JPH048727B2 - - Google Patents
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- JPH048727B2 JPH048727B2 JP60285847A JP28584785A JPH048727B2 JP H048727 B2 JPH048727 B2 JP H048727B2 JP 60285847 A JP60285847 A JP 60285847A JP 28584785 A JP28584785 A JP 28584785A JP H048727 B2 JPH048727 B2 JP H048727B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotational speed
- output signal
- optical fiber
- measuring device
- light beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers 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)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、回転速度計測装置に関し、特に、光
源で発生された光線束（Lichtstrahl）は少なく
とも１回は或る範囲を囲むように配設された光フ
アイバを通つて相対する方向に伝送される２つの
光線束部分に分割され、該分割された２つの光線
束部分の少なくとも一方は該光フアイバに入射す
る前に変調され、該光フアイバから出射する２つ
の光線束部分は結合され、該結合により生じる光
線束は直接に光検出器に指向され、該光検出器の
出力信号から測定対象の回転速度が導出される回
転速度計測装置に関する。
源で発生された光線束（Lichtstrahl）は少なく
とも１回は或る範囲を囲むように配設された光フ
アイバを通つて相対する方向に伝送される２つの
光線束部分に分割され、該分割された２つの光線
束部分の少なくとも一方は該光フアイバに入射す
る前に変調され、該光フアイバから出射する２つ
の光線束部分は結合され、該結合により生じる光
線束は直接に光検出器に指向され、該光検出器の
出力信号から測定対象の回転速度が導出される回
転速度計測装置に関する。
従来、この種の回転速度計測装置は西独特許第
3136688号に開示されている。
3136688号に開示されている。
そのような装置において、評価されるであろう
信号は、特に、光源によつて放射された光の強度
（Io）および光の伝搬の減衰定数（α）に依存し
ている。これら光の強度および減衰定数の大きさ
の変化は評価を行う場合に問題となつている。
信号は、特に、光源によつて放射された光の強度
（Io）および光の伝搬の減衰定数（α）に依存し
ている。これら光の強度および減衰定数の大きさ
の変化は評価を行う場合に問題となつている。
西独特許出願公開第3040514号は同様な種類の
回転速度計測装置を明らかにしている。そこに述
べられた解決策の１つは、光検出器の出力信号を
異なる周波数を有する少なくとも２つの成分に分
割することである。そして、該信号成分の１つか
ら、制御信号は導出される。該制御信号は、巻か
れた光フアイバを伝わる光を変調する位相変調器
を制御するために使用される。この制御は、該信
号成分の少なくとも１つをできる限り小さくする
といつたものである。
回転速度計測装置を明らかにしている。そこに述
べられた解決策の１つは、光検出器の出力信号を
異なる周波数を有する少なくとも２つの成分に分
割することである。そして、該信号成分の１つか
ら、制御信号は導出される。該制御信号は、巻か
れた光フアイバを伝わる光を変調する位相変調器
を制御するために使用される。この制御は、該信
号成分の少なくとも１つをできる限り小さくする
といつたものである。
本発明の目的は、光源変動によつて生ずる擾乱
の除法方法の問題に対するさらに一つの解決法を
提供することにある。
の除法方法の問題に対するさらに一つの解決法を
提供することにある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ、新
規な回転速度計測装置を提供するもので、その手
段は、光源で発生された光線束は少なくとも１回
は或る範囲を囲むように配設された光フアイバを
通つて相対する方向に伝送される２つの光線束部
分に分割され、該分割された２つの光線束部分の
少なくとも一方は該光フアイバに入射する前に変
調され、該光フアイバから出射する２つの光線束
部分は結合され、該結合により生じる光線束は直
接に光検出器に指向され、該光検出器の出力信号
から測定対象の回転速度が導出される回転速度計
測装置において、該光検出器の出力信号は可変利
得増幅器に供給され、該可変利得増幅器の出力信
号はバンドパスフイルタにより異なる周波数を有
