JPH02300623A - 光ファイバジャイロ用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光ファイバジャイロ用信号処理装置に関す
るものであり、さらに詳しくいうと、回転軸と共動する
光伝搬路に、一定の波長の光を時計回り方向と反時計回
り方向に同時に伝搬させ、かつ、位相変調し、両方向に
伝搬１７た光の干渉光の強度から、サニヤック効果によ
る光の位相差を検出して回転角速度に比例した信号を得
るための光ファイバジャイロ用信号処理装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 第４図は、従来の位相変調を付加した光ファイバジャイ
ロならびに信号処理回路を示し、光源（１）から出射さ
れた第１の光ビームは、第１の光分配結合器（２ａ）に
入射し、２分されて第２、第３の光ビームとなる。第２
の光ビームは実線矢印方向に進み、偏光子（３）に入射
する。偏光子（３）に入射した第２の光ビームは、一定
の偏波のみが透過し、第２の光分配結合器（２１］）に
入射する。第２の光分配結合器に入射した第２の光ビー
ムは、２分されて第４、第５の光ビームとなる。第４の
光ビームは破線矢印方向に進み、位相変調器（４）に入
射し、ΦＨ・５ｉｎ（ω、１）の位相変調を受ける。た
だし、Φ９は最大位相偏移、ω、は位相変調器駆動角周
波数である。位相変調を受けた第４の光ビームは、回転
軸に垂直に巻かれた偏波面保存単一モート光ファイバで
形成されている光伝搬路（５）を反時計回り方向に伝搬
した後、第２の光分配結合器（２ｂ）に再入射する。

第５の光ビームは、第２の光分配結合器（２ｂ）から一
点鎖線矢印方向に伝搬し、光伝搬路（５）を時計回り方
向に伝搬した後、位相変調器（４）に入射してΦに・５
ｉｎ（ω、、ｔ）の位相変調を受けた後、第２の光分配
結合器（２ｂ）に再入射する。第２の光分配結合器に入
射した第４、第５の光ビームは、再結合されて第６の光
ビームとなる。第６の光ビームは偏光子（３）に入射し
、一定偏波成分のみが透過し、第１の光分配結合器（２
ａ）に入射する。第１の光分配結合器（２ａ）に入射し
た第６の光ビームは２分されて、第７、第８の光ビーム
となる。この第８の光ビームか光電変換回路（６）に入
射し、光電変換出力信号（７）が出力される。このとき
、光電変換出力信号（７）は次式で表される。

Ｖ、　ｃｃ　Ｐ　（１＋Ｊ　（η）ｃｏｓφ８ｏｏ、、
。

＋２ｃｏｓφ８Σ（、）　Ｊ２Ｊη）ｃｏｓ［２にω−
（ｔ−τ／２）］＋２ｓｉｎφ３Σ（（＞’Ｊ２−−＋
（７７）ｅＯ３［（２に、）ω−（ｊ−τ／２）］）（
１）ここで、■：光電変換出力信号 Ｐ：第８の光ビームの非干渉光光量 Ｊｉ：　ｉ次ベッセル関数（ｉ＝ＯＪ、２．・・・）η
：２Φｘ°５ｉｎ（ω、τ／２）：位相変調度τ：　ｎ
Ｌ／Ｃ：先任搬路遅延時間 ｎ：光ファイバの等価屈折率 Ｌ：光ファイバ長 Ｃ：真空中における光速 φ８：４πＲＬΩ／λＣ：ナニャック効果による光の位
相差 Ｒ：先任搬路半径 Ω：入力回転角速度 λ：真空中における光の波長 である。

光電変換出力信号（７）は、バンドパスフィルタ（２０
１）に入力され、位相変調駆動信号（８）と同一角周波
数のω１１分が透過される。

また、発振器（２０４）から出力される位相変調器駆動
信号（８）は、方形波変換回路（２０５）に入力され、
周波数、ならびに位相の同期した方形波に変換される。

バンドパスフィルタ（２０１）の出力信号（２０２）と
方形波変換回路（２０５）の出力信号（２０６）は、共
にアナログ乗算器（２０３）に入力される。アナログ乗
算器（２０３）の出力信号（２０７）は次式で表される
。

Ｖ２ニー２Ｐｏｓｉｎφｓ・Ｊ＋（７７）ｃｏｓ［ω、
（ｔ−τ／２）］＋ｓｉｎ［２（ｋ、）ω、ｔ＋％、、
＋　　２−コ）−Ｐｏｓｉｎ　φＪ、（η）ｃｏｓ［ｓ
、（ｔ−ｒ／２）］＋０２　　　　”（２）ここで、ｖ
２：アナログ乗算器出力信号ψ。、。：方形波変換器出
力信号の初期位相Ｕ２：アナログ乗算器のオフセット電
圧である。

