JPH04340414A - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JPH04340414A JPH04340414A JP11324491A JP11324491A JPH04340414A JP H04340414 A JPH04340414 A JP H04340414A JP 11324491 A JP11324491 A JP 11324491A JP 11324491 A JP11324491 A JP 11324491A JP H04340414 A JPH04340414 A JP H04340414A
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- Gyroscopes (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転角速度検出に使用
する光ファイバジャイロに係り、特に、広いダイナミッ
クレンジを有するセロダイン変調方式のクローズドルー
プ型光ファイバジャイロに関する。
する光ファイバジャイロに係り、特に、広いダイナミッ
クレンジを有するセロダイン変調方式のクローズドルー
プ型光ファイバジャイロに関する。
【0002】
【従来の技術】図3には従来形の一例としてのセロダイ
ン変調方式光ファイバジャイロの構成が一部模式的に示
される。図中、10は光源、12,18 は光分配結合
器、14は偏光器、16は電気光学効果を有する結晶基
板、20は位相変調器、22はセロダイン変調器、24
は回転軸に垂直に巻かれた偏波面保存単一モード光ファ
イバで形成されているループ、26は受光器、30は信
号発生装置、40は光ファイバジャイロ用信号処理装置
、50a は鋸歯状波信号周波数設定装置、60a は
電圧制御発振(VCO)式鋸歯状波信号発生装置、A1
は位相変調器駆動信号、A2は光電変換出力信号、A3
は鋸歯状波信号を示す。この例では、鋸歯状波信号A3
は、セロダイン変調器22用の駆動信号として用いられ
ると共に、ジャイロ出力すなわち回転角速度出力を形成
する。
ン変調方式光ファイバジャイロの構成が一部模式的に示
される。図中、10は光源、12,18 は光分配結合
器、14は偏光器、16は電気光学効果を有する結晶基
板、20は位相変調器、22はセロダイン変調器、24
は回転軸に垂直に巻かれた偏波面保存単一モード光ファ
イバで形成されているループ、26は受光器、30は信
号発生装置、40は光ファイバジャイロ用信号処理装置
、50a は鋸歯状波信号周波数設定装置、60a は
電圧制御発振(VCO)式鋸歯状波信号発生装置、A1
は位相変調器駆動信号、A2は光電変換出力信号、A3
は鋸歯状波信号を示す。この例では、鋸歯状波信号A3
は、セロダイン変調器22用の駆動信号として用いられ
ると共に、ジャイロ出力すなわち回転角速度出力を形成
する。
【0003】なお、光分配結合器18と位相変調器20
とセロダイン変調器22は、例えばニオブ酸リチウム(
LiNbO3)等の電気光学結晶基板16上にチタン(
Ti)を拡散した光導波路と、該光導波路近傍に設けた
電極に電圧を印加することで該光導波路の屈折率を変化
させる手段とから構成されている。図3の構成において
、光源10から出射された光ビームは光分配結合器12
において2分され、2分された一方の光ビームは偏光器
14によって偏光され、一定の偏波のみが透過し、この
偏波ビームは光分配結合器18において2つの光ビーム
に2分される。この2分された一方の光ビームは、位相
変調器20によって一定周波数の位相変調を受け、光フ
ァイバループ24を反時計回り方向に伝搬した後、セロ
ダイン変調器22によって鋸歯状波信号によるセロダイ
ン変調を受け、光分配結合器18に再入射する。同様に
して、光分配結合器18において2分された他方の光ビ
ームは、セロダイン変調器22によってセロダイン変調
を受け、光ファイバループ24を時計回り方向に伝搬し
た後、位相変調器20によって位相変調を受け、光分配
結合器18に再入射する。光分配結合器18に再入射し
た2つの光ビームは結合され、この結合されたビームは
偏光器14によって一定の偏波のみが透過し、この偏波
ビームは光分配結合器12において2つの光ビームに2
分される。この2分された一方の光ビームは受光器26
に導かれ、光ファイバループ24を互いに逆方向に伝播
した2つの光の間の位相差に依存した干渉光強度に対応
する電気信号(光電変換出力信号A2)に変換される。
とセロダイン変調器22は、例えばニオブ酸リチウム(
LiNbO3)等の電気光学結晶基板16上にチタン(
Ti)を拡散した光導波路と、該光導波路近傍に設けた
電極に電圧を印加することで該光導波路の屈折率を変化
させる手段とから構成されている。図3の構成において
、光源10から出射された光ビームは光分配結合器12
において2分され、2分された一方の光ビームは偏光器
14によって偏光され、一定の偏波のみが透過し、この
偏波ビームは光分配結合器18において2つの光ビーム
に2分される。この2分された一方の光ビームは、位相
変調器20によって一定周波数の位相変調を受け、光フ
ァイバループ24を反時計回り方向に伝搬した後、セロ
ダイン変調器22によって鋸歯状波信号によるセロダイ
ン変調を受け、光分配結合器18に再入射する。同様に
して、光分配結合器18において2分された他方の光ビ
ームは、セロダイン変調器22によってセロダイン変調
を受け、光ファイバループ24を時計回り方向に伝搬し
た後、位相変調器20によって位相変調を受け、光分配
