KR101355534B1 - System and method for improving dead-zone in the interferometric fiber-optic gyroscope due to the imperfect characteristics of the optical components - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system and a method for enhancing a dead zone in a fiber-optic gyroscope caused by the limited performance characteristics of optical elements composing a fiber-optic gyroscope and, more particularly, to a system and a method for enhancing a dead zone in a fiber-optic gyroscope by identifying direct optical elements with distorted optical phase modulation characteristics, selecting eligible direct optical elements through the identification, and controlling the output intensity of interference signals through an optical attenuator. The present invention can enhance a dead zone in a fiber-optic gyroscope caused by the limited performance characteristics of the optical elements composing the fiber-optic gyroscope by identifying the direct optical elements with the distorted optical phase modulation characteristics, selecting the eligible direct optical elements through the identification, and controlling the output of the interference signals through pump LD driving current and the optical attenuator. Thus, the present invention can control the characteristics of an optical part for removing the dead zone. [Reference numerals] (11) Optical fiber light source; (12) Light coupler; (13) Direct optical element; (14) Optical fiber ring; (15) Detector; (16) Closed circuit controller

Description

광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템 및 방법{System and Method for improving dead-zone in the interferometric fiber-optic gyroscope due to the imperfect characteristics of the optical components}System and method for improving dead-zone in the interferometric fiber-optic gyroscope due to the imperfect characteristics of the optical components}

본 발명은 광섬유자이로 구성 광학소자의 제한된 성능 특성으로 인해 발생할 수 있는 광섬유자이로 불감응영역 특성을 개선하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광섬유광원 펌프 LD(Laser Diode)의 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드 전류조건 및/또는 간섭계 내부에서 발생하는 각종 광 손실의 크기에 관계없이 불감응영역 제거를 위한 폐회로 제어기의 전기적 상태를 최적화하는 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a system and method for improving the characteristics of an optical fiber gyro insensitive region that may occur due to limited performance characteristics of an optical fiber gyro constituting optical device, and more particularly, a coherence call of an optical fiber light source pump LD (Laser Diode). Coherence Collapse Mode A system for optimizing the electrical state of a closed loop controller for removing an insensitive region regardless of the current conditions and / or the magnitude of various optical losses occurring in the interferometer.

또한, 본 발명은 불감응영역을 유발하는 위험 수준의 광 위상변조 왜곡 특성을 가지는 지의 여부를 넓은 온도 범위에서 식별하고, 이를 통해 적격 집적광학소자를 선별하여 폐회로 광섬유자이로에 적용시킴으로써, 집적광학소자의 광 위상변조 왜곡 특성에 의한 불감응영역 발생을 사전에 제거하는 방법에 대한 것이다. In addition, the present invention is to identify whether or not having a dangerous level of optical phase modulation distortion characteristics causing a dead zone in a wide temperature range, by selecting a qualified integrated optical device through this applied to a closed-loop optical fiber gyro, integrated optical device The present invention relates to a method for removing in advance an insensitive region caused by the optical phase modulation distortion characteristic of the circuit.

불감응영역(Deadzone)이란 저 입력각속도에서 회전을 감지하지 못하고 영(zero)의 출력을 나타내는 영역을 말한다. 일반적으로 세로다인(Serrodyne) 변복조 기법을 이용한 폐회로 광섬유자이로에서 불감응 영역이 발생하는 주요 원인은 세로다인 변조신호와 광 검출기 신호사이에서 발생하는 전기적 교차결합(Electrical Cross-coupling)으로 알려져 있다.(G. A. Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996).참고) Dead zone is a zone that shows zero output without detecting rotation at low input angular velocity. In general, the main cause of insensitive region in closed-loop fiber optic gyro using the Serrodyne modulation and modulation technique is known as electrical cross-coupling between the vertical dyne modulation signal and the photo detector signal. GA Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20 th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996).

상기와 같은 전기적 교차결합이 일어날 경우 이는 자이로 출력에 바이어스 오차를 야기하게 되며, 입력 각속도 크기가 야기된 바이어스 오차보다 낮은 값에 대해서는 자이로 출력값이 올바른 값을 내지 못하고 영(zero)으로 수렴하게 된다.When such electrical cross-coupling occurs, this causes a bias error in the gyro output, and for a value lower than the bias error caused by the input angular velocity magnitude, the gyro output value does not give a correct value and converges to zero.

또한, 인가되는 전기적 변조신호에 따라 광의 위상을 변조하는 광 위상변조기의 변조특성에 왜곡이 생길 경우 상기와 같은 전기적 교차결합과 유사한 효과를 유발하며, 그에 따라 자이로 불감응영역을 초래할 수 있다. In addition, when distortion occurs in the modulation characteristics of the optical phase modulator for modulating the phase of the light according to the applied electrical modulation signal, it may cause an effect similar to the above electrical cross-linking, thereby resulting in a gyro insensitive region.

따라서, 불감응영역의 근원적인 해결을 위해서는 변조신호와 광 검출기 신호사이에서 발생하는 전기적 교차결합이 일어나지 않게 하는 동시에 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 현상을 제거할 수 있어야 한다.Therefore, in order to fundamentally solve the insensitive region, it is necessary to prevent the electrical cross-linking occurring between the modulation signal and the photo detector signal and to remove the distortion of the modulation characteristic of the optical phase modulator.

하지만 불감응영역은 보통 변조신호 크기의 수십 ppm 이하의 매우 미소한 전기적 교차결합에 의해서도 발생할 수 있으므로, 아무리 전자회로를 잘 설계한다 하더라도 접지를 통해 형성되는 폐회로 제어기의 다양한 전기적 교차결합 경로를 완벽히 차단하기에는 현실적으로 매우 어려운 측면이 있다. However, insensitive areas can also be caused by very small electrical cross-coupling, usually a few tens of ppm or less of the modulation signal size, so that no matter how well designed the electronic circuit is, it completely blocks the various electrical cross-link paths of the closed-loop controller formed through ground. There is a very difficult aspect to do this in reality.

또한 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 현상 문제 역시 소자 측면에서 근원적인 해결을 위해서는 현실적으로 많은 어려움이 따르는 부분이다. 광 위상변조기의 변조특성은 소자 수준에서 평가되기 어려운 측면이 있으며, 평가가 된다 하더라도 변조특성의 왜곡 특성이 어떠한 상관관계를 가지고 불감응영역 발생에 영향을 줄 수 있는지를 명확히 규명하기 어렵기 때문이다.In addition, the problem of distortion of the modulation characteristics of the optical phase modulator also has a lot of difficulties to solve the fundamental problem in terms of device. Modulation characteristics of the optical phase modulator are difficult to evaluate at the device level, and even if evaluation is difficult, it is difficult to clarify how the distortion characteristics of the modulation characteristics can affect the generation of the insensitive region. .

전기적 교차결합에 의해 발생하는 문제를 해결하기 위해 종래에는 펄스 디더링(Pulse dithering) 기법을 이용하여 불감응영역을 최소화하는 방법을 이용하였다.(G. A. Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996).참고) In order to solve the problems caused by the electrical cross-coupling, a method of minimizing the insensitive region by using a pulse dithering technique has been conventionally used. (GA Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20 th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996).

하지만 펄스 디더링 기법이 적용되더라도 폐회로 제어기가 특정 수준 이상의 전기적 교차결합을 유발하는 전기적 경로를 형성하는 경우 불감응영역 개선 효과를 보기 어렵다. 이는 상기와 같은 환경에선 펄스 디더링 기법에 의해 2차적인 또 다른 전기적 교차결합 효과를 발생시킬 수 있기 때문이다. However, even if the pulse dithering technique is applied, it is difficult to improve the dead zone when the closed loop controller forms an electrical path that causes a certain level of electrical crosslinking. This is because in the above environment, another secondary electrical crosslinking effect may be generated by the pulse dithering technique.

따라서 펄스 디더링 기법에 의한 개선 효과를 나타나게 하기 위해서는 우선적으로 폐회로 제어기 내부 신호의 주파수 특성 및 제어 특성과 같은 전기적 상태를 최적화 시키는 일이 필수적으로 요구된다. Therefore, in order to achieve the improvement effect by the pulse dithering technique, it is necessary to first optimize the electrical state such as the frequency characteristic and the control characteristic of the signal inside the closed loop controller.