アナログ乗算器出力信号（２０７）は、ローパス−フィ
ルタ（２０８）に入力さり、ＤＣ成分の、７ノか透過さ
れ、ジャイロ出力信号（２０９）か得られる。１シャイ
冒出力信号（２０９）は、次式で表される。

ここで、　■、ジャイロ出力信号 ψ６．イ、ψ（、ｍ　。＋　（ｔ）。τ／２　ハン１へ
バスフィルタ出力色すど方形波変換回路用 力信り間の位相差 Ｕ３１口・−パスフィルタのオフセット電圧 である。

従来の位相変ｉＢ］を付加し１：光ファイハシ）イロの
信号処理回路においＣは、ジャイロ出力色づ（２０９）
が、オフセット電圧■、２，Ｕ３か零の場＆ても３１ｎ
φ・３に比例しているため、入力回転角速度Ωに対する
りニアリディが良くない。ま／Ｓ、検出可能な入力回転
角速度、か、ザニＡ・ツク効果による位相差、φ５て二
←π／２　ｒａｄに相当する範囲（２二制限される。

また、ジャイロ出力信号（２０９）は、第８の光ビーム
の非干渉光光量Ｐ。の変動、位相変調器（４）の最大位
相偏移Φ□の変動、および位相差：ψ（，９の変動によ
り、リニアリティならびにスクールファクタ安定性が劣
化する。

さらに、入力回転角速度零、つまり、サニャ・ツク効果
による位相差：（ｋ３が零のときでも、オフセラ１−電
圧：０２，０３の変動により、バイアス安定性が劣化す
る。

［発明が解決し２ようとする課題］ 以、のような、従来の位相変調を付加した光ファイバジ
ャイロの信号処理装置では、ジャイロ出力信号（２０９
）が、入力回転角速度に対し７、ｍｌ口関数出力となる
ため、リニアリティが悪く、かつ検出可能な入力回転角
速度がザニャツク効果による位相差：φ９で±７１／２
ｒａｄに相当する範囲に制限されるという問題点があっ
た。

ま力＝、ジャイロ出力信号（２０９）が、第８の光ビー
ノ＼の非干渉光光量、位相変調器（４）の最大位相偏移
Φ８および光電変換出力信号（７）の位相変１□１ｊＪ
器駆動周波数成分と位相変調器駆動信号（８）、ンｉい
換えると方形波変換回路出力色−’ｙ　（２０６）の間
の位相差・　ψヶ、１の変動により、リニアリティなら
びにスケールファクタ安定性の劣化を牛ｊ−易いという
問題点があった。

さらに、アナロク乗算器ならびに１１−パスフィルタの
オフセット電圧の変動により、バイアス安定性か劣化し
易いという問題点もあつノ、：、３この発明は、上記の
Ｊ：うな問題点を解決り−る／、こめになされノこちび
〕て、ジャイロ出力信号を入力回転角速度に比例１〜ノ
ご出力とし、イ）γ相変調の変調度を安定化し、光量変
動および光電変換出力色すと位相変調器駆動信す間の位
相孝変動による影響を除去する。加えて、オフセラＩ・
電圧の発生をなくずことにより、シャイ１コのトリット になし得ると共に、リニアリティお，Ｊ：ひスケールフ
ァクタ安定性を高め、ジャイロの最大検出回転角速度を
、ザニャック効果（５．−よる（◇−相差て一ｉ−πｒ
ａｄに相当する範囲まて拡大てきる位相変調をｆ＝１加
した光ファイバシャイＬ７用信号処理装置を得ることを
目的とする。