する２つの成分に分割され、周波数を有する一方
の成分は一定の振幅を有する基準信号と比較さ
れ、該比較の結果に基づいて、該可変利得増幅器
の利得は該一方の成分の振幅と基準信号の振幅が
一定の関係をもつように制御されるようになつて
いることを特徴とする回転速度計測装置によつて
なされる。
規な回転速度計測装置を提供するもので、その手
段は、光源で発生された光線束は少なくとも１回
は或る範囲を囲むように配設された光フアイバを
通つて相対する方向に伝送される２つの光線束部
分に分割され、該分割された２つの光線束部分の
少なくとも一方は該光フアイバに入射する前に変
調され、該光フアイバから出射する２つの光線束
部分は結合され、該結合により生じる光線束は直
接に光検出器に指向され、該光検出器の出力信号
から測定対象の回転速度が導出される回転速度計
測装置において、該光検出器の出力信号は可変利
得増幅器に供給され、該可変利得増幅器の出力信
号はバンドパスフイルタにより異なる周波数を有
する２つの成分に分割され、周波数を有する一方
の成分は一定の振幅を有する基準信号と比較さ
れ、該比較の結果に基づいて、該可変利得増幅器
の利得は該一方の成分の振幅と基準信号の振幅が
一定の関係をもつように制御されるようになつて
いることを特徴とする回転速度計測装置によつて
なされる。
本発明による新しい解決策において、増幅器の
利得はむしろ変調器によつて制御される。それゆ
え、該変調器の特性は、該増幅器の利得を制御す
るための自動制御システムを実行することについ
て考慮される必要がなく、そのため、このシステ
ムの実行は簡単である。さらに、回転レートを決
定するために幾つかの信号を評価することは、こ
の制御方法では必要とされない。
利得はむしろ変調器によつて制御される。それゆ
え、該変調器の特性は、該増幅器の利得を制御す
るための自動制御システムを実行することについ
て考慮される必要がなく、そのため、このシステ
ムの実行は簡単である。さらに、回転レートを決
定するために幾つかの信号を評価することは、こ
の制御方法では必要とされない。
本発明の実施例は、添付図面を参照して更に詳
細に説明される。
細に説明される。
レーザー１で発生された光線束は、ビームスプ
リツタ２によつて２つの部分に分割される。該光
線束部分の一方は偏光子１７および空間フイルタ
１８を通り、別のビームスプリツタ３に進み、該
ビームスプリツタは光線束を再び２つの部分に分
割する。該空間フイルタは、単一モード光フアイ
バとして実行されそして単一モード光フアイバか
ら出射する光線束部分が単一モードのレーザー光
だけを有することを確実化する。該ビームスプリ
ツタ３か出射する２つの光線束部分は、光フアイ
バ５の２つの端部１２および１５の中に直接送ら
れる。この光フアイバ５の一端１２の位置におい
て、該光フアイバに入る前に該光線束の一方を位
相変調し、そして、該光フアイバを通過した後に
該光線束の他方を位相変調する位相変調器４が提
供される。該光フアイバ５はコイル形状に配設さ
れている。その２つの光線束部分は、該光フアイ
バ５を向合う方向に通つて伝送された後、再び該
ビームスプリツタ３に到達し、そこで、それら２
つの光線束部分は再結合される。この結合によつ
て生じた光線束は該第１のビームスプリツタ２に
伝送される。該第１のビームスプリツタは、この
光線束の一部分を光検出器６に向けて進路変更さ
せ、該光検出器はその光信号を電気信号に変換す
る。この配置は、ここまでは従来技術の配置に符
合して記述された。該光検出器６の出力信号は、
可変利得増幅器７に供給される。該可変利得増幅
器の出力信号は、中央周波数がfmである第１の
バンドパスフイルタ８、および中央周波数が2fm
である第２のバンドパスフイルタ９に印加され
る。それゆえ、該２つのバンドパスフイルタ８お
よび９は、それぞれfmおよび2fmの周波数の信
号だけを通過させる。周波数fmを有する信号は
位相変動検出器１６に供給される。周波数2fmを
有する信号は検出器１０に供給され、該検出器１
０の出力信号は演算増幅器１１に印加される。該
演算増幅器１１に印加される他方の信号は基準信
号URである。該演算増幅器において、該検出器
１０の出力信号と該基準信号URは比較され、そ
して、この結果に基づいて、該可変利得増幅器の
ための制御信号が発生される。適切な演算増幅器
としては、アメリカ合衆国カリフオルニア州サン
タ・クララにあるプレシシヨン・モノリチクツ
ス・インコーポレーテツド（Precision
Monolithics Inc.、santa Clara、California、
USA）の部品OP07がある。この制御は、該レー
ザーの出力信号の強度における変動にかかわら
ず、また、該光の伝搬経路における減衰定数αの
変動にかかわらず、該可変利得増幅器７の出力信
号の振幅を一定に維持するものである。
リツタ２によつて２つの部分に分割される。該光
線束部分の一方は偏光子１７および空間フイルタ
１８を通り、別のビームスプリツタ３に進み、該
