JPH0363683B2 - - Google Patents

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JPH0363683B2
JPH0363683B2 JP58194185A JP19418583A JPH0363683B2 JP H0363683 B2 JPH0363683 B2 JP H0363683B2 JP 58194185 A JP58194185 A JP 58194185A JP 19418583 A JP19418583 A JP 19418583A JP H0363683 B2 JPH0363683 B2 JP H0363683B2
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JP
Japan
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output
sinθ
sin
light
bcosθ
Prior art date
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JP58194185A
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JPS6086411A (ja
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Takashi Takaguchi
Akihiro Ishibashi
Ryo Mizuno
Rokuro Myazaki
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明の光フアイバ型ジヤイロスコープの出力
処理装置に係り、特に、運動体の角速度や運転方
向を測定するに好適な光のサグナツク効果を利用
した光フアイバ型ジヤイロスコープの出力処理装
置に関する。
〔発明の背景〕
一般に、光のサグナツク効果を利用した光フア
イバー型レーザ・ジヤイロスコープは、例えば、
第1図に示すように構成される。すなわち、ビー
ム光を発生するレーザ発生装置1のレーザ光進行
方向に、ビーム分割器2を設置し、分割された分
割光の進行方向に、夫々、集光レンズ3a,3b
を設置し、かつ、各集光レンズ3a,3bの焦点
に、光フハイバーを複数回巻回して形成したフア
イバーループ4の両端を位置させ、また、ハアイ
バーループ4を通つた光がビーム分割器2を透
過、あるいは、反射される方向でレーザ発生装置
1とは異なる位置に光センサ5を設置した光学装
置を備える。
レーザ発生装置1から出たレーザ光はビーム分
割器2で分割され、これがフアイバーループ4の
両端から同時に逆方向に進行する。フアイバール
ープ4から出た光は合成され光センサ5の面に入
射される。ここで、フアイバーループ4が静止し
ていれば合成光に位相差がなく、入射光は静止し
ている。ここでフアイバーループが回転を受ける
と、フアイバーループ4の内部を互いに逆方向に
進む光に光路差を生じ、その結果、光センサ5の
面に到達した合成光間に位相差を生じ、光の干渉
状態が存在することになるので光量の増減、すな
わち、明暗をもたらす。
文献によれは、サグナツク効果によつて誘起さ
れる両光間の位相差θは、 θ=4πLa/CλΩ ここに、L:光フアイバーの長さ a:光フアバールーブ半径 C:光速 λ:レーザ光の波長 Ω:フアイバーループの慣性空間に対する回転角
速度。
第1図に示す光学装置では光センサ5の出力は
1+cosθに比例する。しかし、これではジヤイロ
スコープとして使用することが困難である。
すなわち、ジヤイロスコープは運動体の角速度
とくに回転角速度を測定するとき、その範囲が、
例えば、毎秒0.01度以下の微小回転から、毎秒
100度を超えること要求されるのが一般である。
cosθの出力では微小回転に対する感度が得られな
い。この欠点を解決するため、第2図に示す光学
装置が知られている。ビーム分割器7a,7b,
7cを設け、このビーム分割器7bと7cとの間
に位相器8を設置する。いま、レーザ発生装置1
から出たビーム光が、ビーム分割器2により透過
するものと反射するもとのに2分される。透過し
た光は、ビーム分割器7cにより再び透過光と反
射する光とに分けられる。反射された光は光学装
置の外へ出るので何ら機能を果さない。黒い布、
あるいは、反射防止材などにより吸収させること
により処理するのが普通である。
ビーム分割器7cを透過したビーム光は集光レ
ンズ3aを通り、フアイバーループ4に入光す
る。
フアイバーループ4の内部を反時計方向に回転
し通過したビーム光は集光レンズ3b、ビーム分
割器7a、および、7bにより反射され、光セン
サ6に入射される。一方、ビーム分割器2で反射
された光は、ビーム分割器7aを透過、集光レン
ズ3bを経て、フアイバーループ4に入光する。
フアイバーループ4の内部を時計方向に回転し、
通過したビーム光は集光レンズ3aを通り、ビー
ム分割器7cで反射し、位相器8に入る。
