JPH02236112A - Phase modulation optical fiber gyro - Google Patents
Phase modulation optical fiber gyroInfo
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- JPH02236112A JPH02236112A JP5763589A JP5763589A JPH02236112A JP H02236112 A JPH02236112 A JP H02236112A JP 5763589 A JP5763589 A JP 5763589A JP 5763589 A JP5763589 A JP 5763589A JP H02236112 A JPH02236112 A JP H02236112A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(ア) 技 術 分 野
この発明は、位相変調方式の光ファイバジャイロに関す
る。[Detailed Description of the Invention] (A) Technical Field The present invention relates to a phase modulation type optical fiber gyro.
光ファイバジャイロは、運動体の角速度を測定する装置
である。An optical fiber gyro is a device that measures the angular velocity of a moving body.
シングルモード光ファイバをコイル状に多数回巻き回し
、単色光を光ファイバの両端に入れこの中を、左回り、
右回りに伝搬させて、両端から出た光を干渉させる。も
しも、光ファイバコイルが軸まわりに回転していると、
左回り光、右回り光の間に位相差が現れる。この位相差
が回転角速度に比例するので、位相差が分かれば、回転
角速度10められる。A single-mode optical fiber is wound into a coil many times, and monochromatic light is introduced into both ends of the optical fiber and is passed counterclockwise.
The light propagates clockwise, causing the light emitted from both ends to interfere. If the optical fiber coil is rotating around its axis,
A phase difference appears between the counterclockwise light and the clockwise light. Since this phase difference is proportional to the rotational angular velocity, if the phase difference is known, the rotational angular velocity can be calculated by 10.
位相差をΔθ、角速度をΩとすると、次の関係がある。When the phase difference is Δθ and the angular velocity is Ω, the following relationship exists.
C λ
ここで、Lはセンサコイノレのファイバ長、aはコイル
の直径、Cは真空中の光速、λは真空中での光の波長で
ある。これをサ二ャック効果といいこれ自体は周知であ
る。C λ Here, L is the fiber length of the sensor coil, a is the diameter of the coil, C is the speed of light in vacuum, and λ is the wavelength of light in vacuum. This is called the Sagnac effect and is well known.
ところが、位相差Δθを検出するのは容易ではない。However, it is not easy to detect the phase difference Δθ.
実際には、位相差に、回転に基づかない光学系のオフセ
ットが含まれる。このオフセットは温度の変化によって
、著しく変動する。さらに原理的な構成の光ファイバジ
ャイロでは、受光素子出力が(1+cosΔθ)の形で
現れる。これではΔθが小さい時に感度が悪いし、回転
方向が分からない。In reality, the phase difference includes optical system offsets that are not based on rotation. This offset varies significantly with changes in temperature. Furthermore, in an optical fiber gyro having a basic configuration, the light receiving element output appears in the form of (1+cosΔθ). This has poor sensitivity when Δθ is small, and the direction of rotation cannot be determined.
このような難点を解決するため、周波数変調、位相変調
、位相シフト方式光ファイバジャイロが考えられている
。To solve these difficulties, frequency modulation, phase modulation, and phase shift type optical fiber gyros are being considered.
本発明は、このうち位相変調方式光ファイバジャイロに
関する。The present invention relates to a phase modulation type optical fiber gyro.
(イ)位相変調方式光ファイバジャイロ位相変調方式光
ファイバジャイロの基本形について、第3図によって説
明する。(a) Phase modulation type optical fiber gyro The basic form of the phase modulation type optical fiber gyro will be explained with reference to FIG.
これは、光ファイバセンサコイルの一方の端部の光ファ
イバを圧電素子に巻き付け位相変調を掛けるようにした
ものである。変調波の一次の項を取ると、位相差がsi
nΔθの形で、求められる。In this system, the optical fiber at one end of an optical fiber sensor coil is wound around a piezoelectric element to apply phase modulation. Taking the first-order term of the modulated wave, the phase difference is si
It is obtained in the form of nΔθ.
発光素子1から出た可干渉光が、ビームスプリッタ2で
二つの光線に分けられる。Coherent light emitted from a light emitting element 1 is split into two beams by a beam splitter 2.
ひとつは、結合レンズ4によって絞られて、光ファイバ
5のA端に入射する。これは、センサコイル6の中を左
回りに伝搬する。One is focused by the coupling lens 4 and enters the A end of the optical fiber 5. This propagates counterclockwise in the sensor coil 6.
もうひとつの光線は、結合レンズ3によって絞られて、
B端から光ファイバ5に入射し、センサコイル6の中を
、右回りに伝搬する。The other ray is narrowed down by the coupling lens 3,
The light enters the optical fiber 5 from the B end and propagates clockwise inside the sensor coil 6.
光ファイバ5は太郎分がセンサコイル8になっているが
、B端に近い部分が圧電素子などに巻き付けられ、位相
変調素子7を構成している。A portion of the optical fiber 5 is a sensor coil 8, and a portion near the B end is wound around a piezoelectric element or the like to form a phase modulation element 7.
