WO1999056080A1 - Fiber-optic gyroscope - Google Patents

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WO1999056080A1
WO1999056080A1 PCT/JP1999/002163 JP9902163W WO9956080A1 WO 1999056080 A1 WO1999056080 A1 WO 1999056080A1 JP 9902163 W JP9902163 W JP 9902163W WO 9956080 A1 WO9956080 A1 WO 9956080A1
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WO
WIPO (PCT)
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signal
modulation
optical fiber
phase
constant output
Prior art date
Application number
PCT/JP1999/002163
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Okada
Yoshiaki Imamura
Mikio Morohoshi
Kanshi Yamamoto
Original Assignee
Tokimec Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority claimed from JP11711498A external-priority patent/JPH11304498A/en
Application filed by Tokimec Inc. filed Critical Tokimec Inc.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/726Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber gyro applied to, for example, an aircraft, a ship, an automobile, and the like, which detects a rotational angular velocity or a rotational angle, and in particular, cancels a sannyak phase shift by a stepped serodyne signal.
  • the present invention relates to a digital optical fiber gyro configured in a closed loop.
  • the light intensity change of the interference light obtained by recombining the two lights propagating in the optical fiber loop in the opposite directions is represented by d) S, the phase difference between the two lights. Then cos ((
  • a phase modulator that modulates the phase of two lights propagating through an optical fiber loop
  • the phase modulator has a phase shift of + ⁇ / 2 and - ⁇ / 2 as shown in Fig. 23.
  • T propagation time of light in an optical fiber loop
  • the light intensity change due to the saniac phase difference of the interference light is calculated by (PQ / 2 ) 'C 0 S ((/) S ⁇ ⁇ / 2) (where ⁇ is the peak value of the light intensity of the interference light) I'm trying.
  • the serodin signal which is a staircase signal whose duration is normally a staircase signal
  • the phase modulator performs phase modulation so as to generate a phase difference having the same amount and a different sign as that of the Sanyak phase difference corresponding to the input angular velocity to the optical fiber gyro.
  • a closed loop is configured to cancel the Sagnac phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop.
  • the output of the serodyne signal cannot be increased indefinitely, it is normally reset when the phase shift due to the serodyne signal reaches ⁇ 2 ⁇ .
  • Digital optical fiber jar openings that solve this problem include those described in U.S. Pat. No. 5,141,316 and U.S. Pat. No. 4,948,252.
  • the former is a phase modulation signal input to the phase modulator.
  • the cycle of each step of the phase modulation signal is, for example, / 2 (2 in total).
  • A is 2.
  • the modulation phase difference is as shown in Fig. 24.
  • the latter uses a signal obtained by calculating a gain signal obtained from a phase difference electric signal and a total phase modulation signal as a phase modulation signal to be input to the phase modulator.
  • This total phase modulation signal is obtained by summing the following signals.
  • a velocity bias signal consisting of a periodic square wave with a first frequency.
  • a gain-bias signal consisting of a series of step voltages that transition at the end of a series of equally spaced periods equal to half the period of the serodin signal.
  • a continuous equal interval time is / j (j is an integer). If j is 2, the velocity bias signal will be at half the frequency. Also, the velocity bias signal is a square wave that transitions between ⁇ / 2 and - ⁇ / 2, and the gain bias signal has a series of induced phase shifts of 2 ⁇ , 0, -2 ⁇ , 0. . In this case, the modulation phase difference is, for example,
  • the gyro output generated by the serodin signal can be controlled.
  • the scale factor error can be reduced. Disclosure of the invention
  • the light intensity value of the detected interference light changes, and a stable cellodies Control and modulation control.
  • the change in the light intensity value of the above-mentioned sensation light causes the Sanyak phase difference ( ⁇ . / 2) 'cos ( ⁇ s ⁇ 7t / 2) (where P is the interference).
  • the detection gain of the peak light intensity of the light, ⁇ / 2 is the phase modulation amplitude value, changes, and the loop gain of serodin control changes.
  • the random walk value is a value indicating an S / N ratio of a light intensity signal of the interference light, and is defined by an execution value of a random noise component included in the signal.
  • this random walk value is a function in which the light intensity value of the interference light is a parameter, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes.
  • the two types of light propagating in the optical fiber loop in opposite directions are generated. No consideration is given to a change in the light intensity value of the interference light due to a change in the output characteristics of the light source used or other influences, and the phase modulation signal is generated so as to have a predetermined phase modulation amplitude. Therefore, if the light intensity value of the interference light changes, the random walk value cannot be sufficiently reduced.
  • the output wave passes through the peak point (brightest point) or bottom point (bottom point) of the light beam.
  • a spike-like noise occurs in the shape. If the detection light includes an error due to optical spikes, an error occurs in the modulation control, and the modulation gain of the phase modulation signal and the serodin signal cannot be optimized.As a result, the optical gyro A scale factor error at the output may occur.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-precision digital optical fiber gyro capable of performing stable operation.
  • an object is to enable stable modulation control and cellodyne control by enabling detection of a modulation gain error and a change in light intensity of interference light.
  • the present invention provides a rotation angular velocity or rotation angle according to a saniac phase difference of interference light obtained by recombining two lights propagating in an optical fiber loop in directions opposite to each other.
  • Optical fiber mouth that detects
  • a light receiving unit that detects the light intensity of the interference light and converts the light intensity into an electric signal; and, based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving unit, determines a sanyak phase difference of the interference light.
  • a signal phase calculating means for calculating a signal;
  • the saniae of the interference light generated by the saniae phase difference calculating means A cellodine signal generating means for generating a cellodine signal composed of a step-like wave for canceling the Saniyak phase difference of the interference light, according to a signal corresponding to the phase difference of the interference light;
  • the phase difference of the light is ⁇ ( ⁇ 0), soil ( ⁇ + 0 + and ⁇ ( ⁇ + 0 ⁇ (5)), or soil ( ⁇ + 0), ⁇ ( ⁇ and + ⁇ ) by synthesizing a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat the six values in a predetermined time interval and in a predetermined order, and a serodin signal generated by the serodin signal generation means.
  • Synthetic signal generating means for generating a composite signal of various phase modulations
  • a phase modulator that phase-modulates each of the two lights according to the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit
  • Modulation gain calculation for calculating a signal corresponding to a modulation gain error generated at the time of phase shift by the bias modulation signal based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving unit.
  • Modulation gain control means for controlling the gain of the composite signal of the various phase modulations according to a signal corresponding to the modulation gain error generated by the modulation gain calculation means.
  • the synthesized signal generating means includes:
  • First constant output signal generation means for generating a first constant output signal having an output value necessary to perform the phase shift of ⁇
  • second constant output signal generating means for generating a second constant output signal having an output value necessary for performing the phase shift of ⁇
  • Third constant output signal generating means for generating a third constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of the
  • First adding means for adding the bias modulated signal generated by the bias modulated signal generating means and the serodin signal generated by the serodyne signal generating means to generate a composite signal of the various phase modulations And may have the following.
  • the bias modulation signal generating means modulates, for example, the first constant output signal generated by the first constant output signal generating means, so that the frequency l / ⁇ (where ⁇ is the optical signal First modulating means for generating a first phase modulation signal consisting of a rectangular wave having a propagation time of light in a fiber loop);
  • the second constant output signal generated by the second constant output signal generating means is modulated to form a second phase modulation signal in which a pulse having a pulse width of / 2 alternately appears at each time interval 2 in a positive and negative manner.
  • Second adding means for generating a signal by adding the constant output signal of
  • the phase difference of the interference light is represented by ⁇ + ⁇ + ⁇ , ⁇ - ⁇ ,- ⁇ __- ⁇ ,- r + ⁇ , ⁇ i ⁇ - ⁇ , ⁇ - ⁇ ⁇ - ⁇ - ⁇ ⁇ , -a + 0, a series of steps in the order,-- ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ,- ⁇ ⁇ , -j- ⁇ - ⁇ , ⁇ _ ⁇ , ⁇ i ⁇ - ⁇ , - ⁇ ⁇ ,- ⁇ -0 + ⁇ 3, a series of steps, a-0 _ ⁇ , a + 0, - ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ _ ⁇ , ⁇ - ⁇ 5, + + 0, ⁇ + 0-(5,- ⁇ - ⁇ Or a series of steps in the following order: a + 0, T- ⁇ - ⁇ ⁇ - ⁇ - ⁇ ,- ⁇ + ⁇ , a + ⁇ , ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇
  • FIG. 1 shows an example of the modulation phase difference according to the present invention.
  • the phase difference of the interference light is ⁇ - ⁇ ,- ⁇ - ⁇ _ ⁇ , - ⁇ ,, r ⁇ ⁇ -6, ⁇ - ⁇ ,--- ⁇ . , -End + ⁇
  • the phase difference of the interference light is ⁇ - ⁇ ,- ⁇ - ⁇ _ ⁇ , - ⁇ ,, r ⁇ ⁇ -6, ⁇ - ⁇ ,--- ⁇ . , -End + ⁇
  • 3 shows a modulation phase difference when using a composite signal of various phase modulations obtained by (1) and (2).
  • 0 ⁇ / 2 t, and 0 ⁇ 10 degrees
  • the input angular velocity is set to 0 for simplicity.
  • the phase shift is a + 0 + ⁇ (or f is ⁇ , the light intensity of the interference light detected and the a ⁇ ( Or ⁇ + ⁇ ), the intensity difference from the light intensity of the interference light detected when ⁇ ⁇ -6 (or - ⁇ -0 + ⁇ 5).
  • ⁇ - ⁇ (or-) based on the intensity difference from the light intensity of the interference light detected at or-or (or -0- ⁇ 5). Indirectly propagates the optical fibers in opposite directions based on the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of and + 0- ⁇ (or- ⁇ - ⁇ + ⁇ ).
  • the light intensity of the interference light detected when the phase shift is ⁇ + 0 + (5 (or ⁇ )? ), And the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of + 0-(5 (or---0 + ⁇ 5)) and the intensity of the interference light.
  • the modulation that occurs during phase shift by the combined signal of various phase modulations Gain error can be detected Therefore, it is possible to control the modulation gain of the composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero, thereby performing accurate modulation control and cellodyne control.
  • the scale factor error in the gyro output can be reduced.
  • the composite signal generating means has the above-described configuration.
  • the modulation gain control means adjusts an output value of the first addition means in accordance with a signal corresponding to a modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, so that the various The gain of the composite signal of the phase modulation may be controlled.
  • the first constant output signal generation means, the second constant output signal generation means, and the third constant output signal By adjusting the output value of each constant output signal generated by the signal generation means and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation means, the gain of the composite signal of the various phase modulations is adjusted. It may be controlled.
  • the output value of the first addition means that is, the amplitude of the synthesized signal itself of various phase modulations generated by the synthesized signal generation means is adjusted. Therefore, it is required to perform arithmetic processing using a multiplier or the like within the time width of each step ( ⁇ / 2 in the example shown in FIG. 1) of the composite signal of various phase modulations.
  • the first constant output signal generation means may change the value according to a change in the light intensity value of the detected interference light.
  • the output value of the first constant output signal may be changed. For example, show the correspondence between light intensity and 0 A table is provided, and by referring to the table, a first constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of ⁇ ⁇ corresponding to the light intensity value of the detected interference light is generated. You may.
  • the random walk value is a function in which the light intensity value of the interference light is a parameter, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. I do. Therefore, by performing the above, it is possible to reduce the influence of the random walk regardless of the change in the light intensity value of the interference light.
  • a switch means connected to an output side of the light receiving means, and a holding means connected to an output side of the switching means are further provided, wherein the switch means
  • the output of the signal detected by the light receiving unit is cut off for a predetermined period in synchronization with the rise and fall of the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit, and the switch is switched by the hold unit.
  • the value of the signal sent from the light receiving means via the means may be maintained for a predetermined time.
  • the switch means and the hold means further, it is possible to remove an error due to an optical spike contained in a signal output from the light receiving means. Can be. Further, during a period in which the switch means blocks the signal sent from the light receiving means (that is, a period in which the error is removed), the signal immediately before the cutoff held in the holding means is held. Output, it is possible to reduce the influence of discontinuous operation due to the interruption of the switch means and to prevent external electromagnetic noise or the like from being mixed in, thereby providing a stable detection signal. Therefore, the operations of the modulation control and the serodin control can be further stabilized.
  • the switch means does not necessarily output the output of the signal sent from the light receiving means in synchronization with all rises and falls of the composite signals of various phase modulations generated by the composite signal generation means. There is no need to shut off for a specified period.
  • the output of the electrical signal may be cut off for a predetermined period in synchronization with only one of the rising and falling of the combined signal that performs a phase shift accompanied by an optical spike.
  • the serrodyne signal generating means when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches a first threshold value, the serrodyne signal generating means is reset so as to generate a phase shift of -2 ⁇ , and When the accumulation result of the modulation phase difference due to the cellodyne signal reaches a second threshold which is 27 ° lower than the first threshold, the cellodyne signal generation is performed so as to generate a phase shift of + 2 ⁇ . Reset the means. May be provided.
  • the first threshold value for example, by setting the first threshold value to + ⁇ and the second threshold value to - ⁇ , it is possible to use a serodyne signal as in the digital optical fiber gyro described in the background art above.
  • the peak peak value of the cellodyne signal can be made smaller than when resetting to 0 when the phase shift reaches ⁇ 2 ⁇ . As a result, power consumption can be reduced.
  • a single power supply can be used as a power supply for generating a serodin signal.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the relationship between the light intensity of the interference light and the modulation phase difference in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber jar opening to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the spike remover 24 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 110 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a modulation phase difference when an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sannyak phase difference ⁇ s occurs in the phase modulation operation shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a modulation phase difference when an error is included in the modulation gain G of the phase modulation by the phase modulator 5 in the phase modulation operation shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a deviation signal (a signal corresponding to a modulation gain error) of a modulation control system and a modulation gain G.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2 ⁇ and the second threshold is set to ⁇ 2 ⁇ in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2 ⁇ and the second threshold is set to 0 in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + ⁇ and the second threshold is set to ⁇ in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a waveform of a serrodyne signal generated by the third computing unit 146 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170 shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing a waveform of an output signal in each section of the modulation control section 170 shown in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the light intensity calculation unit 210 shown in FIG. Figure 17 shows the relative intensity noise RIN of light source 1 at -115 [dB / Hz] and the peak value P of the light intensity of the interference light.
  • FIG. 9 is a diagram showing random walk value phase modulation amplitude value characteristics when the value is set to 2 to 50 aW.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240 shown in FIG.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a digital signal processor 100a used in an optical fiber jar opening to which the second embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140a shown in FIG. 2
  • t Figure 2 2 is a schematic configuration diagram of a modulation control unit 1 7 0 a shown in FIG. 1 9 is a schematic diagram of a gyro output computing part 2 4 0 a shown in FIG 9.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber gyro to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • reference numeral 500 denotes a light meter.
  • the optical interferometer 500 is composed of a light source 1, a power bra 2, a polarizer 3, a power bra 4, a phase modulator 5, and an optical fiber loop 6 formed by winding an optical fiber a plurality of times. I have.
  • a single palmescent diode (SLD) with a long coherence length or an erbium-doped optical fiber light source (EDFS) with a higher output intensity than the SLD is used.
  • the polarizer 3, the power blur 4, and the phase modulator 5 are integrated on one substrate as an optical integrated circuit (IOC). Also, in Figure 2, one end of the optical fiber loop 6 Although the phase modulator 5 is provided, it may be provided at both ends to perform phase modulation on the optical fiber 6 in directions opposite to each other.
  • the light emitted from the light source 1 passes through the power blur 2 and the polarizer 3 and enters the camera 4 where it is split into two lights.
  • One of these two lights propagates clockwise in the optical fiber loop 6, is phase-modulated by the phase modulator 5, and returns to the power blur 4.
  • the other propagates counterclockwise through the optical fiber loop 6, is phase-modulated by the phase modulator 5, and returns to the power blur 4.
  • both are combined by the force bra 4. Thereby, interference light is formed.
  • ⁇ s (2 ⁇ DL / ⁇ c) ⁇ (1)
  • D is the diameter of the optical fiber loop 6
  • L is the length of the optical fiber
  • is the wavelength of light emitted from the light source 1
  • c is the speed of light It is.
  • the light intensity ⁇ ⁇ of the interference light and the Sagnac phase difference ⁇ s have the following relationship.
  • ( ⁇ 0/2) (Hcos ⁇ s) (2) where ⁇ . Is the peak value of the light intensity of the interference light.
  • the interference light formed by the force blur 4 is received by the light receiver 7 and converted into a current signal corresponding to the light intensity of the interference light.
  • This current signal is converted into a voltage signal by a current / voltage (I / V) converter 8 and then amplified by a wideband amplifier 9.
  • the voltage signal amplified by the amplifier 9 is removed by a DC remover 20 composed of a high-pass filter and a DC offset adder, and then amplified by a wide-band amplifier 22. .
  • the spike remover 24 removes the component due to the optical spike contained in the signal.
  • the spike remover 24 includes a switch and a low-pass filter (LPF). The details will be described later.
  • the voltage signal from which the optical spike component has been removed by the spike remover 24 is input to the A / D converter 26 for serodyne control and modulation control, where the sampling from the reference signal generator 300 is performed. According to the signal D, it is sampled and converted to a digital signal.
  • the sampling period of the sampling signal differs depending on the time constant of the LPF constituting the spike remover 24, but at least the duration of each step of the composite signal of various phase modulations described later (in this embodiment, / 2) must be shorter.
  • is the propagation time of light in the optical fiber loop 6, which is the optical fiber length of the optical fiber loop 6, the refractive index ⁇ 0 of the optical fiber constituting the optical fiber loop 6, and the light speed c. Is expressed by the following equation.
  • the digital signal processor 100 uses the gyro output (rotation Angular velocity or rotation angle) is calculated.
  • the digital signal processor 100 determines that the phase difference of the interference light is ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ - ⁇ ) ⁇ (-7- ⁇ ⁇ ) ⁇ (- ⁇ ⁇ ⁇ ) (Repeat a series of steps in D order (period 4 and the duration of each step / 2) Do phase modulation And a stepped cellodyne signal with the same duration as the calculated Sanyak phase difference ⁇ s and the duration of each step ⁇ or ⁇ / 2 to produce a phase difference of the opposite sign. Generates composite signals of various phase modulations.
  • k is an odd number: 0 ⁇ 0 ⁇ ⁇ / 2
  • k is an even number: 7T / 2 ⁇ 0 ⁇ 7 ⁇
  • the amplitude 0 of the phase shift of the bias modulation signal is determined in accordance with the light intensity value of the interference light so that the random walk value is minimized.
  • the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value is said to be in the range of ⁇ / 2 to less than 7 °.
  • the random walk value is a function that makes the light intensity value of the light beam a parameter over time, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. .
  • a table showing the relationship between the light intensity value of the interference light and the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value is prepared, and referring to the table, the detection of the interferometer 500 is performed. The amplitude ⁇ corresponding to the light intensity value of the interference light obtained from the result is determined.
  • the phase difference of the interference light is changed.
  • a first threshold value for example, + ⁇
  • the phase difference of the interference light is changed.
  • -Modulation phase by serodin signal reset to 2 ⁇ phase shift
  • the phase difference of the interference light is reset to a phase shift of + 2 ⁇ . This prevents the output of the serodin signal from increasing indefinitely.
  • the composite signal of various phase modulations generated in the digital signal processor 100 is converted into an analog signal in the D / A converter 10 and then transmitted to the phase modulator 5 through the driver 11. Is entered.
  • the phase modulator 5 performs phase modulation on the two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions, respectively, according to the composite signal of various phase modulations.
  • the modulation phase difference generated between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions to each other and the light intensity of the interference light obtained by recombining the two lights. explain the relationship.
  • FIG. 1 shows a modulation phase difference by the optical fiber gyro of the present embodiment.
  • ⁇ ⁇ 6 10 degrees.
  • the phase shift is equal to the optical intensity of the interference light detected when a + ⁇ + ⁇ (or-
  • the serodin control system including the digital signal processor 100, the optical interferometer 500, the light receiver 7, etc.
  • AGC Automatic Gain Control 1
  • the light intensity of the interference light detected when the phase shift is 7 + ⁇ + ⁇ (or ⁇ 0 ⁇ ) and ⁇ (Or -a + 0), the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of (a + 0), and the light intensity of the interference light detected at a + ⁇ (or- Based on the intensity difference from the light intensity of the interference light detected at (+0), a modulation gain error generated at the time of phase shift by the bias phase modulation signal can be detected.
  • a table showing the relationship between the light intensity value of the interference light and the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value refer to the table to determine the interference light obtained from the detection result of the interferometer 500.
  • the above-described bias modulation signal is generated so that the amplitude becomes 0 corresponding to the light intensity value.
  • the spike remover 24 is provided to remove an erroneous difference due to an optical spike included in the detection signal of the interference light output from the light receiver 7.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the spike remover 24.
  • the spike remover 24 includes a switch 40, a low-pass filter (LPF) / hold circuit 42 including a resistor and a capacitor, and an amplifier 46.
  • LPF low-pass filter
  • the switch 40 cuts off the output of the voltage signal sent from the amplifier 22 for a predetermined period according to the signal E generated by the reference signal generator 300.
  • the signal E has a frequency of 1 / This is a reference signal synchronized with the composite signal of various phase modulations generated by the signal processor 100.
  • the cutoff period is set in consideration of the time of occurrence of the optical spike of the interference light.
  • the LPF / hold circuit 42 removes white noise components and other high-frequency electromagnetic noise contained in the voltage signal sent via the switch 40. I do.
  • the switch 40 is off (cut off)
  • the voltage signal immediately before the cutoff is held by the electric charge stored in the capacitor constituting the LPF / hold circuit 42. This voltage signal is output to the A / D converter 26 via the amplifier 46.
  • the LPF / hold circuit 42 can reduce the influence of discontinuous operation due to the ON / OFF of the switch 40, and can prevent external noise such as electromagnetic noise from being mixed. Can be. As a result, stable signal detection can be performed, so that the operations of modulation control and port din control can be further stabilized.
  • the A / D converter 26 achieves the best gyro output with the minimum number of samplings. Can be obtained. In other words, since it is not necessary to perform extreme oversampling, the processing speed of the A / D converter 26 and the digital signal processor 100 can be reduced compared to conventional optical fiber gyros. This makes it possible to configure the optical fiber jar opening with less expensive parts.
  • the voltage signal is sufficiently converted by the amplifier 22. After amplification, the optical spike is removed by the spike remover 24. In this configuration, since the voltage signal is sufficiently amplified, the effect of noise generated by turning on / off the switch 40 can be effectively reduced, and more stable signal detection can be performed. This is a favorable configuration.
  • the amplifier 46 has a buffer configuration, the output of the LPF / hold circuit 42 may be directly input to the / 0 converter 26 without using the amplifier 46.
  • the spike remover 24 has been described above.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100.
  • the digital signal processor 100 includes a signal processing unit 110, a serrodyne control unit 140, a modulation control unit 170, and a light intensity calculation unit 210. And a gyro output operation unit 240.
  • a signal processing unit 110 a serrodyne control unit 140, a modulation control unit 170, and a light intensity calculation unit 210.
  • a gyro output operation unit 240 Each of these configurations may be realized by an integrated logic IC such as an application specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA), or It may be realized by software using a computer such as a DSP (Digital Signal Processor). Further, the specific processing in each configuration is not limited to those described below, and may be any processing as long as the same function can be realized.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • DSP Digital Signal Processor
  • the signal processing unit 110 adjusts the gain of the signal output from the A / D converter 26 and demodulates it.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 110 shown in FIG.
  • the multiplier 1 3 4 is composed of the output signal of the A / D converter 26 and the light intensity calculator 2 1 0 Multiplication with AGC (Automatic Gain Control) signal from Thereby, the gain of the output signal of the A / D converter 26 is adjusted so as to be always constant. By doing so, it is possible to stabilize the operations of the serodyne control unit 140, the modulation control unit 170, and the light intensity calculation unit 210, and, consequently, the rotation angular velocity or rotation angle of the gyro. It can output stably.
  • AGC Automatic Gain Control
  • an analog multiplier may be used in place of the multiplier 134.
  • the analog multiplier is placed before the A / D converter 26.
  • the AGC signal from the light intensity calculator 210 is converted to an analog signal by the D / A converter, and then input to the analog multiplier, where it is input to the A / D converter 26. It is adjusted so that the gain of the voltage signal is always constant.
  • the first demodulator 1 1 2 uses the reference signal B (frequency signal 1 /, for example, a pulse signal having two values of ⁇ 1) generated by the reference signal generator 3 0 0 to generate a multiplier 13 4. Demodulate the output signal of 4.
  • This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
  • the sampling interval at the A / D converter 26 is shorter than / 2, that is, when the sampling point is at two or more places during the / 2 period, the A / D converter 26 and A filter for performing an averaging process is provided between the first demodulator 112 and the first demodulator 112 so that the input signal to the first demodulator 112 is output at an interval of ⁇ / 2.
  • the second demodulator 1 14 generates the first demodulator by the reference signal ⁇ (pulse signal having a frequency of 1/2 and having a binary value of ⁇ 1, for example) generated by the reference signal generator 300. Demodulate the output signal of 1 1 2.
  • This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
  • the first computing unit 1 16 averages and outputs the output of the second demodulator 114 at every time 2 or 4 by taking the sum of the outputs shifted by time. This output is a deviation signal of a closed-loop serodyne control system including the serodyne controller 140.
  • the output (detection signal) of the / 0 converter 26 is demodulated at the frequency 1 / by the first demodulator 112, and the demodulation result is obtained by the second demodulator 114.
  • the sign of the demodulated detection signal changes from (+) to (-) to (-) to (+) at every ⁇ in the two periods. Therefore, by taking the sum of the deviated outputs, it is possible to extract a signal (deviation signal of the serodyne control system) corresponding to the saniac phase difference ⁇ s required for generating the serodyne signal. .
  • the second computing unit 122 sets the phase shift of the output signal of the multiplier 1334 to a + 0 + ⁇ (or ⁇ a ⁇ ) in the first 2r period. 0- ⁇ ) and the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected at a-0 (or- ⁇ + 0). X is detected, and the average Xave of the detection results is obtained.
  • the phase shift force the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected when r + ⁇ -(5 (a certain value is-a-6 »+ ⁇ ), and the a-0 ( Alternatively, the difference ⁇ from the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected at ⁇ ) is detected, and the average Z ave of the detection result is obtained.
  • the output of 2 2 alternates every two periods, such as X ave , Z ave , X tract,,, Z ,,.
  • the third computing unit 124 generates a signal satisfying the following expression based on the output signals X ave and Z ave of the second computing unit 122.
  • This signal is a deviation signal of a modulation control system which is a closed loop including the modulation control section 170. This deviation signal is output to modulation control section 170.
  • the modulation gain G of the phase modulation by the phase modulator 5 includes an error.
  • the modulation phase difference is as shown in FIG.
  • the gain of the composite signal can be adjusted.
  • FIG. 8 shows the relationship between the above equation (4) and the modulation gain G, and the relationship between the differences X and Z and the modulation gain G. As can be seen from this figure, when the above equation (4) is 0, the modulation gain G becomes 1.
  • this deviation signal is generated by a modulation controller 170 described later when the gain of the phase modulator 5 or the D / A converter 10 changes due to temperature change or aging. This is for adjusting the gain of the phase modulation composite signal. Therefore, the control loop of the modulation control system operates at high speed. There is no need to be. Further, the arithmetic processing in the third arithmetic unit 124 may be performed in the msec order.
  • the fourth computing unit 1336 generates a signal satisfying the following expression based on the output signals X ave and Z ave of the second computing unit 122.
  • Signal X ave -Z ave (5)
  • the signal calculated by the above equation (5) is the peak value P of the light intensity of the interference light. Becomes a signal proportional to. This signal is sent to the light intensity calculator 210 as a signal Yave .
  • the serodyne control unit 140 generates a mouth din signal in accordance with the signal corresponding to the saniac phase difference ⁇ s output from the first computing unit 116 of the signal processing unit 110.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the serrodyne controller 140 shown in FIG.
  • the first computing unit 142 integrates the signal corresponding to the saniac phase difference ⁇ s sent from the signal processing unit 110 at two or four time intervals. The result is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber loop 6.
  • the second computing unit 144 functions as an amplifier or a single pass filter.
  • the gain or filter constants are set according to the design of the serodyne control loop.
  • the third computing unit 146 integrates the output signal of the first computing unit 142 sent through the second computing unit 144 at a time interval of 1/2.
  • the output signal of the first computing unit 142 is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber 6. If the input angular velocity is constant, the output signal of the first computing unit 142 also becomes constant.
  • the third The output result of the arithmetic unit 146 is a staircase signal having a constant height with a duration of each staircase of / 2. This staircase signal is output to the modulation control section 170 as a serrodyne signal.
  • the comparator 150 outputs the first threshold value or the second threshold value which is lower by 2 t than the first threshold value, when the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal output from the third computing unit 146 is obtained. It is determined whether the threshold has been reached. Then, when the first threshold value is reached, the third computing unit 146 is reset so that the phase difference of the light is a phase shift of ⁇ 2 ⁇ . When the second threshold value is reached, the third computing unit 146 is reset so that the phase difference of the light beam becomes a phase shift of + 2 ⁇ .
  • FIG. 10 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2 ⁇ and the second threshold is set to ⁇ 2 ⁇ .
  • the comparator 1500 determines whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serodyne signal generated by the third computing unit 144 has reached 2 ⁇ (step 1001). .
  • step 1002 When the value reaches 2 ⁇ , it is determined that a phase shift (negative reset) of -2 ⁇ is performed (step 1002). Thereafter, a command is issued to the third computing unit 144 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2 ⁇ (step 1003). In response to this, the third computing unit 146 adjusts the output of the serodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2 ⁇ .
  • step 1004 it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal has reached ⁇ 2 ⁇ (step 1004) ;
  • Step 1 0 5
  • a command is issued to the third computing unit 146 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 27T (step 106).
  • the third computing unit 146 adjusts the output of the cellodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2 ⁇ .
  • step 107 if the temperature has not reached -27C, it is determined that reset is not necessary (step 107). In this case, no phase shift command is output to the third computing unit 144.
  • FIG. 11 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2 ⁇ and the second threshold is set to 0.
  • step 1004a is provided instead of step 104, where the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal is obtained.
  • FIG. 12 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 7t and the second threshold is set to ⁇ 7t. This flow differs from the flow shown in FIG. 10 in that steps 1001 a and 1004 b are provided instead of steps 1001 and 104.
  • step 1001a it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal has reached + ⁇ . If the value has reached + ⁇ , the process proceeds to step 1002; otherwise, the process proceeds to step 104b.
  • step 104b the accumulation of the modulation phase difference by the serodin signal Determine whether the product result has reached - ⁇ . -If it has reached ⁇ , go to step 1005; otherwise, go to step 1007.
  • FIG. 13 shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146.
  • FIG. 13 (a) shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG. 10
  • FIG. 13 (b) shows the waveform of FIG.
  • FIG. 13 (c) shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG.
  • a serodin signal can be generated with a single polarity regardless of the polarity of the input angular velocity to the optical fiber loop 6. This makes it possible to configure a D / A converter and driver for generating serodin signals with a single power supply.
  • the digital signal processor 100 and the reference signal generator 300 operate on a single power supply such as +5 V, so if the D / A converter 10 can operate on a single power supply, This makes it possible to reduce the size and cost of the equipment.
  • step 1001 it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serodin signal has become larger than 0. The same effect can be obtained by judging whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the signal has become ⁇ 2 ⁇ or less.
  • the peak-to-peak value of the serodyne signal is reduced by half compared to the flow shown in FIG. This allows The power consumption at the terminating resistor of the phase modulator 5 can be reduced to 1/4.
  • the fourth computing unit 152 includes a reference signal (a signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) for the modulation gain control generated by the modulation control unit 170 described later. Is set to 0, that is, based on the reference signal whose output value is corrected so that the modulation gain G becomes 1), the first and second threshold values used in the comparator 150 are specified. And outputs a value for specifying the amount of phase shift due to the reset in the third calculator 146. For example, if the reference signal has an output value necessary to perform a phase shift of 2 ⁇ , a value for specifying the first and second thresholds from the output value of this reference signal and a phase shift due to reset are used. Calculate and output the value to specify the quantity.
  • a reference signal a signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)
  • the fourth computing unit 152 outputs, to the gyro output computing unit 240, a scale factor correction value required for gyro output computation required for controlling the modulation gain by the reference signal.
  • the modulation control section 170 performs the first constant output signal having a value necessary to perform the phase shift of 0 by modulating the first constant output signal.
  • a pulse with a pulse width of / 2 obtained by modulating a phase modulation signal and a second constant output signal having a value required to perform a phase shift of ⁇ alternates between positive and negative at every time interval of 2.
  • the second phase-modulated signal appearing in the signal and the third constant output signal having a value necessary for performing the phase shift of the signal are synthesized, and this is modulated at half the frequency to obtain the interference light.
  • phase difference force ( ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ )) ⁇ ( ⁇ - ⁇ ) ⁇ (- ⁇ - ⁇ - ⁇ ) ⁇ (- ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ -(- ⁇ - ⁇ + ⁇ 5) ⁇ (-
  • a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat the duration of each step / 2) is generated.
  • the bias modulation signal generated as described above and the serodin signal generated by the serrodyne control unit 140 are combined to generate a combined signal of various phase modulations.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170 shown in FIG.
  • the reference value storage unit 196 stores a reference value (for example, 2 ⁇ phase shift) for generating an output value required for performing phase shifts of ⁇ , ⁇ , and ⁇ 5. Output value necessary for this) is stored, and this value is output as a reference signal.
  • a reference value for example, 2 ⁇ phase shift
  • the first computing unit 172 integrates the deviation signal of the modulation control system (the signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) sent from the signal processing unit 110. Integrator.
  • the second computing unit 174 is an amplifier or a low-pass filter. Design the gain or fill constant according to the design of the modulation loop control system.
  • the third computing unit 190 adjusts the reference signal outputted from the reference value storage unit 196 according to the deviation signal of the modulation control system outputted from the second computing unit 174. For example, if the deviation signal of the modulation control system has a positive value, the output value of the reference signal (for example, the value required to perform a 2 ⁇ phase shift) is adjusted to be small, and modulation control is performed. If the deviation signal of the system has a negative value, adjust so that the output value of the reference signal increases.
  • the deviation signal of the modulation control system becomes zero by the operation of the modulation control system (servo loop), that is, the modulation gain Generate a reference signal whose output value is corrected so that G becomes 1.
  • the third computing unit 190 for example, an adder is used.
  • the amplitude 0 generator 202 Based on the reference signal whose output value has been corrected by the third computing unit 190, the amplitude 0 generator 202 has the phase of the phase modulation amplitude value 0 sent from the light intensity computing unit 210. Generates a constant output signal with the value needed to perform the shift. For example, if the reference signal has an output value necessary to perform a phase shift of 2 ⁇ , it is necessary to perform the phase shift of ⁇ determined by the light intensity calculator 210 from the output value of this reference signal. Calculate and output necessary values.