結合器18に再入射する。光分配結合器18に再入射し
た2つの光ビームは結合され、この結合されたビームは
偏光器14によって一定の偏波のみが透過し、この偏波
ビームは光分配結合器12において2つの光ビームに2
分される。この2分された一方の光ビームは受光器26
に導かれ、光ファイバループ24を互いに逆方向に伝播
した2つの光の間の位相差に依存した干渉光強度に対応
する電気信号(光電変換出力信号A2)に変換される。
【0004】位相変調器20は、信号発生装置30から
発生される一定周波数の正弦波もしくは方形波の信号A
1によって駆動され、この信号A1は信号処理装置40
にも入力されている。信号処理装置40は、受光器26
の出力(光電変換出力信号A2)を信号発生装置30か
らの信号A1に応答して一定周波数で同期検波する。こ
の信号処理装置40の出力ΔVは、以下の式で表される
。
発生される一定周波数の正弦波もしくは方形波の信号A
1によって駆動され、この信号A1は信号処理装置40
にも入力されている。信号処理装置40は、受光器26
の出力(光電変換出力信号A2)を信号発生装置30か
らの信号A1に応答して一定周波数で同期検波する。こ
の信号処理装置40の出力ΔVは、以下の式で表される
。
【0005】
ΔV=K・sin Δφ ………………
…………………………………(1) ここで、Δφは上
記2つの光の間の位相差、Kは定数を示す。鋸歯状波信
号周波数設定装置50a は、式(1) で表される出
力ΔVを積分する機能を有しており、鋸歯状波信号発生
装置60a は、鋸歯状波信号周波数設定装置50a
の出力Vの大きさに応じた周波数をもつアナログの鋸歯
状波信号A3を発生する。
…………………………………(1) ここで、Δφは上
記2つの光の間の位相差、Kは定数を示す。鋸歯状波信
号周波数設定装置50a は、式(1) で表される出
力ΔVを積分する機能を有しており、鋸歯状波信号発生
装置60a は、鋸歯状波信号周波数設定装置50a
の出力Vの大きさに応じた周波数をもつアナログの鋸歯
状波信号A3を発生する。
【0006】位相差Δφは、光ファイバループ24に対
して該ループに垂直な軸の周りに或る角速度を与えた時
に生じる周知のサニャック(Sagnac)効果による
光の位相差φsと、セロダイン変調器22が誘起する位
相差φm とから成る。位相差φs は、 φs =4πRLΩ/Cλ ……………
………………………………(2) で表され、また位相
差φm は、セロダイン変調に際して互いに逆方向回り
に伝搬する2つの光の伝播遅延によって生じる当該位相
差Δφの不連続部分を位相差に関する出力の周期性を利
用して連続性をもたせるために、鋸歯状波信号による位
相量振幅を2πにするという条件の下で、 φm =2πτ/Tm =2πnLfm
/C …………………………(3) で表される。こ
こで、Rは光ファイバループ24の半径、Lは光ファイ
バループ24を形成する光ファイバの長さ、Ωは入力回
転角速度、Cは真空中における光速、λは真空中におけ
る光の波長、τは光ファイバループ24を光が伝搬する
のに要する時間、Tm は鋸歯状波信号A3の周期、n
は光ファイバループ24を形成する光ファイバの屈折率
、そしてfm は鋸歯状波信号A3の周波数を示す。
して該ループに垂直な軸の周りに或る角速度を与えた時
に生じる周知のサニャック(Sagnac)効果による
光の位相差φsと、セロダイン変調器22が誘起する位
相差φm とから成る。位相差φs は、 φs =4πRLΩ/Cλ ……………
………………………………(2) で表され、また位相
差φm は、セロダイン変調に際して互いに逆方向回り
に伝搬する2つの光の伝播遅延によって生じる当該位相
差Δφの不連続部分を位相差に関する出力の周期性を利
用して連続性をもたせるために、鋸歯状波信号による位
相量振幅を2πにするという条件の下で、 φm =2πτ/Tm =2πnLfm
/C …………………………(3) で表される。こ
こで、Rは光ファイバループ24の半径、Lは光ファイ
バループ24を形成する光ファイバの長さ、Ωは入力回
転角速度、Cは真空中における光速、λは真空中におけ
る光の波長、τは光ファイバループ24を光が伝搬する
のに要する時間、Tm は鋸歯状波信号A3の周期、n
は光ファイバループ24を形成する光ファイバの屈折率
、そしてfm は鋸歯状波信号A3の周波数を示す。
【0007】セロダイン変調方式光ファイバジャイロに
おいては、入力回転角速度Ωが変化した場合、信号処理
装置40の出力ΔVを鋸歯状波信号周波数設定装置50
a により積分して負帰還となるように鋸歯状波信号発
生装置60a に印加し、それによって式(1) の位
相差Δφ(つまり信号処理装置40の出力ΔV)が常に
所定の値(通常は0)に維持されるように制御が行われ
ている。そこで、Δφ=φs +φm =0とすると、
式(2) および式(3) から、 Ω=−nλfm /2R ………………
………………………………(4) となり、鋸歯状波信
号の周波数を計数することによって入力回転角速度を検
出することができる。
おいては、入力回転角速度Ωが変化した場合、信号処理
装置40の出力ΔVを鋸歯状波信号周波数設定装置50
a により積分して負帰還となるように鋸歯状波信号発
生装置60a に印加し、それによって式(1) の位
相差Δφ(つまり信号処理装置40の出力ΔV)が常に
所定の値(通常は0)に維持されるように制御が行われ
ている。そこで、Δφ=φs +φm =0とすると、
式(2) および式(3) から、 Ω=−nλfm /2R ………………