１課題を解決するためのＩ「段］ この発明に係る光ツーλ・イバジＡ・イ［７用信号処理
装置は、位相変調さハた光電変換出力信号から、イ８″
Ｉ相変調器駆動周波数　ｆｍと同一・周波数成分を周波
数　八ｆ＋ｎの信号に変換し、第１のアナログ信号を出
力する第１のへゾロタインミキサど、光電変換出力信号
から２ｆ＋ｎの周波数をもつ成分を周波数　△Ｉ＋ｎの
信号に変換し、第２のアナログ伯−号を出力する第２の
へゾロタインミキサと、光電変換出力信号かち４ｆ＋ｎ
の周波数をもつ成分を前記周波数：Δｆｍの信す買，こ
変換し、第３のアナ冒り信号を出力する第３のへゾロタ
インミキサと、位相変調器駆動信じに周波数ならびに位
相の同期し２／Ｓ第５のアナログ（４”、号を前記周波
数．Δｆｍの信号に変換し、第４のアナログ信号を出力
する第４のへテロタインミキヅと、 第１から第３のアナログ信号を、第１のデジタル信号に
変換するＡ　／　Ｄコンバータと、第４のアナログ信号
に位相が同期し、Ａ／Ｄコンバータに接続されている第
２のデジタル信号と、第４のアナログ信号に位相が同期
した第３のデジタル信号を出力するタイミングパルス発
生手段と、第３のデジタル信号に位ａが同期し、かつ互
いに９０°位相のずれた第４、第５のデジタル信号を出
力するｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段と、第１、第４のデジタ
ル信号の乗算を行い、第６のデジタル信号を出力する第
１のデジタル乗算手段と、 第１、第５のデジタル信号の乗算を行い、第７のデジタ
ル信号を出力する第２のデジタル乗算手段と、 第６、第７のデジタル信号のうち、光電変換出力信号の
ｆｍおよび２ｆ＋ｎまたは４ｆｍの周波数成分に対応す
る信号の符号から回転角速度の極性を判別し、第８のデ
ジタル信号を出力する極性判別手段と、 第６、第７のデジタル信号から、光電変換出力信号の２
ｆＩｏ、４ｆｍの周波数成分の振幅比を一定化する第９
のデジタル信号と、位相変調度に対応した第１０のデジ
タル信号を出力する位相変調度演算手段と、 前記第６、第７、第８、第１０のデジタル信号から、サ
ニヤック効果による位相差が±πｒａｄまでの範囲の回
転角速度に比例した第１１のデジタル信号を出力する回
転角速度演算手段と、第９のデジタル信号に対応した振
幅を有し位相変調器に接続されている第６のアナログ信
号と、前記第６のアナログ信号に周波数ならびに位相が
同期し、周波数がｆｍの第４のヘテロダインミキサに接
続されている第５のアナログ信号と、第６のアナログ信
号に周波数ならびに位相が同期し周波数が（ｆｍ＋八ｆ
へ）の第１、第４のヘテロダインミキサに接続されてい
る第１２のデジタル信号と、第６のアナログ信号に周波
数ならびに位相が同期し周波数が（２ｆｍ十Δｆｍ）の
第２のヘテロダインミキサに接続されている第１３のデ
ジタル信号と、第６のアナログ信号に周波数ならびに位
相が同期し周波数が（４ｆｍ＋Δｆｍ）の前記第３のへ
テロダインミキサに接続されている第１４のデジタル信
号を出力する参照信号発生回路と、 を備えている。

［作　用］ この発明においては、第２、第３のへテロダインミキサ
、Ａ／Ｄコンバータ、第１、第２のデジタル乗算手段を
経て取出された光電変換出力信号の位相変調器駆動周波
数　ｆｍの２倍、４倍の周波数成分の振幅の絶対値の比
が一定となるように位相変調度演算手段で参照信号発生
回路の位相変調器駆動信号の出力振幅を制御することに
より、位相変調の変調度が安定化される。

また、第１、第２（第３）のへテロダインミキサで光電
変換出力信号のｆ＋ｎ、２ｆｍ、（４，ｆｍ）の周波数
成分を周波数：Δｆｍの信号に変換しＡ／Ｄコンバータ
でデジタル信号に変換し、ｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段から
の位相変調器駆動信号と位相が同期し、かつ互いに９０
°位相のすれたデジタル信号とデジタル乗算手段てデジ
タル的にデモシュレートし、光電変換出力信号のｆｍ、
２ｆｍ、（４ｆｍ）の周波数成分の符号から、極性判別
手段で入力回転角速度の極性を判別し、この極性と、位
相変調度演算手段で計算された位相変調度に対応した信
号と、光電変換出力信号のｆｍ、２ｆｍの周波数成分の
振幅比から、回転角速度演算手段でサニヤック効果によ
る位相差が±πｒａｄまでの範囲の入力回転角速度に比
例した信号を出力する。

これにより、ジャイロ出力信号を入力回転角速度に比例
した出力とし、最大検出回転角速度範囲を拡大するとと
もに、光量変動および光電変換出力信号と位相変調器駆
動信号間の位相変動の影響を除去し、オフセット電圧の
発生をなくする。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、第１、第２、第３
、第４のヘテロダインミキサ（９ａ）、（９ｂ）、（９
ｃ）、（９ｄ）、Ａ／Ｄコンバータ（１８）、タイミン
グパルス発生手段（２１）、ｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段（
２３）、第１、第２のデジタル乗算手段（２０ａ）、（
２０ｂ）、極性判別手段（２８）、回転角速度演算手段
（３０）、位相変調度演算手段（３１）、参照信号発生
回路（３６）等が図示のように接続＋１６成されている
。光電変換用カイ１−：号り７）および位相変調器駆動
信号（８）　ｒＪ、第４図におけるど同様である。ぞの
他、第４図に示す部分については、図示おＪ−ひ説明を
省略する。