発振器10が、圧電素子に振動電圧を与えるから、圧電
素子が膨縮する。光ファイバの位相変調部8は圧電素子
に巻き付けられているので、圧電素子と共に膨縮し、光
信号に変調成分が含まれる事になる。Since the oscillator 10 applies an oscillating voltage to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts. Since the phase modulation section 8 of the optical fiber is wound around the piezoelectric element, it expands and contracts together with the piezoelectric element, and the optical signal contains a modulation component.
右回り光、左回り光は、位相変調素子7の位相Is部8
とセンサコイル6とを通り、他喘から出射する。これ等
は、ビームスプリッタ2で合一シ、受光素子9に入射す
る。受光素子9は、干渉光を二乗検波する。The clockwise light and the counterclockwise light are transmitted through the phase Is portion 8 of the phase modulation element 7.
and the sensor coil 6, and is emitted from the other vents. These are combined by the beam splitter 2 and incident on the light receiving element 9. The light receiving element 9 performs square law detection of the interference light.
位相変調素子7が、光ファイバ5の全体からみて非対称
の位置に設けられているので、左回り光と、右回り光と
が、位相変調を受けるタイミングが異なる。Since the phase modulation element 7 is provided at an asymmetrical position when viewed from the entire optical fiber 5, the counterclockwise light and the clockwise light receive phase modulation at different timings.
センサコイル6の光ファイバ長をLとし、光ファイバコ
アの屈折率をnとする。光がセンサコイル6を通過する
のに要する時間τは、
.n L
τ = (2)
C
で与えられる。Let L be the length of the optical fiber of the sensor coil 6, and let n be the refractive index of the optical fiber core. The time τ required for light to pass through the sensor coil 6 is: n L τ = (2) given by C .
位相変調素子7を、B端の近くに設けると、左回り光は
、先に位相変調を受け、それからセンサコイル6に入る
。右回り光は、センサコイル6を通ってから、位相変調
素子7に入る。When the phase modulation element 7 is provided near the B end, the counterclockwise light first undergoes phase modulation and then enters the sensor coil 6. The clockwise light passes through the sensor coil 6 and then enters the phase modulation element 7.
変調信号の角周波数をΩとする。位相変調素子7で位相
変調を受けてから、受光素子9にはいるまでの時間の違
いがτであるので、干渉光に含まれる変調信号の位相差
φは
φ = Ω τ (3)
となる。Let the angular frequency of the modulation signal be Ω. Since the difference in time between receiving phase modulation at the phase modulation element 7 and entering the light receiving element 9 is τ, the phase difference φ between the modulation signals included in the interference light is φ = Ω τ (3) .
前述のように、サニャック効果によって、右回り光と、
左回り光とが、Δθの位相差を持つが、位相変調によっ
てさらに、位相変調の部分が、φの位相差を持つのであ
る。位相変調素子7の作用による振幅をbとする。As mentioned above, due to the Sagnac effect, clockwise light and
The counterclockwise light has a phase difference of Δθ, but due to the phase modulation, the phase modulation part also has a phase difference of φ. Let b be the amplitude due to the action of the phase modulation element 7.
右回り光、左回り光の電界強度を%ER%ELとすると
、
Δθ
ER =F,o sin {ωt+−+bsin(Ω
t+φ)}となる。If the electric field strength of clockwise light and counterclockwise light is %ER%EL, Δθ ER =F, o sin {ωt+−+bsin(Ω
t+φ)}.
このような電界強度を持つ左回り光、右回り光が受光素
子9で二乗検波される。受光素子9の出力はS(Δθ,
1>は
となる。ここで、D.C.は、直流成分を意味する。ω
は、光の振動数で、2ωはこの2倍の振動数成分を意味
する。このように速い信号は受光素子9が検出できない
のでOである。The counterclockwise light and clockwise light having such electric field strength are square-law detected by the light receiving element 9. The output of the light receiving element 9 is S(Δθ,
1> becomes. Here, D. C. means a direct current component. ω
is the frequency of light, and 2ω means a frequency component twice this frequency. Since the light receiving element 9 cannot detect such a fast signal, the signal is O.
こうして得られる信号の中に位相変調のφが含まれるの
で,位相差Δθを変調信号の振幅に関連づけて求めるこ
とができる。Since the signal thus obtained includes phase modulation φ, the phase difference Δθ can be determined in relation to the amplitude of the modulation signal.
直流成分を除き、S(Δθ,1)を和の形に書き換える
と、
となる。これらを、ベッセル関数によって展開する。ベ
ッセル関数の母関数展開から、
S (Δθ, 1)
”(S.cos Δθ+Ss sln Δθ)Eo
” (to)というように定義する。If we remove the DC component and rewrite S(Δθ, 1) in the form of a sum, we get: These are expanded using Bessel functions. From the generating function expansion of the Bessel function, S (Δθ, 1) ”(S.cos Δθ+Ss sln Δθ)Eo
” (to).