  • the amplitude ⁇ generator 180 is a constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of ⁇ 5 based on the reference signal whose output value has been corrected by the third computing unit 190. Generate For example, if the reference signal has an output value required to perform a 2 ⁇ phase shift, the value required to perform a ⁇ phase shift is calculated from the output value of the reference signal and output.
  • the amplitude generator 208 generates a constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of the key based on the reference signal whose output value has been corrected by the third arithmetic unit 190. Generate. For example, if the reference signal has an output value necessary for performing a 2 ⁇ phase shift, a value necessary for performing a phase shift of the key is calculated from the output value of the reference signal and output.
  • the phase modulation generator 204 generates an amplitude 0 generator 204 according to the reference signal generated by the reference signal generator 300 (pulse signal having a binary value of 1 / frequency, for example, ⁇ 1).
  • the constant output signal generated in step 2 is modulated, thereby generating a first phase modulation signal having a rectangular wave having a frequency of 1 /.
  • This phase modulation generator 204 is constituted by, for example, a multiplier.
  • ⁇ 3 Modulation generator 18 2 is the same as that generated by reference signal generator 300
  • a pulse signal that repeats a series of steps, 1 ⁇ 0—0 ⁇ 0, with a duration of each step of / 2 is generated by the reference signal generator 300.
  • Modulated with the reference signal C (frequency 1/4 ⁇ , for example, a binary pulse signal of ⁇ 1).
  • a pulse signal that repeats a series of steps 1 ⁇ 0 ⁇ 0 ⁇ 0 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 0 ⁇ 0 ⁇ ⁇ 0 with a duration of / 2 for each step is generated.
  • the modulation generator 182 modulates the constant output signal generated by the amplitude ⁇ generator 180 according to the generated pulse signal, and thereby, the pulse width /
  • a second phase modulation signal is generated in which two pulses alternate in the positive and negative directions at every two time intervals.
  • the adder 206 includes a first phase modulation signal generated by the phase modulation generator 204, a second phase modulation signal generated by the ⁇ modulation generator 18 2, and an amplitude generator 2 0 Adds the constant output signal generated in step 8 in synchronization.
  • Modulation generator 200 uses the reference signal ⁇ (pulse signal that takes two values of ⁇ 1 at the operating point switching frequency 1/2 of the phase modulation) generated by reference signal generator 300. Then, the output signal of the adder 206 is modulated. As a result, the phase difference of the interference light becomes ( ⁇ + ( ⁇ ⁇ ⁇ 5)
  • the adder 176 generates a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeatedly take the duration of / 2) of the bias modulation signal generated by the modulation generator 200.
  • the adder 176 By adding the serodin signal generated by the serodin control unit 140 to generate a composite signal of various phase modulations.
  • FIG. 15 shows the output signal waveforms at each section of the modulation control section 170.
  • Fig. 15 (a) shows the waveform of the output signal (first phase modulation signal) of the phase modulation generator 204
  • Fig. 15 (b) shows the waveform of the output signal of the 5 modulation generator 182 (second signal).
  • Figure 15 (c) shows the output signal waveform of the adder 206
  • Figure 15 (d) shows the output signal of the modulation generator 200 (bias modulation signal). Shows the waveform.
  • the first phase-modulated signal shown in FIG. 15 (a) has a symmetric waveform with respect to time ⁇ , and the difference between signals shifted by ⁇ is zero. Since the phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions occurs between the two lights that are shifted in time, the first phase modulation signal shown in Fig. 15 (a) No phase difference can be generated in light. That is, no phase modulation is applied.
  • the bias modulation signal shown in Fig. 15 (d) is composed of the first phase modulation signal shown in Fig. 15 (a), the second phase modulation signal shown in Fig. 15 (b), and the amplitude generator 208.
  • This signal is a signal obtained by synchronizing and adding the constant output signal generated in (1) (the signal shown in Fig. 15 (c)) at half the frequency. By modulating at a frequency of 1/2, the polarity of the bias-modulated signal alternates every time and generates a phase difference of interference light generated between the signals shifted by ⁇ time.
  • phase difference of the interference light is changed by (a + 0 + ⁇ ) ⁇ (a- ⁇ ) ⁇ (- ⁇ - ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( - ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ - ⁇ ) ⁇ (- ⁇ + ⁇ )
  • the phase modulation can be performed so that the duration / 2) is repeated.
  • phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions occurs between the two lights that are shifted in time.
  • the phase modulator 5 By setting the phase modulator 5 to perform the phase shift of S / 2 as the phase modulation signal of the phase shifter, the phase shift of the amplitude 0 is generated in the phase difference of the interference light. be able to.
  • the phase difference of the interference light is (+ ⁇ ) ⁇ 0 ⁇
  • a series of phase shifts of ( ⁇ ) ⁇ 0 ⁇ ( ⁇ ⁇ 5) ⁇ 0 ⁇ (+ ⁇ ) ⁇ 0 can be repeatedly generated.
  • phase modulator 5 by setting the phase modulator 5 to perform the phase shift of a / 2 as a constant output signal necessary for performing the phase shift of the above a, The phase shift of the amplitude can be generated in the phase difference of the light.
  • the light intensity calculator 210 is a peak value ⁇ of the light intensity of the interference light obtained by the fourth calculator 136 of the signal processor 110.
  • the interference light based on the signal Y avt , which is proportional to, and the constant output signals output from the modulation control unit 170 and having the values required to perform the phase shifts of 0, ⁇ , and ⁇ .
  • Peak light intensity ⁇ . Ask for.
  • the peak value ⁇ obtained by referring to a table prepared in advance showing the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value. Determine the amplitude value 0 of phase modulation according to.
  • the light intensity calculator 210 calculates the obtained peak value ⁇ . Based on this, an AGC signal is generated to keep the loop gain of the cellodyne control system constant. This AGC signal is output to the multiplier 13 4 of the signal processing unit 110 described above. It is.
  • the light intensity calculator 210 calculates the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro prepared in advance. Peak value P obtained by referring to the table showing the correspondence between Determine the scale factor correction coefficient according to.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the light intensity calculation unit 210 shown in FIG.
  • the first computing unit 2 1 2 is the peak value P of the light intensity of the interference light obtained by the fourth computing unit 1 36 of the signal processing unit 110.
  • ⁇ 0 Y ave / (-sin ⁇ ⁇ sin ( ⁇ + 0)) (6)
  • This arithmetic processing does not need to be performed at high speed. Processing may be performed at intervals of about msec. Therefore, the signal Y ave obtained by the fourth computing unit 1336 of the signal processing unit 110 is averaged, and the peak value of the light intensity of the interference light is calculated by the above equation (6) using the averaged value. Value P. You may ask for
  • the second computing unit 2 14 stores a table indicating the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value. Then, the peak value P of the light intensity of the light beam calculated by the first computing unit 2 12. The optimum phase modulation amplitude according to the above is searched from the table, and this is set as the phase modulation amplitude value 0, and Outputs to the amplitude 0 generator 202 of the controller 170.
  • the resister 216 stores, as an initial value, the peak value of the light intensity of the interference light first calculated by the first computing unit 212 when the interferometer 500 is assembled.
  • the third computing unit 218 is a peak value P of the light intensity of the interference light obtained by the first computing unit 221. And the initial value stored in Regis 2 16 are calculated.
  • the fourth computing unit 220 integrates the result of the third computing unit 218.
  • the result of the integration is output as an AGC signal to the multiplier 1334 of the signal processing unit 110.
  • the fifth computing unit 222 has a correspondence relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro. Is stored. Then, the peak value P of the light intensity of the interference light calculated by the first computing unit 2 12. The scale factor correction coefficient corresponding to the above is retrieved from the table and output to the gyro output operation unit 240.
  • the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value will be described.
  • the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro will be described later.
  • a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the optical fiber gyro is superimposed with several types of random noise as described below.
  • RIN relative intensity noise
  • the output light of the interferometer 500 with the RIN superimposed thereon is converted into a current signal by the photodetector 7, and at this time, the shot noise correlated with the output value of the converted signal is superimposed. You.
  • This shot noise is defined as follows.
  • N '"[Vrms Pas Hz 1/2)] ⁇ ( 4 ⁇ k ⁇ R ⁇ T) 1/2 (12) N' VN [Vrms / (Hz 1, 2)] ⁇ (V ,. 2 + ( ⁇ R) 2 ) 1 , 2 (13) where k is the Boltzmann constant ( 1.38X10 [] / "K]), R is the resistance [ ⁇ ] of the current-Z voltage converter 8, and T Represents the absolute temperature [° K], and N 'is the effective value of noise defined only in the real number domain. Is the voltage noise of the operational amplifier, and is the current noise. N 'v, is the effective value of the noise that is defined only in the real domain.
  • the angular velocity ⁇ [rad / s] is input to the optical fiber loop 6, and that a saniac phase difference ⁇ s [rad] is generated.
  • the light intensity of the interference light according to the phase difference ⁇ s is Detection is performed by phase-modulating two lights propagating in the fiber loop 6 in opposite directions with amplitude ⁇ [rad].
  • ⁇ ⁇ 1 ( ⁇ (+ ⁇ ) - ⁇ (- ⁇ ))
  • the random walk value is the peak value P of the light intensity of the interference light.
  • the phase modulation amplitude as a parameter.
  • the peak value P of the light intensity of the interference light If the value changes, the phase modulation amplitude that minimizes the random walk value also changes.
  • Figure 17 shows the random walk value versus the phase modulation amplitude value when the relative intensity noise RIN of light source 1 is -115 [dB / Hz] and the peak value P Q of the interference light is 2 to 50 W. Is shown.
  • the above equation (20) The peak value P of the light intensity of the interference light obtained from the equation (21).
  • a table indicating the correspondence between the random phase value and the optimum phase modulation amplitude that minimizes the random peak value is stored in advance, and the peak value P of the light intensity of the interference light calculated by the first computing unit 221. Is searched from the table for the optimum phase modulation amplitude corresponding to.
  • the gyro output operation unit 240 sends the signal to the optical fiber loop 6 according to the signal corresponding to the saniac phase difference ⁇ s sent from the first calculator 142 of the serodyne control unit 140. Calculate the input rotation angular velocity or rotation angle of.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240 shown in FIG.
  • the first computing unit 242 calculates the phase difference ⁇ s of the saniac transmitted from the first computing unit 142 of the serrodyne control unit 140, that is, the input rotation angular velocity to the optical fiber pump 6.
  • the corresponding signal is integrated over time. This result is proportional to the rotation angle of the optical fiber loop 6.
  • the integration result may be further divided by the integration time.
  • the register 244 stores the input / output scale factor value in the initial state of the optical fiber gyro.
  • the second computing unit 246 stores the scale factor value stored in the register 244, the scale factor correction coefficient sent from the fifth computing unit 222 of the light intensity computing unit 210, Signal generated by the third computing unit 190 of the modulation control unit 170 sent from the fourth computing unit 152 of the control unit 140 (the reference signal whose output value has been correctly corrected) ) By The output of the first computing unit 242 is corrected using the scale factor correction value required for the modulation gain control. Thereby, the input rotation angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 is calculated.
  • the second computing unit 246 is constituted by, for example, a multiplier.
  • the output value of the optical fiber gyro (specifically, the rotation angular velocity or rotation angle calculated by the gyro output calculation unit 240) is the peak value P of the light intensity of the interference light. Changes in correlation with the change in This is thought to be due to the following reasons.
  • Gyro output with respect to the input rotational angular velocity ⁇ to the optical fiber loop 6
  • the angle increment in the calculation unit 240 is set to 0 angle
  • the angle when a phase shift of 2 ⁇ occurs due to the reset of the serodin signal The increment 0 sngle is expressed by the following equation.
  • Anganglc c ⁇ ⁇ ⁇ and can be expressed as / D / L (23).
  • the peak value of the light intensity of the interference light ⁇ Changes occur when the loss in the optical path from the light source 1 to the optical receiver 7 via the optical fiber loop 6 changes, and their loss characteristics differ depending on the wavelength of light.
  • the light source 1 used for the optical fiber gyro has a short coherence length and a short wavelength as described above.
  • the vector characteristics are widely distributed over tens to hundreds of nm. Therefore, the light intensity changes due to the change in loss, and the effective center-of-gravity wavelength value of the light changes.
  • the value of the center-of-gravity wavelength ⁇ in the above equations (2 2) and (2 3) changes, and the angle increment 0 angle changes. This is considered to be an input / output scale factor error.
  • the present inventors have confirmed that the sensitivity of the scale factor was about several tens to several hundreds of ppm for a change of the light intensity value of 10%. Light intensity values easily change due to temperature, aging, and the like. This cannot be used for high-performance optical fiber gyros that require a scale factor error of several to several tens of ppm or less.
  • the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient (registration coefficient 24 (A correction coefficient of the scale factor value stored in the optical intensity calculator) is stored in advance, and the peak of the light intensity of the interference light calculated by the first calculator 212 of the light intensity calculator 210 is stored.
  • the scale factor correction coefficient corresponding to the value is retrieved from the table.
  • the second computing unit 246 of the gyro output computing unit 240 the scale factor value stored in the register is corrected using the searched correction coefficient (specifically, the register factor is used).
  • the result obtained by multiplying the scale factor value stored in the gyro by the correction coefficient is converted to the result corresponding to the rotation angle or the average angular velocity output from the first computing unit 242 of the gyro output computing unit 240. Multiply).
  • the phase difference of the interference light is ( ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ( ⁇ - ⁇ ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ -0) ⁇ (- ⁇ -0 + (5) ⁇ (- ⁇ + 0))
  • Repeat a series of steps (period 4, duration of each step / 2)
  • the duration of each staircase which produces a bias modulation signal for performing phase modulation and a phase difference of the same amount and opposite sign as the phase difference ⁇ s of the saniac phase according to the input angular velocity to the optical fiber jar opening
  • the signal is combined with a / 2 step-like serodyne signal to generate a combined signal of various phase modulations, which is input to the phase modulator 5.
  • the signal processing section 110 what is the light intensity of the 1,000 m light detected when the phase shift is ⁇ + 0 + ⁇ 5 (or ⁇ 0 ⁇ )? ⁇ - ⁇ (or the intensity difference X from the light intensity of the interference light detected at-, and + 0- ⁇ 5 (or the light intensity of the interference light detected at- Based on the intensity difference ⁇ of the light intensity of the interference light detected at ⁇ 0 (or ⁇ ), or the light intensity of the interference light detected at ⁇ + 0 + ⁇ 5 (or ⁇ )
  • the light source 1 and other light sources constituting the optical interferometer 500 are determined based on the intensity difference ⁇ from the light intensity of the interference light detected at the time of ⁇ + 0- ⁇ (or--0 + ⁇ 5).
  • the AGC control is performed so that the output signal gain from the optical interferometer 500 becomes constant in response to this.Specifically, when the output signal from the optical interferometer 500 decreases, the electrical The output signal gain is controlled to be constant by making the signal larger.
  • the light intensity calculation unit 210 refers to a table showing the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value, as described above.
  • the peak value P of the light intensity of the interference light obtained by The table is searched for the optimum phase modulation amplitude corresponding to the amplitude, and this is output to the amplitude 0 generator 202 of the modulation control section 170 as the phase modulation amplitude value 0.
  • the peak value P of the light intensity of the interference light is obtained.
  • the light intensity of the interference light detected when the phase shift is a + 0 + ⁇ 5 (or ⁇ 0 ⁇ ) and the light intensity detected when the phase shift is a ⁇ ⁇ (or ⁇ )
  • the intensity difference X from the light intensity of the interference light, and the light intensity of the interference light detected when - ⁇ (or -0 + ⁇ 5) and the interference light detected when - ⁇ (or-) Based on the intensity difference Z from the light intensity of the phase modulation, the modulation gain error of the phase modulation by the composite signal of the various phase modulations is detected, and the various phase modulations are performed so that the detected modulation gain error becomes zero. Controls the gain of the composite signal.
  • the output of the A / D converter 26 is demodulated at the frequency 1 / by the first demodulator 112, and the demodulation result is subjected to the second demodulation.
  • Demodulation at the frequency 1/2 by the At 2 a detection signal is generated that changes polarity from (+) to (-)-(-) to (+) every / 2.
  • the above-mentioned detection signals are averaged by the first computing unit 1 16 at every time 2 or 4 times, and are summed up by the sum of the skewed signals.
  • the signal (deviation signal of the cellodyne control system) corresponding to the saniyak phase difference ⁇ s required for the operation is extracted.
  • the phase difference of the interference light is generated by the bias modulation signal, and the light intensity value of the interference light detected at this time is used to determine the phase difference of the saniac and the modulation gain. Since the detection error and the change in the light intensity value of the interference light can be detected, the detection signals for serodin control, modulation control, and light intensity calculation can be shared. For this reason, only one A / D converter is required for cellodyne control, modulation control, and detection signal generation for light intensity calculation.
  • the signal reaches 27T for a serodin signal (digital step lamp). Then, the phase shift is reset so that the phase shift of -2 ⁇ is performed. When the signal reaches 2 ⁇ , the phase shift of -2 ⁇ is performed on the synthesized signal of the serodin signal and the phase modulation signal. Reset to perform a reset.
  • the reset is repeatedly performed from the time when the combined signal of the serodin signal and the phase modulation signal reaches 2 ⁇ until the serodin signal reaches 27U.
  • the reset is repeated over a long period of time. Will occur.
  • the reset is performed only for the serodyne signal, so that the reset is repeatedly performed when the input angular velocity to the optical fiber gyro is extremely low. None. Therefore, it is possible to prevent the lock-in phenomenon at a low input angular velocity.
  • the amplitude 0 generator 202, the amplitude ⁇ generator 180, and the amplitude ⁇ generator 180 of the modulation controller 170 are used as the modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero.
  • the output value of each constant output signal generated by the amplitude generator 208 is adjusted, and the first and second comparators 150 and the third computing unit 144 of the serodyne control unit 152 are used.
  • the second threshold ⁇ The gain of the composite signal of various phase modulations was controlled by adjusting the amount of phase shift by resetting the serodyne signal.
  • the modulation gain control adjusts the amplitude of the generated composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero.
  • FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a digital signal processor 100a used in an optical fiber jar opening to which the second embodiment of the present invention is applied.
  • the other configuration of the optical fiber gyroscope of the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • a digital signal processor 100a used in the present embodiment shown in FIG. 19 is different from the digital signal processor 100a used in the first embodiment shown in FIG. Instead of the modulation control section 170 and the gyro output operation section 240, the serodin control section 140a, the modulation control section 170a and the gyro output operation section 240a, respectively. Is used. Other configurations are the same as those of the digital signal processor 100 shown in FIG.
  • FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140a shown in FIG.
  • the same components as those of the serrodyne control unit 140 shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
  • the difference between the serodyne control unit 140a shown in FIG. 20 and the serodyne control unit 140 shown in FIG. 9 is that a reference value storage unit 148 is provided instead of the fourth computing unit 152. That is.
  • the reference value storage unit 148 is used to specify values for specifying the first and second threshold values used in the comparator 150 and the amount of phase shift due to reset in the third computing unit 146. The value of is stored.
  • the generated various phase modulations are performed as modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero.
  • the amplitude of the synthesized signal itself is adjusted. Therefore, as in the first embodiment, the values for specifying the first and second thresholds used in the comparator 150 and the reset in the third computing unit 144 are used for the modulation gain control. There is no need to adjust the gain for the serodyne signal by adjusting the value to specify the amount of phase shift due to the signal.
  • a value for specifying the first and second threshold values used in the comparator 150 and a value for specifying the phase shift amount due to the reset in the third computing unit 146 are used.
  • a predetermined constant value is stored in the reference value storage unit 148.
  • FIG. 21 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170a shown in FIG. In this figure, the same components as those in the modulation control 140 shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
  • the difference between the modulation control unit 170a shown in FIG. 21 and the modulation control unit 170 shown in FIG. 14 is that the first arithmetic unit 172, the second arithmetic unit 174, and the third arithmetic unit 1 In place of 90, a first computing unit 17 2 a, a second computing unit 17 4 a, and a multiplier 1 78 are provided.
  • the first computing unit 17 2 a integrates the deviation signal (signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) of the modulation control system sent from the signal processing unit 110. It is an integrator.
  • the second computing unit 174a is an amplifier or a mouth-to-pass filter. Design the gain or fill constant according to the design of the modulation loop control system.
  • the multiplier 178 controls the gain of the combined signals of various phase modulations output from the adder 176 so that the deviation signal of the modulation control system output from the second arithmetic unit 174 becomes zero. Adjust As described above, in the present embodiment, the modulation gain control is performed by adjusting the amplitude of the generated composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero. Therefore, as in the first embodiment, a constant output signal and an amplitude ⁇ generator 18 necessary for performing a phase shift of ⁇ ⁇ output from the generator 102 for the modulation gain control are provided.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240a shown in FIG. In this figure, the same components as those of the gyro output operation unit 240 shown in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals.
  • the second calculator 246a calculates the scale factor value stored in the register 244 and the scale factor correction coefficient sent from the fifth calculator 222 of the light intensity calculator 210. To correct the output of the first computing unit 242. Thereby, the input rotation angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 is calculated.
  • the second embodiment of the present invention has been described above.
  • the modulation gain can be controlled so that the detected modulation gain error becomes zero.
  • the multiplier 178 is provided on the output side, and the multiplier 178 adjusts the amplitude of the composite signal of each phase modulation output from the adder 176 so that the detected modulation gain error becomes zero.
  • the modulation gain is controlled.
  • the multiplier 176 is required to perform the arithmetic processing every time width of each step of the composite signal of various phase modulations, that is, every half time. For example, if the optical fiber length L of the optical fiber loop 6 is 100 ⁇ !
  • the light propagation time in the optical fiber loop 6 is about 500 nsec to 10 tsec from the above equation (3).
  • a calculation every ⁇ / 2, that is, a calculation every 250 nsec to 5 sec is required.
  • the amplitude S generator 202 and the amplitude ⁇ generator 1 of the modulation controller 170 are used as the modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero.
  • the comparator 150 of the cellodyne control unit 152 and the third computing unit 144 The gain of the combined signal of various phase modulations is controlled by adjusting the amount of phase shift by resetting the first and second threshold values ⁇ serodin signal used.
  • the calculation may be performed at a processing speed necessary to correct the modulation gain error.
  • the modulation gain error is caused by changes in temperature, which is a disturbance source, and does not depend on the length of the optical fiber loop. For this reason, usually, if the processing speed of about several milliseconds is calculated, sufficient modulation gain control becomes possible.
  • the speed of the arithmetic processing required for the modulation gain control can be made lower than in the present embodiment.
  • the first embodiment is more advantageous.
  • the three computing units 124 generate a signal (deviation signal of the modulation control system) corresponding to the modulation gain error by the above equation (4).
  • the light intensity of the interference light detected when the phase shift is ++ 0 + ⁇ 5 (or ⁇ ⁇ ) by the second arithmetic unit 122 of the signal processing unit 110 and the -- ⁇ (Or -a +)) Intensity difference X from the light intensity of the stellar light detected during phase shift and a + 0 + 6 (or detected when- ⁇ - ⁇ - ⁇
  • the third arithmetic unit 1 2 4 is obtained by calculating the intensity difference ⁇ between the light intensity of the detected interference light and the light intensity of the interference light detected when ⁇ + 0 ⁇ (or ⁇ 0 + ⁇ 5).
  • the modulation control section 170, 170a modulates the first constant output signal having a value necessary for performing the phase shift of ⁇ . And a second constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of ⁇ .
  • a second phase modulation signal in which a pulse having a pulse width of / 2 alternates between positive and negative at a time interval of 2 ⁇ is synthesized with a third constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of ⁇ .
  • the bias modulation signal is not limited to the above.
  • the bias modulation signal has a phase difference of the interference light of six values of ⁇ ( ⁇ 0), soil ( ⁇ + 0 + 5), and soil ( ⁇ + 0 ⁇ ), or soil ( ⁇ + 0). , ⁇ ( ⁇ 0 ⁇ ), and ⁇ ( ⁇ 0 + ⁇ ) as long as the phase modulation is performed so as to be repeated at predetermined time intervals and in a predetermined order.
  • a first phase modulation signal consisting of a square wave of frequency l / ⁇ obtained by modulating a first constant output signal having a value necessary to perform a phase shift of ⁇
  • the second one with the value required to perform the phase shift The second phase modulation signal obtained by modulating the constant output signal of (2) and having a pulse width of / 2 that alternates positive and negative at every time interval (2) is used to shift the phase of (a).
  • the phase difference of the interference light becomes ( ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ (- ⁇ + ⁇ ) ⁇ (- ⁇ - ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ + ⁇ - ⁇ ) ⁇ (--A series of steps in the order, or (a- ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ ⁇ ) ⁇ (- ⁇ + ⁇ + ⁇ ) ⁇ (- ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ (- ⁇ - ⁇ ) ⁇ ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ (- ⁇ + 0- ⁇ ) ⁇ (-? ”- ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) or a series of steps,
  • a first phase modulation signal, a second phase modulation signal, and a third constant output signal are generated, and these are added by an adder 206.
  • the modulation generator 200 modulates with the modulation signal of the frequency 1/2 and generates the bias modulation signal, the first phase modulation signal, the second phase modulation signal, and This can be achieved by adjusting the phase (synchronization) relationship between the modulated signals at half the frequency.
  • a change in the light intensity value of the interference light can be detected from the phase difference of the interference light.
  • the loop gain of the serodyne control system can always be kept constant, and this enables stable serodyne control and, consequently, the gyro rotation angular velocity or angle. It is possible to output stably.
  • the modulation gain error can be detected from the phase difference of the interference light, accurate phase modulation can be performed by controlling the modulation so that the detected modulation gain error becomes zero.
  • the scale factor error in the gyro output can be reduced.

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Abstract

A digital fiber-optic gyroscope that eliminates effects of modulation gain errors and changes in intensity of interference light. A digital signal processor (100) generates a composite signal containing various phase-modulated signals by combining a bias modulating signal and a serrodyne signal for canceling a Sagnac phase difference. The bias modulating signal carries out phase modulation in such a manner that the phase difference of interference light repeats a predetermined sequence of six values, i.e., either ±(η-υ), ±(η+υ+δ) and ±(η+υ-δ), or ±(η+υ), ±(η-υ-δ) and ±(η-υ+δ), with a duration of each step of τ/2, where τ is the propagation time of light in an optical fiber loop (6). The composite signal is supplied to a phase modulator (5) through a D/A converter (10).

Description

明細書 光フ アイ ノ'ジャイ ロ 技術分野  Description Optical fiber Gyro Technical field
本発明は、 たとえば、 航空機、 船舶、 自動車等に適用される、 回 転角速度または回転角度を検出する光ファイバジャイ ロに関し、 特 に、 階段状のセロダイ ン信号によりサニヤック位相シフ トを打ち消 すよう閉ループに構成されたディ ジタル方式の光ファイバジャイ ロ に関する。 背景技術  TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber gyro applied to, for example, an aircraft, a ship, an automobile, and the like, which detects a rotational angular velocity or a rotational angle, and in particular, cancels a sannyak phase shift by a stepped serodyne signal. The present invention relates to a digital optical fiber gyro configured in a closed loop. Background art
光ファイバジャィ 口において、 光ファイバループを互いに反対方 向に伝搬する 2つの光を再結合することで得られた干渉光の光強度 変化は、 該 2つの光のサニヤック位相差を d) S とすると、 cos ( (|) s) である。 このため、 図 2 3 に示すように、 サニヤック位相差が 0近傍 では、 該位相差の変化に対して僅かしか光強度が変化しない。  At the optical fiber jar opening, the light intensity change of the interference light obtained by recombining the two lights propagating in the optical fiber loop in the opposite directions is represented by d) S, the phase difference between the two lights. Then cos ((|) s). Therefore, as shown in FIG. 23, when the Sagnac phase difference is near 0, the light intensity changes only slightly with respect to the change in the phase difference.
この問題を解決する光ファイバジャイ ロとして、 米国特許第 5 0 5 6 9 1 9号記載のものがある。  An optical fiber gyro that solves this problem is disclosed in US Pat. No. 5,056,919.
この技術では、 光ファイバループを伝搬する 2つの光を位相変調 する位相変調器を設け、 該位相変調器に、 図 2 3 に示すように、 + π /2および- π/2の位相シフ トを 2 て ( て :光ファイバループでの光の 伝搬時間) 周期で生じさせる矩形波の位相変調信号を加えることで、 前記千渉光のサニヤ ック位相差による光強度変化を(P Q/2)'C 0 S((/) S ± π/2) (ここで、 Ρ。は干渉光の光強度のピーク値) で取り出せるよ うにしている。 In this technique, a phase modulator that modulates the phase of two lights propagating through an optical fiber loop is provided, and the phase modulator has a phase shift of + π / 2 and -π / 2 as shown in Fig. 23. By adding a phase modulation signal of a rectangular wave generated in a period (T: propagation time of light in an optical fiber loop), the light intensity change due to the saniac phase difference of the interference light is calculated by (PQ / 2 ) 'C 0 S ((/) S ± π / 2) (where Ρ is the peak value of the light intensity of the interference light) I'm trying.
また、 従来のディ ジタル方式の光ファイバジャイ ロでは、 サニヤ ック位相差検出のダイナミ ック レンジ拡大のため、 各階段の持続時 間が通常て の階段信号であるセロダイ ン信号を位相変調器に入力し て、 該位相変調器に対して、 光ファイバジャイ ロへの入力角速度に 応じたサニヤ ック位相差と同量 · 異符号の位相差を生じるよう位相 変調を行わせている。 これにより、 光ファイバループを伝搬する 2 つの光のサニヤック位相差を打ち消すよう閉ループに構成されてい る。 ただし、 セロダイ ン信号の出力を無限に大きくすることはでき ないため、 通常、 セロダイ ン信号による位相シフ トが ± 2 πに達した ときにリセッ 卜 している。  In addition, in conventional digital fiber optic gyros, the serodin signal, which is a staircase signal whose duration is normally a staircase signal, is phase-modulated in order to expand the dynamic range of the saniac phase difference detection. Then, the phase modulator performs phase modulation so as to generate a phase difference having the same amount and a different sign as that of the Sanyak phase difference corresponding to the input angular velocity to the optical fiber gyro. As a result, a closed loop is configured to cancel the Sagnac phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop. However, since the output of the serodyne signal cannot be increased indefinitely, it is normally reset when the phase shift due to the serodyne signal reaches ± 2π.
ところで、 セロダイ ン信号のリセッ 卜が正確に行われない場合、 すなわち、 変調ゲイ ンに誤差が含まれると、 光ファイバジャイ ロの 入力レー トと出カレ一 卜 との関係において、 スケールファクタ誤差 が生ずる。  By the way, if the serodin signal is not accurately reset, that is, if the modulation gain contains an error, the scale factor error in the relationship between the input rate and output rate of the optical fiber gyro will be reduced. Occurs.
この問題を解決するディ ジタル方式の光ファイバジャィ 口として、 米国特許第 5 1 4 1 3 1 6号記載や米国特許第 4 9 4 8 2 5 2号記 載のものがある。  Digital optical fiber jar openings that solve this problem include those described in U.S. Pat. No. 5,141,316 and U.S. Pat. No. 4,948,252.
前者は、 位相変調器に入力する位相変調信号として、  The former is a phase modulation signal input to the phase modulator.
δ Φ ! = Φ 0  δ Φ! = Φ 0
δ 2 = a 0 δ 2 = a 0
<5 3 = - 0 <5 3 =-0
δ 4 = - a o δ 4 =-ao
(ここで、 φ。は一定の位相シフ ト、 aは c o s φ 。 = c o s ( a φ 。:)を満 足する正の定数) からなる 4つのステップを一周期とする信号を用いている。 ここで、 位相変調信号の各ステップの周期は、 たとえばて /2 (合 計で 2 て ) である。 また、 aは 2である。 この場合、 変調位相差は図 2 4のようになる。 (Where φ is a constant phase shift, a is cos φ. = Cos (a φ. :) is a positive constant that satisfies) Is used as a signal that has four steps as one cycle. Here, the cycle of each step of the phase modulation signal is, for example, / 2 (2 in total). A is 2. In this case, the modulation phase difference is as shown in Fig. 24.
一方、 後者は、 位相変調器に入力する位相変調信号として、 位相差電気信号から得た利得信号と合計位相変調信号とを演算す ることで得られた信号を用いている。 この合計位相変調信号は、 以 下の信号を合計することで得られる。  On the other hand, the latter uses a signal obtained by calculating a gain signal obtained from a phase difference electric signal and a total phase modulation signal as a phase modulation signal to be input to the phase modulator. This total phase modulation signal is obtained by summing the following signals.
• 第一の周波数を用いて作成したセロダイ ン信号。  • A cellodyne signal created using the first frequency.
• 第一の周波数を有した周期的方形波よ りなる速度バイアス信号。 • セロダイ ン信号の周期の半分に等しい連続した等間隔時間の終 わりで遷移する一連のステップ電圧よりなる利得バイアス信号。  • A velocity bias signal consisting of a periodic square wave with a first frequency. • A gain-bias signal consisting of a series of step voltages that transition at the end of a series of equally spaced periods equal to half the period of the serodin signal.
こ こで、 たとえば、 連続した等間隔時間とは て / j ( j は整数) であ る。 j を 2 とした場合、 速度バイアス信号は周波数 1/2 て となる。 ま た、 速度バイァス信号は、 π/2および- π/2間を遷移する方形波であ り、 利得バイアス信号は、 2 π、 0、 - 2 π、 0の一連の誘起位相シフ 卜を有する。 この場合、 変調位相差は、 たとえば、  Here, for example, a continuous equal interval time is / j (j is an integer). If j is 2, the velocity bias signal will be at half the frequency. Also, the velocity bias signal is a square wave that transitions between π / 2 and -π / 2, and the gain bias signal has a series of induced phase shifts of 2π, 0, -2π, 0. . In this case, the modulation phase difference is, for example,
0〜 て /2 期間 : + π /212 π =†5 π II  0 to t / 2 period: + π / 212π = † 5π II
て 1 〜 て 期間 : \ π /2 + 0 = + π II  T 1 to t period: \ π / 2 + 0 = + π II
て 〜 3 て /2 期間 : 一 % 11-1 % =— 5 π II  T ~ 3 t / 2 period: 1% 11-1% = — 5 π II
3 て /2〜 2 て期間 : - π /2 + 0 = - π II  3 te / 2 to 2 te period:-π / 2 + 0 =-π II
となり、 したがって、 図 2 5 のようになる。 And therefore, as shown in Figure 25.
両者とも、 位相変調器に所定周期で位相シフ トさせる信号を印加 することで、サニヤック位相差が 0 となる光強度の点を周期的にシフ トさせることができる。 このため、 サニヤ ック位相差の 0近傍におけ る光強度の感度を向上させることができる。 In both cases, by applying a signal to the phase modulator to shift the phase at a predetermined cycle, the point of the light intensity at which the sannyak phase difference becomes 0 can be shifted periodically. For this reason, the value near zero Light intensity sensitivity can be improved.