次に動作について説明する。

位相変調されな光電変換出力信号（７）は、第１、第２
、第３のへデロダインミキリ−（９ａ）、（９＋１）、
（９ｃ）に入力される。

第１のへデロタインミキザ（９ａ）では、光電変換出力
信号（７）の位相変調器駆動周波数ｆｍと同一周波数成
分を取出ｉ、周波数、ΔｆＩｎの信号に変換し、第１の
アナログ信号（１５）を出力する。この第１のアナログ
信号（１５）は次式で与えられる。

第１のアナログ信す Ｖｏ、Δ。１．、ｃｃ　２ＰＯＪｌ　（７７）　・ｓｉ
ｎφｑ’５Ｉ１１（Δω訂＋ψｏ１．）−（４）ここて
、△（メ）、　　２π△１ｍ ψ　　、光電変換出力（：ｉ　’；　（’７）のｆａｎ
成分（Ｌｌ。

ど（ｆ＋ｎ＋Δｆｍへの周波数をもつ第１２のデジタル
信号（１１）どの位相 差 である。

第２のヘテロダインミキサ（９ｂ）では、光電変換出力
信号〈７）の２ｆ＋ｎ成分を取出し、周波数人ｆＩ１１
の信号に変換し、第２のアナログ信号（１６）を出力す
る。この第２のアナログ信号（１６）は、次式で与えら
れる。

第２のアナログ信号： ｖ２ｃｓｍ、△ｃａ−２ＰｏＪ２（’７）・ｃｏｓφ、
−５ｉｎ（△６）、、ｔ　”ψ２．．．ｌ・（５）ここ
て、ψ２（ｒＪ　、、　　光電変換出力信り（７）の２
ｆ＋ｎ成分ど（２ｆ＋ｎ＋八ｆ　ｍ　）の周波数をもつ
第１３のデジタル信号〈１２）との位相差である。

第３のへデロタインミキザ（９ｃ）では、光電変換出力
４３号（７）の４ｆｍ成分を取出し２、周波数人ｆｍの
信号に変換１７、第３のアナログ信号（１７）を出力す
る。この第３のアナログ信号（１７）は、次式て表され
る。

第３のアナログ信号４ ”（ｄ、、、Ａ（ｉｌ＋ｉ”、２１１．．１．　（η）
ｃＯ３φａ・５ｉｎ（Δωい１＋ψ＋、、、）−（６）
ここで、　ψ’　（Ｌｌ　ｍ　　光電変換出力信号（７
）の４ｆ＋ｎ成分ど（４ｆｍ＋△ｆｆｎ）の周波数をも
つ第１４のデジー、、９− タル信号（１３）との位相差である。

以上の第１−から第３のアナログ信号＜１５）、（１６
）および（１７）はＡ／Ｌ）″０１ンバータ（１８）に
入力され、第１のデジタル信号＜１９）に変換される。

この第１のデジタル信号（１９）は、例えば２進数等で
表されるデジタル信号である。

第４のヘテロダインミキサザ（９ｄ）では、位相変ＪＲ
ｊ器駆動信号（８）に周波数、ならひＧこ位相か同期し
。

た周波数ｆｍの第５のアナ１７グ信号（１０）を周波数
人ｆｍの信号に変換し、第４のアナログ信号（１４）を
出力する。この第４のアナログ信号〈１４）は５次式％
式％ 第４のアナログ信号 ■Ｒ””、ＡｏＪ、”　５ｉｎ（Δ鶴Ｌ」ψ１１．．）
　　　−（７）ここで、ψ□１．Ｉ：第１．Ｉ：ログ信
号（１０）と第１２のデジタル信号（１１）との位相差
である。

この第４のアナ冒りｆ、コ号＜１４）は、タイミングパ
ルス発生手段（２１）に入力され、第４のアナログ信号
（１４）に位相か同期し２に第２、第３のデジタル信号
（３７）、（２２）に変換される。第２のデジタル（３
７）はＡ／Ｄコンバータ（１８）に入力され、Ａ／Ｄコ
ンバータ（１８）は、この第２のデジタル信号（３７）
に同期して、第１から第３のアナログ信号（１５）、（
１６）、（１７）を第１のデジタル信号（１９）に変換
する。まノＳ、第３のデジタル信号り２２〉は、ｃｏｓ
／　ｓｉｎ発生手段（２３）に入力される６ｃｏｓ／　
ｓｉｎ発生手段（２３）は、第３のデジタル信’７（２
２）に位相同期１〜で、第３のデジタル信号（２２）の
１周期内を所定時間間隔をおいて区切り、その時間位置
に対応し、かつ、互いに９０’位相のずれたＣＯＳなら
びにｓｉｎの値を、第・１、第５のデジタル信号（２４
）、（２５）として出力する。この第４、第５のデジタ
ル信号（２４）、（２５）は次式で与えられる。