폐회로 제어기의 전기적 상태를 최적화하는 가장 일반적이면서 강력한 수단으로는 회로 이득을 가변으로 놓고 이를 조절하여 펄스 디더링 기법에 의한 개선 효과를 최대화하는 방법을 들 수 있다.The most common and powerful means of optimizing the electrical state of a closed circuit controller is to vary the circuit gain and adjust it to maximize the improvement effect of the pulse dithering technique.

하지만 이와 같은 방법은 광 검출기에서 확인되는 광섬유자이로 간섭신호의 광 세기가 특정 범위 이내로 제어될 수 있어야 적용이 가능하다. 특정 범위 이상의 광 출력이 폐회로 제어기 입력으로 인가될 경우 회로 이득 값 조절의 여지가 줄어들게 되며, 이는 곧 폐회로 제어기의 전기적 상태 최적화에 어려움을 주는 문제로 직결된다. However, such a method can be applied when the light intensity of the optical fiber gyro interference signal identified in the photo detector can be controlled within a specific range. When a light output over a certain range is applied to the closed-loop controller input, the space for adjusting the circuit gain value is reduced, which directly leads to a problem of difficulty in optimizing the electrical state of the closed-loop controller.

또한, 펄스 디더링 기법에 의해 발생하는 2차적인 전기적 교차결합 효과 문제를 차치 하더라도 간섭신호의 광세기를 특정 범위 이내로 제어하는 것은 전기적 교차결합에 의한 불감응영역 발생 현상을 개선하기 위해 여전히 중요한 부분으로 작용한다. 특정 수준 이상의 큰 세기의 광 출력이 폐회로 제어기 입력으로 인가될 경우 큰 크기의 전기 신호를 처리해야 하는 측면에서 상대적으로 더욱 큰 전기적 교차결합이 유발될 수 있기 때문이다. Also, aside from the secondary electrical cross-coupling effect caused by the pulse dithering technique, controlling the light intensity of the interference signal within a certain range is still an important part to improve the occurrence of insensitive region caused by the electrical cross-coupling. Works. This is because when a large intensity light output of a certain level or more is applied to the closed-loop controller input, relatively larger electrical crosslinks can be caused in terms of processing a large magnitude of an electrical signal.

결국 펄스 디더링 기법 적용 여부에 관계없이 불감응영역 제거를 위한 폐회로 제어기의 전기적 상태 최적화를 위해서는 역으로 광 검출기에서 확인되는 광섬유자이로 간섭신호의 광세기를 특정 범위 이내로 제어할 수 있어야 한다. 하지만 이 역시 현실적으로 쉽지 않은 부분이 있다. As a result, in order to optimize the electrical state of the closed-loop controller to remove the insensitive region, regardless of whether the pulse dithering technique is applied, the optical intensity of the optical fiber gyro interference signal identified by the optical detector must be controlled within a specific range. But this too is not easy.

많은 경우에 광섬유자이로의 간섭계 내부에서 발생하는 광 손실은 일정하지 않고 구성 광학소자의 특성과 간섭계 제작 상태에 따라 다른 특성을 보이게 되기 때문이다. This is because in many cases, the optical loss generated inside the interferometer of the optical fiber gyro is not constant and shows different characteristics depending on the characteristics of the constituent optical elements and the manufacturing state of the interferometer.

광섬유광원을 구동하는 펌프 LD(Laser Diode)의 전류 값을 제어함으로써 간섭신호의 광세기를 조절할 수 있긴 하지만, 이 역시 현실적으로는 용이하지 않다. 광섬유 자이로에 요구되는 안정적인 광원을 구현하기 위해서는 펌프 LD를 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드에서 동작시켜야 하는데, 이 Coherence Collapse 모드를 만족하기 위해서는 펌프 LD를 특정 전류 이상에서만 동작시켜야 하기 때문이다.(2. T. Heil, I. Fischer, and W. Elsasser, "Influence of amplitude-phase coupling on the dynamics of semiconductor lasers subject to optical feedback", Phys. Rev. A, Gen. Phys., vol. 60, pp. 634-641 (1999).참고) Although the light intensity of the interference signal can be adjusted by controlling the current value of the pump LD driving the optical fiber light source, this is also not practically easy. To realize the stable light source required for the fiber optic gyro, the pump LD must be operated in coherence collapsing mode, because the pump LD must be operated only above a certain current to satisfy this coherence collapsing mode. 2.T. Heil, I. Fischer, and W. Elsasser, "Influence of amplitude-phase coupling on the dynamics of semiconductor lasers subject to optical feedback", Phys. Rev. A, Gen. Phys., Vol. 60, pp 634-641 (1999).

제작되는 펌프 LD 마다 Coherence Collapse 모드를 만족하는 전류 조건이 다를 수 있는데 이는 광 검출기에서 확인되는 광섬유 자이로 간섭신호의 광세기를 특정 범위 이내로 제어하는데 지장을 주는 것으로 작용한다. The current conditions satisfying the Coherence Collapse mode may be different for each pump LD manufactured, which affects the control of the light intensity of the optical fiber gyro interference signal within a specific range.

또한, Coherence Collapse 모드 문제를 차치 하더라도 하나의 회전 감지 축을 가진 자이로를 구현할 때는 단순히 펌프 LD의 전류 값을 제어함으로써 간섭신호의 광세기를 조절하는 방법을 적용할 수 있겠지만 다수의 회전 감지 축을 가진 자이로 구현 시에는 각 축마다 다를 수 있는 간섭계 내부의 광 손실 때문에 다루어지는 모든 간섭신호의 광세기를 특정 범위 이내로 제어하기 어렵다. In addition to the coherence collapse mode problem, when implementing a gyro with one rotation sensing axis, it is possible to apply a method of adjusting the light intensity of the interference signal by simply controlling the current value of the pump LD. At the time, it is difficult to control the light intensity of all interfering signals within a certain range because of the light loss inside the interferometer, which may be different for each axis.

더욱이 각기 다른 간섭신호의 광세기는 비록 그 크기가 작다고 해도 폐회로 제어기에서 전자신호 처리시 신호크기의 불균형으로 인해 축간 전기적 교차결합을 유발할 수 있다. Moreover, the light intensity of different interference signals, although small in size, can cause electrical cross-coupling between axes due to unbalance of signal size in electronic signal processing in closed-loop controllers.

반면, 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 현상에 의해 발생하는 문제는 펄스 디더링 기법 및 간섭신호 광세기를 특정 범위 이내로 제어하는 방식을 이용하더라도 해결할 수 없는 문제이다. On the other hand, the problem caused by the modulation characteristic distortion of the optical phase modulator is a problem that cannot be solved even by using a pulse dithering technique and a method of controlling the interference signal light intensity within a specific range.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 현상을 소자 수준에서 확인하고 이의 영향을 근원적으로 제거할 수 있어야 한다. 종래에는 평가 대상인 광 위상변조기를 이용하여 광섬유 자이로를 제작하고 제작된 광섬유자이로를 레이트테이블(Rate Table) 등을 이용하여 광섬유자이로 수준에서 불감응영역 발생 유무를 판단하는 식의 연구를 진행해온 바 있다. In order to solve such a problem, it is necessary to identify the distortion characteristic of the optical phase modulator at the device level and to fundamentally eliminate the influence thereof. In the past, the optical fiber gyro was fabricated using the optical phase modulator as an evaluation target, and the optical fiber gyro was used to determine the presence of insensitive areas at the level of the optical fiber gyro using a rate table. .