………………………………(4) となり、鋸歯状波信
号の周波数を計数することによって入力回転角速度を検
出することができる。
【0008】また、ジャイロ出力を鋸歯状波信号A3の
周波数に等しい周波数のパルス列とすると、1パルスが
一定の角度Δθを重みとして持つ角度増分パルス出力と
なる。ただし、Δθは式(4) から、 Δθ=Ω/fm =nλ/2R ………
………………………………(5) で表される。
周波数に等しい周波数のパルス列とすると、1パルスが
一定の角度Δθを重みとして持つ角度増分パルス出力と
なる。ただし、Δθは式(4) から、 Δθ=Ω/fm =nλ/2R ………
………………………………(5) で表される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のセロダ
イン変調方式クローズドループ型光ファイバジャイロに
おいては、セロダイン変調器22に印加する鋸歯状波信
号A3をアナログ的な鋸歯状波信号発生装置60a で
発生しているので、発生周波数の可変範囲が限定される
という不都合があった。つまり、ジャイロの最大検出角
速度範囲が鋸歯状波信号の最大周波数に依存しているの
で、最大検出角速度範囲を拡大するためにはその最大周
波数を上げなければならなかった。そのために、鋸歯状
波信号発生装置60a自体の設計を変更しなければなら
ないという問題があり、極めて煩雑で都合が悪かった。
イン変調方式クローズドループ型光ファイバジャイロに
おいては、セロダイン変調器22に印加する鋸歯状波信
号A3をアナログ的な鋸歯状波信号発生装置60a で
発生しているので、発生周波数の可変範囲が限定される
という不都合があった。つまり、ジャイロの最大検出角
速度範囲が鋸歯状波信号の最大周波数に依存しているの
で、最大検出角速度範囲を拡大するためにはその最大周
波数を上げなければならなかった。そのために、鋸歯状
波信号発生装置60a自体の設計を変更しなければなら
ないという問題があり、極めて煩雑で都合が悪かった。
【0010】また、温度の変化等によって鋸歯状波信号
の振幅が変動し易く、そのためにジャイロ出力の直線性
(リニアリティ)やスケールファクタの安定性が劣化す
る等の問題点もあった。本発明の主な目的は、かかる従
来技術における課題に鑑み、セロダイン変調用鋸歯状波
信号の最大周波数を変えることなく、最大検出角速度範
囲を拡大することができる光ファイバジャイロを提供す
ることにある。
の振幅が変動し易く、そのためにジャイロ出力の直線性
(リニアリティ)やスケールファクタの安定性が劣化す
る等の問題点もあった。本発明の主な目的は、かかる従
来技術における課題に鑑み、セロダイン変調用鋸歯状波
信号の最大周波数を変えることなく、最大検出角速度範
囲を拡大することができる光ファイバジャイロを提供す
ることにある。
【0011】本発明の他の目的は、温度の変化等が有っ
た場合でもジャイロ出力の良好な直線性およびスケール
ファクタの安定性を維持することができる光ファイバジ
ャイロを提供することにある。
た場合でもジャイロ出力の良好な直線性およびスケール
ファクタの安定性を維持することができる光ファイバジ
ャイロを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明によれば、回転軸と共動する光ファイバループ
に光を互いに逆方向に同時に伝搬させ、両方向に伝播し
た光に対して一定周波数で位相変調を行うと共に可変周
波数でセロダイン変調を行い、該変調された両方向の光
の干渉光を検出してその光強度に応じた光電変換出力信
号を出力する光学系と、該出力された光電変換出力信号
から前記一定周波数の信号に同期した成分を抽出し、前
記互いに逆方向に伝播した光の位相差に応じたディジタ
ルの誤差データを出力する信号処理部と、該出力された
誤差データに基づき前記セロダイン変調用の鋸歯状波信
号の周波数をディジタル的に設定する鋸歯状波信号周波
数設定部と、該ディジタル的に設定された周波数データ
に基づいてアナログの前記鋸歯状波信号を発生する鋸歯
状波信号発生部とを具備し、前記光学系が、前記光ファ
イバループの一端に配設された第1のセロダイン変調器
と、該光ファイバループの他端に配設された第2のセロ
ダイン変調器とを有し、前記鋸歯状波信号発生部から出
力されたアナログの鋸歯状波信号を前記第1のセロダイ
ン変調器に対しては正相で印加し且つ前記第2のセロダ
イン変調器に対しては逆相で印加することを特徴とする
光ファイバジャイロが提供される。
、本発明によれば、回転軸と共動する光ファイバループ
に光を互いに逆方向に同時に伝搬させ、両方向に伝播し
た光に対して一定周波数で位相変調を行うと共に可変周
波数でセロダイン変調を行い、該変調された両方向の光
の干渉光を検出してその光強度に応じた光電変換出力信
号を出力する光学系と、該出力された光電変換出力信号
から前記一定周波数の信号に同期した成分を抽出し、前
記互いに逆方向に伝播した光の位相差に応じたディジタ
ルの誤差データを出力する信号処理部と、該出力された
誤差データに基づき前記セロダイン変調用の鋸歯状波信
号の周波数をディジタル的に設定する鋸歯状波信号周波
数設定部と、該ディジタル的に設定された周波数データ
に基づいてアナログの前記鋸歯状波信号を発生する鋸歯
状波信号発生部とを具備し、前記光学系が、前記光ファ
イバループの一端に配設された第1のセロダイン変調器
と、該光ファイバループの他端に配設された第2のセロ
ダイン変調器とを有し、前記鋸歯状波信号発生部から出
