JPH01265111A - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JPH01265111A JPH01265111A JP63093210A JP9321088A JPH01265111A JP H01265111 A JPH01265111 A JP H01265111A JP 63093210 A JP63093210 A JP 63093210A JP 9321088 A JP9321088 A JP 9321088A JP H01265111 A JPH01265111 A JP H01265111A
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- Japan
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- output
- light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は少なくとも一周する光学路に右回り光及び左
回り光を通し、光学路の軸心まわりに加わる角速度を右
回り光と左回り光との位相差として検出する光干渉角速
度計に関する。
回り光を通し、光学路の軸心まわりに加わる角速度を右
回り光と左回り光との位相差として検出する光干渉角速
度計に関する。
「従来の技術」
第２図に従来の光干渉角速度計を示す。光源１１からの
出射光２１は光分配結合器１２、偏光子１３、光分配結
合器１４を通して少（とも−周する光学路１６に右回り
光２２、左回り光２３に分岐され、これら右回り光２２
、左回り光２３は、光学路１６の片端に配置された位相
変調器１５において発振器１９からの変調信号により位
相が変調される。
出射光２１は光分配結合器１２、偏光子１３、光分配結
合器１４を通して少（とも−周する光学路１６に右回り
光２２、左回り光２３に分岐され、これら右回り光２２
、左回り光２３は、光学路１６の片端に配置された位相
変調器１５において発振器１９からの変調信号により位
相が変調される。
その右回り光２２と左回り光２３とを干渉させた干渉光
２４が光分配結合器１２から得られる。この場合の干渉
光２４の強度■。は次式となる。
２４が光分配結合器１２から得られる。この場合の干渉
光２４の強度■。は次式となる。
Ｔｏ＝ｃ （ｉ＋ｃｏｓΔφ（Ｊ６（Ｘ） ＋２Σ（−
１）”Ｊｚ−（ｘ）・ｃｏｓ２ｎ（ωｔ＋θ））−ｓｉ
ｎΔφ・（２Σ（−１）’・Ｊｚｌｌ−＋（ｘ）・ｃｏ
ｓ（２ｎ＋１）（ωｔ＋θ））〕・・・１ｌｌ Ｃ二定数 Ｊ、：ｎ次の第１種ベンセル関数 ｘ ： ２ Ａｓ１ｎπｆｌｌτ Ａ：光位相変調の振幅 τ：光学路１６を通る光の伝搬時間 ω：位相変調器１５の駆動角周波数（ω−２πｆ、）Δ
φ：光学路１６を互に逆方向に伝搬した両光間の４πＲ
Ｌ 位相差 Δφ＝□・Ω＝Ｋ・Ω Ｃλ Ｒ：光学路１６の半径 Ｌ：ループ状に構成された光学路１６の長さＣ：光速 λ：光の波長 Ω：ループ状に構成された光学路１６の円周方向に印加
された角速度 ０２位相変調器１５に印加される駆動電圧ｖ ｒｚｔ＝
に一５ｉｎωｔと位相変調器１５による先位変調との位
相差 （１１式から明らかなように干渉光２４の強度Ｉ０には
、ｃｏｓΔφに比例する項とｓｉｎΔφに比例する項と
が含まれている。
１）”Ｊｚ−（ｘ）・ｃｏｓ２ｎ（ωｔ＋θ））−ｓｉ
ｎΔφ・（２Σ（−１）’・Ｊｚｌｌ−＋（ｘ）・ｃｏ
ｓ（２ｎ＋１）（ωｔ＋θ））〕・・・１ｌｌ Ｃ二定数 Ｊ、：ｎ次の第１種ベンセル関数 ｘ ： ２ Ａｓ１ｎπｆｌｌτ Ａ：光位相変調の振幅 τ：光学路１６を通る光の伝搬時間 ω：位相変調器１５の駆動角周波数（ω−２πｆ、）Δ
φ：光学路１６を互に逆方向に伝搬した両光間の４πＲ
Ｌ 位相差 Δφ＝□・Ω＝Ｋ・Ω Ｃλ Ｒ：光学路１６の半径 Ｌ：ループ状に構成された光学路１６の長さＣ：光速 λ：光の波長 Ω：ループ状に構成された光学路１６の円周方向に印加
された角速度 ０２位相変調器１５に印加される駆動電圧ｖ ｒｚｔ＝
に一５ｉｎωｔと位相変調器１５による先位変調との位
相差 （１１式から明らかなように干渉光２４の強度Ｉ０には
、ｃｏｓΔφに比例する項とｓｉｎΔφに比例する項と
が含まれている。
通常、微少入力角速度域における感度の最適化のためｓ
ｉｎΔφに比例する項が用いられる。
ｉｎΔφに比例する項が用いられる。
そのために干渉光２４が受光器１７によって光電変換さ
れた信号を位相変調周波数ｆ、又はその奇数倍の高調波
信号で同期検波される。−船釣には、処理の安易さ正確
さ等により低次（ここでは−次）の変調周波数で同期検