また、 図 2 4および図 2 5 に示すように、 位相変調器に所定周期 で土 i TT (図 2 4では a = 2のとき ± 4/3 ττ、 図 2 5では ± 2 π ) の位 相シフ トをさせる信号を位相変調器に印加することで、 該位相シフ 卜の際に生ずる変調ゲイ ン誤差を検出できるようにしている。  Also, as shown in FIGS. 24 and 25, the phase modulator places a value of i TT (± 4/3 ττ when a = 2 in FIG. 24 and ± 2 π in FIG. 25) at a given period. By applying a signal to cause a phase shift to the phase modulator, a modulation gain error generated at the time of the phase shift can be detected.
したがって、 該変調ゲイ ン誤差がゼロとなるように変調制御を行 い、 位相変調信号およびセロダイ ン信号の変調ゲイ ンを最適値に制 御することで、 セロダイ ン信号によって発生するジャイ ロ出力にお けるスケールファクタ誤差を低減することができる。 発明の開示  Therefore, by controlling the modulation so that the modulation gain error becomes zero and controlling the modulation gains of the phase modulation signal and the serodin signal to optimal values, the gyro output generated by the serodin signal can be controlled. The scale factor error can be reduced. Disclosure of the invention
ところで、 光ファイバループを互いに反対方向に伝搬する 2つの 光を生成するための光源やその他の光学部品などの特性が変化する と、 検出される干渉光の光強度値が変化し、 安定したセロダイ ン制 御や変調制御の妨げとなる。 特に、 セロダイ ン制御においては、 前 記千渉光の光強度値の変化によりサニヤ ック位相差(Ρ。 /2)' cos (φ s ± 7t/2) (こ こで、 P。は干渉光の光強度のピーク値、 土 π/2は位相 変調振幅値) の検出ゲイ ンが変化し、 セロダイ ン制御のループゲイ ンが変動する。 このループゲイ ンの変動は、 セロダイ ン制御の閉ル —プ動作における周波数特性の変動をもたらし、 セロダイ ン制御ひ いてはジャイ ロの回転角速度出力の安定動作の妨げとなる。 このた め、 光源やその他の光学部品などの特性変化による干渉光の光強度 値の変化にかかわらず、 セロダイ ン制御系のループゲイ ンが常に所 定の値となるよう制御することが好ましい。  By the way, when the characteristics of the light source and other optical components for generating two lights propagating in the opposite directions in the optical fiber loop change, the light intensity value of the detected interference light changes, and a stable cellodies Control and modulation control. In particular, in serodin control, the change in the light intensity value of the above-mentioned sensation light causes the Sanyak phase difference (Ρ. / 2) 'cos (φ s ± 7t / 2) (where P is the interference). The detection gain of the peak light intensity of the light, π / 2 is the phase modulation amplitude value, changes, and the loop gain of serodin control changes. This fluctuation of the loop gain causes fluctuation of the frequency characteristic in the closed loop operation of the serodin control, and hinders the stable operation of the serodin control and the rotational angular velocity output of the gyro. For this reason, it is preferable to control the loop gain of the serodyne control system to always have a predetermined value regardless of a change in the light intensity value of the interference light due to a change in the characteristics of the light source and other optical components.
しかしながら、 上記の米国特許第 5 1 4 1 3 1 6号記載および米 国特許第 4 9 4 8 2 5 2号記載のディ ジタル方式の光ファイバジャ イ ロでは、 この点について、 何ら考慮されていない。 However, the above-mentioned U.S. Pat. No consideration is given to this point in the digital optical fiber gyro described in Japanese Patent No. 4948482.
また、 高精度な光ファイバジャイ ロでは、 ランダムウォーク値の 低減が望まれている。 ここで、 ランダムウォーク値とは、 干渉光の 光強度信号の S/N比を示す値であり、該信号に含まれるランダムノィ ズ成分の実行値で定義される。  Also, in high-precision optical fiber gyros, reduction of the random walk value is desired. Here, the random walk value is a value indicating an S / N ratio of a light intensity signal of the interference light, and is defined by an execution value of a random noise component included in the signal.
1 9 8 6年の S P I Eコンファ レンスで紹介された H. C.Lefev re 等による文献 「 Intergrated Optics: A Practical Solution For F i ber-Opt ic Gyroscope] や米国特許第 5 5 3 0 5 4 5号では、 ランダ ムウォーク値を最小にするための位相変調信号の振幅は、 π /2力 ら π未満の範囲にある旨、 報告されている。  In the literature “Intergrated Optics: A Practical Solution For Fiber-Optical Gyroscope” and the US Patent No. It has been reported that the amplitude of the phase modulation signal for minimizing the Mwalk value is in the range from π / 2 force to less than π.
しかしながら、 このランダムウォーク値は、 干渉光の光強度値を パラメ一夕とする関数であり、 この光強度値が変化すれば、 ランダ ムウォーク値を最小にするための位相変調振幅も変化する。 上記従 来の技術で説明したディ ジタル方式の光ファイバジャイ ロや、 米国 特許第 5 5 3 0 5 4 5号などでは、 光ファイバループを互いに反対 方向に伝搬する 2つの光を生成するために用いる光源の出力特性の 変化やその他の影響などによる干渉光の光強度値の変化を何ら考慮 しておらず、 予め定められた位相変調振幅となるように位相変調信 号を生成している。 このため、 干渉光の光強度値が変化すると、 ラ ンダムウォーク値を十分に低減することができない。  However, this random walk value is a function in which the light intensity value of the interference light is a parameter, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. In the digital type optical fiber gyro described in the above-mentioned conventional technology and the U.S. Pat.No. 5,530,455, the two types of light propagating in the optical fiber loop in opposite directions are generated. No consideration is given to a change in the light intensity value of the interference light due to a change in the output characteristics of the light source used or other influences, and the phase modulation signal is generated so as to have a predetermined phase modulation amplitude. Therefore, if the light intensity value of the interference light changes, the random walk value cannot be sufficiently reduced.
また、 上記の米国特許第 5 1 4 1 3 1 6号記載および米国特許第 4 9 4 8 2 5 2号記載のディ ジタル方式の光ファイバジャイ ロでは、 図 2 4および図 2 5 に示すように、 位相シフ トの際に千渉光のピー ク点 (最明点) またはボ トム点 (最喑点) を通過するため、 出力波 形にスパイク状のノイズ (光スパイク) が発生する。 検出光に光ス パイクによる誤差が含まれると、 変調制御において誤差が発生し、 位相変調信号およびセロダイ ン信号の変調ゲイ ンを最適値にするこ とができず、 結果として、 光ジャイ ロの出力におけるスケールファ クタ誤差が発生することがある。 Further, in the digital optical fiber gyro described in the above-mentioned U.S. Pat.No. 5,141,316 and U.S. Pat.No. 4,948,252, as shown in FIG. 24 and FIG. During the phase shift, the output wave passes through the peak point (brightest point) or bottom point (bottom point) of the light beam. A spike-like noise (light spike) occurs in the shape. If the detection light includes an error due to optical spikes, an error occurs in the modulation control, and the modulation gain of the phase modulation signal and the serodin signal cannot be optimized.As a result, the optical gyro A scale factor error at the output may occur.
本発明は、 上記事情に基づいてなされたものであり、 その目的は、 安定動作が可能な高精度のディ ジタル方式の光ファイバジャイ ロを 提供することにある。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-precision digital optical fiber gyro capable of performing stable operation.
具体的には、 変調ゲイ ン誤差および干渉光の光強度変化を検出可 能とすることで、 安定した変調制御およびセロダイ ン制御を可能と することを目的とする。  Specifically, an object is to enable stable modulation control and cellodyne control by enabling detection of a modulation gain error and a change in light intensity of interference light.
また、 干渉光の光強度の変化にかかわらず、 ランダムウォークに よる影響を低減することを目的とする。  It is another object of the present invention to reduce the influence of the random walk regardless of the change in the light intensity of the interference light.
さ らに、 位相変調信号による位相シフ トの際に発生する光スパイ クによる影響を除去することで、 正確な変調制御を可能とすること を目的とする。  It is another object of the present invention to enable accurate modulation control by removing the influence of optical spikes generated during phase shift by a phase modulation signal.
上記目的達成のために、 本発明は、 光ファイバループを互いに反 対方向に伝搬する 2つの光を再結合することで得られる干渉光のサ ニヤ ック位相差に応じた回転角速度または回転角度を検出する光フ アイバジャィ 口であって、  In order to achieve the above object, the present invention provides a rotation angular velocity or rotation angle according to a saniac phase difference of interference light obtained by recombining two lights propagating in an optical fiber loop in directions opposite to each other. Optical fiber mouth that detects
前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光手段と、 前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記干渉光のサニヤック位相差に応じた信号を算出するサ ニヤ ック位相差演算手段と、  A light receiving unit that detects the light intensity of the interference light and converts the light intensity into an electric signal; and, based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving unit, determines a sanyak phase difference of the interference light. A signal phase calculating means for calculating a signal;
前記サニヤ ック位相差演算手段で生成された前記干渉光のサニヤ - Ί ック位相差に応じた信号にしたがい、 前記干渉光のサニヤック位相 差を打ち消すための階段状波でなるセロダイ ン信号を生成するセロ ダイ ン信号生成手段と、 The saniae of the interference light generated by the saniae phase difference calculating means A cellodine signal generating means for generating a cellodine signal composed of a step-like wave for canceling the Saniyak phase difference of the interference light, according to a signal corresponding to the phase difference of the interference light;
前記千渉光の位相差が、 ± (ァ - 0 )、 土 (ァ + 0 + および ± (ァ + 0 - (5 )の 6値、 あるいは、 土 (ァ + 0 )、 ± (ァ - および + δ )の 6値を、 所定の時間間隔且つ所定の順番で繰り返しとるように 位相変調を行わせるバイアス変調信号と、 前記セロダイ ン信号生成 手段で生成されたセロダイ ン信号とを合成して、 各種位相変調の合 成信号を生成する合成信号生成手段と、  The phase difference of the light is ± (α−0), soil (α + 0 + and ± (α + 0− (5)), or soil (α + 0), ± (α− and + δ) by synthesizing a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat the six values in a predetermined time interval and in a predetermined order, and a serodin signal generated by the serodin signal generation means. Synthetic signal generating means for generating a composite signal of various phase modulations;
前記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成信号にし たがい、 前記 2つの光を各々位相変調する位相変調器と、  A phase modulator that phase-modulates each of the two lights according to the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit;
前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記バイアス変調信号による位相シフ トの際に発生する変 調ゲイ ン誤差に応じた信号を算出する変調ゲイ ン演算手段と、  Modulation gain calculation for calculating a signal corresponding to a modulation gain error generated at the time of phase shift by the bias modulation signal based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving unit. Means,
前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信 号にしたがい、 前記各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御する変 調ゲイ ン制御手段と、 を備える。  Modulation gain control means for controlling the gain of the composite signal of the various phase modulations according to a signal corresponding to the modulation gain error generated by the modulation gain calculation means.
ここで、 前記合成信号生成手段は、  Here, the synthesized signal generating means includes:
Θ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第一の定出力信 号を生成する第一の定出力信号生成手段と、  First constant output signal generation means for generating a first constant output signal having an output value necessary to perform the phase shift of Θ,
δ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第二の定出力信 号を生成する第二の定出力信号生成手段と、  second constant output signal generating means for generating a second constant output signal having an output value necessary for performing the phase shift of δ,
ァの位相シフ 卜を行うのに必要な出力値を有する第三の定出力信 号を生成する第三の定出力信号生成手段と、  Third constant output signal generating means for generating a third constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of the
前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段 および前記第三の定出力信号生成手段で生成された各定出力信号を 用いて、 前記バイアス変調信号を生成するバイアス変調信号生成手 段と、 The first constant output signal generation unit, the second constant output signal generation unit And a bias modulation signal generating means for generating the bias modulation signal using each of the constant output signals generated by the third constant output signal generating means;
前記バイ アス変調信号生成手段で生成されたバイ アス変調信号と 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されたセロダイ ン信号とを加算 して、 前記各種位相変調の合成信号を生成する第一の加算手段と、 を有するものでもよい。  First adding means for adding the bias modulated signal generated by the bias modulated signal generating means and the serodin signal generated by the serodyne signal generating means to generate a composite signal of the various phase modulations And may have the following.
この場合、 前記バイ アス変調信号生成手段は、 たとえば、 前記第一の定出力信号生成手段で生成された第一の定出力信号を 変調して、 周波数 l/ τ (ただし、 τ は前記光フ ァイバループでの光 の伝搬時間) の矩形波でなる第一の位相変調信号を生成する第一の 変調手段と、  In this case, the bias modulation signal generating means modulates, for example, the first constant output signal generated by the first constant output signal generating means, so that the frequency l / τ (where τ is the optical signal First modulating means for generating a first phase modulation signal consisting of a rectangular wave having a propagation time of light in a fiber loop);
前記第二の定出力信号生成手段で生成された第二の定出力信号を 変調して、 パルス幅 て /2 のパルスが時間間隔 2 て毎に正負交互に現 れる第二の位相変調信号を生成する第二の変調手段と、  The second constant output signal generated by the second constant output signal generating means is modulated to form a second phase modulation signal in which a pulse having a pulse width of / 2 alternately appears at each time interval 2 in a positive and negative manner. A second modulating means for generating;
前記第一の変調手段で生成された第一の位相変調信号と前記第二 の変調手段で生成された第二の位相変調信号と前記第三の定出力信 号生成手段で生成された第三の定出力信号とを加算して信号を生成 する第二の加算手段と、  The first phase modulation signal generated by the first modulation means, the second phase modulation signal generated by the second modulation means, and the third phase modulation signal generated by the third constant output signal generation means. Second adding means for generating a signal by adding the constant output signal of
前記第二の加算手段で生成された信号を周波数 1/2 τ で変調する こ とで、 前記干渉光の位相差が、 ァ + θ + δ 、 Ύ - Θ 、 -了 _ Θ - δ 、 -r + θ , γ i Θ - δ , Ύ - Θ ゝ - Ύ - Θ δ , -ァ + 0 の順番でなる一連のステ ップ、 了 - θ 、 τ \ θ δ , - Ύ θ , -j - θ - δ , γ _ θ 、 γ i θ - δ , ― Τ θ , - τ - 0 + <3 の順番でなる一連のステップ、 ァ - 0 _ δ 、 ァ + 0 、 -Ύ Θ δ , Ύ _ Θ 、 Ύ - Θ 5 , ァ + 0 、 -ァ + 0 - (5 、 - Ύ - Θ の順番で なる一連のステップ、 あるいは、 ァ + 0 、 T - Θ - δ ヽ - Τ - θ , - Ύ Θ + δ 、 ァ + θ 、 Ύ - θ δ , -了 - Θ 、 - の順番でなる一連のステ ップ (周期 4 て、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるように 位相変調を行わせるバイアス変調信号を生成する第三の変調手段と、 を備えることで実現できる。 By modulating the signal generated by the second adding means at a frequency of 1 / , the phase difference of the interference light is represented by α + θ + δ, Ύ -Θ,-了 __- δ,- r + θ, γ i Θ-δ, Ύ-Θ ゝ-Ύ-Θ δ, -a + 0, a series of steps in the order,--θ, τ \ θ δ,-Ύ θ, -j- θ-δ, γ _ θ, γ i θ-δ, θ,-τ-0 + <3, a series of steps, a-0 _ δ, a + 0, δ δ, Ύ _ 、, Ύ-Θ 5, + + 0, ァ + 0-(5,-Ύ-で Or a series of steps in the following order: a + 0, T-Θ-δ ヽ-Ύ-θ,-Ύ + δ, a + θ, Ύ-θ δ,-end-、,- And a third modulating means for generating a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat step (period 4 and duration of each step / 2).
本発明による変調位相差の一例を図 1 に示す。 ここでは、 各種位 相変調の合成信号として、 前記干渉光の位相差が、 Ύ - Θ 、 -了 - Θ _ δ 、 - Ύ Θ , r ^ Θ - 6 , Ύ - Θ 、 - Ύ - Θ δ , -了 + Θ の順番で なる一連のステップ (周期 4 て 、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り 返しとるように位相変調を行わせるバイアス変調信号と、 セロダイ ン信号とを合成することで得られる各種位相変調の合成信号を用い た場合における変調位相差を示している。 なお、 図 1 に示す例では、 0< θ ≤ π /2, r = t 、 0< δ ≤ 10度に設定し、 説明を簡単にするため、 入力角速度を 0 にしている。 FIG. 1 shows an example of the modulation phase difference according to the present invention. Here, as a composite signal of various phase modulations, the phase difference of the interference light is Ύ -Θ,-了-Θ_δ , -Ύ ,, r ^ Θ-6, Ύ-Θ,---Θδ. , -End + Θ Combine the serodin signal with the bias modulation signal that performs phase modulation so as to repeat a series of steps (period 4 and the duration of each step / 2) in order. 3 shows a modulation phase difference when using a composite signal of various phase modulations obtained by (1) and (2). In the example shown in FIG. 1, 0 <θ≤π / 2, r = t, and 0 <δ≤10 degrees, and the input angular velocity is set to 0 for simplicity.
図 1 に示すように、 本発明によれば、 位相シフ トが、 ァ + 0 + δ (ま f は - Ύ - Θ - δ、 のときに検出される干渉光の光強度と ァ - Θ (また は-ァ + Θ ) のときに検出される干渉光の光強度との強度差、 および、 Ύ θ - 6 (または-ァ - 0 + <5 ) のときに検出される干渉光の光強度と Ύ -Θ (または - のときに検出される干渉光の光強度との強度 差に基づいて、 あるいは、 (または-ァ - 0 - <5 ) のときに検 出される千渉光の光強度と ァ + 0 - δ (または-ァ - θ + δ ) のときに検 出される干渉光の光強度との強度差に基づいて、 間接的に、 光ファ ィバル一プを互いに反対方向に伝搬する 2つの光を生成するための 光源やその他の光学部品などの特性変化による干渉光の光強度値の 変化を検出することができる。 したがって、 検出した光強度値の変化に応じて、 光ファイバジャ イ ロの干渉計からの出力信号ゲイ ンが一定になるように制御するこ とが可能となる。 具体的には、 干渉計からの出力信号が低下したと きに、 電気的に信号を大きくすることで、 出力信号ゲイ ンが一定に なるように制御することができる。 これにより、 セロダイ ン制御系 のループゲイ ンが常に一定となり、 安定したセロダイ ン制御、 ひい てはジャイ ロの回転角速度または回転角度の安定した出力が得られ る。 As shown in FIG. 1, according to the present invention, when the phase shift is a + 0 + δ (or f is −Ύ−Θ−δ, the light intensity of the interference light detected and the a−Θ ( Or −α + Θ), the intensity difference from the light intensity of the interference light detected when ァ θ-6 (or -α-0 + <5). And Ύ -Θ (or-) based on the intensity difference from the light intensity of the interference light detected at or-or (or -0-<5). Indirectly propagates the optical fibers in opposite directions based on the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of and + 0-δ (or-α-θ + δ). It is possible to detect a change in the light intensity value of the interference light due to a change in the characteristics of a light source or other optical components for generating the two lights. Therefore, it is possible to control the output signal gain from the optical fiber gyro interferometer to be constant according to the detected change in the light intensity value. Specifically, when the output signal from the interferometer decreases, the signal can be controlled so that the output signal gain becomes constant by electrically increasing the signal. As a result, the loop gain of the serodin control system is always constant, and stable serodin control and, consequently, stable output of the gyro rotation angular velocity or rotation angle can be obtained.
また、 本発明によれば、 位相シフ トが、 ァ + 0 + (5 (または-ァ - Θ - δ ) のときに検出される干渉光の光強度と? · - Θ (または-ァ + 0 ) の ときに検出される干渉光の光強度との強度差、 および、 ァ + 0 - (5 (ま たは-ァ - 0 + <5 ) のときに検出される干渉光の光強度と ァ - 0 (また は-ァ + Θ ) のときに検出される干渉光の光強度との強度差に基づい て、 あるいは、 ァ + 0 + <5 (または-? のときに検出される干 渉光の光強度と ァ - 0 (または- のときに検出される干渉光の 光強度との強度差、 および、 ァ + 0 + <5 (または-ァ - 0 - <5 ) のときに 検出される干渉光の光強度とァ + θ - δ (または-ァ - のときに 検出される干渉光の光強度の強度差に基づいて、 各種位相変調の合 成信号による位相シフ トの際に生ずる変調ゲイ ン誤差を検出するこ とができる。 したがって、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロとするよ うに各種位相変調の合成信号の変調ゲイ ンを制御することが可能と なる。 これによ り、 正確な変調制御およびセロダイ ン制御を行う こ とができ、 ジャイ ロ出力におけるスケールファクタ誤差を低減する ことが可能となる。  Further, according to the present invention, the light intensity of the interference light detected when the phase shift is α + 0 + (5 (or −α−Θ−δ)? ), And the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of + 0-(5 (or---0 + <5)) and the intensity of the interference light. Based on the difference between the light intensity of the interference light detected when -0 (or -a + Θ) or the interference light detected when a +0 + <5 (or-?) The difference between the light intensity of the light beam and the light intensity of the interference light detected when a-0 (or-), and the light intensity is detected when a + 0 + <5 (or -a-0-<5) Based on the difference between the light intensity of the interference light and the light intensity of the interference light detected at α + θ-δ (or-α-), the modulation that occurs during phase shift by the combined signal of various phase modulations Gain error can be detected Therefore, it is possible to control the modulation gain of the composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero, thereby performing accurate modulation control and cellodyne control. Thus, the scale factor error in the gyro output can be reduced.
なお、 本発明において、 前記合成信号生成手段を上記の構成とし た場合、 前記変調ゲイ ン制御手段は、 前記変調ゲイ ン演算手段で生 成された変調ゲイ ン誤差に応じた信号にしたがい、 前記第一の加算 手段の出力値を調節することで、 前記各種位相変調の合成信号のゲ イ ンを制御するようにしてもよい。 あるいは、 前記変調ゲイ ン演算 手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信号にしたがい、 前記第 一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段および前 記第三の定出力信号生成手段で生成される各定出力信号の出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されるセロダイ ン信号の出力値 とを調節することで、 前記各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御 するようにしてもよい。 In the present invention, the composite signal generating means has the above-described configuration. In this case, the modulation gain control means adjusts an output value of the first addition means in accordance with a signal corresponding to a modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, so that the various The gain of the composite signal of the phase modulation may be controlled. Alternatively, according to a signal corresponding to a modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, the first constant output signal generation means, the second constant output signal generation means, and the third constant output signal By adjusting the output value of each constant output signal generated by the signal generation means and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation means, the gain of the composite signal of the various phase modulations is adjusted. It may be controlled.
前者の場合、 前記第一の加算手段の出力値、 すなわち前記合成信 号生成手段で生成された各種位相変調の合成信号自体の振幅を調整 することになる。 したがって、 たとえば乗算器などを用いて、 各種 位相変調の合成信号の各ステップの時間幅 (図 1 に示す例では τ / 2 ) で演算処理を行う ことが要求される。  In the former case, the output value of the first addition means, that is, the amplitude of the synthesized signal itself of various phase modulations generated by the synthesized signal generation means is adjusted. Therefore, it is required to perform arithmetic processing using a multiplier or the like within the time width of each step (τ / 2 in the example shown in FIG. 1) of the composite signal of various phase modulations.
一方、 後者の場合、 前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の 定出力信号生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成さ れる各定出力信号の出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成 されるセロダイ ン信号の出力値を調節するので、 前者に比べ、 変調 ゲイ ン制御に要求される演算処理の速度を著しく低速にすることが できる。  On the other hand, in the latter case, the output value of each of the constant output signals generated by the first constant output signal generation means, the second constant output signal generation means, and the third constant output signal generation means; Since the output value of the serodin signal generated by the signal generation means is adjusted, the speed of the arithmetic processing required for the modulation gain control can be significantly reduced as compared with the former.
また、 本発明において、 前記合成信号生成手段を上記の構成とし た場合、 前記第一の定出力信号生成手段は、 検出した干渉光の光強 度値の変化に応じて »が変わるように、 第一の定出力信号の出力値 を変えるものでもよい。 たとえば、 光強度と 0 との対応関係を示す テーブルを設け、 当該テーブルを参照することで、 検出した干渉光 の光強度値に対応する Θ の位相シフ 卜を行うのに必要な出力値を有 する第一の定出力信号を生成するようにしてもよい。 Further, in the present invention, when the composite signal generation means has the above-described configuration, the first constant output signal generation means may change the value according to a change in the light intensity value of the detected interference light. The output value of the first constant output signal may be changed. For example, show the correspondence between light intensity and 0 A table is provided, and by referring to the table, a first constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of 対 応 corresponding to the light intensity value of the detected interference light is generated. You may.
上述したように、 ランダムウォーク値は、 干渉光の光強度値をパ ラメ一夕とする関数であり、 この光強度値が変化すれば、 ランダム ウォーク値を最小にするための位相変調振幅も変化する。 したがつ て、 上記のようにすることで、 干渉光の光強度値の変化にかかわら ずランダムウォークによる影響を低減することが可能になる。  As described above, the random walk value is a function in which the light intensity value of the interference light is a parameter, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. I do. Therefore, by performing the above, it is possible to reduce the influence of the random walk regardless of the change in the light intensity value of the interference light.
また、 本発明において、 前記受光手段の出力側に接続されたスィ ツチ手段と、 前記スイ ッチング手段の出力側に接続されたホールド 手段と、 をさ らに設け、 前記スィ ッチ手段により、 前記合成信号生 成手段で生成された各種位相変調の合成信号の立ち上がりおよび下 がりに同期して、 前記受光手段により検出された信号の出力を所定 期間遮断し、 前記ホールド手段により、 前記スィ ッチ手段を介して 前記受光手段から送られてきた信号の値を所定時間維持するように してもよい。  Further, in the present invention, a switch means connected to an output side of the light receiving means, and a holding means connected to an output side of the switching means are further provided, wherein the switch means The output of the signal detected by the light receiving unit is cut off for a predetermined period in synchronization with the rise and fall of the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit, and the switch is switched by the hold unit. The value of the signal sent from the light receiving means via the means may be maintained for a predetermined time.
光ファイバループを互いに反対方向に伝搬する 2つの光各々を位 相変調すると、 該 2つの光を再結合することで得られた干渉光に光 スパイクと呼ばれるスパイ ク状のノイズが生ずる。  When phase modulating each of two lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions, a spike noise called an optical spike is generated in the interference light obtained by recombining the two lights.
図 1 に示す例では、 位相シフ 卜が、 +ァ - 0力 ら-ァ - 0 - δ に変わる 場合、 から δ に変わる場合、 + r - ø力、ら-ァ - δ に 変わる場合、 そして、 -ァ + Θから +ァ + 0 + 5 に変わる場合に、 図 1 の 検出光の強度一時間特性に示すように、 干渉光の光強度が瞬間的に ピーク値 P。に達する光スパイクが生じている。 この光スパイ クが検 出信号に含まれると、 変調制御において誤差が発生し、 各種位相変 調の合成信号の変調ゲイ ンを最適値にすることができず、 結果とし て、 ジャイ ロ出力におけるスケールファクタ誤差が発生することが ある。 In the example shown in Figure 1, when the phase shift changes from + a-0 force to -a -0- δ, changes from to δ, + r -ø force, changes to r-a- δ, and When -a + Θ changes to + a + 0 + 5, the light intensity of the interference light instantaneously reaches its peak value P as shown in the detection light intensity vs. time characteristic in Fig. 1. There is a light spike reaching. If this optical spike is included in the detection signal, an error will occur in the modulation control and various phase changes will occur. The modulation gain of the composite signal cannot be optimized, and as a result, a scale factor error may occur in the gyro output.
これに対し、 本発明では、 前記のスィ ッチ手段とホ一ル ド手段と をさ らに設けることにより、 前記受光手段から出力された信号に含 まれる光スパイクによる誤差分を除去することができる。 また、 前 記スィ ッチ手段が前記受光手段から送られてきた信号を遮断してい る期間 (すなわち、 該誤差分が除去されている期間) 、 前記ホール ド手段に保持された遮断直前の信号が出力されるので、 前記スイ ツ チ手段の遮断による不連続動作の影響を低減するとともに、 外部か らの電磁ノイズ等の混入を防止することができ、 これによ り安定し た検出信号を得ることができ、 したがって変調制御およびセロダイ ン制御の動作をより安定させることができる。  On the other hand, in the present invention, by providing the switch means and the hold means further, it is possible to remove an error due to an optical spike contained in a signal output from the light receiving means. Can be. Further, during a period in which the switch means blocks the signal sent from the light receiving means (that is, a period in which the error is removed), the signal immediately before the cutoff held in the holding means is held. Output, it is possible to reduce the influence of discontinuous operation due to the interruption of the switch means and to prevent external electromagnetic noise or the like from being mixed in, thereby providing a stable detection signal. Therefore, the operations of the modulation control and the serodin control can be further stabilized.
なお、 前記スィ ッチ手段は、 必ずしも、 前記合成信号生成手段で 生成された各種位相変調の合成信号の立ち上がりおよび下がりの全 てに同期して、 前記受光手段から送られてきた信号の出力を所定期 間遮断する必要はない。 該合成信号の立ち上がりおよび下がりのう ち、 光スパイクを伴う位相シフ トを行う ものにのみ同期して、 該電 気的信号の出力を所定期間遮断するようにしてもよい。  Note that the switch means does not necessarily output the output of the signal sent from the light receiving means in synchronization with all rises and falls of the composite signals of various phase modulations generated by the composite signal generation means. There is no need to shut off for a specified period. The output of the electrical signal may be cut off for a predetermined period in synchronization with only one of the rising and falling of the combined signal that performs a phase shift accompanied by an optical spike.
また、 本発明において、 前記セロダイ ン信号による変調位相差の 累積結果が第一の閾値に達すると、 - 2 πの位相シフ トを生じさせる ように前記セロダイ ン信号生成手段をリセッ トし、 かつ、 前記セロ ダイ ン信号による変調位相差の累積結果が前記第一の閾値より も 2 7Τ低い第二の閾値に達すると、 + 2 πの位相シフ トを生じさせるよう に、 前記セロダイ ン信号生成手段をリセッ トするリセッ ト手段をさ らに設けてもよい。 Further, in the present invention, when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal reaches a first threshold value, the serrodyne signal generating means is reset so as to generate a phase shift of -2π, and When the accumulation result of the modulation phase difference due to the cellodyne signal reaches a second threshold which is 27 ° lower than the first threshold, the cellodyne signal generation is performed so as to generate a phase shift of + 2π. Reset the means. May be provided.
このようにした場合、 たとえば第一の閾値を + π、 第二の閾値を - πに設定することで、 上記背景技術で説明したディ ジタル方式の光 ファイバジャイ ロのように、 セロダイ ン信号による位相シフ トが ± 2 πに達したときに 0にリセッ 卜する場合に比べ、セロダイ ン信号のピ —クー ピーク値を小さ くすることができる。 これにより、 消費電力 を減らすことができる。 また、 たとえば、 前記第一の閾値を + 2 π 、 第二の閾値を 0に設定することで、セロダイ ン信号生成のための電源 として、 単電源を用いることが可能となる。 図面の簡単な説明  In this case, for example, by setting the first threshold value to + π and the second threshold value to -π, it is possible to use a serodyne signal as in the digital optical fiber gyro described in the background art above. The peak peak value of the cellodyne signal can be made smaller than when resetting to 0 when the phase shift reaches ± 2π. As a result, power consumption can be reduced. Further, for example, by setting the first threshold value to + 2π and the second threshold value to 0, a single power supply can be used as a power supply for generating a serodin signal. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1 は、 本発明の第 1実施形態における干渉光の光強度と変調位 相差との関係を説明するための図である。  FIG. 1 is a diagram for explaining the relationship between the light intensity of the interference light and the modulation phase difference in the first embodiment of the present invention.
図 2 は、 本発明の第 1 実施形態が適用されたディ ジタル方式の光 ファイバジャィ 口の概略構成図である。  FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber jar opening to which the first embodiment of the present invention is applied.
図 3 は、 図 1 に示すスパイク除去器 2 4の概略構成図である。 図 4は、 図 1 に示すディ ジタル信号処理器 1 0 0 の概略構成図で ある。  FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the spike remover 24 shown in FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100 shown in FIG.
図 5 は 図 4に示す信号処理部 1 1 0 の概略構成図である。  FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 110 shown in FIG.
図 6 は 図 1 に示すような位相変調動作において、 光ファイバル ープ 6 に角速度が入力され、サニヤ ック位相差 Φ sが生じた場合の変 調位相差を説明するための図である。  FIG. 6 is a diagram for explaining a modulation phase difference when an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sannyak phase difference Φs occurs in the phase modulation operation shown in FIG.
図 7 は、 図 1 に示すような位相変調動作において、 位相変調器 5 による位相変調の変調ゲイ ン Gに誤差が含まれている場合の変調位 相差を説明するための図である。 図 8は、 変調制御系の偏差信号 (変調ゲイ ン誤差に応じた信号) と変調ゲイ ン Gとの関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a modulation phase difference when an error is included in the modulation gain G of the phase modulation by the phase modulator 5 in the phase modulation operation shown in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a deviation signal (a signal corresponding to a modulation gain error) of a modulation control system and a modulation gain G.
図 9 は、 図 4に示すセロダイ ン制御部 1 4 0 の概略構成図である。 図 1 0 は、 図 9 において、 第一の閾値を +2 π、 第二の閾値を- 2 π に設定した場合における、 比較器 1 5 0 の動作フローを示す図であ る。  FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140 shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to −2π in FIG.
図 1 1 は、 図 9 において、 第一の閾値を + 2 π、 第二の閾値を 0に 設定した場合における、 比較器 1 5 0 の動作フローを示す図である。  FIG. 11 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to 0 in FIG.
図 1 2は、 図 9 において、 第一の閾値を + π、 第二の閾値を- πに 設定した場合における、 比較器 1 5 0 の動作フローを示す図である。  FIG. 12 is a diagram showing an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + π and the second threshold is set to −π in FIG.
図 1 3 は、 図 9 に示す第 3演算器 1 4 6で生成されるセロダイン 信号の波形を示す図である。  FIG. 13 is a diagram showing a waveform of a serrodyne signal generated by the third computing unit 146 shown in FIG.
図 1 4は、 図 4に示す変調制御部 1 7 0 の概略構成図である。 図 1 5 は、 図 1 4に示す変調制御部 1 7 0 の各部での出力信号の 波形を示す図である。  FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170 shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing a waveform of an output signal in each section of the modulation control section 170 shown in FIG.
図 1 6 は、 図 4 に示す光強度演算部 2 1 0 の概略構成図である。 図 1 7 は、 光源 1 の相対強度雑音 RINを- 115[dB/Hz]、 干渉光の光 強度のピーク値 P。を 2〜50 a Wとしたときの、 ランダムウォーク値 位相変調振幅値特性を示す図である。  FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the light intensity calculation unit 210 shown in FIG. Figure 17 shows the relative intensity noise RIN of light source 1 at -115 [dB / Hz] and the peak value P of the light intensity of the interference light. FIG. 9 is a diagram showing random walk value phase modulation amplitude value characteristics when the value is set to 2 to 50 aW.
