスキャリアおよび速度零化信号を示し
ている。ｔ６およびｔ８で起こるる信号はこの信号によ
り復調され、増幅器の利得をサーボ制御して±２πλ力
に対し厳密に±２πラジアンの移相を位相変調器で引き
起こすために使用され得る。

第１図は上で説明されたアルゴリズムを実現するための
１つの可能な回路のブロック図を示している。第１図の
回路はアナログまたはディジタルいずれかの構成要素か
ら形成され得る。第１図を参照すると、検出器１００の
出力は前置増幅器１０２により増幅され、ゲート１０４
によりゲート動作される。次いでゲートされた出力が増
幅器１１０により増幅され、速度復調回路１１２へ送ら
れ、さらに振幅復調器回路１２０へ送られる。速度増幅
器はセンサループ３４の出力速度に正比例する信号を生
じる。次にこの速度信号はバイアスキャリア信号で加算
され、第２図に示されるようにオンおよびオフにスイッ
チされる。結果として生じる信号は速度サーボループを
閉じるために使用される。

振幅復調回路１２０は第６図の復調信号を用いて、出力
が厳密に±２πになるようにするであろう振幅まで基準
発生器１２２をサーボ制御するために使用される誤差信
号を発生する。基準発生器１２２は速度増幅器１１６と
加算増幅器１１８の利得を制御する。

第１３図はこの発明の第２の実施例を示している。第１
３図に含まれる光ファイバ回転センサの基本構造は第１
図のものと同一である。第１図における対応する構成要
素と同じである第１３図の構成要素は両方の図面で同じ
参照番号を有する。

これら構成要素は光源２２、カプラ２６および３０１フ
ァイバ２４．２８および３２、位相変調器３６、センシ
ングコイル３４、検出器１０２、前置増幅器１０３、ゲ
ート１０４、増幅器１１０、振幅復調器１２０、回転速
度復調器１１、回転速度増幅器１１６および基準発生器
１２２である。

第１図にはないが第１３図には示されている項目は、数
字「２」で始まる参照番号を有する。

増幅器１１０から出力される信号は振幅復調器］２０に
入力され、さらに回転速度復調器１１２に入力される。

振幅復調器１２０と回転速度復調器１１２の両方はシリ
コニクスＤＧ２７１　（Ｓｉ１ｉｃｏｎｉｘ　　ＤＧ２
７１）のような市場で入手可能な復調器回路であっても
よい。回転速度復調器１１２はセンシングループから速
度誤差信号を回収する。これら回転速度誤差信号は回転
速度増幅器１］６により増幅され、それはバー・ブラウ
ン３５５０　（Ｂｕｒｒ　　Ｂｒｏｗｎ　　３５５０）
演算増幅器のような信号増幅装置であってもよい。

増幅後、速度誤差信号は、回転速度増幅器１１６の出力
に接続されるアナログディジタル変換器２０４によりデ
ィジタル信号に変換される。アナログディジタル変換器
２０４は、バー・ブラウンＰＣＭ７５　（Ｂｕｒｒ　　
Ｂｒｏｗｎ　　ＰＣＭ７５）１６ビツトアナログデイジ
タル変換器のような、アナログ電気信号をディジタルに
変換するのに適する装置であればよい。

アナログディジタル変換器２０４からのディジタル回転
速度誤差信号はマイクロプロセッサ２０６へ入力され、
それはロジック・デバイスシズ・インコーホレーテッド
（Ｌｏｇｉｃ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　Ｉｎｃ、）の４２
９Ｃ０１ビツトスライスマイクロプロセツサであっても
よい。マイクロプロセッサ２０６は誤差信号を累積し、
それをスケールしさらにそれをマイクロコードおよび状
態発生器ＰＲＯＭ装置２０８からのバイアスキャリア信
号で加算するために使用される。マイクロプロセッサ２
０６は状態装置として動作される。パイアスキャリア信
号の適当な状態と基準零期間をもたらす。マイクロプロ
セッサ２０６は従来通り動作され、クロックされ、さら
にその状態でゲートおよび復調信号を発生する１組のＦ
ＲＯＭ２０８により制御される。クロック２１０はマイ
クロプロセッサ２０６にクロック信号を供給する。クロ
ック２１０はまたＦＲＯＭ２０８に信号を供給するカウ
ンタ２１２にクロック信号を与える。

マイクロプロセッサ２０６のディジタル出力はフィード
バックディジタルアナログ変換器２０２と、１６ビツト
出力レジスタ２１４であってもよいディジタル回転速度
出力インターフェイスとの双方を駆動する。

振幅復調器１２０は出力信号を振幅基準増幅器２００に
与え、それは基準発生器１２２を駆動する。基準発生器
１２２の出力はディジタルアナログ変換器２０２に入力
される。ディジタルアナログ変換器２０２は信号をビデ
オ増幅器２１６に与え、それは位相変調器３６を駆動す
る。振幅復調器１２０は増幅器１１０から信号ヲ尚収し
、この−３３＝ 信号を用いてディジタルアナログ変換器２０２の利得を
制御し、その出力を２πになるようにスケールする。