力されたアナログの鋸歯状波信号を前記第1のセロダイ
ン変調器に対しては正相で印加し且つ前記第2のセロダ
イン変調器に対しては逆相で印加することを特徴とする
光ファイバジャイロが提供される。
【0013】また、上記構成において、鋸歯状波信号周
波数設定部は、信号処理部から出力された誤差データに
フィードバック・ループゲインを決定する係数を指示す
るディジタルデータを乗じる乗算手段と、該乗算手段の
出力データに前回の鋸歯状波信号周波数設定データを加
算して新たな鋸歯状波信号周波数設定データを出力する
第1の加算手段とを具備し、且つ、鋸歯状波信号発生部
は、第1の加算手段から出力された鋸歯状波信号周波数
設定データに前回の加算データを加算すると共に、オー
バーフローを生じた時にキャリー信号を出力する第2の
加算手段と、該出力されたキャリー信号の数をインクリ
メント/デクリメントしてディジタルの鋸歯状波対応信
号を発生するカウンタ手段と、該ディジタルの鋸歯状波
対応信号を前記アナログの鋸歯状波信号に変換するD/
Aコンバータとを具備するように構成してもよい。
波数設定部は、信号処理部から出力された誤差データに
フィードバック・ループゲインを決定する係数を指示す
るディジタルデータを乗じる乗算手段と、該乗算手段の
出力データに前回の鋸歯状波信号周波数設定データを加
算して新たな鋸歯状波信号周波数設定データを出力する
第1の加算手段とを具備し、且つ、鋸歯状波信号発生部
は、第1の加算手段から出力された鋸歯状波信号周波数
設定データに前回の加算データを加算すると共に、オー
バーフローを生じた時にキャリー信号を出力する第2の
加算手段と、該出力されたキャリー信号の数をインクリ
メント/デクリメントしてディジタルの鋸歯状波対応信
号を発生するカウンタ手段と、該ディジタルの鋸歯状波
対応信号を前記アナログの鋸歯状波信号に変換するD/
Aコンバータとを具備するように構成してもよい。
【0014】
【作用】上述した構成によれば、第1および第2のセロ
ダイン変調器は光ファイバループに対して互いに対象の
位置に配設されているので、各セロダイン変調器で誘起
される位相差は、その大きさは同じであって且つ符号は
逆極性となる。つまり、セロダイン変調による位相量振
幅を従来例と同じにした場合、本発明では、セロダイン
変調の位相差を2倍に拡大することができる。従って、
従来形と同様に鋸歯状波信号(セロダイン変調信号)の
周波数を計数してジャイロ出力とすれば、該鋸歯状波信
号の周波数を上げることなく、従来例の2倍の入力回転
角速度まで検出範囲を拡大することができる。
ダイン変調器は光ファイバループに対して互いに対象の
位置に配設されているので、各セロダイン変調器で誘起
される位相差は、その大きさは同じであって且つ符号は
逆極性となる。つまり、セロダイン変調による位相量振
幅を従来例と同じにした場合、本発明では、セロダイン
変調の位相差を2倍に拡大することができる。従って、
従来形と同様に鋸歯状波信号(セロダイン変調信号)の
周波数を計数してジャイロ出力とすれば、該鋸歯状波信
号の周波数を上げることなく、従来例の2倍の入力回転
角速度まで検出範囲を拡大することができる。
【0015】また、鋸歯状波信号周波数設定部と鋸歯状
波信号発生部をディジタル的手段によって構成した場合
には、直接合成ディジタルシンセサイザ方式の光ファイ
バジャイロとなるので、鋸歯状波信号(セロダイン変調
信号)の振幅は安定化され、たとえ温度の変化等が有っ
た場合でもジャイロ出力の直線性を良好に維持し、スケ
ールファクタの安定性を改善することができる。
波信号発生部をディジタル的手段によって構成した場合
には、直接合成ディジタルシンセサイザ方式の光ファイ
バジャイロとなるので、鋸歯状波信号(セロダイン変調
信号)の振幅は安定化され、たとえ温度の変化等が有っ
た場合でもジャイロ出力の直線性を良好に維持し、スケ
ールファクタの安定性を改善することができる。
【0016】なお、本発明の他の構成上の特徴および作
用の詳細については、添付図面を参照しつつ以下に記述
される実施例を用いて説明する。
用の詳細については、添付図面を参照しつつ以下に記述
される実施例を用いて説明する。
【0017】
【実施例】図1に本発明の一実施例としてのセロダイン
変調方式光ファイバジャイロの構成が一部模式的に示さ
れる。なお、図1に示す信号発生装置30および信号処
理装置40と光学系の各要素10,12, 14, 1
6, 18, 20, 24および26の構成について
は、図3に示す各要素と同様であるのでその説明は省略
する。
変調方式光ファイバジャイロの構成が一部模式的に示さ
れる。なお、図1に示す信号発生装置30および信号処
理装置40と光学系の各要素10,12, 14, 1
6, 18, 20, 24および26の構成について
は、図3に示す各要素と同様であるのでその説明は省略
する。
【0018】図1において、22a,22b はセロダ
イン変調器を示し、一方のセロダイン変調器22a は
光ファイバループ24の一端に配設され、他方のセロダ
イン変調器22b は光ファイバループ24の他端に配
設されている。50は鋸歯状波信号周波数設定装置を示
し、信号処理装置40から出力された誤差データD1を
積分してセロダイン変調用鋸歯状波信号A15 の周波
数をディジタル的に設定する機能を有している。60は
直接合成ディジタルシンセサイザ方式の鋸歯状波信号発
生装置を示し、該周波数設定装置50でディジタル的に
設定された周波数データD4に基づいてアナログの鋸歯
状波信号A15(セロダイン変調信号)を発生する機能