ビームスプリツタは光線束を再び２つの部分に分
割する。該空間フイルタは、単一モード光フアイ
バとして実行されそして単一モード光フアイバか
ら出射する光線束部分が単一モードのレーザー光
だけを有することを確実化する。該ビームスプリ
ツタ３か出射する２つの光線束部分は、光フアイ
バ５の２つの端部１２および１５の中に直接送ら
れる。この光フアイバ５の一端１２の位置におい
て、該光フアイバに入る前に該光線束の一方を位
相変調し、そして、該光フアイバを通過した後に
該光線束の他方を位相変調する位相変調器４が提
供される。該光フアイバ５はコイル形状に配設さ
れている。その２つの光線束部分は、該光フアイ
バ５を向合う方向に通つて伝送された後、再び該
ビームスプリツタ３に到達し、そこで、それら２
つの光線束部分は再結合される。この結合によつ
て生じた光線束は該第１のビームスプリツタ２に
伝送される。該第１のビームスプリツタは、この
光線束の一部分を光検出器６に向けて進路変更さ
せ、該光検出器はその光信号を電気信号に変換す
る。この配置は、ここまでは従来技術の配置に符
合して記述された。該光検出器６の出力信号は、
可変利得増幅器７に供給される。該可変利得増幅
器の出力信号は、中央周波数がfmである第１の
バンドパスフイルタ８、および中央周波数が2fm
である第２のバンドパスフイルタ９に印加され
る。それゆえ、該２つのバンドパスフイルタ８お
よび９は、それぞれfmおよび2fmの周波数の信
号だけを通過させる。周波数fmを有する信号は
位相変動検出器１６に供給される。周波数2fmを
有する信号は検出器１０に供給され、該検出器１
０の出力信号は演算増幅器１１に印加される。該
演算増幅器１１に印加される他方の信号は基準信
号URである。該演算増幅器において、該検出器
１０の出力信号と該基準信号URは比較され、そ
して、この結果に基づいて、該可変利得増幅器の
ための制御信号が発生される。適切な演算増幅器
としては、アメリカ合衆国カリフオルニア州サン
タ・クララにあるプレシシヨン・モノリチクツ
ス・インコーポレーテツド（Precision
Monolithics Inc.、santa Clara、California、
USA）の部品OP07がある。この制御は、該レー
ザーの出力信号の強度における変動にかかわら
ず、また、該光の伝搬経路における減衰定数αの
変動にかかわらず、該可変利得増幅器７の出力信
号の振幅を一定に維持するものである。
該位相変動検出器１６の第２の入力には、周波
数fmを有する発振器１３の出力信号が与えられ
る。この発振器の出力信号は増幅器１４にもまた
印加され、該増幅器１４の出力は前期位相変調器
４のための制御信号とされている。
数fmを有する発振器１３の出力信号が与えられ
る。この発振器の出力信号は増幅器１４にもまた
印加され、該増幅器１４の出力は前期位相変調器
４のための制御信号とされている。
位相変動の結集は、前期検出器１６において遂
行されるため、その回転運動を表わす信号が得ら
れることになる。
行されるため、その回転運動を表わす信号が得ら
れることになる。
該光検出器６の出力信号は次の式によつて表わ
される。
される。
ｉ（ｔ）〜I0〔１＋J0（2φ0sin2πfm〓／２）・co
sΔφs〕＋2I0・J0（2φ0sin2πfm〓／２） ・sinΔφs・cos〔2πfm(1-〓/2)〕−2I0・J2（2
φ0sin2πfm〓／２）・cosΔφs・cos〔2πfm(1-〓/2)
〕(1) このように、光検出器６の出力ｉ（ｔ）は、上
記の式(1)により示されるが、該式(1)において、高
次のベツセル関数は“＋…”によつて表されてい
る。
sΔφs〕＋2I0・J0（2φ0sin2πfm〓／２） ・sinΔφs・cos〔2πfm(1-〓/2)〕−2I0・J2（2
φ0sin2πfm〓／２）・cosΔφs・cos〔2πfm(1-〓/2)
〕(1) このように、光検出器６の出力ｉ（ｔ）は、上
記の式(1)により示されるが、該式(1)において、高
次のベツセル関数は“＋…”によつて表されてい
る。
まず、第１図に示されるように、周波数2fmの
枝において、2fmの周波数成分は、第２のバンド
パスフイルタ９で濾波され、検出器１０によつて
その振幅が検出され、該検出器１０の出力は、演
算増幅器１１によつて基準電圧（基準信号）UR
と比較される。ここで、偏差がある場合、演算増
幅器１１の利得は、偏差が零となるように、すな
わち、次の条件式(2)が満足されるように変化す
る。
枝において、2fmの周波数成分は、第２のバンド
パスフイルタ９で濾波され、検出器１０によつて
その振幅が検出され、該検出器１０の出力は、演
算増幅器１１によつて基準電圧（基準信号）UR
と比較される。ここで、偏差がある場合、演算増
幅器１１の利得は、偏差が零となるように、すな
わち、次の条件式(2)が満足されるように変化す
る。
UR＝K2・2I0・J2（…）・cosΔφs (2)
上記の式(2)は、カツトオフ周波数2fmのバンド