図 1 8 は、 図 4に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 の概略構成図で ある。  FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240 shown in FIG.
図 1 9 は、 本発明の第 2実施形態が適用された光ファイバジャィ 口に用いるディ ジタル信号処理器 1 0 0 aの概略構成図である。 図 2 0 は、 図 1 9 に示すセロダイ ン制御部 1 4 0 aの概略構成図 である。 図 2 1 は、 図 1 9 に示す変調制御部 1 7 0 aの概略構成図である t 図 2 2 は、 図 1 9 に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 aの概略構成 図である。 FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a digital signal processor 100a used in an optical fiber jar opening to which the second embodiment of the present invention is applied. FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140a shown in FIG. 2 1, t Figure 2 2 is a schematic configuration diagram of a modulation control unit 1 7 0 a shown in FIG. 1 9 is a schematic diagram of a gyro output computing part 2 4 0 a shown in FIG 9.
図 2 3 は、 従来のジャイ ロによる変調位相差を説明するための図 である。  FIG. 23 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
図 2 4は、 従来のジャイ ロによる変調位相差を説明するための図 である。  FIG. 24 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro.
図 2 5 は、 従来のジャイ ロによる変調位相差を説明するための図 である。 発明の実施するための最良の形態  FIG. 25 is a diagram for explaining a modulation phase difference by a conventional gyro. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下に、 本発明の各実施形態について説明する。  Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described.
まず、 本発明の第 1実施形態について説明する。  First, a first embodiment of the present invention will be described.
図 2 は、 本発明の第 1実施形態が適用されたディ ジタル方式の光 ファイバジャイ ロの概略構成図である。  FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a digital optical fiber gyro to which the first embodiment of the present invention is applied.
こ こで、 符号 5 0 0 は光千涉計である。 光干渉計 5 0 0 は、 光源 1 、 力ブラ 2 、 偏光子 3 、 力ブラ 4、 位相変調器 5 、 および、 光フ アイバが複数回巻かれて構成された光ファイバループ 6で構成され ている。  Here, reference numeral 500 denotes a light meter. The optical interferometer 500 is composed of a light source 1, a power bra 2, a polarizer 3, a power bra 4, a phase modulator 5, and an optical fiber loop 6 formed by winding an optical fiber a plurality of times. I have.
光源 1 には、 コヒーレンス長が長いス一パルミネッセン トダイォ ー ド (SLD) や、 SLDよ り もさ らに出力強度が高いエルビウム ドウプ ト光ファイバ光源 (EDFS) などが用いられる。  As the light source 1, a single palmescent diode (SLD) with a long coherence length or an erbium-doped optical fiber light source (EDFS) with a higher output intensity than the SLD is used.
なお、 一般に、 偏光子 3、 力ブラ 4、 および位相変調器 5 は、 光 集積回路 ( IOC : Integrated Optical Circui t) として、 一つの基板 に集積されている。 また、 図 2では、 光ファイバループ 6 の一端に 位相変調器 5 を設けているが、 これを両端に設け、 光フ ァイバルー プ 6 に対して互いに逆方向に位相変調を行うようにしてもよい。 光源 1 から発せられた光は、 力ブラ 2および偏光子 3 を経てカブ ラ 4に入射され、 そこで 2つの光に分割される。 この 2つの光のう ちの一方は、 光ファイバループ 6 を右回りで伝搬し、 位相変調器 5 で位相変調された後、 力ブラ 4 に戻る。 他方は、 光ファイバループ 6 を左回りで伝搬し、 位相変調器 5で位相変調された後、 力ブラ 4 に戻る。 そして、 両者は、 力ブラ 4にて合成される。 これにより、 干渉光が形成される。 In general, the polarizer 3, the power blur 4, and the phase modulator 5 are integrated on one substrate as an optical integrated circuit (IOC). Also, in Figure 2, one end of the optical fiber loop 6 Although the phase modulator 5 is provided, it may be provided at both ends to perform phase modulation on the optical fiber 6 in directions opposite to each other. The light emitted from the light source 1 passes through the power blur 2 and the polarizer 3 and enters the camera 4 where it is split into two lights. One of these two lights propagates clockwise in the optical fiber loop 6, is phase-modulated by the phase modulator 5, and returns to the power blur 4. The other propagates counterclockwise through the optical fiber loop 6, is phase-modulated by the phase modulator 5, and returns to the power blur 4. Then, both are combined by the force bra 4. Thereby, interference light is formed.
こ こで、 光ファイバループ 6 に回転角速度 Ωが加えられたとする。 この際、 光ファイバループ 6 を互いに反対方向に伝搬している 2つ の光の間に光路長差が生じ、 結果として位相差が生じる。 この位相 差は、 上記の背景技術で説明したように、 サニヤ ック位相差 ψ s と呼 ばれている。 このサニヤック位相差 Φ sは、 次式で表される。  Here, it is assumed that a rotation angular velocity Ω is applied to the optical fiber loop 6. At this time, an optical path length difference occurs between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions, and as a result, a phase difference occurs. This phase difference is referred to as a Sannyak phase difference ss, as described in the background art above. This Saniyak phase difference Φ s is expressed by the following equation.
Φ s= (2 π DL/λ c) Ω (1) ここで、 Dは光ファイバループ 6 のループ径、 Lは光ファイバ長、 λ は光源 1 から発せられる光の波長、 そして、 cは光速である。  Φ s = (2 π DL / λ c) Ω (1) where D is the diameter of the optical fiber loop 6, L is the length of the optical fiber, λ is the wavelength of light emitted from the light source 1, and c is the speed of light It is.
また、 干渉光の光強度 Ρ とサニヤ ック位相差 Φ s とは、 次式の関係 がある。  In addition, the light intensity 干 渉 of the interference light and the Sagnac phase difference Φ s have the following relationship.
Ρ= (Ρ 0 /2) (Hcos φ s) (2) ここで、 Ρ。は、 干渉光の光強度のピーク値である。  Ρ = (Ρ 0/2) (Hcos φ s) (2) where Ρ. Is the peak value of the light intensity of the interference light.
さて、 力ブラ 4で形成された干渉光は、 受光器 7で受光され、 干 渉光の光強度に応じた電流信号に変換される。 この電流信号は、 電 流 電圧 ( I/V) 変換器 8 にて、 電圧信号に変換された後、 広帯域の 増幅器 9で増幅される。 増幅器 9で増幅された電圧信号は、 ハイパスフィル夕や直流オフ セッ ト加算器により構成された直流除去器 2 0 によ り直流成分が除 去された後、 広帯域の増幅器 2 2で増幅される。 その後、 スパイク 除去器 2 4にて、 信号に含まれる光スパイクによる成分が除去され る。 このスパイク除去器 2 4は、 スィ ッチとローパスフィル夕 ( LPF) とを含んで構成される。 その詳細については後述する。 The interference light formed by the force blur 4 is received by the light receiver 7 and converted into a current signal corresponding to the light intensity of the interference light. This current signal is converted into a voltage signal by a current / voltage (I / V) converter 8 and then amplified by a wideband amplifier 9. The voltage signal amplified by the amplifier 9 is removed by a DC remover 20 composed of a high-pass filter and a DC offset adder, and then amplified by a wide-band amplifier 22. . Then, the spike remover 24 removes the component due to the optical spike contained in the signal. The spike remover 24 includes a switch and a low-pass filter (LPF). The details will be described later.
スパイク除去器 2 4で光スパイク成分が除去された電圧信号は、 セロダイ ン制御および変調制御のための A/D変換器 2 6 に入力され、 そこで、基準信号発生器 3 0 0からのサンプリ ング信号 Dにしたがい、 サンプリ ングされて、 ディ ジタル信号に変換される。  The voltage signal from which the optical spike component has been removed by the spike remover 24 is input to the A / D converter 26 for serodyne control and modulation control, where the sampling from the reference signal generator 300 is performed. According to the signal D, it is sampled and converted to a digital signal.
なお、 サンプリ ング信号のサンプリ ング周期は、 スパイク除去器 2 4 を構成する LPFの時定数などにより異なるが、 少なく とも、 後述 する各種位相変調の合成信号の各ステップの継続時間 (本実施形態 ではて /2) より短く設定する必要がある。 ここで、 τ は光ファイバ ループ 6での光の伝搬時間であり、 光ファイバル一プ 6 の光フアイ バ長を し 光フ ァイ バループ 6 を構成する光ファイバの屈折率 η 0 、 光速を c とした場合、 次式で表される。 Note that the sampling period of the sampling signal differs depending on the time constant of the LPF constituting the spike remover 24, but at least the duration of each step of the composite signal of various phase modulations described later (in this embodiment, / 2) must be shorter. Here, τ is the propagation time of light in the optical fiber loop 6, which is the optical fiber length of the optical fiber loop 6, the refractive index η 0 of the optical fiber constituting the optical fiber loop 6, and the light speed c. Is expressed by the following equation.
て =η 0 L/c (3) ディ ジタル信号処理器 1 0 0 は、 A/D変換器 2 6からの出力を基に、 干渉光のサニヤック位相差 Φ s に応じたジャイ ロ出力(回転角速度あ るいは回転角度) を算出する。  = Η 0 L / c (3) The digital signal processor 100 0, based on the output from the A / D converter 26, uses the gyro output (rotation Angular velocity or rotation angle) is calculated.
また、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 は、 干渉光の位相差が、 (ァ + θ δ )→ { τ -Θ )→ (-Ύ - θ - δ )→ {-Ύ ^ Θ )→ {Ύ θ - δ )→ (Ύ -θ ) → {-7 - θ δ )→ {-Ύ ^ Θ ) (D順番でなる一連のステップ (周期 4 て 、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるように位相変調を行わ せるバイアス変調信号と、 算出したサニヤック位相差 φ s と同量 .異 符号の位相差を生じさせる、 各階段の継続時間が τ あるいは τ / 2の 階段状のセロダイ ン信号とを合成して、 各種位相変調の合成信号を 生成する。 Also, the digital signal processor 100 determines that the phase difference of the interference light is (α + θδ) → (τ−Θ) → (−Ύ−θ−δ) → {-Ύ ^ Θ) → {Ύ θ-δ) → (Ύ-θ) → (-7-θ δ) → (-Θ ^ Θ) (Repeat a series of steps in D order (period 4 and the duration of each step / 2) Do phase modulation And a stepped cellodyne signal with the same duration as the calculated Sanyak phase difference φ s and the duration of each step τ or τ / 2 to produce a phase difference of the opposite sign. Generates composite signals of various phase modulations.
ただし、 上記のバイアス変調信号において、 ァ = k π (ただし、 k は 1以上の整数) であり、  However, in the above bias modulation signal, a = kπ (where k is an integer of 1 or more),
kが奇数 : 0 < 0 ≤ π / 2  k is an odd number: 0 <0 ≤ π / 2
kが偶数 : 7T / 2≤ 0 < 7Γ  k is an even number: 7T / 2≤0 <7Γ
とする。 また、 0 < δ く 0 とする。 And Also, it is assumed that 0 <δ <0.
なお、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 において、 上記のバイアス変 調信号は、 千渉光の光強度値に応じて、 ランダムウォーク値が最小 となるように位相シフ 卜の振幅 0が決定される。 上記の発明の開示 で説明したように、 ランダムウォーク値を最小にするための位相変 調振幅は、 π / 2から 7Τ未満の範囲にあると云われている。 そして、 このランダムウォーク値は、 千渉光の光強度値をパラメ一夕とする 関数であり、 この光強度値が変化すれば、 ランダムウォーク値を最 小にするための位相変調振幅も変化する。 そこで、 本実施形態では、 干渉光の光強度値とランダムウォーク値を最小にするための位相変 調振幅との関係を示すテーブルを用意し、 当該テーブル参照して、 干渉計 5 0 0 の検出結果から求まる干渉光の光強度値に対応する振 幅 Θ を決定するようにしている。  In the digital signal processor 100, the amplitude 0 of the phase shift of the bias modulation signal is determined in accordance with the light intensity value of the interference light so that the random walk value is minimized. . As described in the above disclosure of the invention, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value is said to be in the range of π / 2 to less than 7 °. Then, the random walk value is a function that makes the light intensity value of the light beam a parameter over time, and if this light intensity value changes, the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value also changes. . Therefore, in the present embodiment, a table showing the relationship between the light intensity value of the interference light and the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value is prepared, and referring to the table, the detection of the interferometer 500 is performed. The amplitude Θ corresponding to the light intensity value of the interference light obtained from the result is determined.
また、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 において、 上記のセロダイ ン 信号は、 当該セロダイ ン信号による変調位相差の累積結果が第一の 閾値 (たとえば + Τ ) に達すると、 干渉光の位相差が- 2 πの位相シフ トとなるようにリセッ トされ、 かつセロダイ ン信号による変調位相 差の累積結果が第一の閾値よ り も 2 π低い第二の閾値に達すると、干 渉光の位相差が + 2 πの位相シフ トとなるようにリセッ トされる。 こ れにより、 セロダイ ン信号の出力が無限に大きくなるのを防いでい る。 Further, in the digital signal processor 100, when the accumulation result of the modulation phase difference due to the serodin signal reaches a first threshold value (for example, + Τ), the phase difference of the interference light is changed. -Modulation phase by serodin signal, reset to 2π phase shift When the accumulated difference reaches a second threshold value 2π lower than the first threshold value, the phase difference of the interference light is reset to a phase shift of + 2π. This prevents the output of the serodin signal from increasing indefinitely.
さて、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 において生成された各種位相 変調の合成信号は、 D/A変換器 1 0 にてアナログ信号に変換された後、 ドライバ 1 1 を介して位相変調器 5 に入力される。  Now, the composite signal of various phase modulations generated in the digital signal processor 100 is converted into an analog signal in the D / A converter 10 and then transmitted to the phase modulator 5 through the driver 11. Is entered.
これを受けて、 位相変調器 5 は、 光ファイバループ 6 を互い反対 方向に伝搬する 2つの光に対して、 各種位相変調の合成信号に応じ た位相変調を各々行う。  In response to this, the phase modulator 5 performs phase modulation on the two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions, respectively, according to the composite signal of various phase modulations.
本実施形態による位相変調により、 光ファイバループ 6 を互いに 反対方向に伝搬する 2つの光の間に生ずる変調位相差と、 該 2つの 光を再結合することで得られる干渉光の光強度との関係について説 明する。  By the phase modulation according to the present embodiment, the modulation phase difference generated between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions to each other and the light intensity of the interference light obtained by recombining the two lights. Explain the relationship.
図 1 は、 本実施形態の光ファイバジャイ ロによる変調位相差を示 している。 なお、 図 1 に示す例では、 Ο< 0 ≤ π /2、 ァ = π、 Ό< 6 ≤ 10度に設定している。 ただし、 本発明はこれに限定されるものでは なく、 ァ =k π (kは 1以上の整数) 、 0< δ < θであればよい。  FIG. 1 shows a modulation phase difference by the optical fiber gyro of the present embodiment. In the example shown in Fig. 1, Ο <0 ≤ π / 2, α = π, and Ό <6 ≤ 10 degrees. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary that a = kπ (k is an integer of 1 or more) and 0 <δ <θ.
本実施形態によれば、 図 1 に示すように、 位相シフ トが、 ァ + Θ + δ (または-ァ - のときに検出される千渉光の光強度と ァ - 0 According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the phase shift is equal to the optical intensity of the interference light detected when a + Θ + δ (or-
(または-ァ + Θ ) のときに検出される干渉光の光強度との強度差、 および、 ァ + 0 - δ (または-ァ - 0 + <5 ) ときに検出される干渉光の光 強度とァ - S (または- のときに検出される干渉光の光強度と の強度差に基づいて、 あるいは、 ァ + 0 + <5 (または-ァ - のと きに検出される干渉光の光強度とァ + 0 - δ (または-ァ - のと きに検出される干渉光の光強度との強度差に基づいて、 間接的に、 光源 1 や光干渉計 5 0 0 を構成するその他の光学部品などの特性変 化による干渉光の光強度値の変化を検出することができる。 (Or -α + Θ), the difference between the light intensity of the interference light detected when (α + Θ), and the light intensity of the interference light detected when α + 0-δ (or-α-0 + <5) And the light intensity of the interference light detected based on the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of α + S (or −) or the light intensity of the interference light detected at the time of α + 0 + <5 (or − α − Strength and α + 0-δ (or-α- The light intensity value of the interference light due to the characteristic change of the light source 1 and other optical components that make up the optical interferometer 500 is indirectly based on the difference in intensity from the light intensity of the interference light detected Can be detected.
したがって、 上記のようにして干渉光の光強度値の変化を検出し、 これに応じて、 セロダイ ン制御系 (デジタル信号処理器 1 0 0 、 光 干渉計 5 0 0、 受光器 7などを含むループ) のループゲイ ンが常に 一定になるよう AGC (Automat i c Gain Con t r o 1 ) 制御することにより、 安定したセロダイ ン制御ひいてはジャィ 口の回転角速度または回転 角度の安定した出力が得られる。  Therefore, the change in the light intensity value of the interference light is detected as described above, and the serodin control system (including the digital signal processor 100, the optical interferometer 500, the light receiver 7, etc.) By controlling the AGC (Automatic Gain Control 1) so that the loop gain of the loop is always constant, stable cellodyne control and, consequently, a stable output of the rotational angular velocity or rotational angle of the jay mouth can be obtained.
また、 本実施形態によれば、 図 1 に示すように、 位相シフ トが、 7 + Θ + δ (または-ァ - 0 - δ ) のときに検出される干渉光の光強度と Ύ -Θ (または-ァ + 0 ) のときに検出される干渉光の光強度との強度 差、 および、 ァ + δ (または-ァ - のときに検出される干渉 光の光強度と ァ (または-ァ + 0 ) のときに検出される千渉光の光 強度との強度差に基づいて、 バイアス位相変調信号による位相シフ 卜の際に生ずる変調ゲイ ン誤差を検出することができる。  Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the light intensity of the interference light detected when the phase shift is 7 + Θ + δ (or −α−0−δ) and Ύ−Θ (Or -a + 0), the difference between the light intensity of the interference light detected at the time of (a + 0), and the light intensity of the interference light detected at a + δ (or- Based on the intensity difference from the light intensity of the interference light detected at (+0), a modulation gain error generated at the time of phase shift by the bias phase modulation signal can be detected.
したがって、 上記のようにして変調ゲイ ン誤差を検出し、 これを ゼロとするように各種位相変調の合成信号のゲイ ンを調節すること で、 正確な変調制御およびセロダイ ン制御を行う ことが可能となり、 ひいては、 ジャィ 口出力におけるスケールファクタ誤差を低減する ことが可能となる。  Therefore, accurate modulation control and cellodyne control can be performed by detecting the modulation gain error as described above and adjusting the gain of the composite signal of various phase modulations to make this zero. Thus, it is possible to reduce the scale factor error in the jay mouth output.
さ らに、 本実施形態では、 上述したように、 ディ ジタル信号処理 器 1 0 0 において、 千渉光の光強度値とランダムウォーク値を最小 にするための位相変調振幅との関係を示すテーブルを用意し、 当該 テーブルを参照して、 干渉計 5 0 0 の検出結果から求まる干渉光の 光強度値に対応する振幅 0 となるように、 上記のバイアス変調信号 を生成している。 Further, in the present embodiment, as described above, in the digital signal processor 100, a table showing the relationship between the light intensity value of the interference light and the phase modulation amplitude for minimizing the random walk value. And refer to the table to determine the interference light obtained from the detection result of the interferometer 500. The above-described bias modulation signal is generated so that the amplitude becomes 0 corresponding to the light intensity value.
このようにすることで、 干渉光の光強度の変化にかかわらず、 ラ ンダムウォークによる影響を抑制することができる。  By doing so, it is possible to suppress the influence of the random walk regardless of the change in the light intensity of the interference light.
さ らに、 本実施形態では、 スパイク除去器 2 4 を設けて、 受光器 7から出力された干渉光の検出信号に含まれる光スパイ クによる誤 差分を除去している。  Further, in the present embodiment, the spike remover 24 is provided to remove an erroneous difference due to an optical spike included in the detection signal of the interference light output from the light receiver 7.
これによ り、 より正確な変調制御を行う ことが可能となり、 ひい ては、 ジャィ 口のスケールファクタ誤差を低減することが可能とな る。 また、 光スパイクによる誤差分を除去している間は、 直前にホ 一ルドされた信号が出力されるため、 スィ ツチ手段の遮断による不 連続動作の影響を低減することができるとともに、 外部からの電磁 ノイズなどの混入を防止することができ、 したがって、 安定した信 号検出を行う ことができるので、 変調制御およびセロダイ ン制御の 動作を、 より安定させることができる。  As a result, more accurate modulation control can be performed, and the scale factor error of the jay mouth can be reduced. In addition, while the error due to the optical spike is being removed, the signal held immediately before is output, so that the influence of the discontinuous operation due to the interruption of the switch means can be reduced and the external Therefore, it is possible to prevent mixing of electromagnetic noise and the like, so that stable signal detection can be performed, so that the operations of the modulation control and the cellodyne control can be further stabilized.
次に、 本実施形態の主要な構成であるスパイ ク除去器 2 4、 およ びディ ジタル信号処理器 1 0 0 について、 詳しく説明する。  Next, the spike remover 24 and the digital signal processor 100, which are main components of the present embodiment, will be described in detail.
まず、 スパイク除去器 2 4について説明する。  First, the spike remover 24 will be described.
図 3 は、 スパイク除去器 2 4の概略構成図である。  FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the spike remover 24.
スパイク除去器 2 4は、 図 3 に示すように、 スィ ッチ 4 0 と、 抵 抗器およびコンデンサでなるロ ーパスフィル夕 ( LPF ) 兼ホールド回 路 4 2 と、 増幅器 4 6 とでなる。  As shown in FIG. 3, the spike remover 24 includes a switch 40, a low-pass filter (LPF) / hold circuit 42 including a resistor and a capacitor, and an amplifier 46.
スィ ッチ 4 0 は、 増幅器 2 2から送られてきた電圧信号の出力を、 基準信号発生器 3 0 0で生成された信号 Eにしたがって所定期間遮 断する。 ここで、 信号 Eは、 1 /て の周波数を持ち、 かつディ ジタル信 号処理器 1 0 0で生成される各種位相変調の合成信号に同期した基 準信号である。 また、 遮断期間は、 干渉光の光スパイクの発生時間 を考慮して設定する。 スィ ッチ 4 0 により、 増幅器 2 2から送られ てきた電圧信号に含まれる干渉光の光スパイクによる誤差成分を除 去することができる。 The switch 40 cuts off the output of the voltage signal sent from the amplifier 22 for a predetermined period according to the signal E generated by the reference signal generator 300. Here, the signal E has a frequency of 1 / This is a reference signal synchronized with the composite signal of various phase modulations generated by the signal processor 100. The cutoff period is set in consideration of the time of occurrence of the optical spike of the interference light. By the switch 40, it is possible to remove an error component due to an optical spike of the interference light included in the voltage signal sent from the amplifier 22.
LP F兼ホールド回路 4 2 は、 スィ ッチ 4 0がオンのときは、 スイ ツ チ 4 0 を介して送られてきた電圧信号に含まれる白色雑音成分やそ の他の高周波電磁ノイズを除去する。 また、 スィ ッチ 4 0がオフ (遮 断) のときは、 L P F兼ホール ド回路 4 2 を構成するコンデンサに蓄え られた電荷により、 遮断直前の電圧信号を保持する。 この電圧信号 は増幅器 4 6 を介して A/D変換器 2 6へ出力される。  When the switch 40 is on, the LPF / hold circuit 42 removes white noise components and other high-frequency electromagnetic noise contained in the voltage signal sent via the switch 40. I do. When the switch 40 is off (cut off), the voltage signal immediately before the cutoff is held by the electric charge stored in the capacitor constituting the LPF / hold circuit 42. This voltage signal is output to the A / D converter 26 via the amplifier 46.
このように、LP F兼ホール ド回路 4 2 により、スィ ッチ 4 0 のオン · オフによる不連続動作の影響を低減することができるとともに、 外 部からの電磁ノイズなどの混入を防止することができる。 これによ り、 安定した信号検出を行う ことができるので、 変調制御およびセ 口ダイ ン制御の動作を、 よ り安定させることができる。  As described above, the LPF / hold circuit 42 can reduce the influence of discontinuous operation due to the ON / OFF of the switch 40, and can prevent external noise such as electromagnetic noise from being mixed. Can be. As a result, stable signal detection can be performed, so that the operations of modulation control and port din control can be further stabilized.
また、電圧信号に含まれる各種雑音成分を除去するように L P Fの時 定数を設定し、 帯域制限を行う ことにより、 A/D変換器 2 6 において、 最少のサンプリ ング数によりジャイ ロ出力における最良のランダム ウォーク値を得ることができる。 すなわち、 極度のオーバサンプル を行う必要がなくなるため、 A/D変換器 2 6およびディ ジ夕ル信号処 理器 1 0 0の処理速度を、 従来の光ファイバジャイ ロに比べ低くす ることができ、 より安価の部品で光ファイバジャィ 口を構成するこ とが可能となる。  In addition, by setting the time constant of the LPF so as to remove various noise components included in the voltage signal, and performing band limitation, the A / D converter 26 achieves the best gyro output with the minimum number of samplings. Can be obtained. In other words, since it is not necessary to perform extreme oversampling, the processing speed of the A / D converter 26 and the digital signal processor 100 can be reduced compared to conventional optical fiber gyros. This makes it possible to configure the optical fiber jar opening with less expensive parts.
くわえて、 本実施形態では、 電圧信号を増幅器 2 2 によ り十分に 増幅した後、 上記スパイク除去器 2 4によ り光スパイ クを除去して いる。 この構成では、 電圧信号が十分に増幅されているので、 スィ ツチ 4 0 のオン · オフによって発生するノイズの影響を効果的に低 減することができ、 安定した信号検出を行う上で、 より好ましい構 成となっている。 In addition, in the present embodiment, the voltage signal is sufficiently converted by the amplifier 22. After amplification, the optical spike is removed by the spike remover 24. In this configuration, since the voltage signal is sufficiently amplified, the effect of noise generated by turning on / off the switch 40 can be effectively reduced, and more stable signal detection can be performed. This is a favorable configuration.
なお、 増幅器 4 6 は、 バッファ構成となっているが、 増幅器 4 6 を用いずに、 LPF兼ホールド回路 4 2出力を、 直接、 /0変換器 2 6 に入力するようにしてもよい。  Although the amplifier 46 has a buffer configuration, the output of the LPF / hold circuit 42 may be directly input to the / 0 converter 26 without using the amplifier 46.
以上、 スパイク除去器 2 4について説明した。  The spike remover 24 has been described above.
次に、 デジタル信号処理器 0 0 について説明する。  Next, the digital signal processor 00 will be described.
図 4は、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 の概略構成図である。  FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the digital signal processor 100.
ディ ジタル信号処理器 1 0 0は、 図 4に示すように、 信号処理部 1 1 0 と、 セロダイ ン制御部 1 4 0 と、 変調制御部 1 7 0 と、 光強 度演算部 2 1 0 と、 ジャイ ロ出力演算部 2 4 0 とによ り構成される。 これらの各構成は、 ASIC (Application Specif ic Inte g rated Cir cu i t s) 、 FPGA (Field Programmable Gate Array) などの集積ロジ ック ICによ りハー ド的に実現されるものでもよいし、 あるいは、 DS P (Digital Signal Processor) などの計算機によ りソフ トウェア的 に実現されるものでもよい。 また、 各構成での具体的な処理は、 以 下に説明するものに限定されるものではなく、 同じ機能を実現でき るものであれば、 どのようなものであってもよい。  As shown in FIG. 4, the digital signal processor 100 includes a signal processing unit 110, a serrodyne control unit 140, a modulation control unit 170, and a light intensity calculation unit 210. And a gyro output operation unit 240. Each of these configurations may be realized by an integrated logic IC such as an application specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA), or It may be realized by software using a computer such as a DSP (Digital Signal Processor). Further, the specific processing in each configuration is not limited to those described below, and may be any processing as long as the same function can be realized.
信号処理部 1 1 0は、 A/D変換器 2 6から出力された信号のゲイ ン を調節し、 これを復調する。  The signal processing unit 110 adjusts the gain of the signal output from the A / D converter 26 and demodulates it.
図 5 は、 図 4に示す信号処理部 1 1 0の概略構成図である。  FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the signal processing unit 110 shown in FIG.
乗算器 1 3 4は、 A/D変換器 2 6 の出力信号と光強度演算部 2 1 0 からの AGC ( Automatic Gain Control) 信号との乗算を行う。 これに より、 A/D変換器 2 6 の出力信号のゲイ ンが常に一定になるように調 整される。 このようにすることで、 セロダイ ン制御部 1 4 0 、 変調 制御部 1 7 0および光強度演算部 2 1 0 の動作を安定させることが 可能となり、 ひいては、 ジャイ ロの回転角速度または回転角度を安 定して出力することができる。 The multiplier 1 3 4 is composed of the output signal of the A / D converter 26 and the light intensity calculator 2 1 0 Multiplication with AGC (Automatic Gain Control) signal from Thereby, the gain of the output signal of the A / D converter 26 is adjusted so as to be always constant. By doing so, it is possible to stabilize the operations of the serodyne control unit 140, the modulation control unit 170, and the light intensity calculation unit 210, and, consequently, the rotation angular velocity or rotation angle of the gyro. It can output stably.
なお、 上記の乗算器 1 3 4の代わり に、 アナログ乗算器を用いて もよい。 この場合、 当該アナログ乗算器は、 A/D変換器 2 6 の前段に 置かれる。 光強度演算部 2 1 0からの AGC信号は、 D/A変換器により アナログ信号に変換された後、 当該アナログ乗算器に入力され、 こ こで、 A/D変換器 2 6 に入力される電圧信号のゲイ ンが常に一定にな るように調整される。  Note that an analog multiplier may be used in place of the multiplier 134. In this case, the analog multiplier is placed before the A / D converter 26. The AGC signal from the light intensity calculator 210 is converted to an analog signal by the D / A converter, and then input to the analog multiplier, where it is input to the A / D converter 26. It is adjusted so that the gain of the voltage signal is always constant.
第 1復調器 1 1 2 は、 基準信号発生器 3 0 0で生成された基準信 号 B (周波数 1 /て で、 たとえば ± 1 の 2値を有するパルス信号) によ り、 乗算器 1 3 4の出力信号を復調する。 この復調器は、 たとえば 乗算器で構成される。  The first demodulator 1 1 2 uses the reference signal B (frequency signal 1 /, for example, a pulse signal having two values of ± 1) generated by the reference signal generator 3 0 0 to generate a multiplier 13 4. Demodulate the output signal of 4. This demodulator is composed of, for example, a multiplier.
なお、 A/D変換器 2 6 でのサンプリ ング間隔がて /2よ り短い場合、 すなわちサンプリ ング点がて /2期間中に 2力所以上ある場合は、 A/D 変換器 2 6 と第 1復調器 1 1 2 との間に平均化処理を行うフィルタ を設け、 第 1復調器 1 1 2への入力信号が τ /2間隔で出力されるよ うにする。  When the sampling interval at the A / D converter 26 is shorter than / 2, that is, when the sampling point is at two or more places during the / 2 period, the A / D converter 26 and A filter for performing an averaging process is provided between the first demodulator 112 and the first demodulator 112 so that the input signal to the first demodulator 112 is output at an interval of τ / 2.
第 2復調器 1 1 4は、 基準信号発生器 3 0 0 で生成された基準信 号 Α (周波数 1 /2 て で、 たとえば ± 1 の 2値を有するパルス信号) に より、 第 1復調器 1 1 2 の出力信号を復調する。 この復調器は、 た とえば乗算器で構成される。 第 1演算器 1 1 6 は、 時間 2 て あるいは 4 て毎に、 第 2復調器 1 1 4の出力について、 時間 てだけずれたもの同士の和をとつて平均し 出力する。 この出力は、 セロダイ ン制御部 1 4 0 を含む閉ループで あるセロダイ ン制御系の偏差信号である。 The second demodulator 1 14 generates the first demodulator by the reference signal Α (pulse signal having a frequency of 1/2 and having a binary value of ± 1, for example) generated by the reference signal generator 300. Demodulate the output signal of 1 1 2. This demodulator is composed of, for example, a multiplier. The first computing unit 1 16 averages and outputs the output of the second demodulator 114 at every time 2 or 4 by taking the sum of the outputs shifted by time. This output is a deviation signal of a closed-loop serodyne control system including the serodyne controller 140.
こ こで、 図 1 に示すような位相変調動作において、 光ファイバル ープ 6 に角速度が入力され、サニヤック位相差 Φ sが生じた場合を想 定する。 この場合、 変調位相差は図 6 に示すようになる。  Here, it is assumed that, in the phase modulation operation as shown in FIG. 1, an angular velocity is input to the optical fiber loop 6 and a Sannyak phase difference Φs is generated. In this case, the modulation phase difference is as shown in FIG.
図 6 に示すように、 /0変換器 2 6 の出カ (検出信号) を第 1復調 器 1 1 2 により周波数 1/て で復調し、 こ の復調結果を第 2復調器 1 1 4 により周波数 1/2 て で復調すると、復調された検出信号の符号は、 2 て期間において、 て /2毎に、 ( + )→ (-)→ (-)→ ( + )と変わる。 したが つて、 てずれた出力同士の和をとることで、 セロダイ ン信号生成の ために必要なサニヤ ック位相差 Φ s に応じた信号(セロダイ ン制御系 の偏差信号) を取り出すことができる。  As shown in Fig. 6, the output (detection signal) of the / 0 converter 26 is demodulated at the frequency 1 / by the first demodulator 112, and the demodulation result is obtained by the second demodulator 114. When demodulation is performed at the frequency 1/2, the sign of the demodulated detection signal changes from (+) to (-) to (-) to (+) at every て in the two periods. Therefore, by taking the sum of the deviated outputs, it is possible to extract a signal (deviation signal of the serodyne control system) corresponding to the saniac phase difference Φ s required for generating the serodyne signal. .
第 2演算器 1 2 2 は、 乗算器 1 3 4の出力信号について、 図 1 に 示すように、 最初の 2 r期間において、 位相シフ トが、 ァ + 0 + δ (あ るいは-ァ - 0 - δ ) のときに検出された干渉光の光強度に応じた信号 とァ - 0 (あるいは-ァ + 0 ) のときに検出された千渉光の光強度に応 じた信号との差分 Xを検出し、 検出結果の平均 Xaveを求める。 次の 2 て期間において、 位相シフ ト力 、 r + Θ - (5 (あるレ は-ァ - 6» + δ ) の ときに検出された干渉光の光強度に応じた信号とァ - 0 (あるいは- Ύ θ ) のときに検出された干渉光の光強度に応じた信号との差分 Ζ を検出し、 検出結果の平均 Zaveを求める。 上記の処理を繰り返し行う したがって、 第 2演算器 1 2 2の出力は、 2 て期間毎に、 Xave、 Zave、 X„,,、 Z ,、 · · ' というように、 交互に変わる。 第 3演算器 1 2 4は、 第 2演算器 1 2 2 の出力信号 Xave、 Zaveを基 に次式を満たす信号を生成する。 As shown in FIG. 1, the second computing unit 122 sets the phase shift of the output signal of the multiplier 1334 to a + 0 + δ (or −a−) in the first 2r period. 0-δ) and the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected at a-0 (or-α + 0). X is detected, and the average Xave of the detection results is obtained. In the next two periods, the phase shift force, the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected when r + Θ-(5 (a certain value is-a-6 »+ δ), and the a-0 ( Alternatively, the difference 信号 from the signal corresponding to the light intensity of the interference light detected at −Ύθ) is detected, and the average Z ave of the detection result is obtained. The output of 2 2 alternates every two periods, such as X ave , Z ave , X „,,, Z ,,. The third computing unit 124 generates a signal satisfying the following expression based on the output signals X ave and Z ave of the second computing unit 122.