波される。
れた信号を位相変調周波数ｆ、又はその奇数倍の高調波
信号で同期検波される。−船釣には、処理の安易さ正確
さ等により低次（ここでは−次）の変調周波数で同期検
波される。
第２図では、−次のｓｉｎΔφ成分を取り出すため位相
変調器１５に印加する信号を同期検波回路１８の参照信
号としている。
変調器１５に印加する信号を同期検波回路１８の参照信
号としている。
「発明が解決しようとするＬ１題」
受光器１７によって光電変換された信号の中から一次の
ｓｉｎΔφを適切に取り出すためには、光電変換された
一次のｓｉｎΔφ成分と参照信号の位相が同相である必
要がある。
ｓｉｎΔφを適切に取り出すためには、光電変換された
一次のｓｉｎΔφ成分と参照信号の位相が同相である必
要がある。
” ところが位相変調器１５に印加される駆動電圧と干
渉光の基本周波数成分との位相差θは、位相変調器１５
がさらされる環境条件特に温度によって変わる。位相変
調器１５は、例えば円筒状の電歪振動子に光ファイバを
巻きつけて作製されているため本質的に環境条件によっ
て入出力の位相特性が変化しやすい、さらに位相変調器
１５の共振点に動作点（変調周波数）を設定すると環境
条件に対し著しく大きく変動する。
渉光の基本周波数成分との位相差θは、位相変調器１５
がさらされる環境条件特に温度によって変わる。位相変
調器１５は、例えば円筒状の電歪振動子に光ファイバを
巻きつけて作製されているため本質的に環境条件によっ
て入出力の位相特性が変化しやすい、さらに位相変調器
１５の共振点に動作点（変調周波数）を設定すると環境
条件に対し著しく大きく変動する。
そのため周期検波回路１８における参照信号と光電変換
された一次のｓｉｎ成分とは、同相でなくなり光干渉角
速度計の出力としてのスケールファクタの不安定をまね
く。
された一次のｓｉｎ成分とは、同相でなくなり光干渉角
速度計の出力としてのスケールファクタの不安定をまね
く。
この発明は、環境変化によって位相変調器１５の入出力
位相特性が変動しても同期検波回路における所望する入
力信号と参照信号とを同相に保ちジャイロスケールファ
クタを安定に保つ光干渉角速度計を提供することを目的
とする。
位相特性が変動しても同期検波回路における所望する入
力信号と参照信号とを同相に保ちジャイロスケールファ
クタを安定に保つ光干渉角速度計を提供することを目的
とする。
「課題を解決するための手段」
この発明によれば受光器からの出力の内、位相変調器の
変調周波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同
期検波手段が設けられる。この第２同期検波手段からの
信号で、第１同期検波手段、つまり受光器からの出力の
内、位相変調器の変調周波数に関連した奇数波成分を同
期検波する手段における入力信号と参照信号との位相差
が実質的に同相になり、かつ第２同期検波手段における
人力信号と参照信号との位相差が実質的に９０°になる
ように制御される。
変調周波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同
期検波手段が設けられる。この第２同期検波手段からの
信号で、第１同期検波手段、つまり受光器からの出力の
内、位相変調器の変調周波数に関連した奇数波成分を同
期検波する手段における入力信号と参照信号との位相差
が実質的に同相になり、かつ第２同期検波手段における
人力信号と参照信号との位相差が実質的に９０°になる
ように制御される。
「実施例」
第１図はこの発明の実施例の要部を示す。受光器１７の
出力は同期検波回路２５において周波数ｆ□の参照信号
Ｖ□で同期検波される。この時、同期検波される成分は
（１）式で示された信号の内、基本周波数ｆ、の成分で
あり、その結果は低域通過濾波器２６で交流成分が除去
されて光干渉角速度計の出力端子２９へ出力される。こ
の交流成分が除去された信−号ＶｌはｓｉｎΔφに比例
した信号となる。この時の出力Ｖ１は Ｖ＋＝に＋・ｓｉｎΔφ・ｃｏｓ（θ−θｔ）−（２）
Ｋ１ ：定数 θｆ ：位相変調器１５に印加される駆動電圧と参照信
号Ｖ□との位相差 となる。ここで位相差θは前述の通り位相変調器１５に
印加される駆動電圧と光の位相変調との位相差で、これ
は環境、特に温度によって大きく変化し実質的に光干渉
角速度計の出力とされる■。
出力は同期検波回路２５において周波数ｆ□の参照信号
Ｖ□で同期検波される。この時、同期検波される成分は
（１）式で示された信号の内、基本周波数ｆ、の成分で
あり、その結果は低域通過濾波器２６で交流成分が除去
されて光干渉角速度計の出力端子２９へ出力される。こ