하지만 이러한 방식은 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 현상의 원인이 하나이고 평가를 위해 많은 시험이 필요 없는 경우 의미있는 방법이다. 일반적으로 LiNbO3의 우수한 전기광학 효과를 이용하는 집적광학소자를 광 위상변조기로 사용할 경우 광 위상변조특성 왜곡 현상은 집적광학소자의 전극 및 광 도파로 근처에서 형성될 수 있는 국부적 전하(Space Charge) 혹은 이동형 전하(Mobile Charge) 등에 의해 발생되며 이러한 전하들은 유기 및 무기질 오염원 혹은 제작 공정상에서 발생하는 원치 않은 화학물질들의 합성 등 다양한 원인에 의해 야기될 수 있으므로 이에 대한 검증을 위해서는 많은 시험이 요구된다.(W. Wang and J. Wang, "Study of modulation phase drift in an interferometric fiber optic gyroscope", Opt. Eng., vol. 49(11), 114401 (2010). 및 4. D. S. Kim, W. S. Yang, W. K. Kim, H. Y. Lee, H. Kim, and D. H. Yoon, "DC-drift suppression of Ti: LiNbO3 waveguide chip by minimizing the contamination in oxide buffer layer", J. Crystal Growth vol. 288, pp. 188-191 (2006). 참고) However, this method is meaningful when one of the causes of the distortion of the modulation characteristics of the optical phase modulator is required and many tests are not required for the evaluation. In general, when an integrated optical device using the excellent electro-optic effect of LiNbO 3 is used as an optical phase modulator, the optical phase modulation characteristic distortion phenomenon is a local charge or mobile type that can be formed near the electrodes and optical waveguides of the integrated optical device. These charges are generated by mobile charges. These charges can be caused by various causes such as organic and inorganic pollutants or the synthesis of unwanted chemicals generated in the manufacturing process. Wang and J. Wang, "Study of modulation phase drift in an interferometric fiber optic gyroscope", Opt. Eng., Vol. 49 (11), 114401 (2010). And 4. DS Kim, WS Yang, WK Kim, HY Lee, H. Kim, and DH Yoon, "DC-drift suppression of Ti: LiNbO 3 waveguide chip by minimizing the contamination in oxide buffer layer", J. Crystal Growth vol. 288, pp. 188-191 (2006). Reference)

하지만 구성 소자의 특성을 파악하기 위해서는 특별히 평가가능한 수준의 광섬유자이로 시스템을 제작하고 이를 레이트테이블 위에서 평가해야 하는 부분 때문에 종래의 방법은 개발 측면에서 많은 시간과 비용이 드는 단점이 있었다. However, in order to grasp the characteristics of the components, the conventional method has a disadvantage in that it takes a lot of time and money in terms of development because of the fact that a fiber optic gyro system is evaluated at a rate that can be specially evaluated.

또한 폐회로 제어기가 전기적으로 최적화 되지 못한 상황일 때 광섬유자이로 불감응영역 발생 원인이 광 위상변조기의 변조특성 왜곡에 기인하는 것인지 아니면, 변조신호와 광 검출기 사이에 발생하는 전기적 교차결합에 의한 것인지 구별할 수 없는 문제가 있었다. In addition, when the closed-loop controller is not electrically optimized, it may be determined whether the optical fiber gyro-sensitive region is caused by distortion of the modulation characteristics of the optical phase modulator or by electrical cross-coupling between the modulation signal and the photo detector. There was no problem.

1. 한국공개특허번호 10-2012-00100551. Korean Patent Publication No. 10-2012-0010055 2. 한국공개특허번호 10-2010-01188722. Korean Patent Publication No. 10-2010-0118872

1. G. A. Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996).G. A. Pavlath, "Clsoed-loop fiber optic Gyros," 20th Anniversary Conference, SPIE, Vol. 2837, 46-60 (1996). 2. T. Heil, I. Fischer, and W. Elsasser, "Influence of amplitude-phase coupling on the dynamics of semiconductor lasers subject to optical feedback", Phys. Rev. A, Gen. Phys., vol. 60, pp. 634-641 (1999).2. T. Heil, I. Fischer, and W. Elsasser, "Influence of amplitude-phase coupling on the dynamics of semiconductor lasers subject to optical feedback", Phys. Rev. A, Gen. Phys., Vol. 60, pp. 634-641 (1999). 3. W. Wang and J. Wang, "Study of modulation phase drift in an interferometric fiber optic gyroscope", Opt. Eng., vol. 49(11), 114401 (2010).3. W. Wang and J. Wang, "Study of modulation phase drift in an interferometric fiber optic gyroscope", Opt. Eng., Vol. 49 (11), 114401 (2010). 4. D. S. Kim, W. S. Yang, W. K. Kim, H. Y. Lee, H. Kim, and D. H. Yoon, "DC-drift suppression of Ti: LiNbO3 waveguide chip by minimizing the contamination in oxide buffer layer", J. Crystal Growth vol. 288, pp. 188-191 (2006).4. D. S. Kim, W. S. Yang, W. K. Kim, H. Y. Lee, H. Kim, and D. H. Yoon, "DC-drift suppression of Ti: LiNbO3 waveguide chip by minimizing the contamination in oxide buffer layer", J. Crystal Growth vol. 288, pp. 188-191 (2006).

상기와 같이, 광섬유자이로 불감응영역 발생은 그 근원이 변조신호와 광 검출기 사이에 발생하는 전기적 교차결합에 기인하지만, 광섬유자이로를 구성하는 광학소자들이 제한된 성능특성을 가짐으로써 전기적 교차결합에 의한 영향을 효과적으로 제거하지 못하게 하는 측면이 있다.As described above, the generation of the optical fiber gyro insensitive region is due to the electrical crosslinking caused by the modulation signal and the photodetector, but the effect of the electrical crosslinking is because optical elements constituting the optical fiber gyro have limited performance characteristics. There is an aspect that prevents the effective removal of.

본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 광 위상변조기의 변조특성 왜곡 및 간섭신호 광 세기의 특정 범위 내 제어의 어려움 등과 같은 광섬유자이로 구성 광학소자의 제한 요소에 의해 발생할 수 있는 불감응영역 특성을 개선하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art, which is due to the limitations of optical fiber gyro constituting optical elements such as distortion of modulation characteristics of optical phase modulator and difficulty of control within a certain range of interference signal light intensity. The purpose is to improve the characteristics of insensitive areas that may occur.

본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해, 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템을 제공한다. The present invention provides a system for improving the insensitive region generation characteristic by the optical element limiting element of the optical fiber gyro in order to achieve the object raised above.

상기 불감응영역 발생 특성 개선 시스템은, 광섬유 광원; 상기 광섬유 광원으로부터 출력된 광을 고정 또는 가변하는 제 1 광 감쇄기; 고정 또는 가변된 광을 2개로 분리하여 출력하는 집적광학 소자; 분리 출력된 광 중 하나는 시계 방향으로 도파하고 다른 하나는 반시계방향으로 도파하는 편광유지 광섬유로 제작된 광섬유 고리; 도파된 2개의 광이 상기 집적광학 소자에 의해 간섭된 간섭 신호를 광 결합하는 광 결합기; 광 결합된 간섭 신호를 고정 또는 가변하는 제 2 광 감쇄기; 및 고정 또는 가변된 간섭 신호를 전류의 양으로 검출하는 광 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The insensitive region generation characteristic improvement system includes an optical fiber light source; A first optical attenuator for fixing or varying light output from the optical fiber light source; An integrated optical device for separating and outputting fixed or variable light into two; An optical fiber ring made of polarization-maintaining optical fiber, one of the separated output light waveguides in a clockwise direction and the other waveguide in a counterclockwise direction; An optical combiner for optically coupling the interfering signal, wherein the two guided lights are interfered by the integrated optical element; A second optical attenuator for fixing or varying the optically coupled interference signal; And a photo detector for detecting the fixed or variable interference signal by the amount of current.

또한, 상기 광 검출기에 의해 검출된 간섭 신호를 세로다인(Serrodyne) 변복조 방식을 이용하여 회전신호로 출력하는 폐회로 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a closed circuit controller configured to output the interference signal detected by the photo detector as a rotation signal by using a Serrodyne modulation and demodulation scheme.

또한, 상기 폐회로 제어기는 간섭계 내부에서 발생한 광 위상 차이에 의해 변화된 간섭 신호를 광 위상 차이가 인가되지 않은 초기 상태로 환원시키기 위해 제어된 세로다인 변조 신호를 상기 집적광학 소자에 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the closed-loop controller may be applied to the integrated optical device a controlled longitudinal dyne modulated signal to reduce the interference signal changed by the optical phase difference generated in the interferometer to the initial state to which the optical phase difference is not applied. Can be.

또한, 상기 광섬유 광원은 펌프 LD(Laser Diode) 구동 전류값을 특정 수준 이상으로 설정하되, 펌프 LD(Laser Diode) 구동 전류, 제 1 광 감쇄기 및 제 2 광 감쇄기를 조절하여 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드에서 구동되는 것을 특징으로 할 수 있다. Further, the optical fiber light source sets the pump LD driving current value to a specific level or more, and adjusts the pump LD driving current, the first optical attenuator, and the second optical attenuator to coherence colleps (Coherence). Collapse) may be driven in the mode.

또한, 상기 광섬유 광원은 상기 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드에서 펌프 LD를 구동하는 광섬유 브래그 격자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The optical fiber light source may further include an optical fiber Bragg grating for driving the pump LD in the coherence collapse mode.