を有している。鋸歯状波信号周波数設定装置50および
鋸歯状波信号発生装置60の具体的な構成とその作用に
ついては、後で詳細に説明する。
イン変調器を示し、一方のセロダイン変調器22a は
光ファイバループ24の一端に配設され、他方のセロダ
イン変調器22b は光ファイバループ24の他端に配
設されている。50は鋸歯状波信号周波数設定装置を示
し、信号処理装置40から出力された誤差データD1を
積分してセロダイン変調用鋸歯状波信号A15 の周波
数をディジタル的に設定する機能を有している。60は
直接合成ディジタルシンセサイザ方式の鋸歯状波信号発
生装置を示し、該周波数設定装置50でディジタル的に
設定された周波数データD4に基づいてアナログの鋸歯
状波信号A15(セロダイン変調信号)を発生する機能
を有している。鋸歯状波信号周波数設定装置50および
鋸歯状波信号発生装置60の具体的な構成とその作用に
ついては、後で詳細に説明する。
【0019】70は正相/逆相バッファドライバを示し
、鋸歯状波信号発生装置60から出力されたアナログの
鋸歯状波信号A15 を2個のセロダイン変調器22a
,22b に対して互いに逆相の形態で印加し、それに
よって両セロダイン変調器22a,22b を駆動する
機能を有している。本実施例では、鋸歯状波信号A15
は、セロダイン変調器22aに対しては正相(+)で
印加され、セロダイン変調器22b に対しては逆相(
−)で印加される。
、鋸歯状波信号発生装置60から出力されたアナログの
鋸歯状波信号A15 を2個のセロダイン変調器22a
,22b に対して互いに逆相の形態で印加し、それに
よって両セロダイン変調器22a,22b を駆動する
機能を有している。本実施例では、鋸歯状波信号A15
は、セロダイン変調器22aに対しては正相(+)で
印加され、セロダイン変調器22b に対しては逆相(
−)で印加される。
【0020】上述した鋸歯状波信号周波数設定装置50
および鋸歯状波信号発生装置60は、例えば図2に一構
成例として示されるように、ディジタル的手段を用いて
構成することができる。図2において、鋸歯状波信号周
波数設定装置50は、光ファイバジャイロ用信号処理装
置40から出力されるディジタルの誤差データD1とフ
ィードバック・ループゲインを決定する係数を指示する
ディジタルデータD2に応答するディジタル乗算手段5
2と、該ディジタル乗算手段の出力データD3を前回の
鋸歯状波信号周波数設定データD5に加算する加算手段
54と、該加算手段から出力される新たな鋸歯状波信号
周波数設定データD4を外部からのクロック信号A11
に基づいてラッチするラッチ手段56とから構成され
ている。一方、鋸歯状波信号発生装置60は、鋸歯状波
信号周波数設定装置50から出力される鋸歯状波信号周
波数設定データD4を前回の加算データD6に加算する
加算手段62と、該加算手段から出力される加算データ
D7を外部からのクロック信号A14 に基づいてラッ
チするラッチ手段64と、加算手段62のオーバーフロ
ーにより生じるキャリー(キャリー信号A13)を鋸歯
状波信号周波数設定装置50内の加算手段54から出力
されるアップ/ダウン切り換え信号A12に応答してカ
ウントするアップ/ダウンカウンタ66と、該カウンタ
から出力されるディジタルの鋸歯状波対応信号D8をア
ナログの鋸歯状波信号(セロダイン変調器駆動信号)A
15 に変換するD/Aコンバータ68とから構成され
ている。
および鋸歯状波信号発生装置60は、例えば図2に一構
成例として示されるように、ディジタル的手段を用いて
構成することができる。図2において、鋸歯状波信号周
波数設定装置50は、光ファイバジャイロ用信号処理装
置40から出力されるディジタルの誤差データD1とフ
ィードバック・ループゲインを決定する係数を指示する
ディジタルデータD2に応答するディジタル乗算手段5
2と、該ディジタル乗算手段の出力データD3を前回の
鋸歯状波信号周波数設定データD5に加算する加算手段
54と、該加算手段から出力される新たな鋸歯状波信号
周波数設定データD4を外部からのクロック信号A11
に基づいてラッチするラッチ手段56とから構成され
ている。一方、鋸歯状波信号発生装置60は、鋸歯状波
信号周波数設定装置50から出力される鋸歯状波信号周
波数設定データD4を前回の加算データD6に加算する
加算手段62と、該加算手段から出力される加算データ
D7を外部からのクロック信号A14 に基づいてラッ
チするラッチ手段64と、加算手段62のオーバーフロ
ーにより生じるキャリー(キャリー信号A13)を鋸歯
状波信号周波数設定装置50内の加算手段54から出力
されるアップ/ダウン切り換え信号A12に応答してカ
ウントするアップ/ダウンカウンタ66と、該カウンタ
から出力されるディジタルの鋸歯状波対応信号D8をア
ナログの鋸歯状波信号(セロダイン変調器駆動信号)A
15 に変換するD/Aコンバータ68とから構成され
ている。
【0021】本実施例では、このアナログの鋸歯状波信
号A15 がジャイロ出力すなわち回転角速度出力とし
て用いられる。上記のように構成された光ファイバジャ
イロにおいて、干渉光強度に対応した受光器26の出力
(光電変換出力信号A2)は、光ファイバジャイロ用信
号処理装置40(例えば特開平2−300623号公報
)によってディジタル的にデモジュレートされ、信号発
生装置30の出力信号の基本波成分(A1)に同期した
成分が検出される。このようにして検出された成分は、
誤差データD1として鋸歯状波信号周波数設定装置50
に入力される。
号A15 がジャイロ出力すなわち回転角速度出力とし
て用いられる。上記のように構成された光ファイバジャ
イロにおいて、干渉光強度に対応した受光器26の出力
(光電変換出力信号A2)は、光ファイバジャイロ用信
号処理装置40(例えば特開平2−300623号公報
)によってディジタル的にデモジュレートされ、信号発
生装置30の出力信号の基本波成分(A1)に同期した
成分が検出される。このようにして検出された成分は、
誤差データD1として鋸歯状波信号周波数設定装置50
に入力される。
【0022】鋸歯状波信号周波数設定装置50において
、ディジタル乗算手段52は、誤差データD1にフィー
ドバック・ループゲインを決定する係数(D2)を乗算
し、ディジタル制御量D3を出力する。加算手段54は
、ディジタル制御量D3に前回の鋸歯状波信号周波数設
定データD5を加算し、新たな鋸歯状波信号周波数設定
データD4を出力する。ラッチ手段56は、外部からの
クロック信号A11 に同期して新たな鋸歯状波信号周
波数設定データD4を1クロック間ラッチし、前回の鋸
歯状波信号周波数設定データD5を加算手段54に出力
する。このようにして発生された新たな鋸歯状波信号周
波数設定データD4は、直接合成ディジタルシンセサイ
ザ方式の鋸歯状波信号発生装置60に入力される。
、ディジタル乗算手段52は、誤差データD1にフィー
ドバック・ループゲインを決定する係数(D2)を乗算
し、ディジタル制御量D3を出力する。加算手段54は
、ディジタル制御量D3に前回の鋸歯状波信号周波数設
定データD5を加算し、新たな鋸歯状波信号周波数設定
データD4を出力する。ラッチ手段56は、外部からの
クロック信号A11 に同期して新たな鋸歯状波信号周
波数設定データD4を1クロック間ラッチし、前回の鋸
歯状波信号周波数設定データD5を加算手段54に出力
する。このようにして発生された新たな鋸歯状波信号周
波数設定データD4は、直接合成ディジタルシンセサイ
ザ方式の鋸歯状波信号発生装置60に入力される。
【0023】直接合成ディジタルシンセサイザ方式の鋸
歯状波信号発生装置60において、加算手段62は、新
たな鋸歯状波信号周波数設定データD4と前回の加算デ
ータD6を加算し、新たな加算データD7を出力すると
共に、演算結果がオーバーフローして桁上げが生じた場
合にキャリー信号A13 を出力する。ラッチ手段64
は、外部からのクロック信号A14 に同期して新たな
加算データD7を1クロック間ラッチし、前回の加算デ
ータD6を加算手段62に出力する。アップ/ダウンカ
ウンタ66は、新たな鋸歯状波信号周波数設定データD
4の符号を表すアップ/ダウン切り換え信号A12に基
づきキャリー信号A13 の数をインクリメント/デク
リメントしてカウントし、該カウント数に基づきディジ
タルの鋸歯状波対応信号D8を出力する。 D/Aコンバータ68は、ディジタルの鋸歯状波対応信
号D8をアナログの鋸歯状波信号A15に変換する。
歯状波信号発生装置60において、加算手段62は、新
たな鋸歯状波信号周波数設定データD4と前回の加算デ
ータD6を加算し、新たな加算データD7を出力すると
共に、演算結果がオーバーフローして桁上げが生じた場
合にキャリー信号A13 を出力する。ラッチ手段64
は、外部からのクロック信号A14 に同期して新たな
加算データD7を1クロック間ラッチし、前回の加算デ
ータD6を加算手段62に出力する。アップ/ダウンカ
ウンタ66は、新たな鋸歯状波信号周波数設定データD
4の符号を表すアップ/ダウン切り換え信号A12に基
づきキャリー信号A13 の数をインクリメント/デク
リメントしてカウントし、該カウント数に基づきディジ
タルの鋸歯状波対応信号D8を出力する。 D/Aコンバータ68は、ディジタルの鋸歯状波対応信
号D8をアナログの鋸歯状波信号A15に変換する。
【0024】以上説明したように本実施例の構成によれ
ば、セロダイン変調器22a,22b は光ファイバル
ープ24に対して互いに対象の位置に配設されているの
で、各セロダイン変調器22a,22b におけるセロ
ダイン変調による位相量振幅を従来例と同様に2πにす
ると、各セロダイン変調器22a,22b でそれぞれ
誘起される位相差φm1およびφm2は、それぞれの大
きさは前述した式(3) で表されるが、符号は逆極性
となる。すなわち、2個のセロダイン変調器22a,2
2b によるセロダイン変調の位相差φm は、
φm =φm1+φm2 =2πnLfm /C−2πnL
(−fm )/C =2・2πnL
fm /C…………………………………………(7)
となる。そこで、Δφ=φs +φm =0とすると、
式(2) および式(7) から、 Ω=n
λ・2fm /2R ……………………………………
………(8) となる。
ば、セロダイン変調器22a,22b は光ファイバル
ープ24に対して互いに対象の位置に配設されているの
で、各セロダイン変調器22a,22b におけるセロ
ダイン変調による位相量振幅を従来例と同様に2πにす
ると、各セロダイン変調器22a,22b でそれぞれ
誘起される位相差φm1およびφm2は、それぞれの大
きさは前述した式(3) で表されるが、符号は逆極性
となる。すなわち、2個のセロダイン変調器22a,2
2b によるセロダイン変調の位相差φm は、
φm =φm1+φm2 =2πnLfm /C−2πnL
(−fm )/C =2・2πnL
fm /C…………………………………………(7)
となる。そこで、Δφ=φs +φm =0とすると、
式(2) および式(7) から、 Ω=n
λ・2fm /2R ……………………………………
………(8) となる。
【0025】従って、従来例と同様に鋸歯状波信号(セ
ロダイン変調信号)の周波数を計数してジャイロ出力と
すれば、該鋸歯状波信号の周波数を上げることなく、従
来例の2倍の入力回転角速度まで検出範囲を拡大するこ
とができる。また、図2の構成を参照すると、周波数を
変換する時間はラッチ手段56のクロック信号A11
とラッチ手段64のクロック信号A14 に依存するの
で、該クロック信号A11,A14 を高い周波数で用
いれば、アナログの鋸歯状波信号A15 の周波数(周
期)を高速で変更することが可能となり、光ファイバジ
ャイロの出力周波数特性を高い周波数にまで引き上げる
ことができる。従って、温度の変化等により鋸歯状波信
号A15(セロダイン変調信号)の周波数が変化した場
合でも、ジャイロ出力の直線性を良好に保ち、スケール
ファクタの安定性を維持することができる。
ロダイン変調信号)の周波数を計数してジャイロ出力と
すれば、該鋸歯状波信号の周波数を上げることなく、従
来例の2倍の入力回転角速度まで検出範囲を拡大するこ
とができる。また、図2の構成を参照すると、周波数を
変換する時間はラッチ手段56のクロック信号A11
とラッチ手段64のクロック信号A14 に依存するの
で、該クロック信号A11,A14 を高い周波数で用
いれば、アナログの鋸歯状波信号A15 の周波数(周
期)を高速で変更することが可能となり、光ファイバジ
ャイロの出力周波数特性を高い周波数にまで引き上げる
ことができる。従って、温度の変化等により鋸歯状波信
号A15(セロダイン変調信号)の周波数が変化した場
合でも、ジャイロ出力の直線性を良好に保ち、スケール
ファクタの安定性を維持することができる。
【0026】なお、上述した実施例では位相変調器20
は電気光学結晶基板16と別個に設けられているが、従
来例(図3)と同様に該結晶基板16上に設けてもよい
。また、位相変調器20をセロダイン変調器22a ま
たは22b と兼ねるように構成してもよい。この場合
、例えば、加算器等を用いて正相(+)または逆相(−
)のセロダイン変調信号と一定周波数の正弦波もしくは
方形波の位相変調信号とを混合し、この混合した信号を
電気光学結晶基板16上のいずれか一方のセロダイン変
調器22a,22b に印加する。
は電気光学結晶基板16と別個に設けられているが、従
来例(図3)と同様に該結晶基板16上に設けてもよい
。また、位相変調器20をセロダイン変調器22a ま
たは22b と兼ねるように構成してもよい。この場合
、例えば、加算器等を用いて正相(+)または逆相(−
)のセロダイン変調信号と一定周波数の正弦波もしくは
方形波の位相変調信号とを混合し、この混合した信号を
電気光学結晶基板16上のいずれか一方のセロダイン変
調器22a,22b に印加する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
ロダイン変調器を2個用いてクローズドループを構成し
たので、セロダイン変調用鋸歯状波信号の最大周波数を
変えることなく、最大検出角速度範囲を拡大することが
できる。また、鋸歯状波信号発生部を直接合成ディジタ
ルシンセサイザ方式にしてクローズドループを構成し、
鋸歯状波信号の振幅が安定化するよう制御を行うことに
より、温度の変化等が有った場合でもジャイロ出力の直
線性を良好に維持し、スケールファクタの安定性を改善
することができる。
ロダイン変調器を2個用いてクローズドループを構成し
たので、セロダイン変調用鋸歯状波信号の最大周波数を
変えることなく、最大検出角速度範囲を拡大することが
できる。また、鋸歯状波信号発生部を直接合成ディジタ
ルシンセサイザ方式にしてクローズドループを構成し、
鋸歯状波信号の振幅が安定化するよう制御を行うことに
より、温度の変化等が有った場合でもジャイロ出力の直
線性を良好に維持し、スケールファクタの安定性を改善
することができる。
【図1】本発明の一実施例としてのセロダイン変調方式
光ファイバジャイロの構成を一部模式的に示したブロッ
ク図である。
光ファイバジャイロの構成を一部模式的に示したブロッ
ク図である。
【図2】図1における鋸歯状波信号周波数設定装置50
および鋸歯状波信号発生装置60の一構成例を示すブロ
ック図である。
および鋸歯状波信号発生装置60の一構成例を示すブロ
ック図である。
【図3】従来形の一例としてのセロダイン変調方式光フ
ァイバジャイロの構成を一部模式的に示したブロック図
である。
ァイバジャイロの構成を一部模式的に示したブロック図
である。
20…位相変調器
22a,22b …セロダイン変調器
24…光ファイバループ
40…信号処理装置
50…鋸歯状波信号周波数設定装置
52…乗算手段
54,62 …加算手段
60…鋸歯状波信号発生装置
66…カウンタ手段(アップ/ダウンカウンタ)68…
D/Aコンバータ 70…正相/逆相バッファドライバ A1…一定周波数の信号(位相変調信号)A2…光電変
換出力信号 A13 …キャリー信号 A15 …可変周波数の鋸歯状波信号(セロダイン変調
信号) D1…サニャック効果による光の位相差に応じた信号(
誤差データ) D2…フィードバック・ループゲインを決定する係数を
指示するデータ D3…乗算手段52の出力データ(ディジタル制御量)
D4…ディジタル的に設定された周波数データD5…前
回の鋸歯状波信号周波数設定データD6…前回の加算デ
ータ D8…ディジタルの鋸歯状波対応信号
D/Aコンバータ 70…正相/逆相バッファドライバ A1…一定周波数の信号(位相変調信号)A2…光電変
換出力信号 A13 …キャリー信号 A15 …可変周波数の鋸歯状波信号(セロダイン変調
信号) D1…サニャック効果による光の位相差に応じた信号(
誤差データ) D2…フィードバック・ループゲインを決定する係数を
指示するデータ D3…乗算手段52の出力データ(ディジタル制御量)
D4…ディジタル的に設定された周波数データD5…前
回の鋸歯状波信号周波数設定データD6…前回の加算デ
ータ D8…ディジタルの鋸歯状波対応信号
Claims (2)
- 【請求項1】 回転軸と共動する光ファイバループ(
24)に光を互いに逆方向に同時に伝搬させ、両方向に
伝播した光に対して一定周波数で位相変調を行うと共に
可変周波数でセロダイン変調を行い、該変調された両方
向の光の干渉光を検出してその光強度に応じた光電変換
出力信号(A2)を出力する光学系と、該出力された光
電変換出力信号から前記一定周波数の信号(A1)に同
期した成分を抽出し、前記互いに逆方向に伝播した光の
位相差に応じたディジタルの誤差データ(D1)を出力
する信号処理部(40)と、該出力された誤差データに
基づき前記セロダイン変調用の鋸歯状波信号(A15)
の周波数をディジタル的に設定する鋸歯状波信号周波数
設定部(50)と、該ディジタル的に設定された周波数
データ(D4)に基づいてアナログの前記鋸歯状波信号
を発生する鋸歯状波信号発生部(60)とを具備し、前
記光学系が、前記光ファイバループの一端に配設された
第1のセロダイン変調器(22a) と、該光ファイバ
ループの他端に配設された第2のセロダイン変調器(2
2a) とを有し、前記鋸歯状波信号発生部から出力さ
れたアナログの鋸歯状波信号を前記第1のセロダイン変
調器に対しては正相で印加し且つ前記第2のセロダイン
変調器に対しては逆相で印加することを特徴とする光フ
ァイバジャイロ。 - 【請求項2】 前記鋸歯状波信号周波数設定部(50
)は、前記信号処理部から出力された誤差データ(D1
)にフィードバック・ループゲインを決定する係数を指
示するディジタルデータ(D2)を乗じる乗算手段(5
2)と、該乗算手段の出力データ(D3)に前回の鋸歯
状波信号周波数設定データ(D5)を加算して新たな鋸
歯状波信号周波数設定データ(D4)を出力する第1の
加算手段(54)とを具備し、前記鋸歯状波信号発生部
(60)は、前記第1の加算手段から出力された鋸歯状
波信号周波数設定データに前回の加算データ(D6)を
加算すると共に、オーバーフローを生じた時にキャリー
信号(A13) を出力する第2の加算手段(62)と
、該出力されたキャリー信号の数をインクリメント/デ
クリメントしてディジタルの鋸歯状波対応信号(D8)
を発生するカウンタ手段(66)と、該ディジタルの鋸
歯状波対応信号を前記アナログの鋸歯状波信号(A15
) に変換するD/Aコンバータ(68)とを具備する
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバジャイロ
。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11324491A JPH04340414A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 光ファイバジャイロ |
| US07/840,535 US5412471A (en) | 1991-03-12 | 1992-02-25 | Optical gyro with expanded detectable range of input rotation angular velocity and optical waveguide-type phase modulator used in the same |
| FR9202235A FR2676124B1 (fr) | 1991-03-12 | 1992-02-26 | Gyroscope optique et modulateur de phase du type a guide d'onde optique utilise dans ce gyroscope. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11324491A JPH04340414A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 光ファイバジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340414A true JPH04340414A (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=14607225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11324491A Pending JPH04340414A (ja) | 1991-03-12 | 1991-05-17 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04340414A (ja) |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP11324491A patent/JPH04340414A/ja active Pending
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