パスフイルタ９が使用されるので、式(1)における
2fmの項から得られることになる。
パスフイルタ９が使用されるので、式(1)における
2fmの項から得られることになる。
次に、周波数fmの枝において、fm周波数成分
の位相変測定が実行される。位相変動は式(1)にお
けるサイン（sin）で規定されることを意味する。
従つて、位相変動検出器１６の出力信号USは、
次の式(3)で示される。
の位相変測定が実行される。位相変動は式(1)にお
けるサイン（sin）で規定されることを意味する。
従つて、位相変動検出器１６の出力信号USは、
次の式(3)で示される。
UR＝K1・2I0・J1（…）・sinΔφs (3)
この式(3)は、式(1)におけるfmの項から得られ
ることになる。
ることになる。
ここで、式(2)および式(3)から2I0を消去すると、
次の式(4)が得られる。該式(4)は、位相変動検出器
１６の出力信号Usとサニヤツク位相シフトΔφsの
関係を示すものである。
次の式(4)が得られる。該式(4)は、位相変動検出器
１６の出力信号Usとサニヤツク位相シフトΔφsの
関係を示すものである。
もし、該可変利得増幅器７は制御され、それに
よる該検出器１０の出力信号と該基準信号URの
振幅とが等しいならば、該位相変動検出器１６の
出力信号は次の式によつて表わされる。
よる該検出器１０の出力信号と該基準信号URの
振幅とが等しいならば、該位相変動検出器１６の
出力信号は次の式によつて表わされる。
US＝UR・K1／K2・J1（…）／J2（…）・sinΔφs
／cosΔφs＝UR・K1／K2・J1（…）／J2（…）・tan（K
3・Ω）(4) 上記の式において I0＝レーザー１によつて放射された光の強度 J0，J1，J2＝ベツセル関数 τ＝光線束が巻かれた光フアイバ通過するために
必要とされた時間 Δφ＝サニヤツク（Sagnac）位相シフト Ω＝回転速度 K1，K2，K3＝定数 ΩはUSを表わす式から決定される。
／cosΔφs＝UR・K1／K2・J1（…）／J2（…）・tan（K
3・Ω）(4) 上記の式において I0＝レーザー１によつて放射された光の強度 J0，J1，J2＝ベツセル関数 τ＝光線束が巻かれた光フアイバ通過するために
必要とされた時間 Δφ＝サニヤツク（Sagnac）位相シフト Ω＝回転速度 K1，K2，K3＝定数 ΩはUSを表わす式から決定される。
ところで、サニヤツク位相シフトΔφsは、次の
式(5)で表されることが知られている。
式(5)で表されることが知られている。
Δφs＝4π・Ｌ・ｒ／λ・ｃ・Ω (5)
ここで、
Ｌ…光フアイバの長さ
ｒ…センスコイルの直径
ｃ…真空状態での光の速度
λ…光の波長
Ω…回転速度
上記の式(5)から明らかなように、サニヤツク位
相シフトΔφsは、光フアイバの長さＬおよびセン
スコイルの直径ｒに比例している。また、角速度
を計測する場合は、サニヤツク位相シフトΔφsが
Δφs＜90゜となる範囲で行うのが計算が不明瞭に
ならないので好ましい。従つて、光フアイバの長
さＬおよびセンスコイルの直径ｒは、計測しよう
とする角速度に応じて決定されなければならない
ことになる。すなわち、前記回転速度計測装置
は、角速度が計測されるであろう速度において、
その計算が不明瞭にならないように、その寸法を
決定する必要がある。該計測は、もしΔφs≧90゜
ならば不明瞭になる。もし、計測されるであろう
最大回転速度400゜／ｓであり、そして、使用され
るであろう光の波長が820nｍならば、該回転速
度計測装置は次のような寸法にされることになる
だろう。光フアイバの長さ＝100ｍ、巻かれた光
の導波管の半径＝35mm
相シフトΔφsは、光フアイバの長さＬおよびセン
スコイルの直径ｒに比例している。また、角速度
を計測する場合は、サニヤツク位相シフトΔφsが
Δφs＜90゜となる範囲で行うのが計算が不明瞭に
ならないので好ましい。従つて、光フアイバの長
さＬおよびセンスコイルの直径ｒは、計測しよう
とする角速度に応じて決定されなければならない
ことになる。すなわち、前記回転速度計測装置
は、角速度が計測されるであろう速度において、
その計算が不明瞭にならないように、その寸法を
決定する必要がある。該計測は、もしΔφs≧90゜
ならば不明瞭になる。もし、計測されるであろう
最大回転速度400゜／ｓであり、そして、使用され
るであろう光の波長が820nｍならば、該回転速
度計測装置は次のような寸法にされることになる
だろう。光フアイバの長さ＝100ｍ、巻かれた光
の導波管の半径＝35mm
第１図は本発明に係る回転速度計測装置のブロ
ツク図である。 １……レーザー、２，３……ビームスプリツ
タ、４……位相変調器、５……光フアイバ、６…
…光検出器、７……可変利得増幅器、８……第１
のバンドパスフイルタ、９……第２のバンドパス
フイルタ、１０……検出器、１１……演算増幅
器、１３……発振器、１４……増幅器、１６……
位相変動検出器、１７……偏光子、１８……空間
フイルタ。