第４のデジタル信号。

ＶＲＩ−Ｆ、ｃｃ）３０ｃｃＯ８（Δωｎｔ＋ψ、、！
：、）　　　　　　−（８）第５のデジタル信号： ＶＲＥＦ　’　（”５ｉｎ（Δω計、ψ、Ｆ、、）　　
　　−（９）、３１ｎ 第４のデジタル信’＋（２’ｓ）は、第１のデジタル信
号（１９）とともに第１のデジタル乗算手段（２０ａ）
に入力され、デジタル的に乗算されＺＳ後、デジタルフ
ィルタによりＤＣ成分が取出され、第６のデジタル信号
（２６）として出力される。第６のデジタル信号（２６
）の第１から第３のアナログ信号り１５）、（１６）、
（１７）に対応する信号は、次式て表される。

第１のアナログ信号に対応する第６のデジタル信号：■
ｏ、　、　ｃ　ｏ　ｓ　ＯＣｐ　ｏ　Ｊ　＋　（η）ｓ
ｉｎφｇ’８１０ψ五　　　　　・　　（１０）第２の
アナログ信号に対応する第６のデジタル信号：■２ωｎ
、ＣＯ３″　ＰＯＪ２（７））ｃｏｓ　φｓ　°５ｉＩ
Ｉ　ψ２−　　　　・・・（１１）第３のアナログ信号
に対応する第６のデジタル信号：■ｎ　ωｍ、ｃｏｓ”
　　ＰＯＪ、（７ン）ｃｏｓ　φｓ’５ｉＩＩ　ψ４°
、１．　　　　　・・・（１２）ここでも；：σ幼、−
ψ ψ”（Ｎ　ｍ　’ψ２６−ψ ψ”（７３１１’ψ’（Ｌ、ｍ−ψ である。

次に、第５のデジタル信号（２５）は、第１のデジタル
信号（１９）とともに、第２のデジタル乗算手段（２０
ｂ）に入力され、デジタル的に乗算された後、デジタル
フィルタによりＤＣ成分が取出され、第７のデジタル信
号（２７）として出力される。第７のデジタル信号（２
７）の第１から第３のアナログ信号（１５）、（１６）
、（１７）に対応する信号は、次式で表される。

第１のアナログ信号に対応する第７のデジタル信号；■
（Ａｒｍ、５ｉｌｌ″ＰＯＪ１（η）°ｓｉｎφｇ　’
ｃｏｓψ示、　　・・・（１３）第２のアナログ信号に
対応する第７のデジタル信号：Ｖ２処、５ｉｎＣＣＰＯ
Ｊ２（η）ｃｏｓφＢ・ＣＯ８ψ２１ωＩＩ　　　−Φ
（１４）第３のアナログ信号に対応する第７のデジタル
信号：”（ｄａ、Ｓｉｎ”　ＰＯＪ４（η）ｃｏｓφ、
　’ＱＯ８ψ４−　　・・・（１５）このように、この
発明では、デジタル的に乗算およびフィルタリングを行
うため、従来の方式のようにデモシュレート後の信号に
アナログＩＣ等のオフセット電圧がない。

さて、第６、第７のデジタル信号（２６）、（２７）は
、極性判別手段（２８）に入力される。

極性判別手段（２８）は、第６のデジタル信号（２６）
のＶ。１．。ｏ８とｖ２　　　　　またはＶ、　　　ま
たω、、ＣＯ８ωｍ、ＣＯ８ は、第７のデジタル信号（２７）のｖ８・とω、、　　
　Ｉｎ ■２　　　・　またはｖ４（Ａ　ｍ　、　Ｓ　ｉｌｌか
ら、次の論理判別ωｍ　、　Ｓ　Ｉ　１１ を行う。ここで、第６のデジタル信号（２６）のｖｏユ
、。。８と第７のデジタル信号（２７）のＶ。ｍ、Ｓｊ
ｎは、第２図に示す規格化デモシュレート出力（１０１
）に、また第６のデジタル信号（２６）のｖ２（Ｊ）　
＊　、。ｏｓ　’■匈。、。ｏｓと第７のデジタル信号
（２７）のｖ２ヶい、８□１１■”　（ＪＪｎ　、　Ｓ
　ｉｌｌは、第２図に示す規格化デモシュレート出力（
１０２）に対応する。

