JPH05296773A - 光ファイバジャイロの信号処理方式 - Google Patents
光ファイバジャイロの信号処理方式Info
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- JPH05296773A JPH05296773A JP12571492A JP12571492A JPH05296773A JP H05296773 A JPH05296773 A JP H05296773A JP 12571492 A JP12571492 A JP 12571492A JP 12571492 A JP12571492 A JP 12571492A JP H05296773 A JPH05296773 A JP H05296773A
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- Japan
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- light
- phase modulator
- optical fiber
- coil
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相変調方式の光ファイバジャイロにおい
て、変調度ξを大きくすると、光の偏波面が回転した
り、振幅が変調を受けたりする。そこで変調度ξをより
小さく１．８近傍の値に固定することが目的である。 【構成】 偶数倍高調波が０になる時または隣接する偶
数倍高調波が同一になる時の位相変調器の調整駆動電圧
Ｖ0 を求め、これを予め定めた定数ｋで割って位相変調
器の駆動電圧を求める。この定数ｋは角速度測定時の位
相変調度ξが１．８の近傍になるようにする。
て、変調度ξを大きくすると、光の偏波面が回転した
り、振幅が変調を受けたりする。そこで変調度ξをより
小さく１．８近傍の値に固定することが目的である。 【構成】 偶数倍高調波が０になる時または隣接する偶
数倍高調波が同一になる時の位相変調器の調整駆動電圧
Ｖ0 を求め、これを予め定めた定数ｋで割って位相変調
器の駆動電圧を求める。この定数ｋは角速度測定時の位
相変調度ξが１．８の近傍になるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はノイズが少なくドリフ
トの少ないスケ−ルファクタの安定した光ファイバジャ
イロに関する。光ファイバジャイロはシングルモ−ド光
ファイバを多数回巻き回したコイルに単色光を右廻り光
左廻り光とし伝搬させ位相差がコイルの回転角速度に比
例することからコイルの角速度を求めるものである。発
光素子から出た光を分岐させてファイバコイルに通し位
相差を生じさせこれを再び合一させて受光素子で干渉さ
せる。干渉光の強度がＰcos Δθに比例する。
トの少ないスケ−ルファクタの安定した光ファイバジャ
イロに関する。光ファイバジャイロはシングルモ−ド光
ファイバを多数回巻き回したコイルに単色光を右廻り光
左廻り光とし伝搬させ位相差がコイルの回転角速度に比
例することからコイルの角速度を求めるものである。発
光素子から出た光を分岐させてファイバコイルに通し位
相差を生じさせこれを再び合一させて受光素子で干渉さ
せる。干渉光の強度がＰcos Δθに比例する。
【０００２】ここでΔθが位相差である。Ｐは発光素子
の光量である。このほかに受光素子の変換効率なども係
数に入ってくる。このような角速度変化に対する出力変
化の割合を決める係数をスケ−ルファクタという。その
ままの形態ではcos Δθの形で位相差が入るから、感度
が悪く、回転方向が分からないという難点がある。
の光量である。このほかに受光素子の変換効率なども係
数に入ってくる。このような角速度変化に対する出力変
化の割合を決める係数をスケ−ルファクタという。その
ままの形態ではcos Δθの形で位相差が入るから、感度
が悪く、回転方向が分からないという難点がある。