θ→θ+π/2という変換をし、ベッセル関数の良く知
られた性質、
J−m(x)= (−)” Jn (x)( +
1)
(但し、nは正の整数)を使い、
φ
ξ” 2 b slg
(I2)
と置くと、
である。j=expiθ
と置くと、
S.”Jo(ξ)+2 Σ(−)” J 2n(ξ)
cos2nQt (13)ni1
となる。この式の実数部虚数部の展開から、S(Δθ,
1>のsin,cosの部分Ss1Scの級数展開を得
る。By converting θ→θ+π/2, we can obtain the well-known property of Bessel function, J−m(x)=(−)” Jn(x)( +
1) Using (where n is a positive integer) and setting φ ξ" 2 b slg (I2), we get. If we set j=expiθ, we get S."Jo(ξ)+2 Σ(-)" J2n(ξ)
cos2nQt (13)ni1. From the expansion of the real and imaginary parts of this equation, S(Δθ,
Obtain the series expansion of the sin and cos parts Ss1Sc of 1>.
となる。これらの式を使って書き換えると、信号S(Δ
θ,1)は、
(直流成分)+(2ω成分)
+Eo”Jo(ξ)cos Δθ
ni1
n=0
(l5)
となる。これは変調周波数Ωの高調波による展開である
。フィルターを通すことによって、任意の高調波成分を
求める事ができる。これらのうち、1次の項を基本波成
分Pとし、2次の項を2倍高調波成分Qとする。becomes. Rewriting using these equations, the signal S(Δ
θ,1) becomes (DC component) + (2ω component) +Eo”Jo(ξ)cos Δθ ni1 n=0 (l5). This is an expansion by harmonics of the modulation frequency Ω. Passing through a filter An arbitrary harmonic component can be obtained by using the following formula.Among these, the first-order term is taken as the fundamental wave component P, and the second-order term is taken as the double harmonic component Q.
P ( t)”2Eo2J t (ξ)cosΩ
t sin Δθ (1G)Q ( t)”2EO
”J2(ξ)cos 2Ωt cos Δθ (
!7)となる。多くの場合、基本波Pを検出して、Δθ
を求める。Pの感度が最大になるように、J1(ξ》を
最大にする。このため、ξ=1.8になるよう変調度を
設定する。このときJ。(ξ)は約0.3である。P (t)”2Eo2J t (ξ)cosΩ
t sin Δθ (1G)Q (t)”2EO
”J2(ξ) cos 2Ωt cos Δθ (
! 7). In many cases, by detecting the fundamental wave P, Δθ
seek. Maximize J1 (ξ) so that the sensitivity of P is maximized. For this reason, the modulation degree is set so that ξ = 1.8. At this time, J (ξ) is approximately 0.3. .
以上が、位相変調方式光ファイバジャイロの基本構成で
ある。The above is the basic configuration of the phase modulation type optical fiber gyro.
(ウ) 従 来 技 術
基本波Pを検出してΔθを求めるとき、変調度ξが一定
していなければならない。そうでないとJ.(ξ》の値
が変動するからである。(C) Prior art When detecting the fundamental wave P and finding Δθ, the modulation degree ξ must be constant. Otherwise J. This is because the value of (ξ) changes.
変調度を一定にするため、たとえば2倍高調波Qをモニ
ターしてJ2(ξ)の値を求めるという方法が提案され
ている。In order to keep the modulation degree constant, a method has been proposed in which, for example, the second harmonic Q is monitored and the value of J2(ξ) is determined.
特願昭59−244841号はこのようなものである。Japanese Patent Application No. 59-244841 is like this.
位相変調素子の駆動回路から、Ωの信号とこれを逓倍し
た2Ωの信号を取る。それぞれの信号によって、受光素
子の出力を同期検波する。これをローパスフィルターに
通して、低周波成分を求める。2倍高調波成分Qは、
Q = 2 E O2J 2(ξ)cosΔθ (l
8)となる。変調度ξを一定にしなければならないので
、Qを一定にするよう、位相変調素子を制御する。A Ω signal and a 2Ω signal obtained by multiplying this signal are obtained from the drive circuit of the phase modulation element. The output of the light receiving element is synchronously detected using each signal. This is passed through a low-pass filter to obtain low frequency components. The second harmonic component Q is Q = 2 E O2J 2(ξ)cosΔθ (l
8). Since the modulation degree ξ must be constant, the phase modulation element is controlled so that Q is constant.
ξが1.8になるようにするのである。J2はξが蔦.
8のとき、約0.3である。ξが、これより増加すると
、J2は増加し、ξがこれより減少すると、J2が減少
する。従って、Qを一定にするということが、ξ=l.
8に保つことである。This is done so that ξ becomes 1.8. In J2, ξ is ivy.
8, it is about 0.3. If ξ increases beyond this, J2 increases, and if ξ decreases beyond this, J2 decreases. Therefore, keeping Q constant means that ξ=l.
Keep it at 8.
(工)発明が解決しようとする問題点
発光素子からの光量が、一定であれば、(1B)によっ
て得られたP (t)から、直ちに、Δθが求められる
。(Eng.) Problems to be Solved by the Invention If the amount of light from the light emitting element is constant, Δθ can be immediately determined from P (t) obtained by (1B).
しかし、実際には、光の振幅E。が変動するので、同じ
Δθの値であるのに光量変動のために見掛け上異なる出
力が得られる。However, in reality, the amplitude E of the light. varies, so even though the value of Δθ is the same, apparently different outputs are obtained due to variations in the amount of light.
これまで、左回り光、右回り光について、簡単のため、
どちらも同じE。を使っていた。しかしこれらは、実は
同じではない。Up until now, we have explained counterclockwise light and clockwise light for simplicity.