位相器8により、フアイバーループ4の内部を
左右両回りに伝播する光が光センサ6の面に入射
するとき、この左右両回りい光間にπ/2の位相
差バイアスが与えられる。位相器8を通つたビー
ム光はビーム分割器7bを透過し光センサ6に入
射する。このように入射した左右両回り間には位
相差があるので、光の干渉を生じ、光センサ6の
出力はsinθ(θはサグナツク効果による位相差)
に比例したものとなり、微小回転時の感度最適化
が図られ、第1図に示す光学装置の欠点を改善す
ることができる。しかし、この位相差バイアスを
加える第2図の光学装置でも、検出すべき回転角
速度が大きくなり、カグナツク効果による位相差
θが毎秒90度に近づくと感度が低下し、しかも、
毎秒90度を超えた回転か否かの判定が出来ないな
どの問題があり、検出すべき回転角速度の範囲が
制限されるなどの欠点がある。
この欠点を解消するために、第3図の光学装置
が知られている。
光センサ6のほかに、もう一つの光センサ9を
設け、それぞれsinθおよびcosθによる光信号出力
を得る方式である。そして、このsinθおよびcosθ
の出力を、第4図に示すように回転角速度に比例
した位相差θの範囲により、sinθとcosθのいずれ
かを切換えて使用する(第4図のグラフで太線で
示す範囲)。このようにsinθ、cosθを切換えるこ
とにより検出感度は向上するが、検出時間にずれ
を生じないようsinθからθを求め、cosθからθを
求める計算を同時に行なわなければならず複数組
の計算機を必要とする欠点があり、しかも切換点
における検出値に不連続点が生じるなどの欠点が
あつた。
〔発明の目的〕
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、微小回転検出を可能とし、
しかも検出回転角速度の範囲を拡大できることは
勿論、複数組の計算機を必要とすることなく位相
差(θ)を求めることのできる光フアイバ型ジヤ
イロスコープの出力処理装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明した閉ざれた同一光路に逆方向から同時
に光を導入し、前記光路から導出した光から同時
に取り出す正弦関数状出力(sinθ)と余弦関数状
出力(cosθ)を増幅する増幅器と、この増幅器で
増幅されたそれぞれの光をアナログ/デジタル変
換する変換器と、該変換器での変換に基づき、 前記sinθの出力に定数Aを乗じてAsinθ、 前記cosθの出力に定数Bを乗じてBcosθおよび
sinθの出力が負のときは、−Bcosθとし、 そして、前記sinθが正のときは、 Asinθ+B−Bcosθの演算を行ない、 かつ、前記sinθの出力がの負のときは、 Asinθ−B+Bcosθの演算を行なう手段を有し、 内部でsinθの出力が正のときは、 (a) Asinθ+B−Bcosθ =B+√22sin(θ−φ) ここに、 φ=tan-1A/B また、sinθの出力が負のときは、 (b) Asinθ−B+Bcosθ =−B+√22sin(θ−φ) の計算を行ない、前記(a)(b)の式から、位相差
(θ)を求める計算機とを具備していることによ
り、所期の目的を達成するようになしたものであ
る。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第5図、及び第6図によつ
て説明する。本発明に採用される光学装置は、上
述した第3図に示すように、光センサ6、及び9
を設置し、それぞれsinθ及びcosθに対応した光出
力を得る点は従来と同じである。本発明では上記
の光出力の処理に工夫がある。以下、それを説明
する。第5図において、10a、及び10bは増
幅器(図3図では8で示す)で、光センサ6及び
9からのsinθ及びcosθの出力を増幅する。そして
この増幅された光を変換器11aおよび11bに
よりA/D変換を行ない、計算機12により演算
する。
演算の方法は第6図に示すとおりである。すな
わち、 (1) sinθの出力に定数Aを乗じてAsinθとする。
(2) cosθの出力に定数Bを乗じてBcosθとする。
(3) sinθの出力が負のときは、−Bcosθとする
(符号を負に切換える) (4) sinθの出力が正のときは、 Asinθ+B−Bcosθの演算を行なう。
(5) sinθの出力が負のときは、 Asinθ−B+Bsinθの演算を行なう。
このような構成になつているので計算機12の
内部でつぎの計算が行なわれる。
sinθの出力が正のときは、 Asinθ+B−Bcosθ =B+√22sin(θ−φ) ここに、 φ=tan-1A/B また、sinθの出力が負のときは、 Asinθ−B+Bcosθ =−B+√22sin(θ−φ) の各々の式から、位相差θを求めることができ、
従つて、ジヤイロスコープの回転角速度が求めら
れる。
これによつて得られる効果はつぎのとおりであ
る。
(1) 出力値がsinθまたはcosθの値を切換えて使用
する場合に比し大きくなり、従つて、感度が向