の交流成分が除去された信−号ＶｌはｓｉｎΔφに比例
した信号となる。この時の出力Ｖ１は Ｖ＋＝に＋・ｓｉｎΔφ・ｃｏｓ（θ−θｔ）−（２）
Ｋ１ ：定数 θｆ ：位相変調器１５に印加される駆動電圧と参照信
号Ｖ□との位相差 となる。ここで位相差θは前述の通り位相変調器１５に
印加される駆動電圧と光の位相変調との位相差で、これ
は環境、特に温度によって大きく変化し実質的に光干渉
角速度計の出力とされる■。
のスケールファクタを不安定にする。
そこでこの発明ではその位相補正のために干渉光に含ま
れている信号の内偶数次の高周波成分を使用する。ここ
では二次の高周波成分を使用する。
れている信号の内偶数次の高周波成分を使用する。ここ
では二次の高周波成分を使用する。
受光器１７の出力は同期検波回路２７において周波数ｆ
８□の参照信号Ｖｌｌｌで同期検波される。参照信号Ｖ
１１２の位相は、同期検波回路２７から次の出力ｖ２が
得られるように予めロジック回路３０で設定される。
８□の参照信号Ｖｌｌｌで同期検波される。参照信号Ｖ
１１２の位相は、同期検波回路２７から次の出力ｖ２が
得られるように予めロジック回路３０で設定される。
Ｖｚ＝Ｋｚ−ｃｏｓΔφ−ｓｉｎ ｆ２（θ−θｒ）
ｌ−＋３＋この信号■２を積分器２８に入力し、積分器
２８の出力で位相差θ、が可変できる自動位相調整器３
１を制御し、位相差θ、が位相差θと同じ位相差になる
ように自動制御する。変換器１９の出力は自動位相調整
器３１を通じてロジック回路３０へ供給され、ロジック
回路３０で参照信号■□。
ｌ−＋３＋この信号■２を積分器２８に入力し、積分器
２８の出力で位相差θ、が可変できる自動位相調整器３
１を制御し、位相差θ、が位相差θと同じ位相差になる
ように自動制御する。変換器１９の出力は自動位相調整
器３１を通じてロジック回路３０へ供給され、ロジック
回路３０で参照信号■□。
Ｖ１１２が作られる。（θ−θ、）が常に零に保たれる
ように制御され、つまり積分器２８の出力が常に零にな
るように自動位相調整器３１が制御される。
ように制御され、つまり積分器２８の出力が常に零にな
るように自動位相調整器３１が制御される。
その結果（２）式は
Ｖ＋＝に＋・ｓｉｎΔφ ・（４１とな
り、環境条件、特に周囲温度が変わり位相変調器１５に
おける入出力の位相差θが変動しても光干渉角速度計の
人出特性であるスケールファクタの変動を抑えることが
できる。
り、環境条件、特に周囲温度が変わり位相変調器１５に
おける入出力の位相差θが変動しても光干渉角速度計の
人出特性であるスケールファクタの変動を抑えることが
できる。
又偶数次の高調波を位相補正に使用する理由は、（３）
式から明らかなように光学路１６に印加される入力角速
度Ωが零若しくは微小の場合即ち光学路１６を伝搬する
両光の位相差Δφが微小の場合でもｃｏｓΔφに比例す
る信号であるため制御信号として十分量の値が得られる
からである。
式から明らかなように光学路１６に印加される入力角速
度Ωが零若しくは微小の場合即ち光学路１６を伝搬する
両光の位相差Δφが微小の場合でもｃｏｓΔφに比例す
る信号であるため制御信号として十分量の値が得られる
からである。
尚、奇数次成分は、（２）式でも明らかなように微小入
力角速度時、非常に小さいため位相補正のための制御信
号としては不適当である。
力角速度時、非常に小さいため位相補正のための制御信
号としては不適当である。
しかし偶数次成分でも（３）式でもわかる通り入力角速
度が高くなっていくと位相差Δφが大きくなり制御信号
としてのＶ２信号は、小さくなっていく。
度が高くなっていくと位相差Δφが大きくなり制御信号
としてのＶ２信号は、小さくなっていく。
しかしながら、要求の最大入力角速度時における光学路
１６を伝搬する両光の位相差Δφが４５゜程度若しくは
それ以下の光干渉角速度計では、二次出力ｖ２の減少は
３０％程度又はそれ以下であり制御信号として十分利用
できる。
１６を伝搬する両光の位相差Δφが４５゜程度若しくは
それ以下の光干渉角速度計では、二次出力ｖ２の減少は
３０％程度又はそれ以下であり制御信号として十分利用
できる。
「発明の効果」
以上述べたようにこの発明によれば、環境条件が変わり
位相変調器１５の入出力の位相が変動しても零から最大
入力角速度範囲に渡って位相変調器１′５の位相変動を
補正して光干渉角速度計の入出力特性であるスケールフ
ァクタを安定に保つことができる。
位相変調器１５の入出力の位相が変動しても零から最大
入力角速度範囲に渡って位相変調器１′５の位相変動を
補正して光干渉角速度計の入出力特性であるスケールフ
ァクタを安定に保つことができる。