信号 =Xave + K θ B · Zavo (4) ただし、 K 0 B = -s in ( Θ i δ /2) · sin(r + δ /2)/(sin(0 - δ /2) • s in ( r - (5 /2) ) Signal = X ave + K θ BZ avo (4) where K 0 B = -s in (Θ i δ / 2) · sin (r + δ / 2) / (sin (0-δ / 2) • s in (r-(5/2))
なお、 図 1 に示す例では、 ァ = πである。  Note that in the example shown in FIG. 1, a = π.
この信号は、 変調制御部 1 7 0 を含む閉ループである変調制御系 の偏差信号である。 この偏差信号は変調制御部 1 7 0へ出力される。  This signal is a deviation signal of a modulation control system which is a closed loop including the modulation control section 170. This deviation signal is output to modulation control section 170.
こ こで、 図 1 に示すような位相変調動作において、 位相変調器 5 による位相変調の変調ゲイ ン Gに誤差が含まれている場合を想定す る。 この場合、 変調位相差は図 7 に示すようになる。  Here, in the phase modulation operation as shown in FIG. 1, it is assumed that the modulation gain G of the phase modulation by the phase modulator 5 includes an error. In this case, the modulation phase difference is as shown in FIG.
本実施形態では、 後述する変調制御部 1 7 0 において、 上記の式 ( 4 ) によって特定される偏差信号が常に 0になるように、 位相変調 器 5へ出力する各種位相変調の合成信号のゲイ ンを調節している。 上記の式 ( 4 ) は、 変調ゲイ ン誤差がないときに偏差信号が 0になる ので、 変調ゲイ ン誤差をキャ ンセルするように、 すなわち、 常に G=l となるように、 各種位相変調の合成信号のゲイ ンを調節することが できる。  In the present embodiment, in a modulation control unit 170 described later, the gain of the composite signal of various phase modulations output to the phase modulator 5 is set so that the deviation signal specified by the above equation (4) is always 0. Is adjusted. Equation (4) above shows that the deviation signal becomes 0 when there is no modulation gain error, so that various phase modulations should be performed so that the modulation gain error is canceled, that is, G = 1 always. The gain of the composite signal can be adjusted.
図 8 に、 上記の式 ( 4 ) と変調ゲイ ン Gとの関係、 および差分 X、 Z と変調ゲイ ン Gとの関係を示す。 この図から分かるように、 上記の 式 ( 4 ) が 0のとき、 変調ゲイ ン Gは 1 になる。  FIG. 8 shows the relationship between the above equation (4) and the modulation gain G, and the relationship between the differences X and Z and the modulation gain G. As can be seen from this figure, when the above equation (4) is 0, the modulation gain G becomes 1.
なお、 この偏差信号は、 温度変化や経年変化によ り位相変調器 5 や D/A変換器 1 0でのゲイ ンが変化した場合に、後述する変調制御部 1 7 0で生成される各種位相変調の合成信号のゲイ ンを調整するた めのものである。 このため、 変調制御系のサ一ポループは、 高速で ある必要がない。 また、 第 3演算器 1 2 4での演算処理は、 msecォ ーダで行われるものでよい。 Note that this deviation signal is generated by a modulation controller 170 described later when the gain of the phase modulator 5 or the D / A converter 10 changes due to temperature change or aging. This is for adjusting the gain of the phase modulation composite signal. Therefore, the control loop of the modulation control system operates at high speed. There is no need to be. Further, the arithmetic processing in the third arithmetic unit 124 may be performed in the msec order.
第 4演算器 1 3 6 は、 第 2演算器 1 2 2の出力信号 Xave、 Zaveを基 に次式を満たす信号を生成する。 The fourth computing unit 1336 generates a signal satisfying the following expression based on the output signals X ave and Z ave of the second computing unit 122.
信号 =Xave- Zave (5) 上記の式 ( 5 ) によ り算出される信号は、 干渉光の光強度のピー ク値 P。に比例した信号となる。 この信号は、 信号 Yaveとして、 光強 度演算部 2 1 0へ送出される。 Signal = X ave -Z ave (5) The signal calculated by the above equation (5) is the peak value P of the light intensity of the interference light. Becomes a signal proportional to. This signal is sent to the light intensity calculator 210 as a signal Yave .
図 4に戻って説明を続ける。  Returning to FIG. 4, the explanation will be continued.
セロダイ ン制御部 1 4 0は、 信号処理部 1 1 0 の第 1 演算器 1 1 6から出力されたサニヤ ック位相差 Φ s に応じた信号にしたがいセ 口ダイ ン信号を生成する。  The serodyne control unit 140 generates a mouth din signal in accordance with the signal corresponding to the saniac phase difference Φ s output from the first computing unit 116 of the signal processing unit 110.
図 9は、 図 4に示すセロダイ ン制御部 1 4 0 の概略構成図である。 第 1演算器 1 4 2 は、 信号処理部 1 1 0から送られてきたサニヤ ック位相差 Φ sに応じた信号を 2 て あるいは 4 て の時間間隔で積分す る。 この結果は、 光ファイバループ 6への入力角速度に比例した信 号になる。  FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the serrodyne controller 140 shown in FIG. The first computing unit 142 integrates the signal corresponding to the saniac phase difference Φs sent from the signal processing unit 110 at two or four time intervals. The result is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber loop 6.
第 2演算器 1 4 4は、 増幅器あるいは口一パスフィル夕として機 能する。 なお、 ゲイ ンあるいはフィルタ定数の設定は、 セロダイ ン 制御系のサーポループの設計にしたがい行う。  The second computing unit 144 functions as an amplifier or a single pass filter. The gain or filter constants are set according to the design of the serodyne control loop.
第 3演算器 1 4 6 は、 第 2演算器 1 4 4を介して送られてきた第 1演算器 1 4 2の出力信号を て あるいは て /2の時間間隔で積分する。 上述したように、 第 1演算器 1 4 2の出力信号は、 光フ ァイバルー プ 6への入力角速度に比例した信号である。 該入力角速度が一定な らば、 第 1演算器 1 4 2 の出力信号も一定となる。 この場合、 第 3 演算器 1 4 6 の出力結果は、 各階段の継続時間がて ある いは て /2で、 高さが一定の階段信号になる。 この階段信号は、 セロダイ ン信号と して、 変調制御部 1 7 0へ出力される。 The third computing unit 146 integrates the output signal of the first computing unit 142 sent through the second computing unit 144 at a time interval of 1/2. As described above, the output signal of the first computing unit 142 is a signal proportional to the input angular velocity to the optical fiber 6. If the input angular velocity is constant, the output signal of the first computing unit 142 also becomes constant. In this case, the third The output result of the arithmetic unit 146 is a staircase signal having a constant height with a duration of each staircase of / 2. This staircase signal is output to the modulation control section 170 as a serrodyne signal.
比較器 1 5 0 は、 第 3演算器 1 4 6から出力されたセロダイ ン信 号による変調位相差の累積結果が、 第一の閾値、 あるいは第一の閾 値より も 2 t低い第二の閾値に達したか否かを判断する。 そして、 第 一の閾値に達した場合は、 千渉光の位相差が- 2 πの位相シフ トとな るように第 3演算器 1 4 6 をリセッ トする。 また、 第二の閾値に達 した場合は、 千渉光の位相差が + 2 πの位相シフ トとなるように第 3 演算器 1 4 6 をリセッ トする。  The comparator 150 outputs the first threshold value or the second threshold value which is lower by 2 t than the first threshold value, when the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal output from the third computing unit 146 is obtained. It is determined whether the threshold has been reached. Then, when the first threshold value is reached, the third computing unit 146 is reset so that the phase difference of the light is a phase shift of −2π. When the second threshold value is reached, the third computing unit 146 is reset so that the phase difference of the light beam becomes a phase shift of + 2π.
こ こで、 比較器 1 5 0 の動作を図 1 0〜図 1 2 を用いて、 さ らに 詳しく説明する。 図 1 0 は、 第一の閾値を +2 π、 第二の閾値を- 2 π に設定した場合における、 比較器 1 5 0の動作フローを示している。 比較器 1 5 0 は、 まず、 第 3演算器 1 4 6で生成されたセロダイ ン信号による変調位相差の累積結果が 2 πに達したか否かを判断す る (ステップ 1 0 0 1 ) 。  Here, the operation of the comparator 150 will be described in more detail with reference to FIGS. 10 to 12. FIG. 10 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to −2π. First, the comparator 1500 determines whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serodyne signal generated by the third computing unit 144 has reached 2π (step 1001). .
2 πに達した場合は、 -2 πの位相シフ ト (負リセッ ト) を行う もの と判定する (ステップ 1 0 0 2 ) 。 その後、 第 3演算器 1 4 6 に対 して、 干渉光の位相差が- 2 πの位相シフ トとなるように指令を出す (ステップ 1 0 0 3 ) 。 これを受けて、 第 3演算器 1 4 6は、 干渉 光の位相差が、 -2 πの位相シフ ト となるようにセロダイ ン信号の出 力を調節する。  When the value reaches 2π, it is determined that a phase shift (negative reset) of -2π is performed (step 1002). Thereafter, a command is issued to the third computing unit 144 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2π (step 1003). In response to this, the third computing unit 146 adjusts the output of the serodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of -2π.
一方、 2 7Τに達していない場合は、 セロダイ ン信号による変調位相 差の累積結果が- 2 πに達したか否かを判断する(ステップ 1 0 0 4 ) ; On the other hand, if it has not reached 27Τ, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal has reached −2π (step 1004) ;
- 2 πに達した場合は、 + 2 πの位相シフ ト (正リセッ ト) を行う も のと判定する (ステップ 1 0 0 5 ) 。 その後、 第 3演算器 1 4 6 に 対して、 干渉光の位相差が +2 7Tの位相シフ ト となるよう に指令を出 す (ステップ 1 0 0 6 ) 。 これを受けて、 第 3演算器 1 4 6は、 干 渉光の位相差が + 2 πの位相シフ ト となるよう にセロダイ ン信号の出 力を調節する。 If -2π is reached, + 2π phase shift (positive reset) is performed. (Step 1 0 5). Thereafter, a command is issued to the third computing unit 146 so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 27T (step 106). In response to this, the third computing unit 146 adjusts the output of the cellodyne signal so that the phase difference of the interference light becomes a phase shift of + 2π.
一方、 -2 7Cに達していない場合は、 リセッ トの必要なしと判断す る (ステップ 1 0 0 7 ) 。 この場合、 第 3演算器 1 4 6 に対して位 相シフ トの指令を出力 しない。  On the other hand, if the temperature has not reached -27C, it is determined that reset is not necessary (step 107). In this case, no phase shift command is output to the third computing unit 144.
図 1 1 は、 第一の閾値を +2 π、 第二の閾値を 0に設定した場合に おける、 比較器 1 5 0 の動作フローを示している。 このフローにお いて、 図 1 0 に示すフローと異なる点は、 ステップ 1 0 0 4の代わ り にステップ 1 0 0 4 a を設け、 こ こで、 セロダイ ン信号による変 調位相差の累積結果が 0よ り小さ く なつたか否かを判断する。そして, 0よ り小さい場合はステップ 1 0 0 5へ移行し、 そうでない場合はス テツプ 1 0 0 7へ移行する。  FIG. 11 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 2π and the second threshold is set to 0. The difference between this flow and the flow shown in Fig. 10 is that step 1004a is provided instead of step 104, where the accumulation result of the modulation phase difference due to the serrodyne signal is obtained. Judge whether or not is less than 0. If the value is smaller than 0, the process proceeds to step 1 05, and if not, the process proceeds to step 1 0 7.
図 1 2 は、 第一の閾値を + 7t、 第二の閾値を - 7tに設定した場合に おける、 比較器 1 5 0 の動作フローを示している。 このフローにお いて、 図 1 0 に示すフローと異なる点は、 ステップ 1 0 0 1 、 1 0 0 4の代わり にステップ 1 0 0 1 a、 1 0 0 4 bを各々設けたこと である。  FIG. 12 shows an operation flow of the comparator 150 when the first threshold is set to + 7t and the second threshold is set to −7t. This flow differs from the flow shown in FIG. 10 in that steps 1001 a and 1004 b are provided instead of steps 1001 and 104.
ステップ 1 0 0 1 aでは、 セロダイ ン信号による変調位相差の累 積結果が + πに達したか否かを判断する。 +πに達した場合はステツ プ 1 0 0 2へ移行し、 そうでない場合はステップ 1 0 0 4 bへ移行 する。  In step 1001a, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal has reached + π. If the value has reached + π, the process proceeds to step 1002; otherwise, the process proceeds to step 104b.
ステップ 1 0 0 4 bでは、 セロダイ ン信号による変調位相差の累 積結果が - τに達したか否かを判断する。 - πに達した場合はステツ プ 1 0 0 5へ移行し、 そうでない場合はステップ 1 0 0 7へ移行す る。 In step 104b, the accumulation of the modulation phase difference by the serodin signal Determine whether the product result has reached -τ. -If it has reached π, go to step 1005; otherwise, go to step 1007.
図 1 3 に第 3演算器 1 4 6で生成されるセロダイ ン信号の波形を 示す。 こ こで、 図 1 3 ( a ) は図 1 0 に示すフローによ り第 3演算 器 1 4 6で生成されるセロダイ ン信号の波形を示しており、 図 1 3 ( b ) は図 1 1 に示すフローにより第 3演算器 1 4 6で生成される セロダイ ン信号の波形を示している。 また、 図 1 3 ( c ) は図 1 2 に示すフローにより第 3演算器 1 4 6で生成されるセロダイ ン信号 の波形を示している。  Figure 13 shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146. Here, FIG. 13 (a) shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG. 10, and FIG. 13 (b) shows the waveform of FIG. The waveform of the serodin signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG. Further, FIG. 13 (c) shows the waveform of the serrodyne signal generated by the third computing unit 146 according to the flow shown in FIG.
これらの波形から分かるように、 図 1 1 のフローによれば、 光フ アイバループ 6への入力角速度の極性によらず、 セロダイ ン信号を 単極性で生成することができる。 このため、 セロダイ ン信号生成の ための D/A変換器や ドライバを単電源で構成することが可能となる。  As can be seen from these waveforms, according to the flow of FIG. 11, a serodin signal can be generated with a single polarity regardless of the polarity of the input angular velocity to the optical fiber loop 6. This makes it possible to configure a D / A converter and driver for generating serodin signals with a single power supply.
通常、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0および基準信号発生器 3 0 0 は、 + 5 V等の単電源で動作するので、 D/A変換器 1 0が単電源で動作 可能であれば、 電源の共通化が可能となり、 装置の小型化、 低コス ト化が可能になる。  Normally, the digital signal processor 100 and the reference signal generator 300 operate on a single power supply such as +5 V, so if the D / A converter 10 can operate on a single power supply, This makes it possible to reduce the size and cost of the equipment.
なお、 図 1 1 のフ口一において、 ステップ 1 0 0 1 で、 セロダイ ン信号による変調位相差の累積結果が 0より大きくなつたか否かを 判断し、 ステップ 1 0 0 4 aで、 セロダイ ン信号による変調位相差 の累積結果が- 2 π以下になったか否かを判断するようにしても、 同 様の効果を奏する。  In the step of FIG. 11, in step 1001, it is determined whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the serodin signal has become larger than 0. The same effect can be obtained by judging whether or not the accumulation result of the modulation phase difference due to the signal has become −2π or less.
また、 図 1 2のフローによれば、 セロダイ ン信号のピーク一ピー ク値は、 図 1 2 に示すフローに比べ 1 / 2に低減される。 これによ り、 位相変調器 5 の終端抵抗での消費電力を 1/4に低減させることが可 能となる。 According to the flow of FIG. 12, the peak-to-peak value of the serodyne signal is reduced by half compared to the flow shown in FIG. This allows The power consumption at the terminating resistor of the phase modulator 5 can be reduced to 1/4.
第 4演算器 1 5 2 は、 後述する変調制御部 1 7 0で生成された変 調ゲイ ン制御のための基準信号 (上記の式 ( 4 ) で特定される変調 ゲイ ン誤差に応じた信号が 0 となるように、 すなわち、 変調ゲイ ン G が 1 となるように、 出力値が補正された基準信号) に基づいて、 比較 器 1 5 0で用いる第一、 第二の閾値を特定するための値や、 第 3演 算器 1 4 6でのリセッ トによる位相シフ ト量を特定するための値を 出力する。 たとえば、 基準信号が 2 πの位相シフ トを行うのに必要な 出力値を有する場合、 この基準信号の出力値から第一、 第二の閾値 を特定するための値やリセッ トによる位相シフ ト量を特定するため の値を算出して出力する。  The fourth computing unit 152 includes a reference signal (a signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) for the modulation gain control generated by the modulation control unit 170 described later. Is set to 0, that is, based on the reference signal whose output value is corrected so that the modulation gain G becomes 1), the first and second threshold values used in the comparator 150 are specified. And outputs a value for specifying the amount of phase shift due to the reset in the third calculator 146. For example, if the reference signal has an output value necessary to perform a phase shift of 2π, a value for specifying the first and second thresholds from the output value of this reference signal and a phase shift due to reset are used. Calculate and output the value to specify the quantity.
また、 第 4演算器 1 5 2は、 上記の基準信号による変調ゲイ ンの 制御に伴い必要となるジャイ ロ出力演算のためのスケールファクタ 修正値を、 ジャイロ出力演算部 2 4 0へ出力する。  In addition, the fourth computing unit 152 outputs, to the gyro output computing unit 240, a scale factor correction value required for gyro output computation required for controlling the modulation gain by the reference signal.
図 4に戻って説明を続ける。  Returning to FIG. 4, the explanation will be continued.
変調制御部 1 7 0 は、 0 の位相シフ トを行うのに必要な値を有す る第 1 の定出力信号を変調することで得られた周波数 1/て の矩形波 でなる第 1 の位相変調信号と、 δ の位相シフ トを行うのに必要な値 を有する第 2 の定出力信号を変調することで得られた、 パルス幅 て / 2のパルスが時間間隔 2 て毎に正負交互に現れる第 2の位相変調信号 と、 ァの位相シフ 卜を行うのに必要な値を有する第 3 の定出力信号 とを合成し、 これを周波数 1/2 て で変調することで、 干渉光の位相差 力 、 ( γ { θ ^ δ )→ ( τ - θ )→ (- Ύ - θ - δ )→ (- γ ί θ )→ ( Ύ ^ Θ - δ )→ (ァ - (-ァ - θ + <5 )→ (- の順番でなる一連のステップ (周 期 4 て 、 各ステップの継続時間 て / 2 ) を繰り返しとるように位相変調 を行わせるバイアス変調信号を生成する。 The modulation control section 170 performs the first constant output signal having a value necessary to perform the phase shift of 0 by modulating the first constant output signal. A pulse with a pulse width of / 2 obtained by modulating a phase modulation signal and a second constant output signal having a value required to perform a phase shift of δ alternates between positive and negative at every time interval of 2. The second phase-modulated signal appearing in the signal and the third constant output signal having a value necessary for performing the phase shift of the signal are synthesized, and this is modulated at half the frequency to obtain the interference light. Phase difference force, (γ (θ ^ δ)) → (τ-θ) → (-Ύ-θ-δ) → (-γίθ) → (Ύ ^ Θ-δ) → (α-(-α- θ + <5) → (- In step 4, a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat the duration of each step / 2) is generated.
そして、 上記のようにして生成したバイアス変調信号と、 セロダ イ ン制御部 1 4 0で生成したセロダイ ン信号とを合成して、 各種位 相変調の合成信号を生成する。  Then, the bias modulation signal generated as described above and the serodin signal generated by the serrodyne control unit 140 are combined to generate a combined signal of various phase modulations.
図 1 4は、 図 4に示す変調制御部 1 7 0 の概略構成図である。 基準値記憶部 1 9 6 には、 Θ 、 ァおよび <5 の位相シフ トを各々行 わせるために必要な出力値を生成するための基準値 (たとえば、 2 π の位相シフ トを行わせるために必要な出力値) が記憶されており、 この値を基準信号として出力する。  FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170 shown in FIG. The reference value storage unit 196 stores a reference value (for example, 2π phase shift) for generating an output value required for performing phase shifts of ァ, α, and <5. Output value necessary for this) is stored, and this value is output as a reference signal.
第 1演算器 1 7 2 は、 信号処理部 1 1 0から送られてきた変調制 御系の偏差信号 (上記の式 ( 4 ) で特定される変調ゲイ ン誤差に応 じた信号) を積分する積分器である。  The first computing unit 172 integrates the deviation signal of the modulation control system (the signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) sent from the signal processing unit 110. Integrator.
第 2演算器 1 7 4は、 増幅器あるいはローパスフィ ル夕である。 変調制御系のサ一ポループの設計に合わせてゲイ ンあるいはフィル 夕定数を設計する。  The second computing unit 174 is an amplifier or a low-pass filter. Design the gain or fill constant according to the design of the modulation loop control system.
第 3演算器 1 9 0 は、 第 2演算器 1 7 4から出力された変調制御 系の偏差信号にしたがい、 基準値記憶部 1 9 6から出力された基準 信号を調節する。 たとえば、 変調制御系の偏差信号が正の値を有す る場合は基準信号の出力値 (たとえば、 2 πの位相シフ トを行うのに 必要な値) が小さくなるよう に調節し、 変調制御系の偏差信号が負 の値を有する場合は、 基準信号の出力値が大きくなるよう に調節す る。  The third computing unit 190 adjusts the reference signal outputted from the reference value storage unit 196 according to the deviation signal of the modulation control system outputted from the second computing unit 174. For example, if the deviation signal of the modulation control system has a positive value, the output value of the reference signal (for example, the value required to perform a 2π phase shift) is adjusted to be small, and modulation control is performed. If the deviation signal of the system has a negative value, adjust so that the output value of the reference signal increases.
このようにすることで、 変調制御系の動作 (サーボル一プ) によ り、 変調制御系の偏差信号が 0 となるように、 すなわち、 変調ゲイ ン Gが 1 となるように、 出力値が補正された基準信号を生成する。 この 第 3演算器 1 9 0 には、 たとえば加算器などが用いられる。 By doing so, the deviation signal of the modulation control system becomes zero by the operation of the modulation control system (servo loop), that is, the modulation gain Generate a reference signal whose output value is corrected so that G becomes 1. As the third computing unit 190, for example, an adder is used.
振幅 0発生器 2 0 2 は、 第 3演算器 1 9 0 にて出力値が補正され た基準信号を基に、 光強度演算部 2 1 0から送られてきた位相変調 の振幅値 0 の位相シフ トを行うのに必要な値を有する定出力信号を 生成する。 たとえば、 基準信号が 2 πの位相シフ トを行うのに必要な 出力値を有する場合、 この基準信号の出力値から光強度演算部 2 1 0で決定された Θ の位相シフ トを行うのに必要な値を算出して出力 する。  Based on the reference signal whose output value has been corrected by the third computing unit 190, the amplitude 0 generator 202 has the phase of the phase modulation amplitude value 0 sent from the light intensity computing unit 210. Generates a constant output signal with the value needed to perform the shift. For example, if the reference signal has an output value necessary to perform a phase shift of 2π, it is necessary to perform the phase shift of Θ determined by the light intensity calculator 210 from the output value of this reference signal. Calculate and output necessary values.
振幅 δ発生器 1 8 0 は、 第 3演算器 1 9 0 にて出力値が補正され た基準信号を基に、 <5 の位相シフ トを行わせるために必要な値を有 する定出力信号を生成する。 たとえば、 基準信号が 2 πの位相シフ ト を行うのに必要な出力値を有する場合、 この基準信号の出力値から δ の位相シフ トを行うのに必要な値を算出して出力する。  The amplitude δ generator 180 is a constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of <5 based on the reference signal whose output value has been corrected by the third computing unit 190. Generate For example, if the reference signal has an output value required to perform a 2π phase shift, the value required to perform a δ phase shift is calculated from the output value of the reference signal and output.
振幅ア発生器 2 0 8 は、 第 3演算器 1 9 0 にて出力値が補正され た基準信号を基に、 ァの位相シフ トを行わせるために必要な値を有 する定出力信号を生成する。 たとえば、 基準信号が 2 πの位相シフ ト を行うのに必要な出力値を有する場合、 この基準信号の出力値から ァの位相シフ トを行うのに必要な値を算出して出力する。  The amplitude generator 208 generates a constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of the key based on the reference signal whose output value has been corrected by the third arithmetic unit 190. Generate. For example, if the reference signal has an output value necessary for performing a 2π phase shift, a value necessary for performing a phase shift of the key is calculated from the output value of the reference signal and output.
位相変調発生器 2 0 4は、 基準信号発生器 3 0 0で生成された基 準信号 Β (周波数 1 /て 、 たとえば ± 1 の 2値をとるパルス信号) にし たがい、 振幅 0発生器 2 0 2で生成された定出力信号を変調し、 こ れによ り、 周波数 1 /て の矩形波でなる第 1 の位相変調信号を生成す る。 この位相変調発生器 2 0 4は、 たとえば乗算器で構成される。  The phase modulation generator 204 generates an amplitude 0 generator 204 according to the reference signal generated by the reference signal generator 300 (pulse signal having a binary value of 1 / frequency, for example, ± 1). The constant output signal generated in step 2 is modulated, thereby generating a first phase modulation signal having a rectangular wave having a frequency of 1 /. This phase modulation generator 204 is constituted by, for example, a multiplier.
<3変調発生器 1 8 2 は、 基準信号発生器 3 0 0で生成された上記 の基準信号 B を基に、 各ステップの継続時間が て /2で 1→ 0— 0→ 0 と いう一連のステップを繰り返すパルス信号を生成し、 これを、 基準 信号発生器 3 0 0で生成された基準信号 C (周波数 1/4 τで、 たとえ ば ± 1 の 2値をとるパルス信号) で変調する。 これによ り 、 各ステツ プの継続時間が て /2で 1→0→0→0→- 1→0→0→0 という一連ステッ プを繰り返すパルス信号を生成する。 <3 Modulation generator 18 2 is the same as that generated by reference signal generator 300 Based on the reference signal B, a pulse signal that repeats a series of steps, 1 → 0—0 → 0, with a duration of each step of / 2, is generated by the reference signal generator 300. Modulated with the reference signal C (frequency 1/4 τ, for example, a binary pulse signal of ± 1). As a result, a pulse signal that repeats a series of steps 1 → 0 → 0 → 0 → −1 → 0 → 0 → 0 with a duration of / 2 for each step is generated.
次に、 (5 変調発生器 1 8 2 は、 この生成したパルス信号にしたが い、 振幅 δ 発生器 1 8 0 で生成された定出力信号を変調し、 これに よ り 、 パルス幅 て /2のパルスが時間間隔 2 て毎に正負交互に現れる 第 2 の位相変調信号を生成する。  Next, (5 the modulation generator 182 modulates the constant output signal generated by the amplitude δ generator 180 according to the generated pulse signal, and thereby, the pulse width / A second phase modulation signal is generated in which two pulses alternate in the positive and negative directions at every two time intervals.
加算器 2 0 6 は、 位相変調発生器 2 0 4で生成された第 1 の位相 変調信号と、 δ変調発生器 1 8 2で生成された第 2 の位相変調信号 と、 振幅ァ発生器 2 0 8 で生成された定出力信号とを、 同期させて 加算する。  The adder 206 includes a first phase modulation signal generated by the phase modulation generator 204, a second phase modulation signal generated by the δ modulation generator 18 2, and an amplitude generator 2 0 Adds the constant output signal generated in step 8 in synchronization.
変調発生器 2 0 0 は、 基準信号発生器 3 0 0 で生成された基準信 号 Α (位相変調の動作点切換周波数 1 /2 て で 、 たとえば ± 1 の 2値を とるパルス信号) によ り 、 加算器 2 0 6 の出力信号を変調する。 こ れによ り 、 干渉光の位相差が、 (ァ + (-ァ <5 ) Modulation generator 200 uses the reference signal で (pulse signal that takes two values of ± 1 at the operating point switching frequency 1/2 of the phase modulation) generated by reference signal generator 300. Then, the output signal of the adder 206 is modulated. As a result, the phase difference of the interference light becomes (α + (− α <5)
→ (-ァ + 6 )→ (ァ + 0 - (5 )→ (ァ - — (- τ - θ + δ )→ (-ァ + 0 )の順番 でなる一連のステップ (周期 4 て 、 各ステップの継続時間 て /2) を繰 り返しとるよう に位相変調を行わせるバイ アス変調信号を生成する。 加算器 1 7 6 は、 変調発生器 2 0 0で生成されたバイ アス変調信 号とセロダイ ン制御部 1 4 0 で生成されたセロダイ ン信号とを加算 して、 各種位相変調の合成信号を生成する。 → (-a + 6) → (a + 0-(5) → (a--(-τ-θ + δ) → (-a + 0)) a series of steps (period 4 The adder 176 generates a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeatedly take the duration of / 2) of the bias modulation signal generated by the modulation generator 200. By adding the serodin signal generated by the serodin control unit 140 to generate a composite signal of various phase modulations.
図 1 5 に、 変調制御部 1 7 0 の各部での出力信号波形を示す。 図 1 5 ( a ) は位相変調発生器 2 0 4の出力信号 (第 1 の位相変 調信号) 波形を、 図 1 5 ( b ) は(5変調発生器 1 8 2 の出力信号 (第 2 の位相変調信号) 波形を、 図 1 5 ( c ) は加算器 2 0 6 の出力信 号波形を、 そして、 図 1 5 ( d ) は、 変調発生器 2 0 0 の出力信号 (バイアス変調信号) 波形を示している。 FIG. 15 shows the output signal waveforms at each section of the modulation control section 170. Fig. 15 (a) shows the waveform of the output signal (first phase modulation signal) of the phase modulation generator 204, and Fig. 15 (b) shows the waveform of the output signal of the 5 modulation generator 182 (second signal). Figure 15 (c) shows the output signal waveform of the adder 206, and Figure 15 (d) shows the output signal of the modulation generator 200 (bias modulation signal). Shows the waveform.
図 1 5 ( a ) に示す第 1 の位相変調信号は、 時間 τ に対して対称 波形となっており、 τ時間ずれたもの同士の差がゼロである。 光フ アイバループ 6 を互いに反対方向に伝搬する 2つの光の位相差は、 て時間ずれたもの同士の間で発生するため、 図 1 5 ( a ) に示した 第 1 の位相変調信号では、 干渉光において、 位相差を発生させるこ とができない。 すなわち、 位相変調がかからない。  The first phase-modulated signal shown in FIG. 15 (a) has a symmetric waveform with respect to time τ, and the difference between signals shifted by τ is zero. Since the phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions occurs between the two lights that are shifted in time, the first phase modulation signal shown in Fig. 15 (a) No phase difference can be generated in light. That is, no phase modulation is applied.
図 1 5 ( d ) に示すバイアス変調信号は、 図 1 5 ( a ) に示す第 1 の位相変調信号と図 1 5 ( b ) に示す第 2の位相変調信号と振幅 ァ発生器 2 0 8で生成された定出力信号とを同期させて加算した信 号 (図 1 5 ( c ) に示す信号) を、 周波数 1/2 て で変調したものであ る。 周波数 1 /2 て で変調する こ と によ り 、 バイ アス変調信号は、 時間 て毎に極性が交互に変わり、 τ時間ずれたもの同士の間で生じる干 渉光の位相差を発生させる。 この周期 4 て、 各ステップの継続時間て /2のバイアス変調信号により、 干渉光の位相差が、 (ァ + 0 + δ )→ (ァ - θ )→ (- Ύ - θ - δ )→ (-τ ^ θ )→ (τ ^ θ - δ )→ ( Ύ - θ )→ (- Ύ ~ θ ^ δ )→ (-ァ + Θ )の順番でなる一連のステップ (周期 4 て 、 各ステップ の継続時間 て /2) を繰り返しとるように位相変調を行わせることが できる。  The bias modulation signal shown in Fig. 15 (d) is composed of the first phase modulation signal shown in Fig. 15 (a), the second phase modulation signal shown in Fig. 15 (b), and the amplitude generator 208. This signal is a signal obtained by synchronizing and adding the constant output signal generated in (1) (the signal shown in Fig. 15 (c)) at half the frequency. By modulating at a frequency of 1/2, the polarity of the bias-modulated signal alternates every time and generates a phase difference of interference light generated between the signals shifted by τ time. In this cycle 4, the phase difference of the interference light is changed by (a + 0 + δ) → (a-θ) → (-Ύ-θ-δ) → ( -τ ^ θ) → (τ ^ θ-δ) → (Ύ-θ) → (-Ύ ~ θ ^ δ) → (-α + Θ) The phase modulation can be performed so that the duration / 2) is repeated.
なお、 光フ ァイバループ 6 を互いに反対方向に伝搬する 2つの光 の位相差は、 て時間ずれたもの同士の間で発生するので、 上記第 1 の位相変調信号と して、 位相変調器 5 に対し、 S / 2 の位相シフ トを 行わせるよう設定する こ とによ り 、 干渉光の位相差において、 振幅 0 の位相シフ トを発生させる こ とができる。 Note that the phase difference between two lights propagating in the optical fiber loop 6 in opposite directions occurs between the two lights that are shifted in time. By setting the phase modulator 5 to perform the phase shift of S / 2 as the phase modulation signal of the phase shifter, the phase shift of the amplitude 0 is generated in the phase difference of the interference light. be able to.
また、 上記第 2 の位相変調信号として、 位相変調器 5 に対して、 各ステップの継続時間 r / 2で、 (+ δ )— 0→0→0→ (- δ )→0— 0→0で なる一連の位相シフ トを繰り返しとるよう に位相変調を行わせるも のを用いる こ とで、 干渉光の位相差において、 各ステップの継続時 間 て / 2で、 (+ δ )→0→ (― δ )→ 0→ (- <5 )→ 0→ ( + δ )→ 0でなる一連の 位相シフ トを繰り返し発生させる ことができる。  Further, as the second phase modulation signal, (+ δ) —0 → 0 → 0 → (−δ) → 0—0 → 0 with respect to the phase modulator 5 with the duration r / 2 of each step. By using a phase modulator that repeats a series of phase shifts of the following equation, the phase difference of the interference light is (+ δ) → 0 → A series of phase shifts of (−δ) → 0 → (− <5) → 0 → (+ δ) → 0 can be repeatedly generated.