Both are the same E. was using. But these are actually not the same.
区別する必要がある場合は、右回り光の振幅をE1、左
回り光の振幅をE2と書く。Eoの2乗と書いていたも
のが、EI Eaと読み変えられるベきである。If it is necessary to distinguish, the amplitude of clockwise light is written as E1, and the amplitude of counterclockwise light is written as E2. What was written as Eo squared should be read as EI Ea.
前項で説明した特開昭GG−13581fi号は、信号
の直流成分が一定になるような制御系を提案している。Japanese Patent Laid-Open No. GG-13581fi described in the previous section proposes a control system in which the DC component of the signal is constant.
しかし、これは、反射光量の問題については論じられて
いない。ここで、反射光とは、レンズ、ファイバ等の光
学部品の端面で反射された光成分を指す。信号光とはフ
ァイバコイルの中を通って角速度測定に寄与する光であ
る。However, this does not discuss the issue of the amount of reflected light. Here, reflected light refers to a light component reflected by an end face of an optical component such as a lens or a fiber. Signal light is light that passes through the fiber coil and contributes to angular velocity measurement.
受光素子には、信号光と反射光とが入射する。Signal light and reflected light enter the light receiving element.
ここで反射光はセンサコイルを通らない光を意味する。Here, reflected light means light that does not pass through the sensor coil.
前記特開昭GO−13581Gは反射光がないものとし
ていた。The aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 13581G was designed to have no reflected light.
あるいはあっても、信号光と同じように変動するものと
仮定していたと推量される。そうであってこそ、直流成
分を一定にすることが、光の振幅を一定にすること等価
なのである。Or even if there was, it is assumed that it was assumed to fluctuate in the same way as the signal light. That is why keeping the DC component constant is equivalent to keeping the amplitude of light constant.
ところが、実際には受光素子には、無視できない反射光
量が入射する。反射光は信号光と同じようには変動しな
い。あるいは殆ど変動しないといってよい。However, in reality, a non-negligible amount of reflected light is incident on the light receiving element. The reflected light does not fluctuate in the same way as the signal light. Or it can be said that there is almost no change.
従って、直流成分を一定にすることが、必ずしも信号光
の振幅を一定にすることにはならない。Therefore, keeping the DC component constant does not necessarily make the amplitude of the signal light constant.
(オ) 構 成
本発明おいては、
(1)受光素子の出力から直流成分Dを求め、これから
予め設定してある反射光量Hを引き、信号光だけの直流
成分Rを求める。(E) Configuration In the present invention, (1) A DC component D is determined from the output of the light receiving element, and a preset amount of reflected light H is subtracted from this to determine the DC component R of only the signal light.
R=D−H (19)
(2)受光素子の出力から、基本波Pまたは適当な高調
波を同期検波して求める。これをRで割って、振幅を落
とし、Δθを正確に求める。R=DH (19) (2) From the output of the light receiving element, find the fundamental wave P or appropriate harmonics by synchronous detection. Divide this by R to reduce the amplitude and accurately find Δθ.
という手順で位相差Δθを検出する。The phase difference Δθ is detected by the following procedure.
第1図によって本発明を説明する。The present invention will be explained with reference to FIG.
可干渉光を発生する発光素子1の光がビームスプリッタ
2によって2本の光に分けられる。これらがレンズ3、
4によって絞られて、光ファイバ5の両端A1Bに入射
する。Light from a light emitting element 1 that generates coherent light is split into two beams by a beam splitter 2. These are lens 3,
4 and enters both ends A1B of the optical fiber 5.
光ファイバ5はシングルモードファイバであり多数回コ
イル状に巻き回したセンナコイル8と位相変調素子7に
巻き回した部分8とよりなる。The optical fiber 5 is a single mode fiber and includes a senna coil 8 wound in a coil shape many times and a portion 8 wound around a phase modulation element 7.
B端から入射した光は、センサコイル6の中を右回り光
として伝搬し、A端に出射される。The light incident from the B end propagates in the sensor coil 6 as light in a clockwise direction, and is emitted to the A end.
A端からの光は左回り光となり、B端に出射される。左
回り光、右回り光はビームスプリッタ2によって合一し
、受光素子9に入射する。The light from the A end becomes counterclockwise light and is emitted to the B end. The counterclockwise light and the clockwise light are combined by the beam splitter 2 and enter the light receiving element 9.
光ファイバ5の一端近くにある位相変調素子7は圧電素
子に電極を設け、交流電圧を印加して膨張収縮させ、こ
の周りに巻いた光ファイバの光路長を変化させるもので
ある。The phase modulating element 7 located near one end of the optical fiber 5 is a piezoelectric element provided with an electrode, and is expanded and contracted by applying an alternating current voltage to change the optical path length of the optical fiber wound around the piezoelectric element.
励振交流電源10が位相変調素子7を変調周波数Ωで駆
動する。An excitation AC power source 10 drives the phase modulation element 7 at a modulation frequency Ω.
受光素子9の出力には直流成分、基本波、高調波など多
様な成分が含まれる。反射光はこの内直流成分のみに含
まれる。The output of the light receiving element 9 includes various components such as a DC component, a fundamental wave, and harmonics. The reflected light is included only in the DC component.
