JPH0450717A - 光ファイバジャイロ - 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） 本発明はスケールファクタの安定化を図った位相変調方
式光フアイバジャイロに関する。

（従来の技術） 光フアイバジャイロは航空、船舶等の広い分野で応用が
可能である。

第２図は光フアイバジャイロの測定原理を説明するため
の図である。

光ファ不バコイルに角速度が加わると、光フアイバコイ
ルを時計回り（ＣＷ）と反時計回り　ｃｃｃｗ）に伝搬
する光の間に角速度に比例した位相差φが生じ（サニヤ
ック効果）、この時の両回り光（時計回りと反時計回り
の光の双方）の干渉強度より角速度が測定可焼となる。

この光の干渉強度はｃｏｓφの関数であり、このままで
は回転方向の判別が不可能である。また、低角速度域で
の感度が低いという問題がある。

そこでこれらの問題を解決するため、一般には位相変調
器を用いて両回り光の位相を変調することにより、干渉
光中のｓｉｎφに比例した成分を抽出しこれをジャイロ
出力としている。

このように構成されるジャイロがいわゆる、位相変調方
式光フアイバジャイロと呼ばれるものである。

位相変調方式光フアイバジャイロでは、干渉光中のｓｉ
ｎφに比例した成分は変調周波数での同期検波により抽
出され（基本波成分Ｐ１）、簡単には（１）式により表
わすことができる。

ＰＬ−Ｐ−Ｊｌ　　（７７）　　・ｓｉｎφ・・・・・
・（１）ここでＰはファイバ中を伝搬する光量、Ｊｌ　
（η）は第一種ベッセル関数、ηは位相変調に関するパ
ラメータで位相変調器の変調量の関数である。

（１）式よりジャイロ出力のスケールファクタが安定で
あるためにはＰとＪｌ（η）の安定性が必要であること
が理解できる。

実際には環境温度の変化によって光学系の損失や位相変
調器の変調量が大きく変動しその結果ＰまたはＪｌ（η
）の変動、すなわちスケールファクタが変動することに
なる。

したがって、スケールファクタの安定化のためにはＰお
よびＪｌ（η）を常に一定になるように制御することが
必要である。

第３図はＰおよびＪｌ（η）を常に一定になるように制
御する従来の光フアイバジャイロの一例を示す概略ブロ
ック図である。

まずＪｌ（η）の安定化のための構成について説明する
。

干渉光を受光した受光器２７の出力はロックインアンプ
２９　（ＬＩＡ２）および３０　（ＬＩＡ３）に入力さ
れ干渉光中の第２の高調波成分Ｐ２（（２＋式）と第４
の高調波成分Ｐ４（（３）式）が同期検波によって抽出
される。

位相変調器制御回路３１は（４）式に示すようにＰ２／
Ｐ４の比をとりこの比が一定になるように位相変調器２
６の変調量を制御している。

このように構成することによってηは一定に保持され、
結果としてＪｌ（η）の安定化を実現できる。

Ｐ２＝Ｐ−Ｊ２　（η）・　ＣＯ３−・・・・・・（２
）Ｐ４＝Ｐ−Ｊ４　（７７）　　・ｃｏｓφ−、−＜　
３　）Ｐ２／Ｐ４＝Ｊ２　　（η）／Ｊ４（η）・・・
（４）ここでηΦ値は、通常は最大感度を得るために（
１）式のＪｌ（η）が最大となるη＝１．８４になるよ
うに位相変調器２６の変調量が設定され、負帰還により
常にこの値になるように制御される。

次にＰの安定化の構成について述べる。

ジャイロの干渉光中で例えば基本波成分Ｐ１は（１）式
から明らかなようにＰにＪｌ（η）とｓｉｎψを乗じた
形となっているため、前述の方法によりＪｌ（η）を一
定に制御してもｓｉｎφの変化によりＰｌが変化する。

このままではＰの変動のみを独立に検出し一定に制御す
ることはできない。このことは他の成分についても同様
である。

そこで受光器２７の出力よりロックインアンプ２８（Ｌ
ＩＡＩ）により基本波成分Ｐ１を抽出し、これと前述の
第２高調波成分Ｐ２にアンプ３２および３３によりそれ
ぞれ任意の定数Ａ、Ｂを乗する。そして２東回路３４お
よび３５によってそれぞれ２乗し加算器３６で加算して
いる。

加算器３６の出力を（５）式に示す。

（Ａ−Ｐｉ）２　＋　（Ｂ−Ｐ２）　２−　（Ａ−Ｐ−
Ｊｌ　　（７７））２ｓｉｎ２ψ＋　（Ｂ−Ｐ−Ｊ２　
（７７）　）２ｃｏｓφ−（５）（５）式においてアン
プ３２および３３のゲインの調整によりＡ、Ｂを適当な
値に設定できる。よってＡ−Ｐ−Ｊｌ　　（η）＝Ｂ−
Ｐ−Ｊ２　（、η）になるようにアンプ３２および３３
を調整し、（６）式に示すような出力を得、光量制御回
路３７で加算器３６の出力、つまりＰが一定になるよう
に光源２１を制御している。

（Ａ　＝Ｐ　１）　２＋　（Ｂ　−Ｐ　２）２＝　（Ａ
−Ｐ−Ｊｌ　（η））２　（ｓｉｎ２φ十ｃｏｓ２φ）
＝　（Ａ−Ｐ−Ｊｌ　　（η））２・・・・・・　（６
）（６）式は前記方法によりＪｌ（η）を一定に制御す
ればＰの変動のみの検出が可能であり、光源に負帰還を
加えることによりＰを一定に制御できることを示してい
る。

従来の位相変調方式光フアイバジャイロはこのような制
御装置によりスケールファクタの安定化を図っていた。

（発明が解決しようとする課題） さて、従来の位相変調方式光フアイバジャイロのＰの制
御方法は上述したようにＰの変動をヰ食出するため基本
波成分Ｐ１と第２高調波成分Ｐ２をそれぞれ２乗して加
算する回路構成を採用しており、さらに５ｉｎ２ψとｃ
ｏｓ２φの係数を一致させる調整を行なっていた。その
ため、回路構成が複雑になるとともに回路の調整を要し
、コストが上昇するという欠点があった。また、回路調
整後、温度変化などに起因してアンプゲインが変動し、
係数が一致しなくなるという問題があった。

本発明の目的は上記欠点を解消するもので、回路構成が
簡単、かつ調整が容易で係数を一致させるような調整の
必要のない制御装置を備えた光フアイバジャイロを提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため本発明による光フアイバジャイ
ロは、光源、前記光源より出射される光から単一偏波の
直線偏光を取り出す偏光子、前記光源から出射される光
を２分岐し、２分岐して戻ってくる光を重ね合わせる第
１のカプラ、前記２分岐した８射光を時計回りと反時計
回りに伝搬させる光フアイバコイル、前記第１のカプラ
により２分岐した光の位相を変調する位相変調器、前記
第１のカプラで重ね合わせた光を分岐する第２のカプラ
およびその干渉強度を測定する受光器からなる位相変調
方式光ジャイロ本体と、前記受光器の出力からジャイロ
出力となる基本波成分を検出する第１のロックインアン
プと、前記受光器の出力から第２高調波成分および第４
高調波成分をそれぞれ検出する第２および第３のロック
インアンプと、前記第２および第３のロックインアンプ
出力の比が一定になるように前記位相変調器の位相変調
量を制御する位相変調器制御回路と、前記受光器の出力
からＤＣ成分を抽出する低域通過フィルタと、前記低域
通過フィルタ出力が一定になるように前記光源の光量を
制御する光量制御回路とから構成されている。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳しく説
明する。

第１図は本発明による光フアイバジャイロの実施例を示
す概略ブロック図である。

光源１から出射された光はカプラ２を通り偏光子４に導
かれる。偏光子４では単一偏波の直線偏光が取り出され
、その光はカプラ３で２分岐され、それぞれ光フアイバ
コイル５を時計回りと反時計回りに伝搬する。

光フアイバコイル５の一端には位相変調器６が設けられ
、両回り光に時間をずらした位相変調が加えられる。

位相変調器６は例えば光フアイバコイル５に繋がる光フ
ァイバを圧電素子に巻回して構成したものであり、後述
の位相変調器制御回路１２によって制御される電圧によ
り圧電素子が伸縮しそれによって巻回した光ファイバの
長さが変動することにより光の位相を変調するものであ
る。

光フアイバコイル５を伝搬した両回り光は再度カプラ３
に戻り、重ね合わされ干渉光が作られる。

この干渉光はカプラ２により受光器７へと導かれ、その
干渉強度が測定される。

受光器７の出力はロックインアンプ（ＬＩＡＩ）９（Ｌ
ＩＡ２）１０．　　（ＬＩＡ３）１１および低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）８にそれぞれ入力される。ロックイン
アンプ（ＬＩＡＩ）９は受光器７の出力から基本波成分
Ｐ１を検出し、これがジャイロ出力となる。

また、ロックインアンプ（ＬＩＡ２）１０および（ＬＴ
Ａ３）１１は第２高調波成分Ｐ２および第４高調波成分
Ｐ４を検出し、これら両画波成分Ｐ２およびＰ４は位相
変調器制御回路１２に入力される。

位相変調器制御回路１２はＰ　２／Ｐ　４の比を作成し
、このＰ２／Ｐ４の比すなわちＪｌ（η）が一定の値に
なるように位相変調ａ６に負帰還を加えその変調量を制
御する。

この時のηΦ値は従来は感度が最大になるη＝１．８４
になるように制御していたが、本発明では感度の１０％
程度の低下はあるが光量の制御の簡単化のために０次の
第１種ベッセル関数ＪＯ（η）がＪＯ（η）＝０となる
η＝　２．４０になるように制御している。

さらに低域通過フィルタ（ＬＰＦ）８はＤＣ成分ＰＯを
抽出している。このＰＯを式で表すと（７）式のように
示される。

ＰＯ＝Ｐ　（１＋ＪＯ（７７）　　・ｃｏｓφ）　　　
　（７）ここでＰＯはＰ、ＪＯ（η）およびｃｏｓφに
依存していることが理解できるが、前記のようにＪＯ（
η）＝０に設定することにより　（７）式はＰＯ−Ｐと
なり、Ｐの変動のみの検出が可能となる。

この方法は前記の従来方法に比較して回路構成が非常に
簡単になり、またこの回路部分の調整も不要となる。

光量制御回路１３は上記ＬＰＦ　Ｂの出力を受けＰが一
定になるように光源１に負帰還を与え制御を行う。

以上の構成により、回路構成が簡単で調整も容易である
制御装置を備えた光フアイバジャイロを実現できる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明による位相変調方式光
フアイバジャイロは光フアイバコイルを伝ＩＨする光量
と位相変調器の変調量を一定に制御することによりスケ
ールファクタを安定化し、光量制御は受光器出力より抽
出したＤＣ成分によって行うように構成したものである
。

したがって、制御装置の回路構成は簡単、かつ調整が容
易となり光フアイバジャイロのコスト低減に寄与できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光フアイバジャイロの実施例を示
す概略ブロック図２第２図は被測定対象の角速度を測定
できる原理を説明するための図、第３図は従来の光フア
イバジャイロの一例を示す概略ブロック図である。 １．２１・・・光源 ２．２２・・・カプラ ３．２３・・・カプラ ４．２４・・・偏光子 ５．２５・・・光フアイバコイル ６．２６・・・位相変調器 ７．２７・・・受光器 ８・・・低域通過フィルタ（ＬＰＦ） ９．２８・・・第１のロックインアンプ（ＬＩＡＩ）１
０．２９・・・第２のロックインアンプ（ＬＩＡ２）１
１．３０・・・第３のロックインアンプ（ＬＩＡ３）１
２．３１・・・位相変調器制御回路 １３．３７・・・光量制御回路 ３２．３３・・・アンプ ３４．３５・・・２乗回路 ３６・・・加算器 特許出願人　　　東京航空計器株式会社代理人　　弁理
士　井　ノ　ロ　　　壽第 図 （ｔ７アイ八゛フィル） へ 城

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源、前記光源より出射される光から単一偏波の直線偏
   光を取り出す偏光子、前記光源から出射される光を２分
   岐し、２分岐して戻ってくる光を重ね合わせる第１のカ
   プラ、前記２分岐した出射光を時計回りと反時計回りに
   伝搬させる光ファイバコイル、前記第１のカプラにより
   ２分岐した光の位相を変調する位相変調器、前記第１の
   カプラで重ね合わせた光を分岐する第２のカプラおよび
   その干渉強度を測定する受光器からなる位相変調方式光
   ジャイロ本体と、前記受光器の出力からジャイロ出力と
   なる基本波成分を検出する第１のロックインアンプと、
   前記受光器の出力から第２高調波成分および第４高調波
   成分をそれぞれ検出する第２および第３のロックインア
   ンプと、前記第２および第３のロックインアンプ出力の
   比が一定になるように前記位相変調器の位相変調量を制
   御する位相変調器制御回路と、前記受光器の出力からＤ
   Ｃ成分を抽出する低域通過フィルタと、前記低域通過フ
   ィルタ出力が一定になるように前記光源の光量を制御す
   る光量制御回路とから構成された光ファイバジャイロ。