さ らに、 上記ァ の位相シフ ト を行うのに必要な定出力信号と して、 位相変調器 5 に対し、 ァ / 2 の位相シフ トを行わせるよう設定するこ とによ り 、 干渉光の位相差において、 振幅ァ の位相シフ ト を発生さ せる こ とができる。  Further, by setting the phase modulator 5 to perform the phase shift of a / 2 as a constant output signal necessary for performing the phase shift of the above a, The phase shift of the amplitude can be generated in the phase difference of the light.
図 4 に戻って説明を続ける。  Return to Fig. 4 to continue the explanation.
光強度演算部 2 1 0 は、 信号処理部 1 1 0 の第 4演算器 1 3 6で 求めた干渉光の光強度のピーク値 Ρ 。に比例した信号 Y a v t,と、 変調制 御部 1 7 0 から出力された 0 、 δ およびァ の位相シフ ト を行うのに 必要な値を各々有する定出力信号とに基づいて、 干渉光の光強度の ピーク値 Ρ 。を求める。 そして、 予め用意された、 干渉光の光強度の ピーク値と ランダムウォーク値を最小とする最適位相変調振幅との 対応関係を示すテーブルを参照して、 求めたピーク値 Ρ 。に応じた位 相変調の振幅値 0 を決定する。 The light intensity calculator 210 is a peak value 光 of the light intensity of the interference light obtained by the fourth calculator 136 of the signal processor 110. Of the interference light based on the signal Y avt , which is proportional to, and the constant output signals output from the modulation control unit 170 and having the values required to perform the phase shifts of 0, δ, and α. Peak light intensity Ρ. Ask for. Then, the peak value Ρ obtained by referring to a table prepared in advance showing the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value. Determine the amplitude value 0 of phase modulation according to.
また、 光強度演算部 2 1 0 は、 求めたピーク値 Ρ 。を基に、 セロダ イ ン制御系のループゲイ ンを一定にするための AG C信号を生成する。 この AG C信号は、上述した信号処理部 1 1 0 の乗算器 1 3 4へ出力さ れる。 The light intensity calculator 210 calculates the obtained peak value Ρ. Based on this, an AGC signal is generated to keep the loop gain of the cellodyne control system constant. This AGC signal is output to the multiplier 13 4 of the signal processing unit 110 described above. It is.
さ らに、 光強度演算部 2 1 0 は、 予め用意された、 干渉光の光強 度のピーク値と光ファイバジャイ ロの入出力のスケールファクタ誤 差を補正するためのスケールファクタ補正係数との対応関係を示す テーブルを参照して、 求めたピーク値 P。に応じたスケールファクタ 補正係数を決定する。  In addition, the light intensity calculator 210 calculates the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro prepared in advance. Peak value P obtained by referring to the table showing the correspondence between Determine the scale factor correction coefficient according to.
図 1 6 は、 図 4に示す光強度演算部 2 1 0の概略構成図である。 第 1演算器 2 1 2 は、 信号処理部 1 1 0 の第 4演算器 1 3 6 で求 めた干渉光の光強度のピーク値 P。に比例した信号 Ya„と、 変調制御 部 1 7 0 から出力された θ 、 δおよびァ の位相シフ トを行うのに必 要な値を各々有する定出力信号とに基づいて、 千涉光の光強度のピ —ク値 Ρ。を求めるための演算処理を行う。 FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the light intensity calculation unit 210 shown in FIG. The first computing unit 2 1 2 is the peak value P of the light intensity of the interference light obtained by the fourth computing unit 1 36 of the signal processing unit 110. Based on the signal Y aし た proportional to „and the constant output signals output from the modulation control unit 170 and having the values required to perform the phase shifts of θ, δ, and ァ. Calculates the peak value of the light intensity.
この演算処理は、 次式により行われる。  This calculation process is performed by the following equation.
Ρ 0 =Yave/(-sin δ · sin (ァ + 0 )) (6) ただ、し、 γ = π Ρ 0 = Y ave / (-sin δ · sin (α + 0)) (6) However, γ = π
この演算処理は、 高速に処理する必要がない。 msec前後の間隔で 処理すればよい。 したがって、 信号処理部 1 1 0 の第 4演算器 1 3 6で求めた信号 Yaveを平均化し、 この平均化された値を用いて、 上記 の式 ( 6 ) により干渉光の光強度のピーク値 P。を求めるようにして もよい。 This arithmetic processing does not need to be performed at high speed. Processing may be performed at intervals of about msec. Therefore, the signal Y ave obtained by the fourth computing unit 1336 of the signal processing unit 110 is averaged, and the peak value of the light intensity of the interference light is calculated by the above equation (6) using the averaged value. Value P. You may ask for
第 2演算器 2 1 4は、 図示していないが、 干渉光の光強度のピ一 ク値とランダムウォーク値を最小とする最適位相変調振幅との対応 関係を示すテーブルを記憶している。 そして、 第 1演算器 2 1 2で 算出された千渉光の光強度のピーク値 P。に応じた最適位相変調振幅 を前記テーブルから検索し、 これを位相変調の振幅値 0 として変調 制御部 1 7 0 の振幅 0発生器 2 0 2へ出力する。 Although not shown, the second computing unit 2 14 stores a table indicating the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value. Then, the peak value P of the light intensity of the light beam calculated by the first computing unit 2 12. The optimum phase modulation amplitude according to the above is searched from the table, and this is set as the phase modulation amplitude value 0, and Outputs to the amplitude 0 generator 202 of the controller 170.
レジス夕 2 1 6 は、 干渉計 5 0 0の組み立て時に第 1演算器 2 1 2 にて最初に算出された干渉光の光強度のピーク値を、 初期値とし て記憶する。  The resister 216 stores, as an initial value, the peak value of the light intensity of the interference light first calculated by the first computing unit 212 when the interferometer 500 is assembled.
第 3演算器 2 1 8 は、 第 1演算器 2 1 2で求めた干渉光の光強度 のピーク値 P。とレジス夕 2 1 6 に記憶された初期値との差分を求め る。  The third computing unit 218 is a peak value P of the light intensity of the interference light obtained by the first computing unit 221. And the initial value stored in Regis 2 16 are calculated.
第 4演算器 2 2 0 は、 第 3演算器 2 1 8 の結果を積分する。 この 積分結果を、 AGC信号として、 信号処理部 1 1 0の乗算器 1 3 4へ出 力する。  The fourth computing unit 220 integrates the result of the third computing unit 218. The result of the integration is output as an AGC signal to the multiplier 1334 of the signal processing unit 110.
第 5演算器 2 2 2 は、 図示していないが、 干渉光の光強度のピ一 ク値と光ファイバジャイ ロの入出力のスケールファクタ誤差を補正 するためのスケールファクタ補正係数との対応関係を示すテ一ブル を記憶している。 そして、 第 1演算器 2 1 2で算出された干渉光の 光強度のピーク値 P。に応じたスケールファクタ補正係数を前記テ一 ブルから検索して、 ジャイ ロ出力演算部 2 4 0へ出力する。  Although not shown, the fifth computing unit 222 has a correspondence relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro. Is stored. Then, the peak value P of the light intensity of the interference light calculated by the first computing unit 2 12. The scale factor correction coefficient corresponding to the above is retrieved from the table and output to the gyro output operation unit 240.
ここで、 干渉光の光強度のピーク値とランダムウォーク値を最小 にする最適位相変調振幅との関係について説明する。 なお、 干渉光 の光強度のピーク値と光ファイバジャイ ロの入出力のスケールファ クタ誤差を補正するためのスケールファクタ補正係数との関係につ いては後述する。  Here, the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value will be described. The relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the input / output scale factor error of the optical fiber gyro will be described later.
光ファイバジャイ ロにより検出される干渉光の光強度に応じた信 号には、 以下に説明するような、 数種類のランダムノイズが重畳し ている。  A signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the optical fiber gyro is superimposed with several types of random noise as described below.
I . 光源 1 の相対強度雑音 最初に、 光源 1 の相対強度雑音 (RIN: Relat ive Intensi ty Noise) が干渉計 5 0 0 の出力光に重畳する。 RINは以下のように定義される。 I. Relative intensity noise of light source 1 First, the relative intensity noise (RIN) of the light source 1 is superimposed on the output light of the interferometer 500. RIN is defined as follows:
RIN[dB/Hz]≡ 10 · log( δ P /Pa /Β) (7) Ν ' RI [l/(Hz 1 /2 )]≡ δ P/Pa/B 1 /2 (8) ここで、 δ Ρ 2は光強度のゆらぎの 2乗平均値であり、 Paは平均光 強度であり、 Bは実数領域のみで定義された等価帯域幅である。 RIN [dB / Hz] ≡ 10 · log (δ P / Pa / Β) (7) Ν ' RI [l / (Hz 1/2 )] ≡ δ P / Pa / B 1/2 (8) [delta] [rho 2 is the mean square value of the fluctuations of the light intensity, Pa is the average light intensity, B is defined equivalent bandwidth only in real space.
任意の位相変調振幅 Ψ [r ad]が印加されている場合の平均強度は、 次式で表される。  The average intensity when an arbitrary phase modulation amplitude Ψ [rad] is applied is expressed by the following equation.
P a = (P。 / 2 ) · (1+cos Ψ) (9) これにより、 干渉計 5 0 0 の出力光に含まれるランダムノイズ量 は、 P a = (P. / 2) · (1 + cos Ψ) (9) Thus, the amount of random noise included in the output light of the interferometer 500 is
N ' RI · P a [Wrms/(Hz 172 )] N ' RI · P a [Wrms / (Hz 172 )]
=N ' RIK · (P o It) · (1+cos Ψ) (10) となる。 = N ' RIK · (P o It) · (1 + cos Ψ) (10)
Π . 受光器 7 でのショ ッ トノイズ  Π. Shot noise at Receiver 7
次に、 RINが重畳した干渉計 5 0 0 の出力光は、 受光器 7 にて電流 信号に変換されるが、 このとき、 変換された信号の出力値に相関し たショ ッ トノイズが重畳される。 このショ ッ トノイズは次式のよう に定義される。  Next, the output light of the interferometer 500 with the RIN superimposed thereon is converted into a current signal by the photodetector 7, and at this time, the shot noise correlated with the output value of the converted signal is superimposed. You. This shot noise is defined as follows.
N ' S [Arms/(Hz 1 /2 )]三 (2 · e · i) 1 /2 N 'S [Arms / (Hz 1/2 )] 3 (2 · e · i) 1/2
= (e · P。 · S · (1+cos Ψ ) ) 1 72 (11) ここで、 eは電子の電荷量 ( = 1.6X 10-|9[c]) であり、 i は光を変換 することで発生した平均電流値 [A]であり、 Sは受光器 7 の感度 [A/W] である。 また、 N ' „は、 実数領域のみにおいて定義されたノイズの 実効値である。 m . 電流/電圧変換器 8 でのノイズ = (e · P. · S · (1 + cos Ψ)) 1 72 (11) where e is the charge of the electron (= 1.6X 10- | 9 [c]) and i is the light Is the average current value [A] generated by the operation, and S is the sensitivity [A / W] of the photodetector 7. N ′ N is the effective value of noise defined only in the real number domain. m. Noise at the current / voltage converter 8
次に、 ショ ッ トノイズが重畳した電流信号は、 電流ノ電圧変換器 Next, the current signal on which the shot noise is superimposed is
8 において電圧信号に変換される。 この際、 使用した抵抗のサ一マ ルノイズやその他の電流 · 電圧ノイズが重畳する。 サーマルノイズ および電流 · 電圧ノイズは、 次式で表される。 At 8 it is converted to a voltage signal. At this time, the total noise of the used resistors and other current and voltage noises are superimposed. Thermal noise and current / voltage noise are expressed by the following equations.
N ' " [Vrmsパ Hz 1 / 2 )]≡ (4 · k · R · T) 1 / 2 (12) N ' VN[Vrms/(Hz 1 , 2 ) ]≡ (V、.2 + ( · R) 2 ) 1 , 2 (13) ここで、 kはボルツマン定数 ( = 1.38X 10 []/" K] ) であり、 Rは 電流 Z電圧変換器 8 の抵抗値 [Ω ]であり、 Tは絶対温度 [° K]を表し、 N ' は実数領域のみにおいて定義されたノイズの実効値である。 ま た、 は演算増幅器の電圧ノイズ、 は電流ノイズである。 N ' v、は 実数領域のみにおいて定義されたノイズの実効値である。 N '"[Vrms Pas Hz 1/2)] ≡ ( 4 · k · R · T) 1/2 (12) N' VN [Vrms / (Hz 1, 2)] ≡ (V ,. 2 + (· R) 2 ) 1 , 2 (13) where k is the Boltzmann constant (= 1.38X10 [] / "K]), R is the resistance [Ω] of the current-Z voltage converter 8, and T Represents the absolute temperature [° K], and N 'is the effective value of noise defined only in the real number domain. Is the voltage noise of the operational amplifier, and is the current noise. N 'v, is the effective value of the noise that is defined only in the real domain.
以上説明した I 〜! Πのランダムノイズが重畳した電圧信号は、 A/D 変換器 2 6 にてサンプリ ングされ、 その後、 ディ ジタル信号処理器 1 0 0 において、 セロダイ ン制御や回転角速度 (回転角度) 演算等 に供される。 電圧信号におけるランダムノイズ量は、 上記の ( 1 0 ) 〜 ( 1 3 ) 式より、  I explained above! The voltage signal on which the random noise of Π is superimposed is sampled by the A / D converter 26, and then subjected to serodin control, rotation angular velocity (rotation angle) calculation, and the like in the digital signal processor 100. Is done. From the above equations (10) to (13), the amount of random noise in the voltage signal is
Vnojse [Vrins/(Hz 1 72 )] V nojse [Vrins / (Hz 1 72 )]
= ((N ' RIN - (P o /2) · S - R(Hcos Ψ)) 2 +R 2 · e = ((N 'RIN - ( P o / 2) · S - R (Hcos Ψ)) 2 + R 2 · e
• P。 · S · (1+cos Ψ) +Ν ' TN 2 +N ' VN 2 ) 1 / 2 (14) で表される。 この式から、 任意の位相変調振幅 Ψに対するランダム ウォーク値の理論式を導く ことができる。 • P. · S · (1 + cos Ψ) + Ν ' TN 2 + N' VN 2 ) 1/2 (14) From this equation, a theoretical equation for the random walk value for any phase modulation amplitude Ψ can be derived.
光ファイバループ 6 に角速度 Ω [rad/s]が入力され、 これによ りサ ニヤ ック位相差 φ s [rad]が発生した場合を想定する。 上述したよう に、 本実施形態では、 この位相差 Φ s に応じた干渉光の光強度を、 光 フ ァイバループ 6 を互いに反対方向に伝搬する 2 つの光に振幅 Ψ [r ad]で位相変調することで検出している。 It is assumed that the angular velocity Ω [rad / s] is input to the optical fiber loop 6, and that a saniac phase difference φ s [rad] is generated. As described above, in the present embodiment, the light intensity of the interference light according to the phase difference Φ s is Detection is performed by phase-modulating two lights propagating in the fiber loop 6 in opposite directions with amplitude 光 [rad].
いま、 上述したランダムノイズを考慮しなければ、 サニヤック位 相差 Φ sが発生している振幅 Ψで位相変調された干渉光の光強度 P ( + Ψ)、 Ρ (- Ψ )は、 次式で表される。  Now, if the above-mentioned random noise is not taken into account, the light intensity P (+ Ψ) and Ρ (-の) of the interference light phase-modulated with the amplitude サ at which the Sagnac phase difference Φ s is expressed.
Ρ ( + Ψ ) = (Ρ 。/2) · (l+cos ((i) s + Ψ)) (15) Ρ (— Ψ ) = (Ρ 。/2) · (l+cos ((i) s— Ψ)) (16) したがって、 同期検波による復調信号 V。ulは、 Ρ (+ Ψ) = (Ρ ./2) · (l + cos ((i) s + Ψ)) (15) Ρ (—)) = (Ρ ./2) · (l + cos ((i) s—Ψ)) (16) Therefore, demodulated signal V by synchronous detection. ul is
νου1= (Ρ ( + Ψ )-Ρ (-Ψ )) · S · R · 1/2 ν ου1 = (Ρ (+ Ψ) -Ρ (-Ψ))
= (Ρ 0 /2) · (cos ( φ s + Ψ ) -cos ( s-Ψ ) ) · S - R - 1/2 =一(P 0 /2) · S · R · sin ( s) · s in ( ) (17) ここで、 この式 ( 1 7 ) に上記の式 ( 1 ) を代入すると、 = (Ρ 0/2) · (cos (φ s + Ψ) -cos (s-Ψ)) · S - R - 1/2 = one (P 0/2) · S · R · sin (s) · s in () (17) Here, by substituting the above equation (1) into this equation (17),
V。u -(P 0 /2) ' S · R V. u- (P 0/2 ) 'S · R
- sin{2 π · D · L · Ω /(λ · c) } · 8 ίη(Ψ) (18) この式から入力角速度 Ωを算出すると、  -sin {2 π · D · L · Ω / (λ · c)} · 8 ίη (Ψ) (18)
Ω = (λ · c/(2 π · D · D)  Ω = (λc / (2πDD)
• s in-' [V0Ul/{ (-P 。/2) · S · R · sin (Y ) }] (19) となる。 • s in- '[V 0Ul / {(-P ./2) · S · R · sin (Y)}] (19).
ジャイ ロのランダムウォーク値 RWKは、複素領域で定義された等価 帯域幅 ± 2Bで定義されることが一般的であるため、 1/(21/2)をかけて、 実数領域定義から複素領域定義に変換すると、 上記の式( 1 4 ) 、 ( 1 9 ) より、 以下のように表される。 Since the gyro random walk value RWK is generally defined by the equivalent bandwidth ± 2B defined in the complex domain, multiply by 1 / (2 1/2 ) to convert the real domain into the complex domain. When converted to the definition, the above equations (14) and (19) are expressed as follows.
RWK[rad/(s1/2)] RWK [rad / (s 1/2 )]
= λ · cバ 2 π · D · L)  = λ c c 2 π D L
• s in— ' [Vnisc/{ (-P 0 /2) · S · R · δ ίη (Ψ ) }] · {1/(21/2) } = λ - c/(2 π · D · L · 21/2) • s in— '[V n . isc / {(-P 0/2 ) · S · R · δ ίη (Ψ)}] · {1 / (2 1/2)} = Λ - c / (2 π · D · L · 2 1/2)
• sin"1 [{N ' R1N · (P 0/2) · S · R • sin "1 [{N ' R1N · (P 0/2) · S · R
• (l+cos^))} 2 +R 2 · e · P o · • (l + cos ^))} 2 + R 2 · e · P o ·
• (1+cos (Ψ))+Ν + N vx  • (1 + cos (Ψ)) + Ν + N vx
/{(- P。/2) · S · R · sin( )} (20) RWK[° /( 1/2)] /{(-P./2) · S · R · sin ()} (20) RWK [° / ( 1/2 )]
= λ - c/(2 π · D · L · Vn) = λ-c / (2 πD L L V n )
• sin一1 [{N ' RI · (P。/2) · S · R (Hcos (Ψ)) } 2 +R • sin-1 1 [{N ' RI · (P./2) · S · R (Hcos (Ψ))} 2 + R
S · (1 + cos (Ψ)) + N + N j S · (1 + cos (Ψ)) + N + N j
•P。/2) · S · R · sin(^)} • P. / 2) · S · R · sin (^)}
• (3600) 1/2 · 180/π (21) 上記の式 ( 2 0 ) 、 ( 2 1 ) から分かるように、 ランダムウォー ク値は、 干渉光の光強度のピ一ク値 P。と位相変調振幅とをパラメ一 夕とする関数であり、 干渉光の光強度のピーク値 P。が変われば、 ラ ンダムウォーク値を最小とする位相変調振幅も変わる。 • (3600) 1/2 · 180 / π (21) As can be seen from the above equations (20) and (21), the random walk value is the peak value P of the light intensity of the interference light. And the phase modulation amplitude as a parameter. The peak value P of the light intensity of the interference light. If the value changes, the phase modulation amplitude that minimizes the random walk value also changes.
図 1 7 に、 光源 1 の相対強度雑音 RINを- 115[dB/Hz]、 干渉光の光 強度のピーク値 P Qを 2〜50 Wとしたときの、 ランダムウォーク値 一位相変調振幅値特性を示す。 こ こで、 横軸は干渉光特性の cos曲線 における変調の深さであり、 τ =πの場合はァ -0 の値を表し、 Ύ =1 πの場合は Θ の値を表す。 Figure 17 shows the random walk value versus the phase modulation amplitude value when the relative intensity noise RIN of light source 1 is -115 [dB / Hz] and the peak value P Q of the interference light is 2 to 50 W. Is shown. Here, the horizontal axis represents the modulation depth in the cos curve of the interference light characteristics, where τ = π represents the value of α -0, and Ύ = represents the value of Θ.
この図によれば、 干渉光の光強度のピーク値 Ρ。によってランダム ウォーク値を最小とする位相変調の振幅値も変わることが分かる。 たとえば、 Ρ。 =50 Wでの最適振幅値は約 170度であるが、 P Q =2 Wでは 130度である。 According to this figure, the peak value of the light intensity of the interference light Ρ. It can be seen that the amplitude value of the phase modulation that minimizes the random walk value also changes. For example, Ρ. At 50 W, the optimal amplitude is about 170 degrees, but at P Q = 2 W it is 130 degrees.
そこで、 本実施形態では、 第 2演算器 2 1 4に、 上記の式 ( 2 0 ) , ( 2 1 ) 式から求まる干渉光の光強度のピーク値 P。とランダムゥォ —ク値を最小とする最適位相変調振幅との対応関係を示すテーブル を予め記憶しておき、 第 1演算器 2 1 2で算出された干渉光の光強 度のピーク値 P。に応じた最適位相変調振幅を前記テーブルから検索 している。 Therefore, in the present embodiment, the above equation (20), The peak value P of the light intensity of the interference light obtained from the equation (21). A table indicating the correspondence between the random phase value and the optimum phase modulation amplitude that minimizes the random peak value is stored in advance, and the peak value P of the light intensity of the interference light calculated by the first computing unit 221. Is searched from the table for the optimum phase modulation amplitude corresponding to.
図 4に戻って説明を続ける。  Returning to FIG. 4, the explanation will be continued.
ジャイ ロ出力演算部 2 4 0は、 セロダイ ン制御部 1 4 0 の第 1演 算器 1 4 2から送られてきたサニヤ ック位相差 φ s に応じた信号に したがい、 光ファイバループ 6への入力回転角速度あるいは回転角 度を算出する。  The gyro output operation unit 240 sends the signal to the optical fiber loop 6 according to the signal corresponding to the saniac phase difference φ s sent from the first calculator 142 of the serodyne control unit 140. Calculate the input rotation angular velocity or rotation angle of.
図 1 8は、 図 4 に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 の概略構成図で ある。  FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240 shown in FIG.
第 1演算器 2 4 2 は、 セロダイ ン制御部 1 4 0の第 1演算器 1 4 2から送られてきたサニヤ ック位相差 φ s、 すなわち光フ ァイバル一 プ 6への入力回転角速度に応じた信号を時間積分する。 この結果は、 光ファイバループ 6 の回転角度に比例したものとなる。 なお、 平均 回転角速度を求める場合は、 この積分結果をさ らに積分時間で除算 してやればよい。  The first computing unit 242 calculates the phase difference φ s of the saniac transmitted from the first computing unit 142 of the serrodyne control unit 140, that is, the input rotation angular velocity to the optical fiber pump 6. The corresponding signal is integrated over time. This result is proportional to the rotation angle of the optical fiber loop 6. When calculating the average rotational angular velocity, the integration result may be further divided by the integration time.
レジスタ 2 4 4には、 光ファイバジャイ ロの初期状態における、 入出力のスケールファクタ値が記憶される。  The register 244 stores the input / output scale factor value in the initial state of the optical fiber gyro.
第 2演算器 2 4 6 は、 レジスタ 2 4 4に記憶されたスケールファ クタ値と、 光強度演算部 2 1 0 の第 5演算器 2 2 2から送られてき たスケールファクタ補正係数と、 セロダイ ン制御部 1 4 0 の第 4演 算器 1 5 2から送られてきた、 変調制御部 1 7 0 の第 3演算器 1 9 0で生成した基準信号 (出力値が正しく補正された基準信号) によ る変調ゲイ ン制御に伴い必要となるスケールファクタ修正値とを用 いて、 第 1演算器 2 4 2 の出力を補正する。 これによ り、 光フアイ バループ 6への入力回転角速度あるいは回転角度を算出する。 この 第 2演算器 2 4 6は、 たとえば乗算器で構成される。 The second computing unit 246 stores the scale factor value stored in the register 244, the scale factor correction coefficient sent from the fifth computing unit 222 of the light intensity computing unit 210, Signal generated by the third computing unit 190 of the modulation control unit 170 sent from the fourth computing unit 152 of the control unit 140 (the reference signal whose output value has been correctly corrected) ) By The output of the first computing unit 242 is corrected using the scale factor correction value required for the modulation gain control. Thereby, the input rotation angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 is calculated. The second computing unit 246 is constituted by, for example, a multiplier.
ここで、 干渉光の光強度のピーク値と光ファイバジャィ 口の入出 力のスケールファク夕誤差を補正するためのスケールファク夕補正 係数との関係について説明する。  Here, the relationship between the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient for correcting the scale factor error of the input / output of the optical fiber jar opening will be described.
光ファイバジャイ ロの出力値 (具体的には、 ジャイ ロ出力演算部 2 4 0で算出される回転角速度あるいは回転角度) は、 干渉光の光 強度のピーク値 P 。の変化に相関して変化する。 これは、 以下の理由 によるものと考えられる。  The output value of the optical fiber gyro (specifically, the rotation angular velocity or rotation angle calculated by the gyro output calculation unit 240) is the peak value P of the light intensity of the interference light. Changes in correlation with the change in This is thought to be due to the following reasons.
光ファイバループ 6への入力回転角速度 Ωに対するジャイ ロ出力 演算部 2 4 0での角度増分を 0 angleとした場合、セロダイ ン信号のリ セッ トにより 2 πの位相シフ トが発生した場合の角度増分 0 sngleは、 次式で表される。 Gyro output with respect to the input rotational angular velocity Ω to the optical fiber loop 6 When the angle increment in the calculation unit 240 is set to 0 angle , the angle when a phase shift of 2π occurs due to the reset of the serodin signal The increment 0 sngle is expressed by the following equation.
Θ anglc = n 0 · λ /D (22) この式は、 セロダイ ン信号の各階段の継続時間 て を用いて、 等価 的に、 Θ anglc = n 0 · λ / D (22) This equation is equivalent to using the duration of each step of the serodin signal as
Θ anglc = c · λ · て /D/L (23) で表すことができる。 Anganglc = c · λ · and can be expressed as / D / L (23).
ところで、 干渉光の光強度のピーク値 Ρ。の変化は、 光源 1 から光 ファイバループ 6 を介して受光器 7 に至るまでの光路における損失 が変化した場合に発生するが、 それらの損失特性は光の波長によつ て異なる。 本実施形態において、 光ファイバジャイ ロに用いる光源 1 は、 上述したように、 コヒ一レンス長が短く、 また、 波長のスぺ ク トル特性は数十〜数百 nmに渡り広く分布している。 そのため、 損 失の変化により、 光強度が変化し、 実効的な光の重心波長値が変化 する。 この結果、 上記の式 ( 2 2 ) 、 ( 2 3 ) における重心波長 λ 値が変化して、 角度増分 0 a n g l eが変化する。 これが、 入出力のスケ一 ルファクタ誤差になるものと考えられる。 By the way, the peak value of the light intensity of the interference light Ρ. Changes occur when the loss in the optical path from the light source 1 to the optical receiver 7 via the optical fiber loop 6 changes, and their loss characteristics differ depending on the wavelength of light. In the present embodiment, the light source 1 used for the optical fiber gyro has a short coherence length and a short wavelength as described above. The vector characteristics are widely distributed over tens to hundreds of nm. Therefore, the light intensity changes due to the change in loss, and the effective center-of-gravity wavelength value of the light changes. As a result, the value of the center-of-gravity wavelength λ in the above equations (2 2) and (2 3) changes, and the angle increment 0 angle changes. This is considered to be an input / output scale factor error.
本発明者等が確認したところ、 スケールファクタの感度は、 光強 度値 1 0 %の変化に対し、 おおよそ数十〜数百 p p mであった。 光強 度値は、 温度や経年変化等により容易に変化してしまう。 これでは、 数〜数十 ppm以下のスケールファクタ誤差が要求される高性能な光 ファイバジャイ ロに用いることができない。  The present inventors have confirmed that the sensitivity of the scale factor was about several tens to several hundreds of ppm for a change of the light intensity value of 10%. Light intensity values easily change due to temperature, aging, and the like. This cannot be used for high-performance optical fiber gyros that require a scale factor error of several to several tens of ppm or less.
そこで、 本実施形態では、 上述したように、 光強度演算部 2 1 0 の第 5演算器 2 2 2 において、 干渉光の光強度のピーク値と、 スケ —ルファクタ補正係数 (レジス夕 2 4 4に格納されたスケールファ クタ値の補正係数) との対応関係を示すテーブルを予め記憶し、 光 強度演算部 2 1 0の第 1演算器 2 1 2で算出された干渉光の光強度 のピーク値に応じたスケールファクタ補正係数を前記テ一ブルから 検索している。 そして、 ジャイ ロ出力演算部 2 4 0の第 2演算器 2 4 6 において、 検索した補正係数を用いてレジス夕に記憶されたス ケールファクタ値を補正している (具体的には、 レジス夕に記憶さ れたスケールファクタ値に補正係数を乗算した結果を、 ジャイ ロ出 力演算部 2 4 0の第 1演算器 2 4 2から出力された回転角度あるい は平均角速度に応じた結果に乗算する) 。  Therefore, in the present embodiment, as described above, in the fifth computing unit 222 of the light intensity computing unit 210, the peak value of the light intensity of the interference light and the scale factor correction coefficient (registration coefficient 24 (A correction coefficient of the scale factor value stored in the optical intensity calculator) is stored in advance, and the peak of the light intensity of the interference light calculated by the first calculator 212 of the light intensity calculator 210 is stored. The scale factor correction coefficient corresponding to the value is retrieved from the table. Then, in the second computing unit 246 of the gyro output computing unit 240, the scale factor value stored in the register is corrected using the searched correction coefficient (specifically, the register factor is used). The result obtained by multiplying the scale factor value stored in the gyro by the correction coefficient is converted to the result corresponding to the rotation angle or the average angular velocity output from the first computing unit 242 of the gyro output computing unit 240. Multiply).
このようにすることで、 光強度値の変化によって生じるスケール ファクタ誤差を補正している。  This corrects for scale factor errors caused by changes in light intensity values.
以上、 本発明の第 1 実施形態について説明した。 本実施形態では、 変調制御部 1 7 0 において、 干渉光の位相差が、 { τ \ θ δ )→ { τ - θ )→ {- Ύ - θ - δ )→ {- τ Θ )→ { τ θ - δ )→ ( Ύ - 0 )→ (-ァ - 0 + (5 )→ (-ァ + 0 )の順番でなる一連のステップ (周期 4 て、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるように位相変調を 行わせるバイアス変調信号と、 光ファイバジャィ 口への入力角速度 に応じたサニヤ ック位相差 Φ s と同量'異符号の位相差を生じさせる、 各階段の継続時間がて あるいはて /2の階段状のセロダイ ン信号とを 合成して、 各種位相変調の合成信号を生成し、 これを位相変調器 5 に入力している。 Hereinabove, the first embodiment of the present invention has been described. In the present embodiment, in the modulation control section 170, the phase difference of the interference light is (τ \ θδ) → (τ−θ) → (−-− θ−δ) → (−τΘ) → {τ θ-δ) → (Ύ-0) → (-α-0 + (5) → (-α + 0)) Repeat a series of steps (period 4, duration of each step / 2) The duration of each staircase, which produces a bias modulation signal for performing phase modulation and a phase difference of the same amount and opposite sign as the phase difference Φ s of the saniac phase according to the input angular velocity to the optical fiber jar opening, Alternatively, the signal is combined with a / 2 step-like serodyne signal to generate a combined signal of various phase modulations, which is input to the phase modulator 5.
そして、 信号処理部 1 1 0 において、 位相シフ トがァ + 0 + <5 (あ るいは-ァ - 0 - δ ) のときに検出された千涉光の光強度と?■ - Θ (あ るいは- のときに検出された干渉光の光強度との強度差 X、 お よび、 ァ + 0 - <5 (あるいは- のときに検出された干渉光の 光強度とァ - 0 (あるいは- のときに検出された干渉光の光強 度の強度差 Ζ とに基づいて、 あるいは、 ァ + 0 + <5 (または- δ ) のときに検出される干渉光の光強度とァ + 0 - δ (または-ァ - 0 + <5 ) のときに検出される干渉光の光強度との強度差 Υに基づいて、光干渉 計 5 0 0 を構成する光源 1やその他の光学部品などの特性変化によ る干渉光の光強度のピーク値 Ρ。を検出している。 そして、 求めたピ ーク値 Ρ。から干渉光の光強度値の変化を検出し、 これに応じて光干 渉計 5 0 0からの出力信号ゲイ ンが一定になるように AGC制御して いる。 具体的には、 光干渉計 5 0 0からの出力信号が低下したとき に、 電気的に信号を大きくすることで、 出力信号ゲイ ンが一定にな るように制御している。  Then, in the signal processing section 110, what is the light intensity of the 1,000 m light detected when the phase shift is α + 0 + <5 (or −α−0−δ)? ■-Θ (or the intensity difference X from the light intensity of the interference light detected at-, and + 0-<5 (or the light intensity of the interference light detected at- Based on the intensity difference 光 of the light intensity of the interference light detected at −0 (or −), or the light intensity of the interference light detected at α + 0 + <5 (or −δ) The light source 1 and other light sources constituting the optical interferometer 500 are determined based on the intensity difference と from the light intensity of the interference light detected at the time of と + 0-δ (or--0 + <5). It detects the peak value 干 渉 of the light intensity of the interference light due to a change in the characteristics of the optical components, etc., and detects the change in the light intensity value of the interference light from the obtained peak value Ρ. The AGC control is performed so that the output signal gain from the optical interferometer 500 becomes constant in response to this.Specifically, when the output signal from the optical interferometer 500 decreases, the electrical The output signal gain is controlled to be constant by making the signal larger.
このようにすることで、 セロダイ ン制御系のループゲイ ンを常に 一定にすることができ、 安定したセロダイ ン制御、 ひいてはジャィ 口の回転角速度または回転角度を安定して出力することができる。 また、 本実施形態では、 光強度演算部 2 1 0 において、 干渉光の 光強度のピーク値とランダムウォーク値を最小とする最適位相変調 振幅との対応関係を示すテーブルを参照し、 上記のようにして求め た干渉光の光強度のピーク値 P。に応じた最適位相変調振幅を前記テ 一ブルから検索し、 これを位相変調の振幅値 0 として変調制御部 1 7 0の振幅 0発生器 2 0 2へ出力している。 In this way, the loop gain of the serodyne control system is always maintained. The constant serodin control can be achieved, and the rotational angular velocity or rotational angle of the jay mouth can be output stably. Also, in the present embodiment, the light intensity calculation unit 210 refers to a table showing the correspondence between the peak value of the light intensity of the interference light and the optimal phase modulation amplitude that minimizes the random walk value, as described above. The peak value P of the light intensity of the interference light obtained by The table is searched for the optimum phase modulation amplitude corresponding to the amplitude, and this is output to the amplitude 0 generator 202 of the modulation control section 170 as the phase modulation amplitude value 0.