直流成分検出部11は、受光素子出力から、直流成分を
取り出す。発光素子出力制御回路12は直流成分検出部
11の出力を一定に保つように発光素子1の駆動電流を
制御する。The DC component detection unit 11 extracts a DC component from the light receiving element output. The light emitting element output control circuit 12 controls the drive current of the light emitting element 1 so as to keep the output of the DC component detection section 11 constant.
受光素子の直流成分は、信号光となるものと反射光から
のものとを含む。ところが反射光量が一定であるので、
受光素子の直流成分を一定にすれば、信号光となるべき
成分が一定になる。The DC component of the light-receiving element includes signal light and reflected light. However, since the amount of reflected light is constant,
If the DC component of the light-receiving element is made constant, the component that should become signal light becomes constant.
同期検波部13は受光素子出力から、適当な次数の信号
成分を、励振交流電源10から同期信号をえて、同期検
波する。これは、基本波Pかあるいは、奇数次の高調波
が望ましい。sinのなかにΔθを含むからである。The synchronous detection unit 13 receives a synchronous signal from the excitation AC power supply 10 and synchronously detects a signal component of an appropriate order from the output of the light receiving element. This is preferably the fundamental wave P or odd harmonics. This is because sin includes Δθ.
以上の構成は通常の位相変調方式光ファイバジャイロと
同じである。The above configuration is the same as a normal phase modulation type optical fiber gyro.
本発明においてはさらに、 反射光量設定部14 反射光量引算処理部15 割り算処理部l6 を設ける。In the present invention, further, Reflected light amount setting section 14 Reflected light amount subtraction processing unit 15 Division processing unit l6 will be established.
反射光量設定部14は、予め反射光量Hを設定しておく
。反射光量引算処理部15は直流成分検出部11の直流
成分Dから、反射光量Hを差し引き、信号直流成分Rを
求める。The reflected light amount setting section 14 sets the reflected light amount H in advance. The reflected light amount subtraction processing unit 15 subtracts the reflected light amount H from the DC component D of the DC component detection unit 11 to obtain the signal DC component R.
割り算処理部16は同期検波部13の出力を信号直流成
分Rで割り算する。これが補正出力Wである。これには
、光の振幅が含まれない。この結果から、位相差Δθが
求められる。The division processing section 16 divides the output of the synchronous detection section 13 by the signal DC component R. This is the corrected output W. This does not include the amplitude of the light. From this result, the phase difference Δθ can be determined.
(力) 作 用
通常の光ファイバジャイロと同じように受光素子に、右
回り光と左回り光との干渉光出力が得られる。同期検波
部13が、例えば基本波Pを検出するとする。(Force) Effect: As with a normal optical fiber gyro, interference light output of clockwise light and counterclockwise light is obtained at the light receiving element. Assume that the synchronous detection section 13 detects, for example, a fundamental wave P.
右回り光、左回り光の振幅をEl、E2とすると、受光
素子出力から得られる基本波PはP=2E.E2 J
.(ξ)sln Δθ (2o)である。If the amplitudes of the clockwise light and counterclockwise light are El and E2, the fundamental wave P obtained from the light receiving element output is P=2E. E2 J
.. (ξ)sln Δθ (2o).
受光素子出力の直流成分Dは、− (El”+E2”
)+EI Ell JO(ξ)cosΔθ +H(
2l)
である。Hは反射光量を示す。これは右回り光、左回り
光とは別にファイバの入射端などで反射されたものであ
る。ところで、実際の光学系では、E.はほぼE2に等
しいので、
(EI”+E2”)=Et E2
(22)と仮定できる。The DC component D of the light receiving element output is - (El"+E2"
)+EI Ell JO(ξ)cosΔθ +H(
2l). H indicates the amount of reflected light. This light is reflected at the input end of the fiber, in addition to the clockwise and counterclockwise lights. By the way, in an actual optical system, E. is almost equal to E2, so (EI"+E2")=Et E2
(22) can be assumed.
既に述べたように、J1(ξ)を最大にするためにξ崎
1.8に設定することが多い。この値にたいして、J.
(ξ)&−=0.3となる。As already mentioned, in order to maximize J1(ξ), ξ is often set to 1.8. For this value, J.
(ξ)&-=0.3.
このとき、直流成分Dは、
DIR I E2 ( 1 +0.3 cos
Δθ)+H (23)となる。At this time, the DC component D is DIR I E2 (1 +0.3 cos
Δθ)+H (23).
ところで、光ファイバジャイロが回転していないとき、
もしくはほとんど回転していないとき、Δθ=Oとなる
。従ってCOSΔθ=1である。By the way, when the optical fiber gyro is not rotating,
Or, when there is almost no rotation, Δθ=O. Therefore, COSΔθ=1.
そこで、光ファイバジャイロが回転していないとき、も
しくはほとんど回転していないとき、直流成分は、
D峡1.3 EI E2 +H
(24)となる。Therefore, when the optical fiber gyro is not rotating or hardly rotating, the DC component is D 1.3 EI E2 +H
(24).