第１図はこの発明の実施例の要部を示すブロック図、第
２図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図である。
２図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図である。
Claims (1)
- （１）少なくとも一周する光学路と、 その光学路に対し右回り光及び左回り光を通す手段と、 その光学路を伝搬してきた右回り光と左回り光とを干渉
させる干渉手段と、 その干渉手段と上記光学路の一端との間にこれらに継続
的に配されて右回り光と左回り光とに位相変化を与える
位相変調手段と、 上記干渉光の光強度を電気信号として検出する受光器と
、 その受光器からの出力の内、上記位相変調手段の変調周
波数に関連した奇数波成分を同期検波する第１同期検波
手段と、 上記受光器からの出力の内、上記位相変調手段の変調周
波数に関連した偶数波成分を同期検波する第２同期検波
手段と、 その第２同期検波手段からの信号で上記第１同期検波手
段における入力信号と参照信号との位相差が実質的に同
相になり、かつ連動した上記第２同期検波手段における
入力信号と参照信号との位相差が実質的に９０゜になる
ように制御する手段とを有する光干渉角速度計。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093210A JPH0643898B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
| US07/236,435 US4883358A (en) | 1987-09-02 | 1988-08-25 | Fiber optic gyro stabilized by harmonic components of detected signal |
| DE3829731A DE3829731A1 (de) | 1987-09-02 | 1988-09-01 | Faseroptischer kreisel |
| FR888811437A FR2618545B1 (fr) | 1987-09-02 | 1988-09-01 | Gyroscope a fibre optique |
| DE3844745A DE3844745C2 (ja) | 1987-09-02 | 1988-09-01 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093210A JPH0643898B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01265111A true JPH01265111A (ja) | 1989-10-23 |
| JPH0643898B2 JPH0643898B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=14076206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63093210A Expired - Lifetime JPH0643898B2 (ja) | 1987-09-02 | 1988-04-15 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0643898B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808188B2 (ja) * | 1990-06-18 | 1998-10-08 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 復調基準信号源 |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP63093210A patent/JPH0643898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808188B2 (ja) * | 1990-06-18 | 1998-10-08 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 復調基準信号源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0643898B2 (ja) | 1994-06-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |