JPH0447215A - 光回転角速度センサ - Google Patents
光回転角速度センサInfo
- Publication number
- JPH0447215A JPH0447215A JP15671790A JP15671790A JPH0447215A JP H0447215 A JPH0447215 A JP H0447215A JP 15671790 A JP15671790 A JP 15671790A JP 15671790 A JP15671790 A JP 15671790A JP H0447215 A JPH0447215 A JP H0447215A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- phase modulation
- velocity sensor
- phase
- degree
- Prior art date
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- Pending
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、光回転角速度センサ、特に位相変調方式の光
回転角速度センサに関するものである。
回転角速度センサに関するものである。
［従来の技術］
位相変調方式の光回転角速度センサの構成を第１図を用
いて説明する。
いて説明する。
光学系は、レーザ光源１．偏光子３１位相変調器４．セ
ンシングループ５．受光器６．プリアンプ７、の各々１
台と、２台の光カプラ２ａ。
ンシングループ５．受光器６．プリアンプ７、の各々１
台と、２台の光カプラ２ａ。
２ｂとからなる。
レーザ光ｉｆからの光は光カプラ２ａで分岐され、一方
は偏光子３．光カプラ２ｂを介してセンシングルー１５
に導かれる。センシングループ５を伝搬した左右両回り
光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３．光カプラ
２ａを介して受光器６に導かれる。センシングループ５
が角速度Ωで回転すると、センシングループ５を伝搬し
ている左右両回り光に位相差が生じ（サグナック効果）
、受光器６に達する光出力が変化する。この受光器６の
検出信号がプリアンプ７を介して信号処理回路１２に入
力される。
は偏光子３．光カプラ２ｂを介してセンシングルー１５
に導かれる。センシングループ５を伝搬した左右両回り
光は、光カプラ２ｂで再び結合し、偏光子３．光カプラ
２ａを介して受光器６に導かれる。センシングループ５
が角速度Ωで回転すると、センシングループ５を伝搬し
ている左右両回り光に位相差が生じ（サグナック効果）
、受光器６に達する光出力が変化する。この受光器６の
検出信号がプリアンプ７を介して信号処理回路１２に入
力される。
信号処理回路１２は、具体的には同期検波回路８、Ａ／
Ｄ変換器９．ＣＰＵｌ０．発振器１１゜の各々１台から
なる０位相変調器４には、発振器１１から一定周波数の
正弦波ｆｒ＋が加えられ、この周波数でセンシングルー
プ５の右回り光、左回り光が位相変調される。その結果
、受光器６からは位相変調周波数及びその高調波成分が
出力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され
、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換された後、Ｃ
ＰＵｌ０で角速度Ωが演算される。
Ｄ変換器９．ＣＰＵｌ０．発振器１１゜の各々１台から
なる０位相変調器４には、発振器１１から一定周波数の
正弦波ｆｒ＋が加えられ、この周波数でセンシングルー
プ５の右回り光、左回り光が位相変調される。その結果
、受光器６からは位相変調周波数及びその高調波成分が
出力される。各周波数成分は同期検波回路８で分離され
、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換された後、Ｃ
ＰＵｌ０で角速度Ωが演算される。
ところで、この角速度の演算には、従来、位相変調度（
左右両回り光に与えた位相バイアスの度合）が使用され
、通常は定数で設定される。この演算を可能ならしめる
ためには、位相変調度を一定にする操作が必要である。
左右両回り光に与えた位相バイアスの度合）が使用され
、通常は定数で設定される。この演算を可能ならしめる
ためには、位相変調度を一定にする操作が必要である。
従って、一般には上記発振器１１から位相変調器４に与
える一定周波数の正弦波ｆ１１の電圧幅を制御し、これ
により位相変調器４の変調度を加減することで、回転角
速度のスゲ−リングを管理している。
える一定周波数の正弦波ｆ１１の電圧幅を制御し、これ
により位相変調器４の変調度を加減することで、回転角
速度のスゲ−リングを管理している。
［発明が解決しようとする８題〕
しかし、従来の光回転角速度センサでは、上述のように
位相変調器４を制御する操作が必要である。このため制
御専用の回路が必要で、回路規模が大きくなって高価に
なると共に、素子が多くなるために組み立てが複雑にな
り、結果として信頼性も低くなる。
位相変調器４を制御する操作が必要である。このため制
御専用の回路が必要で、回路規模が大きくなって高価に
なると共に、素子が多くなるために組み立てが複雑にな
り、結果として信頼性も低くなる。
また、信号検出のタイミングと変調度制御のタイミング
が一周期ずれるため、位相変調度が定数値と興なり計測
誤差を生じ易い。
が一周期ずれるため、位相変調度が定数値と興なり計測
誤差を生じ易い。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、小
規模な回路で構成できる高性能な光回転角速度センサを
提供することにある。
規模な回路で構成できる高性能な光回転角速度センサを
提供することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明は、光源からの光を光力グラで分岐し、その分岐
光を位相変調器で位相をずらせてそれぞれセンシングル
ープに導き、該センシングループを伝搬した左右両回り
光を光力１うで再び結合後受光器で検出し、信号処理回
路で角速度情報を得る位相変調方式の光回転角速度セン
サにおいて、位相変調周波数に対する高調波信号の出力
から位相変調度を求め、得られた位相変調度を用いて角
速度を算出する演算手段を設けた構成のものである。
光を位相変調器で位相をずらせてそれぞれセンシングル
ープに導き、該センシングループを伝搬した左右両回り
光を光力１うで再び結合後受光器で検出し、信号処理回
路で角速度情報を得る位相変調方式の光回転角速度セン
サにおいて、位相変調周波数に対する高調波信号の出力
から位相変調度を求め、得られた位相変調度を用いて角
速度を算出する演算手段を設けた構成のものである。
前記演算手段は、位相変調周波数に対する第２次高調波
信号と第４次高調波信号の比から位相変調度を求める構
成とするのが好ましい。
信号と第４次高調波信号の比から位相変調度を求める構
成とするのが好ましい。
５作用】
位相変調周波数に対する高調波信号の出力から位相変調
度を求め、その値を用いて角速度を演算するものである
なめ、位相変調器の変調度を制御する必要がなく、回路
規模を大幅に小さくすることができる。
度を求め、その値を用いて角速度を演算するものである
なめ、位相変調器の変調度を制御する必要がなく、回路
規模を大幅に小さくすることができる。
［実施例コ
以下、本発明の光回転角速度センサの実施例について説
明する。
明する。
光回転角速度センサの構成は、基本的に第１図と変わら
ない、即ち、位相変調器４により、センシングループ５
の右回り光、左回り光にある周波数で位相変調を加えて
、受光器６で検出される信号を位相変調周波数及びその
高調波成分とする。
ない、即ち、位相変調器４により、センシングループ５
の右回り光、左回り光にある周波数で位相変調を加えて
、受光器６で検出される信号を位相変調周波数及びその
高調波成分とする。
また、信号処理回路１２の同期検波回路８は、プリアン
プ７を通して得られる受光器６の信号から、位相変調周
波数成分Ｓ１ （１次数分）、２倍調波成分Ｓ２ （２
吹成分）１４倍調波成分Ｓ４ （４吹成分）を同期検波
する。
プ７を通して得られる受光器６の信号から、位相変調周
波数成分Ｓ１ （１次数分）、２倍調波成分Ｓ２ （２
吹成分）１４倍調波成分Ｓ４ （４吹成分）を同期検波
する。
しかし、ＣＰＵｌ０における角速度の演算の仕方が従来
と異なっている。即ち、従来のように予め定数で設定さ
れる位相変調度（左右両回り光に与えた位相バイアスの
度合）を計算に使用するのではなく、位相変調周波数に
対する高調波信号の出力から位相変調度を求め、得られ
た位相変調度を用いて角速度を１出する。この結果、例
えば４次高調波成分Ｓ４と２次高調波成分Ｓ２の比を一
定にするように位相変調器４の変調度を加減するといっ
た制御は不要となっている。
と異なっている。即ち、従来のように予め定数で設定さ
れる位相変調度（左右両回り光に与えた位相バイアスの
度合）を計算に使用するのではなく、位相変調周波数に
対する高調波信号の出力から位相変調度を求め、得られ
た位相変調度を用いて角速度を１出する。この結果、例
えば４次高調波成分Ｓ４と２次高調波成分Ｓ２の比を一
定にするように位相変調器４の変調度を加減するといっ
た制御は不要となっている。
以下、詳述する。
位相変調方式の場合、受光器６で検出される信号Ｌ゛。
は、センシングループ５の右回り光の出力をｐ ｃｗ、
左回り光の出力をＰ ｃｃｗとすると、Ｐｏ ”ＰＣＷ
＋ Ｐｃｃｗ ＋ ２ （Ｐａｗ ＨＰＣＣＷ ） ”
２Ｊθ（ＩＩ）ｃｏｓ静（直流成分）−４（ＰＣｗ−Ｐ
ｃｃｖ ） ”” Ｊｌ（ｎ’ｓ ｆ ｎ静ｃｏｓ （
ω。（ｔ−τ／２）（基本波成分） −４（Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ ）” Ｊ２（Ｉｌ）ｃｏｓΔ
φｃｏｓＬ２ω。（を−τ／２）（第２次高調波数分） 士４ （Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ ） ” Ｊ３（１１１５ｉ
ｎΔφＣ０５（３ω。（を−τ／２）（第３次高調波
数分） ・・（１） となる、上記（１）式のＪＮはベッセル関数。
左回り光の出力をＰ ｃｃｗとすると、Ｐｏ ”ＰＣＷ
＋ Ｐｃｃｗ ＋ ２ （Ｐａｗ ＨＰＣＣＷ ） ”
２Ｊθ（ＩＩ）ｃｏｓ静（直流成分）−４（ＰＣｗ−Ｐ
ｃｃｖ ） ”” Ｊｌ（ｎ’ｓ ｆ ｎ静ｃｏｓ （
ω。（ｔ−τ／２）（基本波成分） −４（Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ ）” Ｊ２（Ｉｌ）ｃｏｓΔ
φｃｏｓＬ２ω。（を−τ／２）（第２次高調波数分） 士４ （Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ ） ” Ｊ３（１１１５ｉ
ｎΔφＣ０５（３ω。（を−τ／２）（第３次高調波
数分） ・・（１） となる、上記（１）式のＪＮはベッセル関数。
Δφはサグナック効果による位相差、ω。は変調周波数
９ｍは位相変調度に相当する値である。
９ｍは位相変調度に相当する値である。
同期検出された基本波成分、第２．第４次高調減成分を
各々Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ４とすると、Ｓ１＝ （Ｐｃｗ−Ｐ
ｃｃｗ）”” Ｊ １［ｎ）ｓ ｉ ｎΔφ・（２）Ｓ
２＝ （ｐｃｗ−ＰＣＣＷ）”’ Ｊ２（ＩＩ）ｃ ｏ
ｓΔφ・・・（３）Ｓ４＝ （Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ）”
” Ｊ４（ｌｘ）ｃ ｏ ｓΔφ・（４）となる。
各々Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ４とすると、Ｓ１＝ （Ｐｃｗ−Ｐ
ｃｃｗ）”” Ｊ １［ｎ）ｓ ｉ ｎΔφ・（２）Ｓ
２＝ （ｐｃｗ−ＰＣＣＷ）”’ Ｊ２（ＩＩ）ｃ ｏ
ｓΔφ・・・（３）Ｓ４＝ （Ｐｃｗ−Ｐｃｃｗ）”
” Ｊ４（ｌｘ）ｃ ｏ ｓΔφ・（４）となる。
一方、角速度ωはサグナック効果による位相差Δφを用
いて、 ａはスケールファクタ定数 で求められるから、（２）〜（５）式により、ａ
Ｊｌ（ｉ） Ｓ２・・・（６） となる。
いて、 ａはスケールファクタ定数 で求められるから、（２）〜（５）式により、ａ
Ｊｌ（ｉ） Ｓ２・・・（６） となる。
ベッセル関数の引数ｍ、ｉたはベッセル関数の比Ｊ ２
（ＩＩ）／ Ｊ １（ｉ）の値を求めるには、第４次高
調減成分Ｓ４と第２次高調被成分Ｓ２の比が計測できる
ので、次式から、 Ｓ４ ／Ｓ２・Ｊ ４（１）／ Ｊ ２（１）
・・・（７）Ｊ ４（１）／ Ｊ ２（ｎ）とＪ
２ （１）／ Ｊ １ （１１）、またはＪｌ（ｎ）／
Ｊ２（ｍ）との関係を求めておけば良い。
（ＩＩ）／ Ｊ １（ｉ）の値を求めるには、第４次高
調減成分Ｓ４と第２次高調被成分Ｓ２の比が計測できる
ので、次式から、 Ｓ４ ／Ｓ２・Ｊ ４（１）／ Ｊ ２（１）
・・・（７）Ｊ ４（１）／ Ｊ ２（ｎ）とＪ
２ （１）／ Ｊ １ （１１）、またはＪｌ（ｎ）／
Ｊ２（ｍ）との関係を求めておけば良い。
第２図にその第１種ベッセル関数の関係を示す。
第２図の関係から上記（６）式の近似式（精度≦０．５
％）を作成し、光回転角速度センサのＣＰＵ１０内に組
み込んで評価した結果を第３図及び第４図に示す。
％）を作成し、光回転角速度センサのＣＰＵ１０内に組
み込んで評価した結果を第３図及び第４図に示す。
第３図は評価用に製作した光回転角速度センサに、±０
．０１．±０．０２．±０．０３．±０．０４（’／ｓ
）の角速度を入力した時の出力を示す図、第４図はこの
評価用に製作した光回転角速度センサの直線性能を示す
図である０分解能、直線性共に、この評価用に製作した
光回転確度センサの設計値に等しい性能が得られている
。
．０１．±０．０２．±０．０３．±０．０４（’／ｓ
）の角速度を入力した時の出力を示す図、第４図はこの
評価用に製作した光回転角速度センサの直線性能を示す
図である０分解能、直線性共に、この評価用に製作した
光回転確度センサの設計値に等しい性能が得られている
。
（１）上記実施例では近似式を用いた例を示したが、第
２図の関係をＣＰＵのメモリに記憶させ、Ｓ４ ／Ｓ２
の値で検索する方式を取れば、更に性能が向上する。
２図の関係をＣＰＵのメモリに記憶させ、Ｓ４ ／Ｓ２
の値で検索する方式を取れば、更に性能が向上する。
（２）検索の引数には、Ｓ６ ／Ｓ２ 、 Ｓ６ ／Ｓ
４等の偶数次高調波成分の比を用いることができる。
４等の偶数次高調波成分の比を用いることができる。
［発明の効果］
以上述べたように、本発明によれば、位相変調器を制御
する必要がないため、制御専用の回路が不必要となり、
それだけ回路規模が小さく、安価になると共に、組み立
てが簡単になり、信頼性も向上する。また、演算により
求めた位相変調度を用いて角速度を演算するので、測定
デ・−夕の信頼度が向上する。
する必要がないため、制御専用の回路が不必要となり、
それだけ回路規模が小さく、安価になると共に、組み立
てが簡単になり、信頼性も向上する。また、演算により
求めた位相変調度を用いて角速度を演算するので、測定
デ・−夕の信頼度が向上する。
第１図は光回転角速度センサの構成を示ず図、第２図は
第１種ベッセル関数の関係を示す図、第３図は本発明の
評価用に製作した光回転角速度センサに角速度を入力し
た時の出力例を示す図、第４図は本発明の評価用に製作
した光回転角速度センサの直線性能を示す図である。 図中、１はレーザ光源、２ａ、２ｂは光カプラ、３は偏
光子、４は位相変調器、５はセンシングループ、６は受
光器、７はプリアンプ、８は同期検波回路、９はＡ／Ｄ
変換器、１０はＣＰＵ、１１は発振器を示す。 特許出願人 日立電線株式会社 株式会社日立製作所 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第１図 １４／Ｊ２ 時 間 （分） 第３図 入力角速度（’／ｓ） 第４図
第１種ベッセル関数の関係を示す図、第３図は本発明の
評価用に製作した光回転角速度センサに角速度を入力し
た時の出力例を示す図、第４図は本発明の評価用に製作
した光回転角速度センサの直線性能を示す図である。 図中、１はレーザ光源、２ａ、２ｂは光カプラ、３は偏
光子、４は位相変調器、５はセンシングループ、６は受
光器、７はプリアンプ、８は同期検波回路、９はＡ／Ｄ
変換器、１０はＣＰＵ、１１は発振器を示す。 特許出願人 日立電線株式会社 株式会社日立製作所 代理人弁理士 絹 谷 信 雄 第１図 １４／Ｊ２ 時 間 （分） 第３図 入力角速度（’／ｓ） 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光源からの光を光カプラで分岐し、その分岐光を位
相変調器で位相をずらせてそれぞれセンシングループに
導き、該センシングループを伝搬した左右両回り光を光
カプラで再び結合後受光器で検出し、信号処理回路で角
速度情報を得る位相変調方式の光回転角速度センサにお
いて、位相変調周波数に対する高調波信号の出力から位
相変調度を求め、得られた位相変調度を用いて角速度を
算出する演算手段を設けたことを特徴とする光回転角速
度センサ。 ２、前記演算手段が、位相変調周波数に対する第２次高
調波信号と第４次高調波信号を測定し、その比から位相
変調度を求めることを特徴とする請求項１記載の光回転
角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15671790A JPH0447215A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 光回転角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15671790A JPH0447215A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 光回転角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447215A true JPH0447215A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15633799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15671790A Pending JPH0447215A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 光回転角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0447215A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6212811A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-21 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
-
1990
- 1990-06-15 JP JP15671790A patent/JPH0447215A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6212811A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-21 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
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