또한, 상기 제 1 광 감쇄기 또는 제 2 광 감쇄기는 회전 감지축의 개수에 따라 선택적으로 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the first optical attenuator or the second optical attenuator may be selectively applied according to the number of rotation sensing shafts.

또한, 상기 집적광학 소자는 광 분할기 및 편광기 역할도 동시에 수행하는 다기능 광소자인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the integrated optical device may be a multifunctional optical device that simultaneously performs the role of a light splitter and a polarizer.

한 편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 세로다인 신호 발생기가 집적광학 소자에 리셋을 위한 리셋 출력 신호를 인가하는 리셋 출력 신호 인가 단계; 인가된 리셋 출력 신호에 따라 상기 집적광학 소자가 리셋되는 리셋 단계; 리셋에 의해 제 1 변조 구간이 끝나는 마지막 시점에서의 제 1 간섭신호 최대값을 검출하는 제 1 간섭신호 최대값 검출 단계; 제 2 변조 구간이 시작되는 시점에서의 제 2 간섭신호 최대값을 검출하는 제 2 간섭신호 최대값 검출 단계; 검출된 제 1 및 제 2 간섭신호 최대값에 대한 비율값을 산출하는 비율값 산출단계; 및 산출된 비율값을 이용하여 집적광학 소자의 광 위상변조 왜곡 정도를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나타내는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 방법을 제공한다. On the other hand, another embodiment of the present invention includes a reset output signal applying step in which the longitudinal dyne signal generator applies a reset output signal for resetting to the integrated optical device; A reset step of resetting the integrated optical device according to an applied reset output signal; Detecting a maximum value of the first interference signal at the last time point at which the first modulation period ends by resetting; A second interference signal maximum value detection step of detecting a second interference signal maximum value at a time point when the second modulation period starts; A ratio value calculating step of calculating a ratio value with respect to the detected first and second interference signal maximum values; And displaying the degree of optical phase modulation distortion of the integrated optical device by using the calculated ratio value.

여기서, 상기 제 1 변조 구간은 0.5A 변조 구간이 되고, 상기 제 2 변조 구간은 1.5A 변조 구간이 되는 것을 특징으로 할 수 있다. The first modulation period may be a 0.5A modulation period, and the second modulation period may be a 1.5A modulation period.

여기서, 상기 리셋 출력 신호는 2A 리셋 범위 및 일정한 기울기를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the reset output signal may be characterized by having a 2A reset range and a constant slope.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 왜곡된 광 위상변조 특성을 가진 집적광학소자의 식별 및 이를 통한 적격 집적광학소자 선별 그리고 간섭신호 출력을 펌프 LD 구동 전류 및 광 감쇄기를 통해 제어함으로써, 광섬유자이로 구성 광학소자의 제한된 성능 특성으로 인해 발생할 수 있는 광섬유자이로 불감응영역 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 본 발명을 통해 불감응영역 제거를 위한 광학부 특성 제어를 실현할 수 있다. According to the present invention constituted as described above, by identifying the integrated optical device having the distorted optical phase modulation characteristics, the selection of qualified integrated optical device and the control of the interference signal output through the pump LD drive current and the optical attenuator, It is possible to improve the characteristics of the optical fiber gyro insensitive region that may occur due to the limited performance characteristics of the constituent optical elements. Therefore, the optical part characteristic control for removing the insensitive region can be realized through the present invention.

특히 실제 집적광학소자 광 위상변조 특성은 상온에서는 이상적인 수준을 유지하가다도 온도가 변함에 따라 서서히 왜곡되는 특징을 보이기도 한다. 이는 곧바로 온도에 의존하는 광섬유자이로 불감응영역 발생 특성을 초래하게 되는데, 본 발명에 따르면, 광 위상변조 왜곡 특성 평가 기법을 이용하여 넓은 온도 범위에서 이상 유무를 조사할 경우 이러한 문제를 해결할 수 있다. In particular, the optical phase modulation characteristic of the integrated optical device may be gradually distorted as the temperature changes even though the ideal level is maintained at room temperature. This immediately leads to a temperature-dependent optical fiber gyro insensitive region generation characteristic, according to the present invention, by solving the optical phase modulation distortion characteristic evaluation technique can be solved such problems in the presence of a wide temperature range.

또한, 간섭계 내부에서 발생하는 광 손실은 구성 광학소자의 제작 상태에 따라 특정 수준 이내에서 변화하기 쉬운데, 이러한 성능변화 분포에 상관없이 본 발명에서 제시되는 간섭신호 광세기 제어 기법을 통해 불감응영역을 효과적으로 제거할 수 있다.In addition, the optical loss occurring inside the interferometer tends to be changed within a certain level according to the fabrication state of the constituent optical device. Can be removed effectively.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광 감쇄기가 적용된 폐회로 광섬유자이로(10)의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학소자 광 위상변조 특성 시험 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 설명되는 광 위상변조 특성에 따른 샤냑 간섭계(Sagnac Intererometer) 출력 신호를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학 소자의 광 위상변조 왜곡 특성을 정량적으로 평가하는 과정을 보여주는 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 설명되는 온도에 의존하여 변화하는 광 위상변조 특성에 따른 불감응영역 발생 상관관계를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에서 설명되는 광 감쇄기 적용 여부에 따른 불감응영역 특성을 보여주는 그래프.
1 is a configuration diagram of a closed circuit optical fiber gyro 10 to which an optical attenuator is applied according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an integrated optical device optical phase modulation characteristic test according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a Sagnac Intererometer output signal according to the optical phase modulation characteristic described in an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a process of quantitatively evaluating optical phase modulation distortion characteristics of an integrated optical device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
FIG. 5 is a graph showing a correlation of occurrence of an insensitive region according to optical phase modulation characteristics that vary depending on a temperature described in an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 6 is a graph showing the insensitive region characteristics according to whether the optical attenuator described in an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명에 따른 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a system and method for improving the insensitive region generation characteristics due to the optical element limiting element of the optical fiber gyro according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예를 구현하는 수단은 크게 2가지로 요약할 수 있다. 그 중 첫 번째로 집적광학소자의 광 위상 변조특성에 의해 불감응영역이 발생되지 않는 환경에서 광섬유광원 출력단 혹은 광 검출기 입력단에 고정 혹은 가변 광 감쇄기를 적용함으로써, 광 검출기에서 획득되는 간섭신호의 세기 제어를 수행할 수 있게 하며, 이를 통해 광섬유광원 펌프 LD의 Coherence Collapse 모드 전류조건 및 간섭계 내부에서 발생하는 각종 광 손실의 크기에 관계없이 불감응영역 제거를 위한 폐회로 제어기의 전기적 상태를 최적화 시킬 수 있도록 하는 것이다. 이를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. Means for implementing one embodiment of the present invention can be summarized in two broad. First of all, the intensity of the interference signal obtained by the optical detector by applying a fixed or variable optical attenuator to the optical fiber optical output terminal or the optical detector input terminal in an environment in which an insensitive region is not generated by the optical phase modulation characteristic of the integrated optical device. This enables the control to be performed, thereby optimizing the electrical state of the closed-loop controller for eliminating dead zones regardless of the coherence collapse mode current condition of the fiber optic light source pump LD and the amount of light loss generated inside the interferometer. It is. A diagram showing this is shown in Fig.

두 번째로는, 불감응영역 발생 원인이 전기적 교차결합에 의한 것인지, 광 위상변조의 왜곡에 의한 것인지 구분할 필요가 있다. 따라서, 광 위상변조 왜곡 현상을 폐회로 제어기를 이용하지 않고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. Second, it is necessary to distinguish whether the cause of the insensitive region is caused by electrical crosslinking or by distortion of optical phase modulation. Therefore, there is a need for a technique capable of evaluating optical phase modulation distortion without using a closed circuit controller.

이러한 평가 기법은 광 위상변조 왜곡 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 동시에 평가된 결과를 통해 광 위상변조 왜곡 특성이 불감응영역 발생에 기여하는 정도를 상대적으로 예측할 수 있어야 한다. Such an evaluation technique should be able to quantitatively evaluate the optical phase modulation distortion characteristics and to relatively predict the degree to which the optical phase modulation distortion characteristics contribute to the generation of an insensitive region through the evaluated results.