上するのでジヤイロスコープとしての回転角速
度検出性能、すなわち、分解能が向上する。
(2) 出力値が1組であり、sinθから位相差θを求
める計算機能は1組のみで良い。
(3) 定数AおよびBを選定することにより、位相
差θの検出範囲を最適に設定することができ
る。すなわち、 B+√22sin(θ−φ) −B+√22sin(θ−φ) の各計算式から、つぎの範囲が求められる。
−π/2−tan-1A/B<θ<−π/2+tan-1A/B 位相差θの範囲に応じて定数A、Bを選定す
れば良い。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明の光フアイバー型ジヤイロ
スコープの出力処理装置によれば、閉ざされた同
一光路に逆方向から同時に光を導入し、前記光路
から導出した光から同時に取り出す正弦関数状出
力(sinθ)と余弦関数状出力(cosθ)を増幅する
増幅器と、この増幅器で増幅されたそれぞれの光
をアナログ/デジタル変換する変換器と、該変換
器での変換に基づき、 前記sinθの出力に定数Aを乗じてAsinθ、 前記cosθの出力に定数Bを乗じてBcosθおよぶ
sinθの出力が負のときは、−Bcosθとし、 そして、前記sinθが正のときは、 Asinθ+B−Bsinθの演算を行ない、 かつ、前記sinθの出力が負ときは、 Asinθ−B+Bcosθの演算を行なう手段を有し、 内部でsinθの出力が正のときは、 (a) Asinθ+B−Bcosθ =B+√22sin(θ−φ) ここに、 φ=tan-1A/B また、sinθの出力が負のときは、 (b) Asinθ−B+Bcosθ =−B+√22sin(θ−φ) の計算を行ない、前記(a)(b)の式から、位相差
(θ)を求める計算機とを具備したものであるか
ら、微小回転検出を可能とし、しかも検出回路角
速度を拡大できることは勿論、複数組の計算機を
必要とすることなく位相差(θ)を求めることが
でき、此種光フアイバー型ジヤイロスコープの出
力処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来の光学装置を示す構造
図、第3図は本発明の一実施例の光学装置の構造
図、第4図は従来の出力計算方法の説明図、第5
図は本発明の出力処理装置の構成図、第6図は本
発明の出力計算の説明図である。 1……レーザ発生生装置、2……ビーム分割
器、4……フアイバループ、5……光センサ、6
……光センサ、7……ビーム分割器、8……位相
器、9……光センサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 閉ざされた同一光路に逆方向から同時に光を
    導入し、かつ、前記光路から導出した光から正弦
    関数状出力(sinθ)と余弦関数状出力(cosθ)の
    二つの出力を同時にとり出し、しかも、前記二つ
    の光の出力間の位相差(θ)がπ/2であるよう
    に構成された光学装置において、 前記sinθとcosθの出力を増幅する増幅器と、該
    増幅器で増幅されたそれぞれの光をアナログ/デ
    ジタル変換する変換器と、該変換器での変換に基
    づき、 前記sinθの出力に定数Aを乗じて Asinθ、 前記cosθの出力に定数Bを乗じて Bcosθおよびsinθの出力が負のときは、−Bcosθ
    とし、 そして、前記sinθが正のときは、 Asinθ+B−Bcosθの演算を行ない、 かつ、前記sinθの出力が負のときは、 Asinθ−B+Bcosθの演算を行なう手段を有し、 内部でsinθの出力が正のときは、 (a) Asinθ+B−Bcosθ =B+√22sin(θ−φ) ここに、 φ=tan-1A/B また、sinθの出力が負のときは、 (b) Asinθ−B+Bcosθ =−B+√22sin(θ−φ) の計算を行い、前記(a)(b)の式から、位相差(θ)
    を求める計算機とを具備していることを特徴とす
    る光フアイバ型ジヤイロスコープの出力処理装
    置。
JP58194185A 1983-10-19 1983-10-19 光ファイバ型ジャイロスコープの出力処理装置 Granted JPS6086411A (ja)

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JPS6086411A JPS6086411A (ja) 1985-05-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6085313A (ja) * 1983-10-14 1985-05-14 Yokogawa Hokushin Electric Corp 光フアイバレ−ザジヤイロ

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JPS6086411A (ja) 1985-05-16

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