ツク図である。 １……レーザー、２，３……ビームスプリツ
タ、４……位相変調器、５……光フアイバ、６…
…光検出器、７……可変利得増幅器、８……第１
のバンドパスフイルタ、９……第２のバンドパス
フイルタ、１０……検出器、１１……演算増幅
器、１３……発振器、１４……増幅器、１６……
位相変動検出器、１７……偏光子、１８……空間
フイルタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光源で発生された光線束は少なくとも１回は
或る範囲を囲むように配設された光フアイバを通
つて相対する方向に伝達される２つの光線束部分
に分割され、該分割された２つの光線束部分の少
なくとも一方は該光フアイバに入射する前に変調
され、該光フアイバから出射する２つの光線束部
分は結合され、該結合により生じる光線束は直接
に光検出器に指向され、該光検出器の出力信号か
ら測定対象の回転速度が導出される回転速度計測
装置において、 該光検出器６の出力信号は可変利得増幅器７に
供給され、 該可変利得増幅器７の出力信号はバンドパスフ
イルタ８，９により異なる周波数（fm，2fm）
を有する２つの成分に分割され、 周波数（2fm）を有する一方の成分は一定の振
幅を有する基準信号（UR）と比較され、 該比較の結果に基づいて、該可変利得増幅器の
利得は該一方の成分の振幅と基準信号の振幅が一
定の関係をもつように制御されるようになつてい
ることを特徴とする回転速度計測装置。 ２ 該第１および第２の光線束部分の周波数は、
変調周波数（fm）と２倍の変調周波数（2fm）
にそれぞれ等しくされている特許請求の範囲第１
項に記載の回転速度計測装置。 ３ 該変調周波数の２倍に等しい周波数を有する
光線束部分は、該利得を制御するために評価され
るようになつている特許請求の範囲第２項に記載
の回転速度計測装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843446663 DE3446663A1 (de) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | Einrichtung zur messung der drehgeschwindigkeit |
| DE3446663.0 | 1984-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61155706A JPS61155706A (ja) | 1986-07-15 |
| JPH048727B2 true JPH048727B2 (ja) | 1992-02-18 |
Family
ID=6253405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60285847A Granted JPS61155706A (ja) | 1984-12-21 | 1985-12-20 | 回転速度計測装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4704032A (ja) |
| EP (1) | EP0185358B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61155706A (ja) |
| DE (2) | DE3446663A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2179140B (en) * | 1985-08-14 | 1989-08-16 | Stc Plc | Sagnac effect device |
| JPS63103749A (ja) * | 1986-10-22 | 1988-05-09 | Koichi Kaneda | エアバツグ装置用衝撃検出作動機構 |
| JP2510571B2 (ja) * | 1987-04-22 | 1996-06-26 | 株式会社日立製作所 | 光ファイバジャイロ |
| JP2527829B2 (ja) * | 1990-04-25 | 1996-08-28 | 三菱電機株式会社 | 光応用測定装置 |
| KR0173434B1 (ko) * | 1996-02-12 | 1999-04-01 | 윤덕용 | 간섭계형 레이저 센서 |
| DE19803223C1 (de) * | 1998-01-28 | 1999-07-29 | Litef Gmbh | Faseroptisches Sagnac-Interferometer |
| CN112835406B (zh) * | 2021-03-10 | 2022-12-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种恒流源电路及其驱动方法、电流控制装置 |
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