평가된 집적광학소자가 불감응영역을 유발하는 위험 수준의 광 위상변조 왜곡 특성을 가지는 지의 여부를 넓은 온도 범위에서 식별하고, 이를 통해 적격 집적광학소자를 선별한다. 최종적으로 선별된 집적광학소자를 폐회로 광섬유자이로에 적용시킴으로써, 집적광학소자 광 위상변조 왜곡 특성에 의한 불감응영역 발생을 사전에 제거하는 것이다. 이를 보여주는 도면이 도 2 내지 도 4에 도시된다.Whether or not the evaluated integrated optical device has an optical phase modulation distortion characteristic of a dangerous level causing an insensitive region is identified at a wide temperature range, and thus, a qualified integrated optical device is selected. Finally, by applying the selected integrated optical device to the closed-loop optical fiber gyro, the generation of insensitive region due to the optical phase modulation distortion characteristics of the integrated optical device is eliminated in advance. Figures showing this are shown in Figures 2-4.

먼저, 본 발명의 일실시예를 구현하는 첫 번째의 수단으로 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광 감쇄기가 적용된 폐회로 광섬유자이로(10)의 구성도이다. 도 1을 설명하기에 앞서, 이미 앞에서 언급한 것처럼 본 발명의 일실시예는 광섬유자이로 구성 광학소자의 제한된 성능 특성으로 인해 발생할 수 있는 광섬유자이로 불감응영역 특성을 개선하기 위한 기법에 관한 것으로서, 왜곡된 광 위상변조 특성을 가진 집적광학소자를 넓은 온도 범위에서 식별하고 이를 통해 적격 집적광학소자 선별하는 동시에 간섭신호의 출력을 펌프 LD 구동전류 및 광 감쇄기를 통해 제어하는 방식을 이용한다. First, FIG. 1 is a schematic diagram of a closed circuit optical fiber gyro 10 to which an optical attenuator according to an embodiment of the present invention is applied. Before describing FIG. 1, as mentioned above, an embodiment of the present invention relates to a technique for improving an optical fiber gyro insensitive region characteristic that may occur due to limited performance characteristics of an optical fiber gyro constituting optical device. The integrated optical device having the optical phase modulation characteristic is identified at a wide temperature range, and the integrated optical device is selected through this, and the output of the interference signal is controlled through the pump LD driving current and the optical attenuator.

불감응영역(Deadzone)이란 저 입력각속도에서 회전을 감지하지 못하고 영(zero)의 출력을 나타내는 영역을 말한다. 일반적으로 세로다인(Serrodyne) 변복조 기법을 이용한 폐회로 광섬유자이로에서 불감응 영역이 발생하는 주요 원인은 세로다인 변조신호와 광 검출기 신호사이에서 발생하는 전기적 교차결합(Electrical Cross-coupling)으로 알려져 있다. Dead zone is a zone that shows zero output without detecting rotation at low input angular velocity. In general, the main cause of the insensitive region in the closed-loop optical fiber gyro using the Serrodyne modulation and demodulation technique is known as electrical cross-coupling between the vertical dyne modulation signal and the photo detector signal.

계속 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 관점에 따라, 도 1은 광 감쇄기(17,18)가 적용된 폐회로 광섬유자이로(10)의 구성도를 나타낸다. 폐회로 광섬유자이로(10)는 다음과 같이 구성되어 있다: 광섬유광원(11), 광 결합기(12), 집적광학소자(13), 광섬유 고리(14), 광 검출기(15), 세로다인(Serrodyne Generator) 변복조기법이 적용된 폐회로 제어기(16), 간섭신호 세기 제어용 광섬유광원(11)의 출력단에 위치하는 제 1 광 감쇄기(17), 간섭신호 세기 제어용 광 검출기(15)의 입력단에 위치하는 제 2 광 감쇄기(18). 여기서, 제 1 및 제 2 광 감쇄기(17,18)는 고정 혹은 가변 광 감쇄기일 수 있으며, 광 결합기를 광 감쇄기로써 활용할 수도 있다.With reference to FIG. 1, in accordance with an aspect in accordance with one embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a schematic diagram of a closed-loop optical fiber gyro 10 to which optical attenuators 17 and 18 are applied. The closed-loop optical fiber gyro 10 is configured as follows: an optical fiber light source 11, an optical coupler 12, an integrated optical element 13, an optical fiber ring 14, an optical detector 15, and a Serrodyne Generator. ) A second optical light positioned at an input of a closed circuit controller 16 to which a modulation / modulation technique is applied, a first optical attenuator 17 located at an output end of an optical fiber light source 11 for controlling interference signal strength, and an optical detector 15 for controlling interference signal strength. Attenuator 18. The first and second optical attenuators 17 and 18 may be fixed or variable optical attenuators, and the optical coupler may be used as the optical attenuator.

광섬유광원(11)은 LD(Laser Diode)의 출력을 펌프 광으로 입력받아 어븀첨가광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF) 및 파장다중분할기(Wavelength Division Multiplexer, WDM)을 거쳐 C-band 대역의 광을 발생시킨다. The optical fiber light source 11 receives the output of a laser diode (LD) as pump light and generates C-band band light through an Erbium Doped Fiber (EDF) and a Wavelength Division Multiplexer (WDM). Let's do it.

온도변화에 안정적인 광을 발생시키는 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 동작 모드에서 펌프 LD(Laser Diode)를 구동시키기 위해 펌프 LD 출력단에 연이어 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG)가 적용되어 있다. A fiber Bragg grating (FBG) is applied to the pump LD output stage in order to drive the pump LD in the Coherence Collapse mode of operation, which generates stable light at temperature changes.

광섬유광원(11)으로부터 발생한 광대역이면서 주파수 및 광세기에 있어 매우 안정적인 출력을 가진 광은 차례대로 제 1 광 감쇄기(17), 광 결합기(12)를 거쳐 집적광학소자(13)에 도달한다. The light generated from the optical fiber light source 11 and having a very stable output in frequency and light intensity sequentially reaches the integrated optical element 13 through the first optical attenuator 17 and the optical coupler 12.

이후 광은 집적광학소자(13)를 통해 두 갈래로 나뉘어져 하나는 편광유지광섬유로 제작된 광섬유 고리(14)에 시계방향으로 도파하고 다른 하나는 반시계 방향으로 도파한다. Since the light is divided into two branches through the integrated optical element 13, one wave guides in the clockwise direction to the optical fiber ring 14 made of polarization maintaining optical fiber and the other wave guides in the counterclockwise direction.

집적광학소자(13)는 광의 위상이 변조되도록 광에 위상변조 신호를 가하도록 형성되는 동시에 도파로를 양자교환기법에 의해 Y자 형태로 형성시킴으로써 광 분할기 및 편광기 역할도 동시에 수행할 수 있는 다기능 광소자이다. The integrated optical element 13 is formed to apply a phase modulated signal to the light so that the phase of the light is modulated, and at the same time, the waveguide is formed in a Y-shape by a quantum exchange technique, thereby simultaneously serving as an optical splitter and a polarizer. to be.

광섬유 고리(14)를 도파한 두 개의 광은 다시 집적광학소자(13)를 통해 간섭되며 간섭신호는 광 결합기(12) 및 제 2 광 감쇄기(18)를 거쳐 광 검출기(15)에서 전류의 양으로 검출된다. The two lights that guided the optical fiber ring 14 are again interfered through the integrated optical element 13 and the interference signal is passed through the optical coupler 12 and the second optical attenuator 18 to the amount of current in the photo detector 15. Is detected.

광 검출기(15)에 의해 검출된 간섭신호는 세로다인 변복조 기법을 수행하는 폐회로 제어기(16)를 통해 회전신호로 출력된다. 폐회로 제어기(16)는 이와 동시에 간섭계 내부에서 발생한 광 위상 차이에 의해 변화된 간섭을 광 위상 차이가 인가되지 않은 초기 상태로 환원시키기 위해 제어된 세로다인 변조 신호를 인가한다. The interference signal detected by the photo detector 15 is output as a rotation signal through the closed circuit controller 16 which performs the longitudinal dyne modulation and demodulation technique. At the same time, the closed circuit controller 16 applies a controlled longitudinal dyne modulation signal to reduce the interference changed by the optical phase difference generated inside the interferometer to the initial state where the optical phase difference is not applied.