受光素子出力の直流成分Dは、信号光の直流成分Rと、
反射光Hとの和である。反射光量設定部14で、正し《
反射光量Hを設定しておき、反射光量引算処理部15で
、Dから、反射光量Hを差し引くことにより、Rがえら
れる。The DC component D of the light receiving element output is the DC component R of the signal light,
This is the sum of the reflected light H and the reflected light H. In the reflected light amount setting section 14, set the correct
By setting the reflected light amount H and subtracting the reflected light amount H from D in the reflected light amount subtraction processing section 15, R can be obtained.
R″51.3 EI E2 となる。ここが重要である。R″51.3 EI E2 becomes. This is important.
一方同期検波部13の基本波出力Pは、(20)によっ
て与えられる。割り算処理部16ではPをRで割る。On the other hand, the fundamental wave output P of the synchronous detection section 13 is given by (20). The division processing unit 16 divides P by R.
1.3
@ 0.85 s1n Δθ
割り算をすることにより光の振幅によらない結果が得ら
れる。(28)などは、ξを特定の値、1.8にしてい
るがこれはいくらでも良い。1.3 @ 0.85 s1n Δθ By performing division, a result that does not depend on the amplitude of the light can be obtained. In (28) etc., ξ is set to a specific value, 1.8, but this value may be any value.
一般に係数は、ベッセル関数のままで表すと、である。Generally, the coefficient is expressed as a Bessel function as follows.
振幅によらなくなるのは、直流成分から反射光量Hを差
し引いたからである。もしも反射光量を差し引かなけれ
ば、振幅とHの比が残り、Δθを正しく求める事ができ
ない。The reason why it does not depend on the amplitude is because the amount of reflected light H is subtracted from the DC component. If the amount of reflected light is not subtracted, the ratio between the amplitude and H remains, and Δθ cannot be determined correctly.
(力) 実 施 例
位相変調光ファイバジャイロの基本的条件を備えた最小
構成に関しては、
Ezeklel s. and Ardltty H.
J.;”FIBER OPTIC ROTATION
SENSORS″,Sprlnger− Verlag
BerlIn.1982に詳しい説明がある。(Force) Example Regarding the minimum configuration with the basic conditions of a phase modulation optical fiber gyro, see Ezeklel s. and Ardltty H.
J. ;”FIBER OPTIC ROTATION
SENSORS'', Sprlnger- Verlag
BerlIn. A detailed explanation can be found in 1982.
第2図によって実施例を説明する。An embodiment will be explained with reference to FIG.
第1図と共通のものは、同じ番号を付け、説明を省略す
る。Components common to those in FIG. 1 are given the same numbers and their explanations will be omitted.
左回り光、右回り光のいずれかが入射するどちらか一方
のレンズとファイバの間に電子シャター等の光遮断素子
20を置《。光遮断素子駆動部21がこれを開閉する。A light blocking element 20 such as an electronic shutter is placed between the fiber and one of the lenses into which either the counterclockwise light or the clockwise light enters. A light blocking element driving section 21 opens and closes this.
角速度測定時は光遮断素子20は開いている。The light blocking element 20 is open when measuring angular velocity.
反射光量を測定するときのみ、光遮断素子20を閉じ、
レンズとファイバの間を遮断する。信号光は受光素子θ
に入らない。反射光のみが受光零子9に入射する。この
ときの直流成分が反射光mHである。Close the light blocking element 20 only when measuring the amount of reflected light,
Block between the lens and the fiber. The signal light is transmitted to the light receiving element θ
It doesn't fit in. Only the reflected light enters the light receiving element 9. The DC component at this time is reflected light mH.
電子シャターなどの光遮断素子20の駆動部2lは、デ
ジタル制御部から接点信号などの簡易な信号で動作制御
すれば良い。The operation of the driving section 2l of the light blocking element 20 such as an electronic shutter may be controlled by a simple signal such as a contact signal from a digital control section.
反射光量Hは直流成分検出部11で検出され、デジタル
処理部19のマルチブレクサ−22を通り、A/Dコン
バータ23でデジタル値に変換される。この値はバス2
6につながる適当な記憶素子に記憶される。The reflected light amount H is detected by the DC component detection section 11, passes through the multiplexer 22 of the digital processing section 19, and is converted into a digital value by the A/D converter 23. This value is bus 2
6 is stored in a suitable storage element connected to 6.
第1図の反射光量設定部14というのは、光遮断素子1
01光遮断素子駆動部11、直流成分検出部11、デジ
タル処理部19を含んだものである。The reflected light amount setting section 14 in FIG.
It includes a 01 light blocking element driving section 11, a DC component detection section 11, and a digital processing section 19.
反射光量設定部14は、反射光量をもとめ、これを記憶
する必要があるので、アナログ回路で構成する事もでき
る。この場合、記憶素子としては容量の大きいコンデン
サーを使うことができる。Since the reflected light amount setting section 14 needs to determine the amount of reflected light and store it, it can also be configured with an analog circuit. In this case, a capacitor with a large capacity can be used as the memory element.
出力は電圧である。回路的にも簡単である。The output is voltage. The circuit is also simple.
しかし、反射光量を求めるのは、光ファイバジャイロが
静止しているときであるのが望ましいので、反射光量記
憶素子は静止から次の静止まで反射光flHの値を正し
く記憶しておかなければならない。この時間が長い場合
は、デジタル回路のほうが良い。However, since it is desirable to calculate the amount of reflected light when the optical fiber gyro is stationary, the reflected light amount storage element must correctly store the value of reflected light flH from one stationary state to the next stationary state. . If this time is long, a digital circuit is better.