このようにすることで、 干渉光の光強度のピーク値 P。の変化にか かわらず、 ランダムウォークによる影響の少ない位相変調が行える ように、 各種位相変調の合成信号を生成することができる。  By doing so, the peak value P of the light intensity of the interference light is obtained. Thus, it is possible to generate a composite signal of various phase modulations so that the phase modulation less affected by the random walk can be performed irrespective of the change of the phase.
また、 本実施形態では、 位相シフ トがァ + 0 + <5 (あるいは-ァ - 0 - δ ) のときに検出された干渉光の光強度とァ - Θ (あるいは - のときに検出された干渉光の光強度との強度差 X、 および、 - δ (あるいは-ァ - 0 + <5 ) のときに検出された干渉光の光強度と - Θ (あるいは- のときに検出された干渉光の光強度との強度差 Z に基づいて、 各種位相変調の合成信号による位相変調の変調ゲイ ン 誤差を検出している。 そして、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロとす るように各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御している。  Further, in the present embodiment, the light intensity of the interference light detected when the phase shift is a + 0 + <5 (or −α−0−δ) and the light intensity detected when the phase shift is a− シ (or −) The intensity difference X from the light intensity of the interference light, and the light intensity of the interference light detected when -δ (or -0 + <5) and the interference light detected when -Θ (or-) Based on the intensity difference Z from the light intensity of the phase modulation, the modulation gain error of the phase modulation by the composite signal of the various phase modulations is detected, and the various phase modulations are performed so that the detected modulation gain error becomes zero. Controls the gain of the composite signal.
このようにすることで、 各種位相変調の合成信号による正確な位 相変調を行う ことができ、 ひいては、 ジャイロ出力におけるスケ一 ルファクタ誤差を低減することが可能となる。  By doing so, it is possible to perform accurate phase modulation by a composite signal of various phase modulations, and it is possible to reduce the scale factor error in the gyro output.
また、 本実施形態では、 信号処理部 1 1 0 において、 A/D変換器 2 6 の出力を第 1 復調器 1 1 2 によ り周波数 1 /て で復調し、 この復調 結果を第 2復調器 1 1 4により周波数 1 / 2 て で復調することで、時間 2 て において、極性がて / 2毎に( + )→ (-)—(-)→ ( + )と変わる検出信号 を生成している。 そして、 上記の検出信号について、 第 1 演算器 1 1 6 により、 時間 2 て あるいは 4 て毎に、 時間 てだけずれたものの同 士の和をとつて平均することで、 セロダイ ン信号生成のために必要 なサニヤック位相差 Φ s に応じた信号 (セロダイ ン制御系の偏差信 号) を取り出している。 Further, in the present embodiment, in the signal processing unit 110, the output of the A / D converter 26 is demodulated at the frequency 1 / by the first demodulator 112, and the demodulation result is subjected to the second demodulation. Demodulation at the frequency 1/2 by the At 2, a detection signal is generated that changes polarity from (+) to (-)-(-) to (+) every / 2. Then, the above-mentioned detection signals are averaged by the first computing unit 1 16 at every time 2 or 4 times, and are summed up by the sum of the skewed signals. The signal (deviation signal of the cellodyne control system) corresponding to the saniyak phase difference Φ s required for the operation is extracted.
このようにすることで、 たとえば、 温度や振動などによる光強度 のゆらぎや受光器 7 の出力から A/D変換器 2 6 の入力部までにおけ る低周波電磁ノイズの混入などにより、 光干渉計 5 0 0からの出力 信号に、 ある傾きをもった直流成分が重畳している場合、 この直流 成分の変動分をキャンセルすることができる。 すなわち、 上記の検 出信号について、 時間 てだけずれたものの同士の和に含まれる直流 成分の変動分はその極性が交互に変わるので、時間 2 τ: あるいは 4 て 毎に平均化することで直流成分の変動分をキャンセルすることがで きる。 これによ り、 より正確なサニヤ ック位相差検出が可能となり、 また、 ジャイ ロ出力 (回転角速度または回転角度) の精度を向上さ せることができる。  By doing so, for example, light interference due to fluctuations in light intensity due to temperature, vibration, etc., and the incorporation of low-frequency electromagnetic noise from the output of the receiver 7 to the input section of the A / D converter 26, etc. When a DC component having a certain slope is superimposed on the output signal from the total 500, the fluctuation of the DC component can be canceled. In other words, the polarity of the fluctuation of the DC component included in the sum of the above detection signals that are shifted by a certain amount of time is alternately changed. The component fluctuation can be canceled. This enables more accurate detection of the phase difference of the sanyak, and also improves the accuracy of the gyro output (rotational angular velocity or rotational angle).
また、 本実施形態では、 上述したように、 前記バイアス変調信号 により干渉光の位相差を発生させ、 この際に検出される干渉光の光 強度値を用いて、 サニヤ ック位相差、 変調ゲイ ン誤差、 および干渉 光の光強度値の変化を検出することができるので、 セロダイ ン制御、 変調制御、 および光強度演算のための検出信号を共有することがで きる。 このため、 セロダイ ン制御、 変調制御、 および光強度演算用 の検出信号生成のための A/D変換器が 1 つで済む。  Further, in the present embodiment, as described above, the phase difference of the interference light is generated by the bias modulation signal, and the light intensity value of the interference light detected at this time is used to determine the phase difference of the saniac and the modulation gain. Since the detection error and the change in the light intensity value of the interference light can be detected, the detection signals for serodin control, modulation control, and light intensity calculation can be shared. For this reason, only one A / D converter is required for cellodyne control, modulation control, and detection signal generation for light intensity calculation.
さ らに、 本実施形態によれば、 以下のような効果を有する。 従来のデジタル方式の光ファイバジャイ ロでは、 たとえば、 米国 特許第 4 7 0 5 3 9 9号記載のように、 セロダイ ン信号 (デジタル の階段状ランプ) に対して、 該信号が 2 7Tに達すると- 2 πの位相シ フ トを行うようにリセッ 卜するとともに、 セロダイ ン信号と位相変 調信号との合成信号に対しても、 該信号が 2 πに達すると- 2 πの位 相シフ トを行うようにリセッ トしている。 Further, according to the present embodiment, the following effects are obtained. In a conventional digital fiber optic gyro, for example, as described in U.S. Pat. No. 4,705,399, the signal reaches 27T for a serodin signal (digital step lamp). Then, the phase shift is reset so that the phase shift of -2π is performed. When the signal reaches 2π, the phase shift of -2π is performed on the synthesized signal of the serodin signal and the phase modulation signal. Reset to perform a reset.
このため、セロダイ ン信号と位相変調信号との合成信号が 2 πに達 してから、 セロダイ ン信号が 2 7Uに達するまで、 リセッ 卜が繰り返し 行われることになる。 特に、 光ファイバジャイ ロへの入力角速度が 非常に低い場合、 リセッ トの繰り返しが長時間に渡って行われるこ とになるため、 ロックイ ン現象と呼ばれる、 入力角速度測定を測定 不可能な不感帯が発生してしまう。  For this reason, the reset is repeatedly performed from the time when the combined signal of the serodin signal and the phase modulation signal reaches 2π until the serodin signal reaches 27U. In particular, when the input angular velocity to the optical fiber gyro is extremely low, the reset is repeated over a long period of time. Will occur.
これに対し、 本実施形態では、 セロダイ ン信号に対してのみリセ ッ トを行うようにしているので、 光ファイバジャイ ロへの入力角速 度が非常に低い場合に、 リセッ トが繰り返し行われることはない。 したがって、 低入力角速度時におけるロックイ ン現象を防止するこ とができる。  On the other hand, in this embodiment, the reset is performed only for the serodyne signal, so that the reset is repeatedly performed when the input angular velocity to the optical fiber gyro is extremely low. Never. Therefore, it is possible to prevent the lock-in phenomenon at a low input angular velocity.
次に、 本発明の第 2実施形態について説明する。  Next, a second embodiment of the present invention will be described.
上記の第 1 実施形態では、 変調ゲイ ン制御として、 検出した変調 ゲイ ン誤差をゼロとするように、 変調制御部 1 7 0 の振幅 0発生器 2 0 2、 振幅 δ発生器 1 8 0および振幅ァ発生器 2 0 8で生成され る各定出力信号の出力値を調節するとともに、 セロダイ ン制御部 1 5 2の比較器 1 5 0、 第 3演算器 1 4 6で用いる第一、 第二の閾値 ゃセロダイ ン信号のリセッ トによる位相シフ ト量を調節することで、 各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御した。 これに対し、 本実施 形態では、 変調ゲイ ン制御として、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロ とするように、 生成された各種位相変調の合成信号自体の振幅を調 節するようにしている。 In the above-described first embodiment, the amplitude 0 generator 202, the amplitude δ generator 180, and the amplitude δ generator 180 of the modulation controller 170 are used as the modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero. The output value of each constant output signal generated by the amplitude generator 208 is adjusted, and the first and second comparators 150 and the third computing unit 144 of the serodyne control unit 152 are used. The second threshold ゃ The gain of the composite signal of various phase modulations was controlled by adjusting the amount of phase shift by resetting the serodyne signal. In contrast, this implementation In the embodiment, the modulation gain control adjusts the amplitude of the generated composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero.
図 1 9 は、 本発明の第 2実施形態が適用された光ファイバジャィ 口で用いるディ ジタル信号処理器 1 0 0 aの概略構成図である。 なお、 本実施形態の光ファイバジャイ ロのその他の構成は図 1 に 示す第 1 実施形態のものと同様であるので、 その説明を省略する。  FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a digital signal processor 100a used in an optical fiber jar opening to which the second embodiment of the present invention is applied. The other configuration of the optical fiber gyroscope of the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
図 1 9 に示す本実施形態で用いるディ ジタル信号処理器 1 0 0 a が図 4に示す第 1 実施形態で用いるディ ジタル信号処理器 1 0 0 と 異なる点は、 セロダイ ン制御部 1 4 0、 変調制御部 1 7 0およびジ ャイ ロ出力演算部 2 4 0 に代えて、 それぞれ、 セロダイ ン制御部 1 4 0 a、 変調制御部 1 7 0 aおよびジャイ ロ出力演算部 2 4 0 aを 用いたことである。 その他の構成は、 図 4に示すディ ジタル信号処 理器 1 0 0 と同様である。  A digital signal processor 100a used in the present embodiment shown in FIG. 19 is different from the digital signal processor 100a used in the first embodiment shown in FIG. Instead of the modulation control section 170 and the gyro output operation section 240, the serodin control section 140a, the modulation control section 170a and the gyro output operation section 240a, respectively. Is used. Other configurations are the same as those of the digital signal processor 100 shown in FIG.
図 2 0 は、 図 1 9 に示すセロダイ ン制御部 1 4 0 aの概略構成図 である。 この図において、 図 9 に示すセロダイン制御部 1 4 0 と同 じものには同じ符号を付している。  FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the serodyne control unit 140a shown in FIG. In this figure, the same components as those of the serrodyne control unit 140 shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
図 2 0 に示すセロダイ ン制御部 1 4 0 aが図 9 に示すセロダイ ン 制御部 1 4 0 と異なる点は、 第 4演算器 1 5 2 に代えて基準値記憶 部 1 4 8 を設けたことである。 基準値記憶部 1 4 8 は、 比較器 1 5 0で用いる第一、 第二の閾値を特定するための値や第 3演算器 1 4 6でのリセッ トによる位相シフ ト量を特定するための値を格納して いる。  The difference between the serodyne control unit 140a shown in FIG. 20 and the serodyne control unit 140 shown in FIG. 9 is that a reference value storage unit 148 is provided instead of the fourth computing unit 152. That is. The reference value storage unit 148 is used to specify values for specifying the first and second threshold values used in the comparator 150 and the amount of phase shift due to reset in the third computing unit 146. The value of is stored.
上述したように、 本実施形態では、 変調ゲイ ン制御として、 検出 した変調ゲイ ン誤差をゼロとするように、 生成された各種位相変調 の合成信号自体の振幅を調節するようにしている。 したがって、 第 1 実施形態のように、 変調ゲイ ン制御のために、 比較器 1 5 0で用 いる第一、 第二の閾値を特定するための値や第 3演算器 1 4 6での リセッ トによる位相シフ ト量を特定するための値を調整して、 セロ ダイ ン信号に対してゲイ ンを調整する必要がない。 As described above, in the present embodiment, the generated various phase modulations are performed as modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero. The amplitude of the synthesized signal itself is adjusted. Therefore, as in the first embodiment, the values for specifying the first and second thresholds used in the comparator 150 and the reset in the third computing unit 144 are used for the modulation gain control. There is no need to adjust the gain for the serodyne signal by adjusting the value to specify the amount of phase shift due to the signal.
そこで、 本実施形態では、 比較器 1 5 0で用いる第一、 第二の閾 値を特定するための値や第 3演算器 1 4 6でのリセッ トによる位相 シフ ト量を特定するための値として、 予め定められた一定値を基準 値記憶部 1 4 8 に格納するようにしている。  Thus, in the present embodiment, a value for specifying the first and second threshold values used in the comparator 150 and a value for specifying the phase shift amount due to the reset in the third computing unit 146 are used. As a value, a predetermined constant value is stored in the reference value storage unit 148.
図 2 1 は、 図 1 9 に示す変調制御部 1 7 0 aの概略構成図である。 この図において、 図 1 4 に示す変調制御 1 4 0 と同じものには同じ 符号を付している。  FIG. 21 is a schematic configuration diagram of the modulation control section 170a shown in FIG. In this figure, the same components as those in the modulation control 140 shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
図 2 1 に示す変調制御部 1 7 0 aが図 1 4に示す変調制御部 1 7 0 と異なる点は、 第 1演算器 1 7 2、 第 2演算器 1 7 4および第 3 演算器 1 9 0 に代えて、 第 1演算器 1 7 2 a、 第 2演算器 1 7 4 a および乗算器 1 7 8 を設けたことである。  The difference between the modulation control unit 170a shown in FIG. 21 and the modulation control unit 170 shown in FIG. 14 is that the first arithmetic unit 172, the second arithmetic unit 174, and the third arithmetic unit 1 In place of 90, a first computing unit 17 2 a, a second computing unit 17 4 a, and a multiplier 1 78 are provided.
第 1演算器 1 7 2 aは、 信号処理部 1 1 0から送られてきた変調 制御系の偏差信号 (上記の式 ( 4 ) で特定される変調ゲイ ン誤差に 応じた信号) を積分する積分器である。  The first computing unit 17 2 a integrates the deviation signal (signal corresponding to the modulation gain error specified by the above equation (4)) of the modulation control system sent from the signal processing unit 110. It is an integrator.
第 2演算器 1 7 4 aは、 増幅器あるいは口一パスフィル夕である。 変調制御系のサ一ポループの設計に合わせてゲイ ンあるいはフィル 夕定数を設計する。  The second computing unit 174a is an amplifier or a mouth-to-pass filter. Design the gain or fill constant according to the design of the modulation loop control system.
乗算器 1 7 8 は、 第 2演算器 1 7 4から出力された変調制御系の 偏差信号がゼロとなるように、 加算器 1 7 6から出力された各種位 相変調の合成信号のゲイ ンを調節する。 このように、 本実施形態では、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロと するように、 生成された各種位相変調の合成信号自体の振幅を調節 することで、 変調ゲイ ン制御を行っている。 したがって、 第 1 実施 形態のように、 変調ゲイ ン制御のために、 振幅 Θ発生器 1 0 2 より 出力される Θ の位相シフ トを行うために必要な定出力信号、 振幅 δ 発生器 1 8 0 より出力される (5 の位相シフ トを行うために必要な定 出力信号、 および、 振幅ァ発生器 2 0 8より出力される ァの位相シ フ 卜を行うために必要な定出力信号の出力値を調節する必要がない このため、 基準値記憶部 1 9 6 に格納されている値を、 直接、 振幅 Θ発生器 1 0 2、 振幅 δ発生器 1 8 0および振幅ァ発生器 2 0 8 に 与えるようにしている。 The multiplier 178 controls the gain of the combined signals of various phase modulations output from the adder 176 so that the deviation signal of the modulation control system output from the second arithmetic unit 174 becomes zero. Adjust As described above, in the present embodiment, the modulation gain control is performed by adjusting the amplitude of the generated composite signal of various phase modulations so that the detected modulation gain error becomes zero. Therefore, as in the first embodiment, a constant output signal and an amplitude δ generator 18 necessary for performing a phase shift of 行 う output from the generator 102 for the modulation gain control are provided. Output from 0 (the constant output signal required to perform the phase shift of 5 and the constant output signal required to perform the phase shift of the output from the amplitude generator 208) There is no need to adjust the output value. Therefore, the values stored in the reference value storage unit 196 can be directly stored in the amplitude Θ generator 102, amplitude δ generator 180, and amplitude generator 200. 8 to give.
図 2 2 は、 図 1 9 に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 aの概略構成 図である。 この図において、 図 1 8 に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 と同じものには同じ符号を付している。  FIG. 22 is a schematic configuration diagram of the gyro output operation unit 240a shown in FIG. In this figure, the same components as those of the gyro output operation unit 240 shown in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals.
図 2 2 に示すジャイ ロ出力演算部 2 4 0 aが図 1 8 に示すジャィ 口出力演算部 2 4 0 と異なる点は、 第 2演算器 2 4 6 に代えて第 2 演算器 2 4 6 a を設けたことである。 第 2演算器 2 4 6 aは、 レジ スタ 2 4 4 に記憶されたスケールファクタ値と、 光強度演算部 2 1 0の第 5演算器 2 2 2から送られてきたスケールファクタ補正係数 とを用いて、 第 1演算器 2 4 2の出力を補正する。 これにより、 光 ファイバループ 6への入力回転角速度あるいは回転角度を算出する 以上、 本発明の第 2実施形態について説明した。  The point that the gyro output operation unit 240 a shown in FIG. 22 differs from the gyro output operation unit 240 shown in FIG. 18 is that the second operation unit 2 46 is replaced with the second operation unit 2 46. a. The second calculator 246a calculates the scale factor value stored in the register 244 and the scale factor correction coefficient sent from the fifth calculator 222 of the light intensity calculator 210. To correct the output of the first computing unit 242. Thereby, the input rotation angular velocity or rotation angle to the optical fiber loop 6 is calculated. The second embodiment of the present invention has been described above.
本実施形態においても、 第 1実施形態と同様、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロとするように変調ゲイ ンを制御することができる。 ただし、 本実施形態では、 図 2 1 に示すように、 加算器 1 7 6 の 出力側に乗算器 1 7 8 を設け、 この乗算器 1 7 8 により、 検出した 変調ゲイ ン誤差がゼロとなるように加算器 1 7 6から出力された各 種位相変調の合成信号の振幅を調節することで、 変調ゲイ ンの制御 を行っている。 この場合、 乗算器 1 7 6 において、 各種位相変調の 合成信号の各ステップの時間幅、 すなわち時間 て /2毎に演算処理を 行う ことが要求される。 たとえば、 光ファイバループ 6の光フアイ バ長 Lを 100π!〜 2kmとした場合、光ファイバループ 6 での光伝搬時間 て は、 上記の式 ( 3 ) より、 約 500nsec〜 10 t sec となる。 この場合、 本実施形態では、 τ /2毎の演算、 すなわち、 250nsec〜 5 sec毎の 演算が必要となる。 Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the modulation gain can be controlled so that the detected modulation gain error becomes zero. However, in the present embodiment, as shown in FIG. A multiplier 178 is provided on the output side, and the multiplier 178 adjusts the amplitude of the composite signal of each phase modulation output from the adder 176 so that the detected modulation gain error becomes zero. By adjusting, the modulation gain is controlled. In this case, the multiplier 176 is required to perform the arithmetic processing every time width of each step of the composite signal of various phase modulations, that is, every half time. For example, if the optical fiber length L of the optical fiber loop 6 is 100π! When the distance is about 2 km, the light propagation time in the optical fiber loop 6 is about 500 nsec to 10 tsec from the above equation (3). In this case, in the present embodiment, a calculation every τ / 2, that is, a calculation every 250 nsec to 5 sec is required.
これに対し、 第 1実施形態では、 変調ゲイ ン制御として、 検出し た変調ゲイ ン誤差をゼロとするように、 変調制御部 1 7 0 の振幅 S 発生器 2 0 2 、 振幅 δ発生器 1 8 0および振幅ァ発生器 2 0 8で生 成される各定出力信号の出力値を調節するとともに、 セロダイ ン制 御部 1 5 2 の比較器 1 5 0、 第 3演算器 1 4 6で用いる第一、 第二 の閾値ゃセロダイ ン信号のリセッ トによる位相シフ ト量を調節する ことで、 各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御している。  On the other hand, in the first embodiment, the amplitude S generator 202 and the amplitude δ generator 1 of the modulation controller 170 are used as the modulation gain control so that the detected modulation gain error is set to zero. In addition to adjusting the output value of each constant output signal generated by 80 and the amplitude generator 208, the comparator 150 of the cellodyne control unit 152 and the third computing unit 144 The gain of the combined signal of various phase modulations is controlled by adjusting the amount of phase shift by resetting the first and second threshold values ゃ serodin signal used.
このため、 第 1実施形態では、 変調ゲイ ン誤差を修正するのに必 要な処理速度で演算を行えばよい。 変調ゲイ ン誤差は、 外乱源であ る温度などの変化によ り生じ、 光ファイバループの長さには依存し ない。 このため、 通常、 数 msec前後の処理速度を演算を行えば、 十 分な変調ゲイ ン制御が可能となる。  For this reason, in the first embodiment, the calculation may be performed at a processing speed necessary to correct the modulation gain error. The modulation gain error is caused by changes in temperature, which is a disturbance source, and does not depend on the length of the optical fiber loop. For this reason, usually, if the processing speed of about several milliseconds is calculated, sufficient modulation gain control becomes possible.
したがって、 第 1 実施形態は、 本実施形態に比べ変調ゲイ ン制御 に要求される演算処理の速度を低速にすることができる。 この点、 第 1実施形態の方が有利といえる。 以上、 本発明の各実施形態について説明した。 Therefore, in the first embodiment, the speed of the arithmetic processing required for the modulation gain control can be made lower than in the present embodiment. In this regard, the first embodiment is more advantageous. The embodiments of the present invention have been described above.
なお、 本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく 、 様々 な変形が可能である。  Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
たとえば、 上記の各実施形態では、 信号処理部 1 1 0の第 2演算 器 1 2 2 によ り、 位相シフ トがァ + 0 + <5 (あるいは-ァ -0 - <5 ) のと きに検出された干渉光の光強度と ァ - 0 (あるいは-ァ + 0 ) のときに 検出された干渉光の光強度の強度差 X、 および、 ァ + 0 - 0 (あるいは For example, in each of the above embodiments, when the phase shift is α + 0 + <5 (or −α−0− <5) by the second computing unit 122 of the signal processing unit 110, The difference X between the light intensity of the interference light detected at the time and the light intensity of the interference light detected at a−0 (or −α + 0), and α + 0−0 (or
- Ύ - Θ δ ) のときに検出された干渉光の光強度と ァ - ø (あるいは - r + θ ) のときに検出された干渉光の光強度との強度差 zを求め、 第-Ύ-δ δ), and the intensity difference z between the light intensity of the interference light detected at a-ø (or-r + θ) and the light intensity of the interference light detected at
3演算器 1 2 4において、 上記の式 ( 4 ) により変調ゲイ ン誤差に 応じた信号 (変調制御系の偏差信号) を生成している。 The three computing units 124 generate a signal (deviation signal of the modulation control system) corresponding to the modulation gain error by the above equation (4).
しかしながら、 本発明はこれに限定されるものではない。 信号処 理部 1 1 0の第 2演算器 1 2 2 により、 位相シフ トがァ + 0 + <5 (あ るいは-ァ δ ) のときに検出された干渉光の光強度とァ - Θ (あ るいは-ァ + Θ ) 位相シフ 卜のときに検出された千涉光の光強度との 強度差 X、 および、 ァ + 0 + 6 (あるいは、 - Ύ - Θ - δ のときに検出 された干渉光の光強度と ァ + 0 - δ (あるいは-ァ -0 + <5 ) のときに検 出された干渉光の光強度との強度差 Υを求め、第 3演算器 1 2 4にお いて、  However, the present invention is not limited to this. The light intensity of the interference light detected when the phase shift is ++ 0 + <5 (or ァ δ) by the second arithmetic unit 122 of the signal processing unit 110 and the --Θ (Or -a +)) Intensity difference X from the light intensity of the stellar light detected during phase shift and a + 0 + 6 (or detected when-Ύ-Θ-δ The third arithmetic unit 1 2 4 is obtained by calculating the intensity difference Υ between the light intensity of the detected interference light and the light intensity of the interference light detected when α + 0−δ (or −α−0 + <5). In,
信号 =Κ Θ C · X- Υ (24) ただし、 C = 2s in 0 'sin (ァ + 0 )バ C O S(T - 0 ) - cos (ァ + 6> + δ )) により変調ゲイ ン誤差に応じた信号を生成するようにしてもよい。 なお、 このようにした場合、 信号処理部 1 1 0 に第 4演算器 1 3 6 を設ける必要がなくなる。 すなわち、 第 2演算器 1 2 2で求めた 強度差 Υを光強度演算部 2 1 0へ出力することができる。 光強度演 算部 2 1 0 の第 1演算器 2 1 2 は、 この強度差 Yを用いて、 上記の式 ( 6 ) によ り 、 干渉光の光強度のピーク値 P。を求める こ とができる。 また、 上記の各実施形態では、 変調制御部 1 7 0、 1 7 0 aにお いて、 Θ の位相シフ トを行うのに必要な値を有する第 1 の定出力信 号を変調する こ とで得られた周波数 1/て の矩形波でなる第 1 の位相 変調信号と、 δ の位相シフ トを行うのに必要な値を有する第 2 の定 出力信号を変調する ことで得られた、 パルス幅 て /2のパルスが時間 間隔 2 τ毎に正負交互に現れる第 2 の位相変調信号と、 ァ の位相シフ トを行うのに必要な値を有する第 3 の定出力信号とを合成し、 これ を周波数 1/2 て で変調する こ とで、 干渉光の位相差が、 Signal = Κ Θ CX-Υ (24) where C = 2s in 0 'sin (a + 0) bar COS (T-0)-cos (a + 6> + δ)) A corresponding signal may be generated. In this case, it is not necessary to provide the signal processing unit 110 with the fourth computing unit 1336. That is, the intensity difference で obtained by the second computing unit 122 can be output to the light intensity computing unit 210. Light intensity performance Using the intensity difference Y, the first computing unit 2 12 of the arithmetic unit 2 10 calculates the peak value P of the light intensity of the interference light according to the above equation (6). Can be requested. Further, in each of the above embodiments, the modulation control section 170, 170a modulates the first constant output signal having a value necessary for performing the phase shift of Θ. And a second constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of δ. A second phase modulation signal in which a pulse having a pulse width of / 2 alternates between positive and negative at a time interval of 2 τ is synthesized with a third constant output signal having a value necessary for performing a phase shift of ァ. By modulating this at half the frequency, the phase difference of the interfering light is
→ { Ύ - θ )→ (- Ύ - θ -6 )→ (- τ θ )→ { τ θ - δ )→ ( τ - θ )→ (- τ - Θ + δ )→ (- の順番でなる一連のステップ (周期 4 て 、 各ステツ プの継続時間 て /2) を繰り返しとるよう に位相変調を行わせるバイ ァス変調信号を生成している。 そして、 上記のよう にして生成した バイアス変調信号と、 セロダイ ン制御部 1 4 0で生成したセロダイ ン信号とを合成して、 各種位相変調の合成信号を生成している。 → (Ύ-θ) → (-Ύ-θ -6) → (-τ θ) → (τ θ-δ) → (τ-θ) → (-τ-Θ + δ) → (- Generates a bias modulation signal that performs phase modulation so that a series of steps (period 4, duration of each step / 2) is repeated, and bias modulation generated as described above. The signal and the serodin signal generated by the serodin control unit 140 are combined to generate a combined signal of various phase modulations.
しかしながら、 バイ アス変調信号は、 上記のものに限定される も のではない。 バイ アス変調信号は、 干渉光の位相差が、 ± (ァ - 0 )、 土 (ァ + 0 + 5 )、 および土 (ァ + 0 - δ )の 6値、 あるいは、 土 (ァ + 0 )、 ± (ァ - 0 - δ )、 および ± (τ -0 + δ )の 6値を、 所定の時間間隔且つ 所定の順番で繰り返しとるよう に位相変調を行わせるものであれば よい。  However, the bias modulation signal is not limited to the above. The bias modulation signal has a phase difference of the interference light of six values of ± (α−0), soil (α + 0 + 5), and soil (α + 0−δ), or soil (α + 0). , ± (α−0−δ), and ± (τ−0 + δ) as long as the phase modulation is performed so as to be repeated at predetermined time intervals and in a predetermined order.
たとえば、 Θ の位相シフ トを行うのに必要な値を有する第 1 の定 出力信号を変調する こ とで得られた周波数 l/τ の矩形波でなる第 1 の位相変調信号と、 δ の位相シフ ト を行うのに必要な値を有する第 2の定出力信号を変調することで得られた、 パルス幅 て /2のパルス が時間間隔 2 て毎に正負交互に現れる第 2 の位相変調信号と、 ァの位 相シフ トを行うのに必要な値を有する第 3 の定出力信号とを合成し、 これを周波数 1/2 τで変調することで、 干渉光の位相差が、 ( 了 - Θ ) → ( τ ί θ ί δ )→ (- τ + θ )→ (-τ - θ - δ )→ (Ύ - θ )→ (Ύ + θ - δ )→ (- の順番でなる一連のステップ、 もしく は、 (ァ - θ - δ )→ (γ θ )→ (- τ + θ + δ )→ (-τ - θ )→ (γ - θ δ )→ ( Ύ + θ ) → (-ァ + 0 - δ )→ (-?" - Θ )の順番でなる一連のステップ、 あるいは、For example, a first phase modulation signal consisting of a square wave of frequency l / τ obtained by modulating a first constant output signal having a value necessary to perform a phase shift of Θ, The second one with the value required to perform the phase shift The second phase modulation signal obtained by modulating the constant output signal of (2) and having a pulse width of / 2 that alternates positive and negative at every time interval (2) is used to shift the phase of (a). By synthesizing with the third constant output signal having the required value and modulating this at the frequency 1/2 τ, the phase difference of the interference light becomes (了-Θ) → (τ ί θ ί δ) → (-τ + θ) → (-τ-θ-δ) → (Ύ-θ) → (Ύ + θ-δ) → (--A series of steps in the order, or (a-θ-δ ) → (γ θ) → (-τ + θ + δ) → (-τ-θ) → (γ-θ δ) → (Ύ + θ) → (-α + 0-δ) → (-? ”-ス テ ッ プ) or a series of steps,
{Ύ θ )→ {Ύ - θ - δ )→ (- Ύ - θ )→ {- Ύ θ δ )→ { τ θ )→ { τ - θ δ )→ (—ァ -0 )→ (—ア δ )の順番でなる一連のステップ (周期 4 て、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるように位相変調を 行わせるバイアス変調信号を生成するようにしてもよい。 (Ύ θ) → (Ύ-θ-δ) → (-Ύ-θ) → (-Ύ θ δ) → (τ θ) → (τ-θ δ) → (—a- 0) → (—a δ ) May be generated to generate a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeat a series of steps (period 4, duration of each step / 2).
これは、 変調制御部 1 7 0 、 1 7 0 aにおいて、 第 1 の位相変調 信号、 第 2 の位相変調信号および第 3の定出力信号を生成し、 これ らを加算器 2 0 6 により加算し、 それから、 変調発生器 2 0 0 によ り、周波数 1/2 て の変調信号で変調してバイアス変調信号を生成する 際に、 第 1 の位相変調信号、 第 2 の位相変調信号、 および周波数 1/2 て の変調信号の各位相 (同期) 関係を調整することで実現できる。 以上説明したように、 本発明によれば、 干渉光の位相差から干渉 光の光強度値の変化を検出することができるので、 この変化に応じ て、 光ファイバジャイ ロの光干渉計からの出力信号ゲイ ンが一定に なるように制御することにより、 セロダイ ン制御系のループゲイ ン を常に一定とすることができ、 これにより、 安定したセロダイ ン制 御ひいてはジャイ ロの回転角速度または回転角度を安定して出力す ることが可能となる。 また、 同様に、 干渉光の位相差から変調ゲイ ン誤差を検出するこ とができるので、 検出した変調ゲイ ン誤差をゼロとするように変調 制御することで、 正確な位相変調を行う ことができ、 これによ り、 ジャイ ロ出力におけるスケールファクタ誤差を低減することができ る。 That is, in the modulation control sections 170 and 170a, a first phase modulation signal, a second phase modulation signal, and a third constant output signal are generated, and these are added by an adder 206. Then, when the modulation generator 200 modulates with the modulation signal of the frequency 1/2 and generates the bias modulation signal, the first phase modulation signal, the second phase modulation signal, and This can be achieved by adjusting the phase (synchronization) relationship between the modulated signals at half the frequency. As described above, according to the present invention, a change in the light intensity value of the interference light can be detected from the phase difference of the interference light. By controlling the output signal gain to be constant, the loop gain of the serodyne control system can always be kept constant, and this enables stable serodyne control and, consequently, the gyro rotation angular velocity or angle. It is possible to output stably. Similarly, since the modulation gain error can be detected from the phase difference of the interference light, accurate phase modulation can be performed by controlling the modulation so that the detected modulation gain error becomes zero. Thus, the scale factor error in the gyro output can be reduced.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 光ファイバループを互いに反対方向に伝搬する 2つの光を再 結合することで得られる干渉光のサニ ヤ ック位相差に応じた回転角 速度または回転角度を検出する光ファイバジャイ ロであって、 1. An optical fiber gyro that detects the rotation angle speed or rotation angle according to the saniac phase difference of the interference light obtained by recombining two lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions. hand,
前記干渉光の光強度を検出して電気信号に変換する受光手段と、 前記受光手段によ り検出された干渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記干渉光のサニヤック位相差に応じた信号を算出するサ ニヤ ック位相差演算手段と、  A light receiving unit that detects the light intensity of the interference light and converts the light intensity into an electric signal; and, based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving unit, determines a saniac phase difference of the interference light A saniac phase difference calculating means for calculating a corresponding signal;
前記サニヤ ック位相差演算手段で生成された前記干渉光のサニヤ ック位相差に応じた信号にしたがい、 前記干渉光のサニヤ ック位相 差を打ち消すための階段状波でなるセロダイ ン信号を生成するセロ ダイ ン信号生成手段と、  In accordance with a signal corresponding to the Sagnac phase difference of the interference light generated by the Sagnac phase difference calculating means, a serodyne signal composed of a staircase wave for canceling the Sagnac phase difference of the interference light is obtained. A cello din signal generating means for generating;
前記干渉光の位相差が、 ± (ァ - 0 )、 ± (ァ + 0 + 5 )および土 (ァ + 0 - δ )の 6値、 あるいは、 土 (τ + 6» )、 土 (了 - 0 - <5 )および土 (ァ - 0 + <5 )の 6値を、 所定の時間間隔且つ所定の順番で繰り返しとるように 位相変調を行わせるバイアス変調信号と、 前記セロダイ ン信号生成 手段で生成されたセロダイ ン信号とを合成して、 各種位相変調の合 成信号を生成する合成信号生成手段と、  The phase difference of the interference light is six values of ± (α−0), ± (α + 0 + 5) and soil (α + 0−δ), or soil (τ + 6 »), soil (τ− A bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeatedly take six values of 0− <5) and soil (α−0 + <5) in a predetermined time interval and in a predetermined order; A synthesized signal generation unit that synthesizes the generated serodyne signal to generate a synthesized signal of various phase modulations;
前記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成信号にし たがい、 前記 2つの光を各々位相変調する位相変調器と、  A phase modulator that phase-modulates each of the two lights according to the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit;
前記受光手段により検出された千渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記バイアス変調信号による位相シフ トの際に発生する変 調ゲイ ン誤差に応じた信号を算出する変調ゲイ ン演算手段と、  A modulation gain for calculating a signal corresponding to a modulation gain error generated at the time of phase shift by the bias modulation signal based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving means. Arithmetic means;
前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信 号にしたがい、 前記各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御する変 調ゲイ ン制御手段と、 を備える A signal corresponding to the modulation gain error generated by the modulation gain calculation means. Modulation gain control means for controlling the gain of the composite signal of the various phase modulations according to
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
2 . 請求項 1 記載の光ファイバジャイ ロであって、  2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein
前記合成信号生成手段は、  The synthesized signal generation means includes:
Θ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第一の定出力信 号を生成する第一の定出力信号生成手段と、  First constant output signal generation means for generating a first constant output signal having an output value necessary to perform the phase shift of Θ,
δ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第二の定出力信 号を生成する第二の定出力信号生成手段と、  second constant output signal generating means for generating a second constant output signal having an output value necessary for performing the phase shift of δ,
ァの位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第三の定出力信 号を生成する第三の定出力信号生成手段と、  Third constant output signal generating means for generating a third constant output signal having an output value necessary to perform a phase shift of the
前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段 および前記第三の定出力信号生成手段で生成された各定出力信号を 用いて、 前記バイアス変調信号を生成するバイアス変調信号生成手 段と、  Bias modulation that generates the bias modulation signal using each of the constant output signals generated by the first constant output signal generation unit, the second constant output signal generation unit, and the third constant output signal generation unit. Signal generation means,
前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変調信号と 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されたセロダイ ン信号とを加算 して、 前記各種位相変調の合成信号を生成する第一の加算手段と、 を有し、  First adding means for adding the bias modulation signal generated by the bias modulation signal generation means and the serodin signal generated by the serodyne signal generation means to generate a composite signal of the various phase modulations; Has,
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信 号にしたがい、 前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力 信号生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成される各 定出力信号の出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成される セロダイ ン信号の出力値とを調節することで、 前記各種位相変調の 合成信号のゲイ ンを制御する According to a signal corresponding to a modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, the first constant output signal generation means, the second constant output signal generation means, and the third constant output signal generation By adjusting the output value of each constant output signal generated by the means and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation means, Control the gain of the composite signal
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
3 . 請求項 1記載の光ファイバジャイ ロであって、  3. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein
前記合成信号生成手段は、  The synthesized signal generation means includes:
0 の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第一の定出力信 号を生成する第一の定出力信号生成手段と、  First constant output signal generating means for generating a first constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of 0;
δ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第二の定出力信 号を生成する第二の定出力信号生成手段と、  second constant output signal generating means for generating a second constant output signal having an output value necessary for performing the phase shift of δ,
ァの位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第三の定出力信 号を生成する第三の定出力信号生成手段と、  Third constant output signal generating means for generating a third constant output signal having an output value necessary to perform a phase shift of the
前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段 および前記第三の定出力信号生成手段で生成された各定出力信号を 用いて、 前記バイアス変調信号を生成するバイアス変調信号生成手 段と、  Bias modulation that generates the bias modulation signal using each of the constant output signals generated by the first constant output signal generation unit, the second constant output signal generation unit, and the third constant output signal generation unit. Signal generation means,
前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変調信号と 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されたセロダイ ン信号とを加算 して、 前記各種位相変調の合成信号を生成する第一の加算手段と、 を有し、  First adding means for adding the bias modulation signal generated by the bias modulation signal generation means and the serodin signal generated by the serodyne signal generation means to generate a composite signal of the various phase modulations; Has,
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信 号にしたがい、 前記第一の加算手段の出力値を調節することで、 前 記各種位相変調の合成信号のゲイ ンを制御する  By controlling the output value of the first addition means according to a signal corresponding to the modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, the gain of the composite signal of the various phase modulations is controlled. Do
ことを特徴とする光ファイバジャィ 口。  An optical fiber jay mouth characterized by the above.
4 . 請求項 2記載の光ファイバジャイ ロであって、  4. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein
前記変調ゲイ ン演算手段は、 前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トがァ + θ + δ (ある いは-ァ - のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ - Θ (あるいは -ァ + 0 ) のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 X、 および、 該位相シフ トがァ + 0 - <5 (あるい は -ァ - のときに前記受光手段により検出された信号と該位相 シフ トがァ - Θ (あるいは、 - のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 Ζ を求め、 The modulation gain calculation means includes: When the phase shift by the composite signal of the various phase modulations is a + θ + δ (or −a−, the signal detected by the light receiving unit and the phase shift are a− ァ (or −α + 0), the difference X from the signal detected by the light receiving means, and the signal detected by the light receiving means when the phase shift is a + 0- <5 (or -a-). And a phase difference ァ between the signal detected by the light receiving means when the phase shift is ァ (or-),
信号 =Χ + Κ θ Β · Ζ  Signal = Χ + Κ θ Β · Ζ
ただし、 Κ Θ B = -sin(^ + δ /2) - s i n ( r + (5 /2) / (s i η ( 0 - δ /2) - s in(r - <5 /2))  Where Κ Θ B = -sin (^ + δ / 2)-s i n (r + (5/2) / (s i η (0-δ / 2)-s in (r-<5/2))
を満たす信号を、 前記変調ゲイ ン誤差に応じた信号として出力する ものであり、 And outputting a signal that satisfies the following as a signal corresponding to the modulation gain error;
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段から出力される信号が零になるように、 前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段お よび前記第三の定出力信号生成手段で各々生成される定出力信号の 出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されるセロダイ ン信 号の出力値とを調節する  The first constant output signal generating means, the second constant output signal generating means, and the third constant output signal generating means each set so that the signal output from the modulation gain calculating means becomes zero. The output value of the generated constant output signal and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation unit are adjusted.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
5 . 請求項 3記載の光ファイバジャイ ロであって、  5. The optical fiber gyro according to claim 3, wherein
前記変調ゲイ ン演算手段は、  The modulation gain calculation means includes:
前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トがァ + 0 + δ (ある いは-ァ - 0 - δ ) のときに前記受光手段によ り検出された信号と該位 相シフ トが r - e (あるいは-ァ + 0 ) のときに前記受光手段によ り検 出された信号との差分 X、 および、 該位相シフ トがァ + θ - δ (あるい は-ァ - 0 + (5 ) のときに前記受光手段によ り検出された信号と該位相 シ フ ト が T - Θ (あるいは、 -ァ + 0 ) のときに前記受光手段によ り検 出された信号との差分 Z を求め、 When the phase shift by the composite signal of the various phase modulations is a + 0 + δ (or −α−0−δ), the signal detected by the light receiving unit and the phase shift are r− e (or −α + 0), the difference X from the signal detected by the light receiving means, and the phase shift is α + θ−δ (or Is the signal detected by the light receiving means when −a−0 + (5) and the signal detected by the light receiving means when the phase shift is T−Θ (or −α + 0). Find the difference Z with the output signal,
信号 =Χ + Κ θ Β - Ζ  Signal = Χ + Κ θ Β-Ζ
ただし、 Κ 0 B = _s in ( 0 + δ /2) · sin ( τ + <5 /2)/(s in ( 0 _ δ /2) · s in(r - δ /2))  Where Κ 0 B = _s in (0 + δ / 2) sin (τ + <5/2) / (s in (0 _ δ / 2) s in (r-δ / 2))
を満たす信号を、 前記変調ゲイ ン誤差に応じた信号として出力する ものであり、 And outputting a signal that satisfies the following as a signal corresponding to the modulation gain error;
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段から出力される信号が零になるように、 前記第一の加算手段の出力値を調節する  The output value of the first addition means is adjusted so that the signal output from the modulation gain calculation means becomes zero.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
6. 請求項 2記載の光ファイバジャイ ロであって、  6. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein
前記変調ゲイ ン演算手段は、  The modulation gain calculation means includes:
前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トが " + Θ + <5 (ある いは-ァ - 0 - δ ) のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ - 0 (あるいは -ァ + 0 ) のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 X、 および、 該位相シフ トがァ + 0 + δ (あるい は、 -ァ - θ - 6 ) のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ + 0 - <5 (あるいは-ァ - θ + δ ) のときに前記受光手段に より検出された信号との差分 Υを求め、  When the phase shift by the composite signal of the various phase modulations is “+ Θ + <5 (or −α−0−δ), the signal detected by the light receiving unit and the phase shift are a−0. (Or −α + 0) when the difference X from the signal detected by the light receiving means and when the phase shift is α + 0 + δ (or −α−θ−6) Then, the difference と between the signal detected by the light receiving means and the signal detected by the light receiving means when the phase shift is α + 0− <5 (or −α−θ + δ) is obtained,
信号 =Κ 0 C · Χ-Υ  Signal = Κ 0 C · Χ-Υ
ただし、 C = 2s in δ · sinir ^ θ ) / (sos (r - θ ) -cos (Ύ ^ θ + δ )) を満たす信号を、 前記変調ゲイ ン誤差に応じた信号として出力する ものであり、 前記変調ゲイ ン制御手段は、 However, a signal that satisfies C = 2s in δsinir ^ θ) / (sos (r-θ) -cos (Ύ ^ θ + δ)) is output as a signal corresponding to the modulation gain error. , The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段から出力される信号が零になるように、 前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段お よび前記第三の定出力信号生成手段で各々生成される定出力信号の 出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されるセロダイ ン信 号の出力値とを調節する  The first constant output signal generating means, the second constant output signal generating means, and the third constant output signal generating means each set so that the signal output from the modulation gain calculating means becomes zero. The output value of the generated constant output signal and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation unit are adjusted.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
7 . 請求項 3記載の光ファイバジャイ ロであって、  7. The optical fiber gyro according to claim 3, wherein
前記変調ゲイ ン演算手段は、  The modulation gain calculation means includes:
前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トがァ + 0 + δ (ある いは-ァ - 0 - <5 ) のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ - 0 (あるいは-ァ + Θ ) のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 X、 および、 該位相シフ トがァ + 0 + δ (あるい は、 - Ύ - Θ - δ のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ + Θ - <5 (あるいは-ァ - 6> + δ ) のときに前記受光手段に より検出された信号との差分 Υを求め、  When the phase shift due to the composite signal of the various phase modulations is a + 0 + δ (or −a−0− <5), the signal detected by the light receiving unit and the phase shift are a−0 (Or −α + Θ), the difference X from the signal detected by the light receiving means, and when the phase shift is α + 0 + δ (or −Ύ−Θ−δ). The difference と between the signal detected by the light receiving means and the signal detected by the light receiving means when the phase shift is α + + − <5 (or −α−6> + δ) is obtained,
信号 =Κ 0 C · X- Υ  Signal = Κ 0 CX-Υ
ただ、し、 C = 2s in 5 *sin (ァ + 6> )/(cos ( 7 — - cos (ァ + を満たす信号を、 前記変調ゲイ ン誤差に応じた信号として出力する ものであり、  However, a signal that satisfies C = 2s in 5 * sin (α + 6>) / (cos (7—−cos (α +) is output as a signal corresponding to the modulation gain error.
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段から出力される信号が零になるように、 前記第一の加算手段の出力値を調節する  The output value of the first addition means is adjusted so that the signal output from the modulation gain calculation means becomes zero.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
8 . 請求項 1記載の光ファイバジャイ ロであって、 前記受光手段によ り検出された干渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記干渉光のサニヤック位相差に応じた回転角速度または 回転角度を算出するジャイ ロ出力演算手段と、 8. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein A gyro output calculating means for calculating a rotation angular velocity or a rotation angle according to a Sagnac phase difference of the interference light based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving means;
前記受光手段により検出された干渉光の光強度に応じた信号に基 づいて、 前記干渉光の光強度値を求める光強度演算手段と、 をさ ら に備え、  Light intensity calculating means for obtaining a light intensity value of the interference light based on a signal corresponding to the light intensity of the interference light detected by the light receiving means, further comprising:
前記ジャイ ロ出力演算手段は、  The gyro output operation means includes:
前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に応じて算出 結果を補正して出力する  The calculation result is corrected and output according to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculation means.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
9 . 請求項 8記載の光ファイバジャイ ロであって、  9. The optical fiber gyro according to claim 8, wherein
前記ジャイ ロ出力演算手段は、  The gyro output operation means includes:
光強度値とジャイ ロ出力のスケールファクタ誤差を補正するため の補正係数との対応関係を示すテーブルを有し、 当該テーブルに示 された、 前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に対応 する補正係数にしたがって、 算出結果を補正して出力する  It has a table showing the correspondence between the light intensity value and the correction coefficient for correcting the scale factor error of the gyro output, and the light intensity of the interference light obtained by the light intensity calculating means shown in the table Corrects the calculation result according to the correction coefficient corresponding to the value and outputs it
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 0 . 請求項 8記載の光ファイバジャイロであって、  10. The optical fiber gyro according to claim 8, wherein
前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値と所定の基準 値との差分にしたがい、 AGC (Automat ic Gain Control) 信号を生成 する AGC信号生成手段と、  AGC signal generation means for generating an AGC (Automatic Gain Control) signal according to a difference between the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculation means and a predetermined reference value,
前記 AGC信号生成手段で生成された AGC信号にしたがい、 前記受光 手段で検出された信号のゲイ ンを制御するループゲイ ン制御手段と、 をさ らに備える  Loop gain control means for controlling the gain of the signal detected by the light receiving means in accordance with the AGC signal generated by the AGC signal generation means.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。 An optical fiber gyro characterized by the above.
1 1 . 請求項 8記載の光ファイバジャイ ロであって、 前記合成信号生成手段は、 11. The optical fiber gyro according to claim 8, wherein the combined signal generating means is
0 の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第一の定出力信 号を生成する第一の定出力信号生成手段と、  First constant output signal generating means for generating a first constant output signal having an output value necessary for performing a phase shift of 0;
(5 の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第二の定出力信 号を生成する第二の定出力信号生成手段と、  (Second constant output signal generating means for generating a second constant output signal having an output value necessary to perform the phase shift of 5,
ァの位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する第三の定出力信 号を生成する第三の定出力信号生成手段と、  Third constant output signal generating means for generating a third constant output signal having an output value necessary to perform a phase shift of the
前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力信号生成手段 および前記第三の定出力信号生成手段で生成された各定出力信号を 用いて、 前記バイアス変調信号を生成するバイアス変調信号生成手 段と、  Bias modulation that generates the bias modulation signal using each of the constant output signals generated by the first constant output signal generation unit, the second constant output signal generation unit, and the third constant output signal generation unit. Signal generation means,
前記バイアス変調信号生成手段で生成されたバイアス変調信号と 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されたセロダイ ン信号とを加算 して、 前記各種位相変調の合成信号を生成する第一の加算手段と、 を有し、  First adding means for adding the bias modulation signal generated by the bias modulation signal generation means and the serodin signal generated by the serodyne signal generation means to generate a composite signal of the various phase modulations; Has,
前記第一の定出力信号生成手段は、  The first constant output signal generation means,
前記光強度演算手段で求めた前記干渉光の光強度値に応じて Θ の 値が変わるように、 前記第一の定出力信号の出力値を変える  The output value of the first constant output signal is changed so that the value of Θ changes according to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculation means.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 2 . 請求項 1 1記載の光ファイバジャイ ロであって、  12. The optical fiber gyro according to claim 11, wherein
前記第一の定出力信号生成手段は、  The first constant output signal generation means,
光強度値と 0 との対応関係を示すテーブルを有し、 当該テーブル に示された、 前記光強度演算手段で求めた前記千渉光の光強度値に 対応する Θ の位相シフ トを行うのに必要な出力値を有する前記第一 の定出力信号を生成する It has a table showing the correspondence between the light intensity value and 0, and performs a phase shift of 対 応 corresponding to the light intensity value of the interference light obtained by the light intensity calculation means shown in the table. Said first having the required output value Generate constant output signal of
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 3. 請求項 8記載の光ファイバジャイ ロであって、  1 3. The optical fiber gyro according to claim 8, wherein
前記光強度演算手段は、  The light intensity calculation means includes:
前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トがァ + 0 + δ (ある いは-ァ - θ -δ ) のときに前記受光手段により検出された信号と該位 相シフ トがァ - 0 (あるいは -ァ + 0 ) のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 χ、 および、 該位相シフ トがァ + Θ - δ (あるい は -ァ - θ + δ ) のときに前記受光手段によ り検出された信号と該位相 シフ トがァ - 0 (あるいは、 -ァ + 0 ) のときに前記受光手段により検 出された信号との差分 Ζ を求め、 求めた差分 X、 Ζを基に、 前記干渉 光の光強度値として、 当該干渉光のピーク値を求める  When the phase shift by the composite signal of the various phase modulations is a + 0 + δ (or −α−θ−δ), the signal detected by the light receiving unit and the phase shift are a−0 ( Or -a + 0), the difference と from the signal detected by the light receiving means, and when the phase shift is a + Θ-δ (or -a-θ + δ), The difference の between the signal detected by the light receiving means and the signal detected by the light receiving means when the phase shift is a−0 (or −α + 0) is obtained, and the obtained difference X, The peak value of the interference light is determined as the light intensity value of the interference light based on Ζ.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 4. 請求項 1 3記載の光ファイバジャイ ロであって、  1 4. The optical fiber gyro according to claim 13, wherein
前記光強度演算手段は、  The light intensity calculation means includes:
前記千渉光の光強度のピーク値を Ρ。とした場合、  The peak value of the light intensity of the light beam is indicated by Ρ. Then,
Ρ 0 = (X-Z)/(-sin δ · sin (了 + 0 ))  Ρ 0 = (X-Z) / (-sin δsin (end + 0))
により、 前記干渉光の光強度のピーク値を求める To determine the peak value of the light intensity of the interference light
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 5. 請求項 8記載の光ファイバジャイ ロであって、  1 5. The optical fiber gyro according to claim 8, wherein
前記光強度演算手段は、  The light intensity calculation means includes:
前記各種位相変調の合成信号による位相シフ トがァ + 0 + <5 (ある いは、 -Ύ -θ - δ のときに前記受光手段により検出された信号と該 位相シフ トがァ + 0 - δ (あるいは-ァ - 0 + δ ) のときに前記受光手段 により検出された信号との差分 Υを求め、 求めた差分 Υを基に、 前記 干渉光の光強度値として、 当該干渉光のピーク値を求める The phase shift by the combined signal of the various phase modulations is +0+ <5 (or the signal detected by the light receiving means when −Ύ− θ−δ and the phase shift is +0 − At the time of δ (or −0−δ), a difference Υ from the signal detected by the light receiving means is obtained, and based on the obtained difference Υ, Find the peak value of the interference light as the light intensity value of the interference light
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 6 . 請求項 1 5記載の光ファイバジャイ ロであって、  16. The optical fiber gyro according to claim 15, wherein
前記光強度演算手段は、  The light intensity calculation means includes:
前記干渉光の光強度のピーク値を P。とした場合、  P is the peak value of the light intensity of the interference light. Then,
P 0 =Y/ (- s i n δ · s i n ( r + 0 ) )  P 0 = Y / (-s i n δs i n (r + 0))
により、 前記干渉光の光強度のピーク値を求める To determine the peak value of the light intensity of the interference light
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
1 7 . 請求項 1記載の光ファイバジャイ ロであって、  17. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein
前記受光手段の出力側に接続されたスィ ッチ手段と、  Switch means connected to the output side of the light receiving means,
前記スィ ッチ手段の出力側に接続されたホールド手段と、 をさ ら に備え、  Holding means connected to the output side of the switch means, and
前記スィ ッチ手段は、  The switch means includes:
前記合成信号生成手段で生成された各種位相変調の合成信号の立 ち上がりおよび下がり に同期して、 前記受光手段により検出された 信号の出力を所定期間遮断するものであり、  Synchronizing with the rise and fall of the composite signal of various phase modulations generated by the composite signal generation unit, shuts off the output of the signal detected by the light receiving unit for a predetermined period,
前記ホールド手段は、  The holding means,
前記スイ ッチング手段を介して前記受光手段から送られてきた信 号の値を所定時間維持するものである  The value of the signal sent from the light receiving means via the switching means is maintained for a predetermined time.
ことを特徴とする光ファイノ ジャイ ロ。  An optical fino gyro characterized by the above.
1 8 . 請求項 1 7記載の光ファイバジャイ ロであって、  18. The optical fiber gyro according to claim 17, wherein
前記ホールド手段は、  The holding means,
抵抗とコンデンサとでなるフィルタである  It is a filter consisting of a resistor and a capacitor
ことを特徴とする光ファイバジャィ 口。  An optical fiber jay mouth characterized by the above.
1 9 . 請求項 1 記載の光ファイバジャイ ロであって、 前記セロダイ ン信号による変調位相差の累積結果が第一の閾値に 達すると、 - 2 πの位相シフ トを生じさせるように、 前記セロダイ ン 信号生成手段をリセッ ト し、 かつ、 前記セロダイ ン信号による変調 位相差の累積結果が前記第一の閾値より も 2 7Τ低い第二の閾値に達 すると、 + 2 7Τの位相シフ トを生じさせるように、 前記セロダイ ン信 号生成手段をリセッ 卜する リセッ ト手段をさ らに備える 1 9. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein When the accumulation result of the modulation phase difference by the serodin signal reaches a first threshold value, the serodin signal generation means is reset so as to generate a phase shift of -2π, and When the accumulation result of the modulation phase difference due to the above reaches a second threshold value which is 27 ° lower than the first threshold value, the cellodyne signal generating means is reset so as to generate a phase shift of + 27 °. Additional resetting means
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
2 0 . 請求項 1 9記載の光ファイバジャイ ロであって、  20. The optical fiber gyro according to claim 19, wherein
前記第一の閾値は + πであり、 前記第二の閾値は - 7Τである ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  The optical fiber gyro, wherein the first threshold is + π and the second threshold is −7 °.
2 1 . 請求項 1 9記載の光ファイバジャイ ロであって、  21. The optical fiber gyro according to claim 19, wherein
前記第一の閾値は + 2 7tであり、 前記第二の閾値は 0である ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  The optical fiber gyro, wherein the first threshold is + 27t, and the second threshold is 0.
2 2 . 請求項 1 9記載の光ファイバジャイ ロであって、  22. The optical fiber gyro according to claim 19, wherein
前記変調ゲイ ン制御手段は、  The modulation gain control means includes:
前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信 号にしたがい、 前記第一の定出力信号生成手段、 前記第二の定出力 信号生成手段および前記第三の定出力信号生成手段で生成される各 定出力信号の出力値と、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成される セロダイ ン信号の出力値とを調節することで、 前記各種位相変調の 合成信号のゲイ ンを制御するものであり、  According to a signal corresponding to a modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, the first constant output signal generation means, the second constant output signal generation means, and the third constant output signal generation The gain of the composite signal of the various phase modulations is controlled by adjusting the output value of each constant output signal generated by the means and the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation means. Things,
かつ、 前記セロダイ ン信号生成手段で生成されるセロダイ ン信号 の出力値の調節は、 前記変調ゲイ ン演算手段で生成された変調ゲイ ン誤差に応じた信号にしたがい、 前記リセッ ト手段における前記第 一、 第二の閾値、 およびリセッ トにより生じさせる位相シフ ト量を 調節することで行われる、 The adjustment of the output value of the serodin signal generated by the serodin signal generation means is performed according to a signal corresponding to the modulation gain error generated by the modulation gain calculation means, and The first and second thresholds and the amount of phase shift caused by the reset Done by adjusting,
ことを特徴とする光ファイノ'ジャィ 口。  The optical fino 'jay' mouth.
2 3 . 請求項 1記載の光ファイバジャイ ロであって、  23. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein
r = k π (ただし、 kは 1以上の整数) であり、  r = k π (where k is an integer of 1 or more)
kが奇数 : 0 < 0 ≤ 7t / 2  k is an odd number: 0 <0 ≤ 7t / 2
kが偶数 : 7T / 2≤ S < π  k is even: 7T / 2≤S <π
である Is
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
2 4 . 請求項 2 3記載の光ファイバジャイロであって、  24. The optical fiber gyro according to claim 23,
kは 1である  k is 1
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
2 5 . 請求項 2記載の光ファイバジャイ ロであって、  25. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein
前記バイアス変調信号生成手段は、  The bias modulation signal generation means includes:
前記第一の定出力信号生成手段で生成された第一の定出力信号を 変調して、 周波数 1 / τ (ただし、 て は前記光ファイバループでの光 の伝搬時間) の矩形波でなる第一の位相変調信号を生成する第一の 変調手段と、  The first constant output signal generated by the first constant output signal generation means is modulated to form a first constant output signal having a frequency of 1 / τ (where, however, the propagation time of light in the optical fiber loop) is a rectangular wave. First modulating means for generating a phase modulated signal;
前記第二の定出力信号生成手段で生成された第二の定出力信号を 変調して、 パルス幅 て / 2のパルスが時間間隔 2 τ毎に正負交互に現 れる第二の位相変調信号を生成する第二の変調手段と、  The second constant output signal generated by the second constant output signal generating means is modulated to generate a second phase modulated signal in which a pulse having a pulse width of / 2 alternately appears at each time interval 2 τ. A second modulating means for generating;
前記第一の変調手段で生成された第一の位相変調信号と前記第二 の変調手段で生成された第二の位相変調信号と前記第三の定出力信 号生成手段で生成された第三の定出力信号とを加算して信号を生成 する第二の加算手段と、  The first phase modulation signal generated by the first modulation means, the second phase modulation signal generated by the second modulation means, and the third phase modulation signal generated by the third constant output signal generation means. Second adding means for generating a signal by adding the constant output signal of
前記第二の加算手段で生成された信号を周波数 1 / 2 τで変調する こ とで、 前記千涉光の位相差が、 ァ + θ + δ 、 了 - θ 、 - 7 - θ - δ , - JModulate the signal generated by the second addition means at a frequency of 1/2 τ Thus, the phase difference of the stigmatic light is given by α + θ + δ, -−θ, −7−θ−δ, −J
+ Θ , r + θ - δ , Ύ - θ 、 - τ - Θ i δ , -ァ + 6» の順番でなる一連のステ ップ、 τ - Θ 、 τ i Θ + δ , - τ θ , - Ύ - θ _ δ 、 了 _ θ 、 r θ - δ , 一 ァ + θ 、 -ァ - 0 + (5 の順番でなる一連のステップ、 γ - Θ - δ 、 γ + θ , - r + θ + ό , -了 _ θ 、 γ - θ + δ , r + θ , - γ + θ - δ , -ァ - Θ の順番で なる一連のステップ、 あるいは、 r + θ 、 γ - Θ - δ 、 -了 - Θ ゝ - Τ i Θ + 6 、 r + Θ r - Θ i 6 , -了 - θ 、 -ア + δ の順番でなる一連のステ ップ (周期 4 て 、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるよう に 位相変調を行わせるバイ アス変調信号を生成する第三の変調手段と、 を備える + Θ, r + θ-δ, Ύ-θ,-τ-Θ i δ,-α + 6 », a series of steps in order, τ-、, τ i Θ + δ,-τ θ,- Ύ-θ _ δ, _ θ, r θ-δ, α + θ, -α-0 + (a series of steps in the order of 5, γ-Θ-δ, γ + θ,-r + θ +ス テ ッ プ, -end_θ, γ-θ + δ, r + θ, -γ + θ-δ, -a-Θ, or a series of steps in the order of r + θ, γ-Θ-δ, -end -Θ ゝ-Τ i Θ +6, r + Θ r-Θ i 6, -end-θ, -a + δ A series of steps (period 4 and duration of each step / 2 ), And a third modulation means for generating a bias modulation signal for performing phase modulation so as to repeatedly perform
ことを特徴とする光フ ァイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the following.
2 6 . 請求項 3記載の光フ ァイバジャイ ロであって、  26. The optical fiber gyro according to claim 3, wherein
前記バイ アス変調信号生成手段は、  The bias modulation signal generating means includes:
前記第一の定出力信号生成手段で生成された第一の定出力信号を 変調して、 周波数 l/ τ (ただし、 て は前記光フ ァイバループでの光 の伝搬時間) の矩形波でなる第一の位相変調信号を生成する第一の 変調手段と、  The first constant output signal generated by the first constant output signal generation means is modulated to form a first constant output signal having a rectangular wave having a frequency l / τ (where, at least, the propagation time of light in the optical fiber loop). First modulating means for generating a phase modulated signal;
前記第二の定出力信号生成手段で生成された第二の定出力信号を 変調して、 パルス幅 τ /2のパルスが時間間隔 2 τ毎に正負交互に現 れる第二の位相変調信号を生成する第二の変調手段と、  The second constant output signal generated by the second constant output signal generating means is modulated to generate a second phase modulation signal in which a pulse having a pulse width τ / 2 alternately appears at each time interval 2 τ. A second modulating means for generating;
前記第一の変調手段で生成された第一の位相変調信号と前記第二 の変調手段で生成された第二の位相変調信号と前記第三の定出力信 号生成手段で生成された第三の定出力信号とを加算して信号を生成 する第二の加算手段と、  The first phase modulation signal generated by the first modulation means, the second phase modulation signal generated by the second modulation means, and the third phase modulation signal generated by the third constant output signal generation means. Second adding means for generating a signal by adding the constant output signal of
前記第二の加算手段で生成された信号を周波数 1/2 て で変調する こ とで、 前記千渉光の位相差が、 ァ + 6> + <5 、 τ _ Θ 、 - 7 - θ - δ , - τ I θ , ァ + 0 - <5 、 了 - θ 、 - Τ - Θ i δ , -了 + Θ の順番でなる一連のステ ップ、 Ύ - Θ、 r θ δ , -了 + θ 、 - Τ - θ - δ , 丁 _ Θ 、 ァ + 0 - δ 、 - Ύ Θ , -ァ -0 + (5 の順番でなる一連のステップ、 Ύ - Θ - δ 、 τ θ , -γ θ 6 , -了 - θ、 r -θ δ , r θ , -r θ - δ , -ァ - 0 の順番で なる一連のステップ、 あるいは、 Ύ - Θ - δ , -了 - θ 、 - Ύ ΘModulate the signal generated by the second adding means at a frequency of 1/2 Here, the phase difference of the light beam is given by +6> + <5, τ_Θ, -7-θ-δ, -τIθ, α + 0-<5, 了 -θ, -Τ -Θ i δ,-end + 一連, a series of steps, Ύ-Θ, r θ δ,-end + θ,-θ-θ-δ, _ Θ, α + 0-δ,- Ύ,, -a -0 + (a series of steps in the order of 5, Ύ-Θ-δ, τ θ, -γ θ 6,-了-θ, r -θ δ, r θ, -r θ-δ , -A-0 or a series of steps, or Ύ-Θ -δ, -end -θ,-Ύ Θ
+ δ 、 r ^ θ , r - θ ^ δ , - Ύ - Θ、 -丫 + Θ - δ の順番でなる一連のステ ップ (周期 4 て 、 各ステップの継続時間 て /2) を繰り返しとるよう に 位相変調を行わせるバイアス変調信号を生成する第三の変調手段と、 を備える + δ, r ^ θ, r-θ ^ δ,-Ύ-Θ,-丫 + Θ-δ Repeat a series of steps (period 4, duration of each step / 2) A third modulation means for generating a bias modulation signal for performing phase modulation as described above.
こ とを特徴とする光フ ァイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by this.
2 7 . 請求項 2 5記載の光ファイバジャイ ロであって、  27. The optical fiber gyro according to claim 25, wherein
前記サニヤ ッ ク位相差演算手段は、  The sanitary phase difference calculating means includes:
前記受光手段によ り検出した信号を 1/て の周波数で復調する第一 の復調手段と、  First demodulating means for demodulating a signal detected by the light receiving means at 1 / th of the frequency;
前記第一の復調手段の出力を 1/2 τ の周波数で復調する第二の復 調手段と、  Second demodulation means for demodulating the output of the first demodulation means at a frequency of 1 / 2τ,
前記第二の復調手段の出力を、 時間 2 τ または 4 τ 毎に、 時間 て だ けずれたもの同士の和をとつて平均化する ことで、 前記干渉光のサ ニヤ ッ ク位相差に応じた信号を生成する演算手段と、 を備え、  By averaging the output of the second demodulation means for each time 2 τ or 4 τ and summing the outputs shifted by time, the output of the second demodulation means is adjusted according to the saniac phase difference of the interference light. Computing means for generating a signal,
前記セロダイ ン信号は、 て または て /2の継続時間を有する階段状 の信号である  The serodin signal is a step-like signal having a duration of t or t / 2.
こ とを特徴とする光フ ァイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by this.
2 8 . 請求項 2 6記載の光フ ァイバジャイ ロであって、  28. The optical fiber gyro according to claim 26, wherein
前記サニヤ ッ ク位相差演算手段は、 前記受光手段によ り検出した信号を l / τの周波数で復調する第一 の復調手段と、 The sanitary phase difference calculating means includes: First demodulating means for demodulating a signal detected by the light receiving means at a frequency of l / τ;
前記第一の復調手段の出力を 1 / 2 τの周波数で復調する第二の復 調手段と、  Second demodulation means for demodulating the output of the first demodulation means at a frequency of 1/2 τ,
前記第二の復調手段の出力を、 時間 2 て または 4 て毎に、 時間 てだ けずれたもの同士の和をとつて平均化することで、 前記干渉光のサ ニヤック位相差に応じた信号を生成する演算手段と、 を備え、  By averaging the output of the second demodulation means every two or four times and taking the sum of the ones shifted by the time, a signal corresponding to the saniac phase difference of the interference light is obtained. Computing means for generating, and
前記セロダイ ン信号は、 τ またはて / 2の継続時間を有する階段状 の信号である  The serodin signal is a stepped signal having a duration of τ or t / 2.
ことを特徴とする光ファイバジャイ ロ。  An optical fiber gyro characterized by the above.
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EP1219926A1 (en) 2000-11-28 2002-07-03 Politecnico di Bari Integrated optical angular velocity sensor
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