광섬유 광원(11)의 펌프 LD 구동 전류 및/또는 광 감쇄기(17,18)를 적절히 조절함으로써 광섬유 광원(11)이 Coherence Collapse 모드에서 구동되는 동시에 원하는 수준의 간섭신호 광 세기가 광 검출기(15)에서 확인될 수 있다. By properly adjusting the pump LD driving current and / or the optical attenuators 17 and 18 of the optical fiber light source 11, the optical fiber light source 11 is driven in the coherence collapse mode while at the same time the desired level of interference signal light intensity is detected by the optical detector 15. Can be identified at

적용되는 고정 혹은 가변 광 감쇄기(17,18)는 회전 감지축의 수에 따라 선택적으로 적용 가능하다. 회전 감지축이 하나일 때는 제 1 및 제 2 광 감쇄기(17,18)를 광섬유광원(11)의 출력단과 광 검출기(15)의 입력단 중 하나에만 적용해도 무방하다. The fixed or variable optical attenuators 17 and 18 may be selectively applied according to the number of rotation sensing axes. When there is only one rotation sensing shaft, the first and second optical attenuators 17 and 18 may be applied to only one of the output terminal of the optical fiber light source 11 and the input terminal of the photo detector 15.

회전 감지축이 다수일 경우에는 다루어지는 모든 간섭계 내부에서 발생하는 광 손실의 크기 차이 여부에 따라 제 1 및 제 2 광 감쇄기(17,18)를 선택적으로 적용할 수 있다. When there are a plurality of rotation sensing axes, the first and second optical attenuators 17 and 18 may be selectively applied depending on whether there is a difference in the amount of light loss occurring inside all interferometers to be handled.

다루어지는 모든 간섭계 내부에서 발생하는 광 손실의 크기에 큰 차이가 없을 때는 광섬유 광원(11)의 출력단에 위치하는 제 1 광 감쇄기(17) 하나만을 이용하고 그 출력을 광분배기를 통해 다수의 회전감지 축에 분배하는 방식을 사용하는 것이 효율적이다. When there is no significant difference in the amount of light loss occurring inside all the interferometers handled, only one first optical attenuator 17 located at the output end of the optical fiber light source 11 is used, and the output is sensed by a plurality of rotation sensors through the optical splitter. It is efficient to use a distribution method on the shaft.

다루어지는 모든 간섭계 내부에서 발생하는 광 손실의 크기에 큰 차이가 있을 경우에는 광섬유 광원(11)의 출력단에 위치하는 제 1 광 감쇄기(17)를 사용하지 않고 각 회전 감지 축들에 대해 광 검출기(15)의 입력단에 위치하는 제 2 광 감쇄기(18)를 적용하여 각 축에서 확인되는 간섭신호 광 세기의 크기를 동일하게 하도록 한다.If there is a large difference in the amount of light loss occurring inside all interferometers handled, the photodetector 15 for each rotation sensing axis without using the first optical attenuator 17 located at the output of the optical fiber light source 11. By applying a second optical attenuator 18 located at the input terminal of the) to equalize the magnitude of the interference signal light intensity identified in each axis.

광 결합기(12)는 광섬유(또는 광도파로)를 따라 전파되어 온 광을 2개 이상의 광섬유에 분배하거나, 또는 반대로 2개 이상의 광섬유를 통해 전파되어 온 광을 하나의 광섬유에 결합하는 기능을 갖는 광수동 소자이다. 이러한 광 결합기(12)의 형태로는 2x2, 4x4, 8x8 구조등이 사용되나, 본 발명의 일실시예서는 2x2 광 결합기를 사용한다. The optical coupler 12 distributes light propagated along an optical fiber (or optical waveguide) to two or more optical fibers, or conversely, light having a function of combining light propagated through two or more optical fibers into one optical fiber. Passive device. 2x2, 4x4, 8x8, etc. are used as the form of the optical coupler 12, but one embodiment of the present invention uses a 2x2 optical coupler.

한 편으로, 본 발명의 일실시예를 구현하는 두 번째의 수단으로 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학소자 광 위상변조 특성 시험 구성도에 해당한다. 도 2를 참조하면, 도 2는 집적광학소자(13) 광 위상변조 특성 시험 구성도를 나타낸 것으로서, 광섬유자이로 광학부(21) 및 2A 리셋(Reset) 범위 및 일정한 기울기를 가지는 세로다인 신호 발생기(22)를 이용한 평가 개념을 나타낸다. On the other hand, as a second means for implementing an embodiment of the present invention Figure 2 corresponds to the integrated optical device optical phase modulation characteristics test configuration diagram according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram illustrating an optical phase modulation characteristic test configuration of an integrated optical device 13, and includes a fiber optic gyro optical unit 21 and a vertical dyne signal generator having a 2A reset range and a constant slope. The concept of evaluation using 22) is shown.

광섬유자이로 광학부(21)는 도 1에 도시된 11 내지 15를 이용한 구성과 동일하며, 구성 요소인 집적광학소자(13)가 평가대상이 된다. 2A 리셋 범위를 가지는 세로다인 신호 발생기(22)에서 나온 출력을 집적광학소자(13) 전극에 인가하고 이로 인한 간섭계 출력 신호 형태를 오실로스코프(23)에서 확인한다.The optical fiber gyro optical unit 21 is the same as the configuration using 11 to 15 shown in Fig. 1, the integrated optical element 13 as a component is the evaluation target. An output from the vertical dyne signal generator 22 having a 2 A reset range is applied to the electrodes of the integrated optical element 13 and the oscilloscope 23 confirms the resulting interferometer output signal shape.

도 3은 본 발명의 일실시예에서 설명되는 광 위상변조 특성에 따른 샤냑 간섭계(Sagnac Intererometer) 출력 신호이다. 도 3을 참조하면, 집적광학소자(도 2의 13) 광 위상변조 특성에 따른 도 2의 시험 결과를 나타낸 것이다. 3 is a Sagnac Intererometer output signal according to the optical phase modulation characteristic described in an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the test results of FIG. 2 according to the optical phase modulation characteristics of the integrated optical device (13 of FIG. 2) are shown.

집적광학소자 광 위상변조 특성이 양호한 경우에는 샤냑 간섭계 출력 신호가 도 3a의 형태를 띠게 된다. 이와 달리, 집적광학소자 광 위상변조 특성에 왜곡이 생겨 이를 폐회로 광섬유자이로(도 1의 10)에 적용 시 불감응영역을 초래하는 경우에는 샤냑 간섭계 출력 신호가 도 3b와 같은 형태를 띠게 된다. When the integrated optical device optical phase modulation characteristic is good, the Shagnac interferometer output signal takes the form of FIG. 3A. On the contrary, when the integrated optical device optical phase modulation characteristic is distorted to cause an insensitive region when applied to the closed-loop optical fiber gyro (10 in FIG. 1), the chagnac interferometer output signal has a shape as shown in FIG. 3B.

이상적인 광 위상변조 특성을 가지는 경우 집적광학소자 전극에 2A 리셋을 가지는 세로다인 신호(31)가 인가되면 오실로스코프(도 2의 23)에서 확인되는 간섭계 출력 형태는 0.5A 변조신호 구간(33)과 1.5A 변조신호 구간(34)에서 차이가 없다. In the case of having the ideal optical phase modulation characteristic, when the vertical dyne signal 31 having the 2A reset is applied to the integrated optical device electrode, the interferometer output form identified by the oscilloscope (23 in FIG. 2) is 0.5A modulated signal section 33 and 1.5. There is no difference in the A modulation signal section 34.

이런 측면에서 도 3a에 나타낸 간섭계 출력 형태(32) 역시 엄밀히 보면, 이상적인 광 위상변조 특성을 가지고 있다고 보긴 힘들다. 하지만 이 경우 두 변조신호 구간에서의 출력 형태에 큰 차이가 없기 때문에 펄스 디더링 기법과 같은 불감응영역 개선 기법들이 적용 될 경우 이상적이지 못한 광 위상변조 특성에 의한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다. In this respect, the interferometer output form 32 shown in FIG. 3A is also hardly considered to have ideal optical phase modulation characteristics. However, in this case, since there is no significant difference in the output form in the two modulation signal intervals, it is possible to effectively remove the influence of the optical phase modulation characteristic that is not ideal when the insensitive region improvement techniques such as the pulse dithering technique are applied.

반면 도 3b의 간섭계 출력 형태(35)는 두 변조신호 구간 사이에 현저한 차이점을 보일 뿐만 아니라 같은 구간 내에서도 간섭신호 출력이 시간의 흐름에 변화하는 형태를 가지는 등, 간섭계가 감지하는 회전 물리량과는 별도로 간섭신호 출력에 심각한 문제가 있음을 보여준다. On the other hand, the interferometer output form 35 of FIG. 3B not only shows a remarkable difference between the two modulated signal sections, but also has a form in which the interfering signal output changes over time even within the same section. This shows a serious problem with the output of the interference signal.