この例では、直流成分検出部11、マルチブレクサ−2
2、A/Dコンバータ23は、通常の角速度測定時に直
流成分をもとめ、記憶するために用いられる。これらを
、反射光量設定部14が共用している。In this example, the DC component detection section 11, the multiplexer 2
2. The A/D converter 23 is used to obtain and store the DC component during normal angular velocity measurement. These are shared by the reflected light amount setting section 14.
CPU25はP/Rを演算する。こうして位相差Δθを
求める。The CPU 25 calculates P/R. In this way, the phase difference Δθ is determined.
但し、反射光量設定部14はこれ以外にも考えうる。However, the reflected light amount setting section 14 may be configured in other ways.
光遮断素子20で光を遮断した時の受光素子出力が直ち
信号光が存在するときの、反射光量とはいえないことが
ある。この場合は、適当な係数を乗ずるようにする。光
遮断素子20をB端の近くに置くと、遮断時にB端から
の反射光が受光素子に入らない。これを、補正する必要
があるかも知れない。The output of the light receiving element when the light is blocked by the light blocking element 20 may not be the amount of reflected light when signal light is present. In this case, multiply by an appropriate coefficient. If the light blocking element 20 is placed near the B end, the reflected light from the B end will not enter the light receiving element during blocking. This may need to be corrected.
また、反射光量Hは、計算によって求める事ができる。Further, the amount of reflected light H can be determined by calculation.
直流成分Dは、信号光による( 1 + cosΔ0)
とHの和であるから、Δθを変えてDをΔθの関数とし
て求めれば、Hを推定できる。Hが定数であれば、この
Hを用いてさらに近似を高めてゆくことができる。The DC component D is due to the signal light (1 + cosΔ0)
Since it is the sum of Δθ and H, H can be estimated by changing Δθ and finding D as a function of Δθ. If H is a constant, this H can be used to further improve the approximation.
この例では、ハーフミラー30、レンズ31、33、定
偏波ファイバ32が、発光素子、受光素子と、光ファイ
バ5の間に追加されている。これは、右回り光と左回り
光の偏波面を合わせるためである。本発明の主な目的と
は無関係である。In this example, a half mirror 30, lenses 31 and 33, and a polarization constant fiber 32 are added between the light emitting element, the light receiving element, and the optical fiber 5. This is to match the planes of polarization of the clockwise light and the counterclockwise light. It is irrelevant to the main purpose of the invention.
(キ) 効 果
レンズ、ファイバ、その他の光学系による反射光を、受
光素子の直流成分から除き、信号光の真の直流成分を求
めているから、信号光の振幅が変動しても、正しい位相
差Δθを得る事ができる。(g) Effect Light reflected by lenses, fibers, and other optical systems is removed from the DC component of the light receiving element to obtain the true DC component of the signal light, so even if the amplitude of the signal light fluctuates, the correct A phase difference Δθ can be obtained.
従って、より正確で、安定した角速度の測定が可能にな
る。Therefore, more accurate and stable angular velocity measurement is possible.
第1図は本発明の構成図。
第2図は本発明の実施例を示す構成図。
第3図は位相変調方式光ファイバジャイロの構成図。
1 ● 拳
2 ● ●
3、4
5 ● ●
6 ● ●
7 ● ●
●発 光 素 子
●ハーフミラー
●●レ ン ズ
●光 フ ァ
●センサコイル
●位相変調素子
イ
バ
8 φ ●
9 ● ●
1 0 ●
1 1 ●
1 2 ●
1 3 ●
14拳
l 5 ●
1 8 ●
1 9 ●
2 0 ●
2 1 ●
2 2 ●
241I
2 5 ●
●位相変調素子に巻き付けたファイバ
●受 光 素 子
●励振交流電源
●直流成分検出部
φ発光素子出力制御回路
●同期検波部
●反射光量設定部
●反射光量引算処理部
●割り算処理部
●デジタル処理部
●光遮断素子
●光遮断素子駆動部
●マルチプレクサー
●A/Dコンバータ
●光遮断素子駆動部インターフェイス
●CPU
? 明 者 岡 本 賢
司特許出願人 住友電気工業株式会社出願代理
人 弁理士 川 瀬 茂 樹■■■嗣1!l1’ji
lili’j+FIG. 1 is a configuration diagram of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of a phase modulation type optical fiber gyro. 1 ● Fist 2 ● ● 3, 4 5 ● ● 6 ● ● 7 ● ● ● Light emitting element ● Half mirror ● ● Lens ● Optical phase ● Sensor coil ● Phase modulation element Ibar 8 φ ● 9 ● ● 1 0 ● 1 1 ● 1 2 ● 1 3 ● 14 fistl 5 ● 1 8 ● 1 9 ● 2 0 ● 2 1 ● 2 2 ● 241I 2 5 ● ● Fiber wrapped around phase modulation element ● Light receiving element ● Excitation AC power supply ● DC component detection section φ light emitting element output control circuit ● Synchronous detection section ● Reflected light amount setting section ● Reflected light amount subtraction processing section ● Division processing section ● Digital processing section ● Light blocking element ● Light blocking element drive section ● Multiplexer ●A/D converter ●Light blocking element drive unit interface ●CPU? Author Ken Okamoto
Patent Applicant Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Application Agent Patent Attorney Shigeru Kawase ■■■ Tsugu 1! l1'ji
lili'j+
Claims (4)
けられた部分を有する光ファイバと、可干渉光を発生す
る発光素子と、該発光素子からの光、あるいは該発光素
子から光ファイバを介した光を分割して前記光ファイバ
の両端に供給するビームスプリッタと、前記光ファイバ
を伝搬しその両端から出た光を前記ビームスプリッタを
介し結合して受光する受光素子と、受光素子の出力を受
けて位相変調周波数成分を検出する同期検波回路とを少
なくとも有する位相変調方式光ファイバジャイロに於い
て、前記受光素子の出力を受けて直流成分を検出する直
流成分検出部と、直流成分のうちレンズ、ファイバなど
の光学部品の端面で反射したものでありセンサコイルを
通過していない反射光量のレベルを設定する反射光量設
定部と、前記直流成分検出部の出力Dから反射光量設定
部で設定した反射光量Hを引算する反射光量引算処理部
と、同期検波器の出力を反射光量引算処理部の出力Rで
割り算処理しその割り算結果を出力する割り算処理部と
によって構成されることを特徴とする位相変調方式光フ