第２図から分かるように、サニヤック効果による位相差
：φ８に対し、規格化デモシュレート出力（１０１）、
（１０２）の符号は、第１表に示すようになる。よって
、これらの論理判別により、φ５の範囲ならびに入力回
転角速度の極性が決定される。

極性判別手段（２８）は、このφ８の範囲に対応した第
８のデジタル信号（２９）を出力する。

第１表 次に、位相変調度演算手段（３１）は、第６のテジ（Ｊ
Ｊ　ｓ　、　Ｏ８（ＪＪ　ｍ　＋ＣＯ５と第７のデタル
信号（２６）のｙ２．、ｖ。

ジタル信号の（２７）のｖ２（ｄ　ｍ、Ｓｉｎ　＋　ｖ
４（ｃｌ　ｍ、８！ｎより、次の、演算を行う。

位相変調度演算手段（３１）は、式（１６）に示す値を
一定とする第９のデジタル信号（３４）を出力する。

また、位相変調度演算手段（３１）は、式（１６）に示
す値から、次の演算を行う。

ここで、ｇ［］：　１Ｊ２（η）ＪＪ４（η）１を目、
（η）ｉｌｌ（η）１に変換する関数である。

位相変調度演算手段（３１）は、式（１７）に示す値に
対応した第１０のデジタル信号（３２）を出力する。

次に、回転角速度演算手段（３０）は、第６のデジタル
信号（２６）のＶ。、、。。Ｓ”２１Ａ）ｍ、。ｏ５と
、第７のデジタル信号（２７）のＶ。＋ｍ＋Ｓｊｎ　”
　２ｏｍ、ｓｉｎと、式（１７）で表される第１０のデ
ジタル信号（３２）より、次の演算を行う。

＝１ｔ：ａｎ　φｑｌ−（１８ａ） ＝１ｃｏｔ　φり１　　　　　　　　　　・・・（１８
１１）式（１８ａ）　、　（１８ｂ）で表される演算値
は、第３図の曲線（１０３）、　（１０４）にそれぞれ
対応する。第１表に示す論理判別されたザニャック効果
による位相差：φ８の範囲に対応した第８のデジタル信
号（２９）と、第３図に示ず式（（１８ａ）　、（１８
ｂ）の演算値から、回転角速度演算手段（３０）は、ザ
ニャック効果による位相差：φ８を第２表のように演算
し、この演算値に対応した、言い換えると、入力回転角
速度に比例した第１１のデジタル信号（３３）を出力す
る。

第２表 以上のように、この発明では、回転角速度演算手段（３
０）において、式（１０）、　（１１）に示す第１のデ
ジタル乗算手段（２０ａ）の出力と、式＜１３）、　（
１４）に示す第２のデジタル乗算手段（２０１））の出
力と、式（１７）に示す位相変調度演算手段（３１）の
出力がら式（１８ａ）、　（］、８ｂ）に示す演算を行
い、この演算値と、第１表に示す論理判別によるザニャ
ック効果による位相差　φ９の範囲に対応した極性判別
手段の出力から、第２表に示す演算を行い、この演算値
に対応した信号をジＡ・イロ出力信号どして出力づるの
で、入力回転角速度に比例し／Ｊ−、ジャイロ出力信号
が得られ、最大検出角速度か′ジーニャック効果による
位相差、（ｈ９て（：πｒａｄ　Ｌ：’ｌ相当する範囲
まで拡大されるとともに、第８の光ヒームの非干渉光＊
：　ｐ、の変動、位相変調度・７〕の変動、ならびに光
電変検出力信号（°７）のＣｍ、２ｆｍ成分と参照信号
であるＱＯ５／　Ｓｊｎ発生手段（２３）の第４、第５
のデジタル信号（２４）、（２５）との位相差・ψ、４
ル。

ψ２冨、の変動によるシＡ・イロのリアリティおよびス
ケールファクタ安定性の劣化がない。

また、光電変換出力信号１ｍ、　２　ｆＩ５４　ｆｍ成
分を、第１から第３カヘテロダインミキサ（９ａ）　、
　（９１））　。

（９ｃ）とＡ／Ｄコンバータ（１８）でＡ　Ｃ信−づと
してデジタル信号に変換し、第１、第２のデジタル乗算
手段（２０ａ）、　（２０ｂ）で、デジタル的にデモジ
、ｙ、　Ｉ／　−トすることにより、アナ１コグ的にデ
モジーｊ、　ｌ／　、・したときに発生ずるオフセラ１
へ電圧か発生ぜず、従来の光ファイバジャイロ用信号処
理回路に見られたオフセット電圧変動によるジャイロの
バイアストリフ）・かない。