이러한 큰 오차 성분이 존재할 경우에는 펄스 디더링 기법과 같은 불감응영역 개선 기법들을 아무리 잘 적용한다 해도 불감응영역 발생을 피할 수 없다. In the presence of such a large error component, no matter how well the inductive region improvement techniques such as the pulse dithering technique are applied, the occurrence of the insensitive region cannot be avoided.

도 3a 및 도 3b의 시험 결과로부터 집적광학소자의 광 위상변조 왜곡 특성을 정량적으로 평가하는 방법을 보여주는 순서도가 도 4에 도시된다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학 소자(도 2의 13)의 광 위상변조 왜곡 특성을 정량적으로 평가하는 과정을 보여주는 순서도이다. A flow chart showing a method of quantitatively evaluating optical phase modulation distortion characteristics of an integrated optical device from the test results of FIGS. 3A and 3B is shown in FIG. 4. FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of quantitatively evaluating optical phase modulation distortion characteristics of an integrated optical device (13 of FIG. 2) according to an exemplary embodiment.

도 4를 참조하면, 세로다인 신호 발생기(도 2의 22)가 집적광학 소자(도 2의 13)에 리셋을 위한 리셋 출력 신호를 인가하면, 리셋이 실행된다(단계 S400).Referring to FIG. 4, when the vertical dyne signal generator 22 of FIG. 2 applies a reset output signal for reset to the integrated optical element 13 of FIG. 2, the reset is performed (step S400).

이러한 리셋에 의해 제 1 변조 구간(예를 들면, 0.5A 변조 구간을 들 수 있음)이 끝나는 마지막 시점에서의 제 1 간섭신호 최대값을 검출하고, 바로 이어져 오는 제 2 변조 구간(예를 들면, 1.5A 변조 구간을 들 수 있음)이 시작되는 시점에서의 제 2 간섭신호 최대값을 검출한다(단계 S410,S420). This reset detects the maximum value of the first interference signal at the end of the first modulation period (for example, 0.5 A modulation period), and immediately follows the second modulation period (for example, The second interference signal maximum value at the time when the 1.5A modulation period is started is detected (steps S410 and S420).

제 1 및 제 2 간섭신호 최대값이 검출되면 이들에 대한 비율값을 산출한다(단계 S430). If the maximum values of the first and second interference signals are detected, a ratio value for them is calculated (step S430).

산출된 비율값을 집적광학 소자(13)의 광 위상변조 왜곡 정도를 나타내는 척도로 삼는다(단계 S440). The calculated ratio value is used as a measure of the degree of optical phase modulation distortion of the integrated optical element 13 (step S440).

집적광학소자 광 위상변조 왜곡 특성이 0.5A 변조 구간의 전기적 섭동을 겪다가 갑자기 상대적으로 높은 전기적 섭동을 겪는 1.5A 변조 구간을 만나게 될 때 가장 확연히 보인다. The integrated optical device optical phase modulation distortion characteristic is most noticeable when the electrical perturbation of the 0.5 A modulation section is encountered and suddenly encounters the 1.5 A modulation section which is relatively high.

리셋을 가지는 세로다인 신호(즉, 리셋출력신호)를 집적광학소자 광 위상변조 왜곡특성 평가에 이용하는 것은 이러한 이유 때문이다. 본 발명의 일실시예에서는 2A 리셋 범위를 가지는 세로다인 신호를 이용하였지만, 큰 섭동에 반응하는 정도를 확연히 파악하기 위해서 2A 이상의 리셋 범위를 설정하고 집적광학소자를 평가하는 것도 생각해 볼 수 있다. It is for this reason that a vertical dyne signal having a reset (i.e., a reset output signal) is used to evaluate the optical phase modulation distortion characteristics of the integrated optical element. In an embodiment of the present invention, a vertical dyne signal having a 2A reset range is used, but it is also possible to set a reset range of 2A or more and evaluate an integrated optical device to clearly understand the degree of response to large perturbations.

도 5는 본 발명의 일실시예에서 설명되는 온도에 의존하여 변화하는 광 위상변조 특성에 따른 불감응영역 발생 상관관계를 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 도 3b와 같은 특성이 40oC 이상의 고온에서부터 확인된 집적광학소자를 이용하여 폐회로 광섬유자이로를 구성하고 이를 온도 챔버를 이용하여 온도에 따른 자이로 출력을 확인한 결과를 보여주고 있다. FIG. 5 is a graph showing a correlation of occurrence of an insensitive region according to optical phase modulation characteristics that change depending on a temperature described in an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, a closed circuit optical fiber gyro is formed by using an integrated optical device whose characteristics as shown in FIG. 3b are identified from a high temperature of 40 ° C. or higher. .

도 5를 참조하면, 상온(25oC)에서는 약 10deg/hr 내외의 지구 자전 각속도를 감지한 결과를 정상적으로 나타내어주고 있다. 반면에, 온도가 30oC 이상부터 고온으로 올라가게 되면 자이로 출력이 점차 감소하게 되며, 40oC 이상부터는 영(0)의 출력 값만을 가지게 되는 현상이 발생한다. Referring to Figure 5, at room temperature (25 ° C) is shown the result of detecting the Earth's rotational angular velocity of about 10 deg / hr normally. On the other hand, when the temperature rises from 30 o C or higher to a high temperature, the gyro output gradually decreases, and from 40 o C or higher, only a zero output value occurs.

즉, 40oC 온도보다 높은 고온에서는 불감응영역이 최소 10deg/hr 이상되는 결과가 예측된다. 도 5의 결과는 집적광학소자 광 위상변조 특성에 따른 불감응영역 발생 상관관계를 잘 보여주는 동시에, 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학소자 광 위상변조 왜곡 특성 평가가 광섬유자이로 운용 온도범위 전체에서 고려될 필요가 있음을 제시하는 단적인 실시예라고 할 수 있다. That is, it is expected that the non-sensitive region is at least 10 deg / hr at a high temperature higher than 40 ° C. The result of FIG. 5 shows the correlation of the insensitive region generation according to the integrated optical device optical phase modulation characteristics, and the evaluation of the integrated optical device optical phase modulation distortion characteristics according to an embodiment of the present invention is performed over the entire optical fiber gyro operating temperature range. It can be said that the exemplary embodiment suggests that it needs to be considered.

도 6은 본 발명의 일실시예에서 설명되는 광 감쇄기 적용 여부에 따른 불감응영역 특성을 보여주는 그래프이다. 즉, 도 6은 집적광학소자 광 위상변조 특성에 의한 불감응영역 발생을 배제할 수 있는 환경에서 광 감쇄기 적용 유무에 따른 광섬유자이로 불감응영역 발생 결과를 비교하여 보여주고 있다.6 is a graph showing insensitive region characteristics depending on whether an optical attenuator described in an embodiment of the present invention is applied. That is, FIG. 6 compares the results of the optical fiber gyro insensitive region generation according to the presence or absence of an optical attenuator in an environment in which the insensitive region generation due to the optical phase modulation characteristic of the integrated optical device can be excluded.

부연하면, 도 6a는 본 발명의 일실시예에서 제시하는 광 감쇄기(도 1의 17, 18)가 적용되지 못한 상황에서의 결과이며, 도 6b는 본 발명에서 제시하는 광 감쇄기를 적용한 상황에서의 결과이다. In other words, Figure 6a is a result in a situation that the optical attenuator (17, 18 of Figure 1) presented in one embodiment of the present invention is not applied, Figure 6b is a situation in which the optical attenuator proposed in the present invention is applied The result is.

광 감쇄기가 적용되지 못한 상황에서는 폐회로 제어기의 전기적 상태를 최적화할 수 없어 불감응영역 발생을 초래한 반면, 광 감쇄기가 적용된 상황에서는 폐회로 제어기(도 1의 16)의 전기적 상태를 최적화 할 수 있도록 간섭신호 광 출력을 광 감쇄기(17,18)를 통해 원하는 상태로 제어함으로써, 불감응영역을 효과적으로 제거할 수 있음을 보여준다. In the situation where the optical attenuator is not applied, the electrical state of the closed circuit controller cannot be optimized, resulting in the generation of an insensitive area, while in the situation where the optical attenuator is applied, the interference can be optimized to optimize the electrical state of the closed circuit controller (16 in FIG. 1). By controlling the signal light output to the desired state through the optical attenuators 17 and 18, it is shown that the insensitive region can be effectively removed.