ァイバジャイロ。(1) An optical fiber having a part constituting a sensor coil and a part provided with a phase modulation element, a light emitting element that generates coherent light, and light from the light emitting element or from the light emitting element via the optical fiber. a beam splitter that splits the light and supplies it to both ends of the optical fiber; a light receiving element that propagates through the optical fiber and combines the light emitted from both ends of the optical fiber and receives the light; and an output of the light receiving element. A phase modulation type optical fiber gyro including at least a synchronous detection circuit that receives the output of the light receiving element and detects the phase modulated frequency component, and a DC component detection section that receives the output of the light receiving element and detects the DC component, and a lens of the DC component. , a reflected light amount setting section that sets the level of the amount of reflected light that is reflected from the end face of an optical component such as a fiber and has not passed through the sensor coil, and a reflected light amount setting section that sets the level of the amount of reflected light that is reflected from the end face of an optical component such as a fiber, and from the output D of the DC component detection section. It is composed of a reflected light amount subtraction processing section that subtracts the reflected light amount H, and a division processing section that divides the output of the synchronous detector by the output R of the reflected light amount subtraction processing section and outputs the division result. Features: Phase modulation type optical fiber gyro.
流成分を検出する直流成分検出機能と、他のセンサ信号
などによってこの光ファイバジャイロが静止しているこ
とを認識するか又はこの光ファイバジャイロの出力信号
を受けて角速度が十分に小さく静止に近いことを検出し
、静止又は静止に近いときの直流成分レベルを保持する
直流成分レベル保持部と、で構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の位相変調方式光ファ
イバジャイロ。(2) The DC component detection section receives the output of the light receiving element and has a DC component detection function that detects the DC component and recognizes that the optical fiber gyro is stationary based on other sensor signals or the like. A DC component level holding unit receives the output signal of the optical fiber gyro, detects that the angular velocity is sufficiently small and is close to stationary, and holds the DC component level when the angular velocity is stationary or close to stationary. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1.
圧を供給する部位で構成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項または第2項記載の位相変調方式光
ファイバジャイロ。(3) The phase modulation type optical fiber according to claim 1 or 2, wherein the reflected light amount setting section is constituted by a part that supplies a constant voltage equivalent to the reflected light amount H. gyro.
ッタ間に、光を通過或は遮断する制御可能な光遮断素子
、光遮断素子駆動部、光を遮断したときの直流成分検出
部の出力を検出し、そのレベルを保持出力する機能を有
する処理部とで構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項又は第2項記載の位相変調方式光ファイ
バジャイロ。(4) The reflected light amount setting section includes, between the sensor coil and the beam splitter, a controllable light blocking element that passes or blocks light, a light blocking element driving section, and the output of the DC component detecting section when the light is blocked. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1 or 2, characterized in that the phase modulation type optical fiber gyro is constituted by a processing section having a function of detecting the detected level and outputting the detected level while holding it.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5763589A JPH02236112A (en) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | Phase modulation optical fiber gyro |
| DE69022072T DE69022072T2 (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase-modulated fiber optic gyroscope. |
| US07/489,556 US5048961A (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase modulated fiber-optic gyroscope for measuring the angular velocity of a moving object |
| EP90104363A EP0386739B1 (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase modulated fiber-optic gyroscope |
| EP92108242A EP0511684B1 (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase modulated fibre-optic gyroscope |
| DE69009533T DE69009533T2 (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase-modulated fiber optic gyroscope. |
| CA002011698A CA2011698C (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Phase modulated fiber-optic gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5763589A JPH02236112A (en) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | Phase modulation optical fiber gyro |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236112A true JPH02236112A (en) | 1990-09-19 |
Family
ID=13061354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5763589A Pending JPH02236112A (en) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | Phase modulation optical fiber gyro |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02236112A (en) |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP5763589A patent/JPH02236112A/en active Pending
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