ディジタルアナログ変換器２０２はバー・ブラウン７１
０　（Ｂｕｒｒ　　Ｂｒｏｗｎ７１０）であってもよく
、それは１６ビツト装置である。ディジタルアナログ変
換器２０２の利得は、基準増幅器２００および基準発生
器１２２を用いて制御されディジタルアナログ変換器２
０２およびビデオ増幅器の出力をスケールし、そのため
ディジタルアナログ変換器２０２での全スケールが２π
または２πの倍数になる。出力ビデオ増幅器２１６は、
コムリニアＣＬＣ２１０（ＣｏｍｌｉｎｅａｒＣＬＣ２
１０）高速演算増幅器のような、普通ビデオ信号に使用
される周波数範囲で電気信号を増幅するのに適する増幅
器であればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はザニャックリングから出力される光信号を処理
してザニャック移相を零にするための光ファイバ回転セ
ンザおよび回路を例示する。 第２図はコイルで逆伝搬する光波間の回転誘導移相を感
知するためにセンシングコイルで光信号に与えられ得る
キャリアすなイつちバイアス信号をグラフで例示する。 第３図は第２図の信号に第２のフィードバック信号、す
なわちセンシングコイルで光信号に与えられて、コイル
で逆伝搬する光波間の回転誘導移相を零にし得る第２の
キャリアすなわちバイアス信号を加えたものをグラフで
例示する。 第４図はゲート信号とバイアス信号および回転速度零化
信号の重なりとをグラフで例示する。 第５図は速度復調信号と重ねられたバイアス信号および
回転速度零化信号とをグラフで例示する。 第６図は１対の振幅復調信号と重ねられたバイアスキャ
リアおよび速度零化信号とをグラフで例示する。 第７図は第１図の光ファイバジャイロスコープに含まれ
得る光カプラの断面図である。 第８図は第７図の線８−８について破断された断面図で
ある。 第９図は第１図の光ファイバジャイロスコープに含まれ
得るカブラハーフの斜視図である。 第１０図は第１図の光ファイバジャイロスコープに含ま
れ得る集積された光位相変調器の斜視図である。 第１１図は第１０図の位相変調器の平面図である。 第１２図は第１０図および第１１図の位相変調器の端面
図である。 第１３図はこの発明の第２の実施例のブロック図である
。 図において、２０は光ファイバ回転センサ、２４は光フ
ァイバ、３４はセンシングループ、３６は変調装置、１
００は検出装置、１０６はバイアスキャリア発生装置、
１１２は速度復調装置、１２０は振幅復調装置、１２２
は基準発生装置である。 ４４°ＩＲ−ｈｉＥｒ＋人　　　　リットン・システム
ズ信ンコーポレーテッド代理人　呼焉士深見久Ｂ　（ほ
か２名）−３６＝ 旺　妊 計　俳 ＩＩＬ　　　　Ｃ９ 惚。 肘　付 叶　鉢

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ２４のセンシングループ３４で１対の
   逆伝搬する光波を響導し、かつ波を結合させてそれら波
   の間の位相差を示す干渉パターンを生じる光ファイバ回
   転センサ２０から出力される信号を処理するための装置
   であって、 波の位相差を示す検出器信号を生じるための検出器装置
   １００と、 センシングループ３４で光波の位相を変調するための装
   置３６と、 検出器信号に応答して変調信号で変調装置３６を制御し
   、検出器信号を零にするための装置１０６、１２２、１
   １２、１２０とを特徴とし、変調信号が、第１の時間間
   隔の間交互に基準値に設定され、次いで第２の時間間隔
   の間既知の基準値の倍数に等しくなるようにセンシング
   ループ３４の出力信号を設定するように調整され、その
   基準値が±π／Ｎラジアンの移相間を交互に繰返して回
   転速度を測定し、その際Ｎが実数であり、さらに基準値
   が連続して反復する第２の時間間隔の間±π／Ｎ±（２
   π−π／Ｎ）間を交互に繰返し、その際Ｎが実数である
   、装置。
2. （２）光ファイバのセンシングループで１対の逆伝搬す
   る光波を響導し、かつ波を結合させてそれら波の間の位
   相差を示す干渉パターンを生じる光ファイバ回転センサ
   から出力される信号を処理するための方法であって、 波の位相差を示す電気信号を生じるステップと、センシ
   ングループで光波の位相を変調するステップと、 第１の時間間隔の間交互に基準値に設定され、次いで第
   ２の時間間隔の間既知の基準値の倍数に等しくなるよう
   にセンシングループの出力信号を設定するよう調整され
   る変調信号で変調装置を制御するステップとを特徴とし
   、±π／Ｎラジアンの移相間を交互に繰返すように基準
   値を設定し、その際Ｎが実数であり、さらに連続して反
   復する第２の時間間隔の間±π／Ｎ±（２π−π／Ｎ）
   ラジアンの移相間を交互に繰返すように基準値を設定し
   、Ｎが実数であるステップを含む、方法。