さらに、参照信号発生回路（３６）は、位相変調度演算
手段（３１）から出力される式（１６）に示す値を一定
どする第９のデジタル信号（３４）に対応した出力振幅
をもつ第６のアナｔ７り信号り８）を出力し、これが位
相変調器駆動信号となる。このとき、第６のアナ１７り
信号（８〉の振幅で位相変調器（４）の最大位相偏移Φ
。を強制的に変化させることにより、位相変調度、ηを
一定化する。これにより、最大位相偏移：Φ９の変化に
よる位相変調度：ηの変動から生しるジャイロのりニア
リティおよびスケールファクタ安定性の劣化が防止され
る。

第３表は、回転角速度演算手段（３０）のφ９に対する
演算値の他の実施例を示す。

第３表 ［発明の効果］ この発明は、以上の説明から明らかなように、光電変換
出力信号のｆ＋ｎ、２ｆｍ、　４ｆｍ成分を、互いに９
０°位相のずれたｃｏｓ、ｓｉｎ信号でデジタル的にデ
モシュレートすることにより、アナログ的なデモジュレ
ー１への場合に発生するオフセット電圧を零とし、さら
に光量変動、位相変調度変動および光電変換出力信号と
位相変調器駆動信号間の位相差変動による影響を除去し
、サニヤック効果による位相差で±πｒａｄまての光の
位相差に比例したジャイロ出力を出力するよう、デジタ
ル乗算手段、極性判別手段、位相変調度演算手段、回転
角速度演算手段を主とする信号処理回路で処理するよう
にしたので、ジャイロの最大検出回転角速度範囲か拡大
でき、バイアス安定性を改善し、リニアリティならびに
スケールファクタ安定性を向上することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はこの発明の一実施例を示し、第１図
は結線図、第２図は規格化デモシュレート出力線図、第
３図は論理判別による光の位相と演算値の関係線図であ
る。第４図は従来の位相変調を付加した光ファイバジャ
イロの光学、電気回路図である。 （４）・・位相変調器、（７）・・・光電変換出力信号
、（８）・・・位相変調器駆動信号、（９ａ）〜（９ｄ
）・・・第１〜第４のヘテロダインミキサ、（１０）・
・・第５のアナログ信号、（１１）〜（１３）・・第１
２〜第１４のデジタル信号、（１４）・・・第４のアナ
ログ信号、（１５）〜（１７）・・・第１〜第３のアナ
ログ信号、（１８）・・・Ａ／Ｄコンバータ、（１９）
　、　（３７）　、　（２２）　、　（２４）　、　（
２５）　、　（２６）　、　（２７）　。 （２９）　、　（３４）　、　（３２）　、　（３３）
・第１〜第１１のデジタル信号、（２０ａ）、（２０ｂ
）−＝第１、第２のデジタル乗算手段、（２１）・タイ
ミングパルス発生手段、（２３）・ｃｏｓ／ｓｉｎ発生
手段、（２８）、、、極性判別手段、（３０）・・・回
転角速度演算手段、（３１）・・位相変調度演算手段、
り３５）・・デジタルチクナル１０セツザ、（３６〉・
参照信号発生回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、回転角速度を検出する光ファイバジャイロの位
   相変調された光電変換出力信号から、前記光ファイバジ
   ャイロを形成する位相変調器の駆動周波数：ｆｍと同一
   周波数成分を周波数：Δｆｍの信号に変換し、第１のア
   ナログ信号を出力する第１のヘテロダインミキサと、 前記光電変換出力信号から２ｆｍの周波数をもつ成分を
   前記周波数：Δｆｍの信号に変換し、第２のアナログ信
   号を出力する第２のヘテロダインミキサと、 前記光電変換出力信号から４ｆｍの周波数をもつ成分を
   前記周波数：Δｆｍの信号に変換し、第３のアナログ信
   号を出力する第３のヘテロダインミキサと、 前記位相変調器の駆動信号に周波数ならびに位相が同期
   した第５のアナログ信号を前記周波数：Δｆｍの信号に
   変換し、第４のアナログ信号を出力する第４のヘテロダ
   インミキサと、 前記第１から第３のアナログ信号を、第１のデジタル信
   号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記第４のアナログ
   信号に位相が同期し、前記Ａ／Ｄコンバータに接続され
   ている第２のデジタル信号と、前記第４のアナログ信号
   に位相が同期した第３のデジタル信号とを出力するタイ