이처럼, 본 발명의 일실시예는, 왜곡된 광 위상변조 특성을 가진 집적광학소자(도 1의 13)의 식별 및 이를 통한 적격 집적광학소자 선별 그리고 간섭신호 출력세기를 광 감쇄기를 통해 제어하는 방법을 적용하여 광섬유자이로 구성 광학소자의 제한된 성능 특성으로 인해 발생할 수 있는 광섬유자이로 불감응영역 특성을 개선하는 것을 특징으로 한다. As described above, an embodiment of the present invention provides a method of identifying an integrated optical device having a distorted optical phase modulation characteristic (13 in FIG. 1), selecting a suitable integrated optical device through the optical attenuator, and controlling an interference signal output strength through an optical attenuator. It is characterized in that to improve the characteristics of the optical fiber gyro insensitive region that may occur due to the limited performance characteristics of the optical device gyro constituting the optical element.

11...광섬유광원
12...광 결합기
13...집적광학소자
14...광섬유 고리
15...광 검출기
16...폐회로 제어기
17...제 1 광 감쇄기
18...제 2 광 감쇄기
21...광섬유자이로 광학부
22...세로다인 신호 발생기
23...오실로스코프(Oscilloscope)
31...세로다인 신호
32...샤냑 간섭계 출력 형태
33...제 1 변조신호 구간
34...제 2 변조신호 구간
35...샤냑 간섭계 출력 형태
11.Fiber Optic Light Source
12 ... optical coupler
13. Integrated optical element
14 ... fiber optic loop
15 ... light detector
16 ... Closed Circuit Controller
17.First optical attenuator
18 ... second optical attenuator
21.Fiber Optic Gyro Optics
22.Vertical Dine Signal Generator
23.Oscilloscope
31.Vertical Dine Signal
32.Shagnac interferometer output form
33 first modulation signal interval
34 second modulation signal interval
35.Shagnac interferometer output form

Claims (10)

광섬유 광원;
상기 광섬유 광원으로부터 출력된 광을 고정 또는 가변하는 제 1 광 감쇄기;
고정 또는 가변된 광을 2개로 분리하여 출력하는 집적광학 소자;
분리 출력된 광 중 하나는 시계 방향으로 도파하고 다른 하나는 반시계방향으로 도파하는 편광유지 광섬유로 제작된 광섬유 고리;
도파된 2개의 광이 상기 집적광학 소자에 의해 간섭된 간섭 신호를 광 결합하는 광 결합기;
광 결합된 간섭 신호를 고정 또는 가변하는 제 2 광 감쇄기; 및
고정 또는 가변된 간섭 신호를 전류의 양으로 검출하는 광 검출기;를 포함하되,
상기 광섬유 광원은 펌프 LD(Laser Diode) 구동 전류값을 특정 수준 이상으로 설정하되, 펌프 LD(Laser Diode) 구동 전류, 제 1 광 감쇄기 및 제 2 광 감쇄기를 조절하여 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드에서 구동되는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
Optical fiber light source;
A first optical attenuator for fixing or varying light output from the optical fiber light source;
An integrated optical device for separating and outputting fixed or variable light into two;
An optical fiber ring made of polarization-maintaining optical fiber, one of the separated output light waveguides in a clockwise direction and the other waveguide in a counterclockwise direction;
An optical combiner for optically coupling the interfering signal, wherein the two guided lights are interfered by the integrated optical element;
A second optical attenuator for fixing or varying the optically coupled interference signal; And
Including a photo detector for detecting a fixed or variable interference signal in an amount of current,
The optical fiber light source sets the pump LD driving current value to a specific level or higher, and adjusts the pump LD driving current, the first optical attenuator, and the second optical attenuator to coherence collapse. The system for improving the insensitive region generation characteristic by the optical element limiting element of the optical fiber gyro, characterized in that driven in the mode.
제 1항에 있어서,
상기 광 검출기에 의해 검출된 간섭 신호를 세로다인(Serrodyne) 변복조 방식을 이용하여 회전신호로 출력하는 폐회로 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
The method of claim 1,
Characterized in that the non-sensitive region generated by the optical element limiting element of the optical fiber gyro further comprises a closed circuit controller for outputting the interference signal detected by the optical detector as a rotation signal by using the Serrodyne modulation and demodulation method Improvement system.
제 2 항에 있어서,
상기 폐회로 제어기는 간섭계 내부의 광 위상 차이에 의해 변화된 간섭 신호를 광 위상 차이가 인가되지 않은 초기 상태로 환원시키기 위해 제어된 세로다인 변조 신호를 상기 집적광학 소자에 인가하는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
3. The method of claim 2,
The closed-loop controller applies a controlled longitudinal dyne modulation signal to the integrated optical device to reduce the interference signal changed by the optical phase difference inside the interferometer to the initial state where the optical phase difference is not applied. Improvement system of insensitive region generation characteristic by optical element limiting element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 광섬유 광원은 상기 코히런스 콜렙스(Coherence Collapse) 모드에서 펌프 LD를 구동하는 광섬유 브래그 격자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
The method of claim 1,
The optical fiber light source further comprises an optical fiber Bragg grating for driving the pump LD in the Coherence Collapse mode (Coherence Collapse), characterized in that the system for improving the insensitive region generation characteristics by the optical element limiting element of the optical fiber gyro.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광 감쇄기 또는 제 2 광 감쇄기는 회전 감지축의 개수에 따라 선택적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
The method of claim 1,
The first optical attenuator or the second optical attenuator is selectively applied according to the number of the rotation sensing axis, characterized in that the system for improving the insensitivity region generation characteristic by the optical element limiting element of the optical fiber gyro.
제 1 항에 있어서,
상기 집적광학 소자는 광 분할기 및 편광기 역할도 동시에 수행하는 다기능 광소자인 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 시스템.
The method of claim 1,
The integrated optical device is a multifunction optical device that performs both the optical splitter and the polarizer at the same time, characterized in that the system for improving the insensitive region generation characteristics by the optical element limiting element of the optical fiber gyro.
세로다인 신호 발생기가 집적광학 소자에 리셋을 위한 리셋 출력 신호를 인가하는 리셋 출력 신호 인가 단계;
인가된 리셋 출력 신호에 따라 상기 집적광학 소자가 리셋되는 리셋 단계;
리셋에 의해 제 1 변조 구간이 끝나는 마지막 시점에서의 제 1 간섭신호 최대값을 검출하는 제 1 간섭신호 최대값 검출 단계;
제 2 변조 구간이 시작되는 시점에서의 제 2 간섭신호 최대값을 검출하는 제 2 간섭신호 최대값 검출 단계;
검출된 제 1 및 제 2 간섭신호 최대값에 대한 비율값을 산출하는 비율값 산출단계; 및
산출된 비율값을 이용하여 집적광학 소자의 광 위상변조 왜곡 정도를 표시하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 나타내는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 방법.
A reset output signal applying step in which the vertical dyne signal generator applies a reset output signal for resetting to the integrated optical device;
A reset step of resetting the integrated optical device according to an applied reset output signal;
Detecting a maximum value of the first interference signal at the last time point at which the first modulation period ends by resetting;
A second interference signal maximum value detection step of detecting a second interference signal maximum value at a time point when the second modulation period starts;
A ratio value calculating step of calculating a ratio value with respect to the detected first and second interference signal maximum values; And
Displaying the degree of optical phase modulation distortion of the integrated optical device using the calculated ratio value
Method for improving the generation of insensitive region by the optical element limiting element of the optical fiber gyro characterized in that it comprises a.
제 8 항에 있어서,
리셋 범위가 2A일 경우 상기 제 1 변조 구간은 0.5A 변조 구간이 되고, 상기 제 2 변조 구간은 1.5A 변조 구간이 되는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 방법.
The method of claim 8,
When the reset range is 2A, the first modulation section becomes the 0.5A modulation section, and the second modulation section becomes the 1.5A modulation section. Way.
제 8 항에 있어서,
상기 리셋 출력 신호는 2A 혹은 그 이상의 리셋 범위 및 일정한 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 광섬유자이로의 광학소자 제한 요소에 의한 불감응영역 발생 특성 개선 방법.
The method of claim 8,
And the reset output signal has a reset range and a constant slope of 2A or more.
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