   ミングパルス発生手段と、 前記第３のデジタル信号に位相が同期し、かつ互いに９
   ０°位相のずれた第４、第５のデジタル信号を出力する
   ｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段と、前記第１、第４のデジタル
   信号の乗算を行い、第６のデジタル信号を出力する第１
   のデジタル乗算手段と、 前記第１、第５のデジタル信号の乗算を行い、第７のデ
   ジタル信号を出力する第２のデジタル乗算手段と、 前記第６、第７のデジタル信号から前記回転角速度の極
   性を判別し、第８のデジタル信号を出力する極性判別手
   段と、 前記第６、第７のデジタル信号から、前記光電変換出力
   信号の２ｆｍ、４ｆｍ成分の振幅比を一定化する第９の
   デジタル信号と、位相変調度に対応した第１０のデジタ
   ル信号を出力する位相変調度演算手段と、 前記第６、第７、第８、第１０のデジタル信号から、前
   記回転角速度に比例した第１１のデジタル信号を出力す
   る回転角速度演算手段と、 前記第９のデジタル信号に対応した振幅を有する前記位
   相変調器に接続されている第６のアナログ信号と、前記
   第６のアナログ信号に周波数ならびに位相が同期し周波
   数がｆｍの前記第４のヘテロダインミキサに接続されて
   いる前記第５のアナログ信号と、前記第６のアナログ信
   号に周波数ならびに位相が同期し周波数が（ｆｍ＋Δｆ
   ｍ）の前記第１、第４のヘテロダインミキサに接続され
   ている第１２のデジタル信号と、前記第６のアナログ信
   号に周波数ならびに位相が同期し周波数が（２ｆｍ＋Δ
   ｆｍ）の前記第２のヘテロダインミキサに接続されてい
   る第１３のデジタル信号と、前記第６のアナログ信号に
   周波数ならびに位相が同期し周波数が（４ｆｍ＋Δｆｍ
   ）の前記第３のヘテロダインミキサに接続されている第
   １４のデジタル信号を出力する参照信号発生回路と、 を備えてなる光ファイバジャイロ用信号処理装置。
2. （２）、タイミングパルス発生手段、ｃｏｓ／ｓｉｎ発
   生手段、デジタル乗算手段、極性判別手段、回転角速度
   演算手段ならびに位相変調度演算手段が、デジタルシグ
   ナルプロセッサのソフトウェアにより形成されている請
   求項（１）記載の光ファイバジャイロ用信号処理装置。
3. （３）、極性判別手段が、第６、第７のデジタル信号の
   うち、光電変換出力信号の位相変調器駆動周波数と同一
   周波数成分に対応する成分の符号と、２倍および４倍の
   いずれかの周波数成分に対応する成分の符号から、回転
   角速度に比例したサニャック効果による光の位相差を、
   −π＜〜≦−π／２ −π／２≦〜≦０ ０≦〜≦π／２ π／２≦〜＜π［ｒａｄ］ の範囲に論理判別し、前記回転角速度の極性を判別する
   機能を備えている請求項（１）記載の光ファイバジャイ
   ロ用信号処理装置。
4. （４）、回転角速度演算手段が、第６、第７のデジタル
   信号のうち、光電変換出力信号の位相変調器駆動周波数
   と同一および２倍の周波数に対応する成分と、第８、第
   ９のデジタル信号から、回転角速度に比例したサニャッ
   ク効果による光の位相差を、 −π＜〜≦−（３／４）π、０≦〜≦π／４、−（３／
   ４）π≦〜≦−π／２、π／４≦〜≦π／２、−π／２
   ≦〜≦−π／４、π／２≦〜≦（３／４）π、−π／４
   ≦〜≦０、（３／４）π≦〜＜π、の範囲および −π＜〜≦−π／２、 −π／２≦〜≦０、 ０≦〜≦π／２、 π／２＜〜＜π のいずれかの範囲について演算し、前記回転角速度に比
   例した第１１のデジタル信号を出力する機能を備えてな
   る請求項（１）記載の光ファイバジャイロ用信号処理装
   置。
5. （５）、デジタル乗算手段が、Ａ／Ｄコンバータからの
   第１のデジタル信号とｃｏｓ／ｓｉｎ発生手段からの第
   ４または第５のデジタル信号を乗算する機能と、乗算し
   た信号からＤＣ成分を取り出すデジタルフィルタリング
   機能と、前記ＤＣ成分を第６または第７のデジタル信号
   として出力する機能と、を備えてなる請求項（１）記載
   の光ファイバジャイロ用信号処理装置。