【０００３】
【従来の技術】そこで、周波数変調、位相変調、位相シ
フトなどの光ファイバジャイロが実際には用いられる。
周波数変調は音響光学素子を用いて光の周波数を周期的
に変化させるものである。位相変調は圧電素子、電気光
学素子等を用いて光の位相を周期的に変調させるもので
ある。位相シフトは一方の光路の光の位相を９０度ずら
すものである。いずれにしても出力としてsin Δθの形
で位相差を得ることができる。このため回転方向が分か
り感度も高くなる。
フトなどの光ファイバジャイロが実際には用いられる。
周波数変調は音響光学素子を用いて光の周波数を周期的
に変化させるものである。位相変調は圧電素子、電気光
学素子等を用いて光の位相を周期的に変調させるもので
ある。位相シフトは一方の光路の光の位相を９０度ずら
すものである。いずれにしても出力としてsin Δθの形
で位相差を得ることができる。このため回転方向が分か
り感度も高くなる。
【０００４】位相変調は、例えば円筒または円柱状の圧
電素子にファイバを巻き付けたものや、電気光学効果を
持つ材料を用いた素子等を用いることができる。sin Ω
ｔのように変化する変調電圧をこれらの素子に印加する
と、この素子を伝搬する光の位相がsin Ωｔに比例して
変化する。光ファイバジャイロは、発光素子の光を２分
しファイバコイルに左廻り光、右廻り光として伝搬させ
これらを合体干渉させその光の強度を受光素子で検出す
る。干渉光の強度を受光素子で検出するがこの中には基
本周波成分sin Ωｔ及びその高調波信号sin ｎΩｔがベ
ッセル函数を係数とする展開式の形で含まれる。
電素子にファイバを巻き付けたものや、電気光学効果を
持つ材料を用いた素子等を用いることができる。sin Ω
ｔのように変化する変調電圧をこれらの素子に印加する
と、この素子を伝搬する光の位相がsin Ωｔに比例して
変化する。光ファイバジャイロは、発光素子の光を２分
しファイバコイルに左廻り光、右廻り光として伝搬させ
これらを合体干渉させその光の強度を受光素子で検出す
る。干渉光の強度を受光素子で検出するがこの中には基
本周波成分sin Ωｔ及びその高調波信号sin ｎΩｔがベ
ッセル函数を係数とする展開式の形で含まれる。
【０００５】そこで変調周波数またはその整数倍の周波
数で、位相が信号と合致したキャリヤ信号を作り、受光
素子出力をこれによって同期検波すれば基本波成分また
は任意の高調波成分を得ることができる。同期検波した
後の奇数次の（２ｍ＋１）倍高調波（基本波を含む）は ２Ｐ0 Ｊ2m+1( ξ)sinΔθ （１） と書くことができる。同期検波した後の偶数次の２ｎ倍
高調波は、 ２Ｐ0 Ｊ2n( ξ）cos Δθ （２）
数で、位相が信号と合致したキャリヤ信号を作り、受光
素子出力をこれによって同期検波すれば基本波成分また
は任意の高調波成分を得ることができる。同期検波した
後の奇数次の（２ｍ＋１）倍高調波（基本波を含む）は ２Ｐ0 Ｊ2m+1( ξ)sinΔθ （１） と書くことができる。同期検波した後の偶数次の２ｎ倍
高調波は、 ２Ｐ0 Ｊ2n( ξ）cos Δθ （２）
【０００６】ただしＰ0 は左廻り光、右廻り光の振幅が
等しいとしてこれの２乗を与えている。つまり光量であ
る。Ｊ2m+1( ξ) は（２ｍ＋１）次ベッセル函数、Ｊ2n
( ξ) は２ｎ次ベッセル函数である。Δθは右廻り光と
左廻り光の位相差でありこれが求めるべき対象である。
回転体の角速度をΩ0 とし右廻り光、左廻り光の位相差
をΔθとすると、 Δθ＝４πＬａΩ0 ／ｃλ （３） という関係がある。Ｌはファイバコイルのファイバの全
長である。ａはファイバコイルの半径、ｃは真空中の光
速、λは真空中の波長である。
等しいとしてこれの２乗を与えている。つまり光量であ
る。Ｊ2m+1( ξ) は（２ｍ＋１）次ベッセル函数、Ｊ2n
( ξ) は２ｎ次ベッセル函数である。Δθは右廻り光と
左廻り光の位相差でありこれが求めるべき対象である。
回転体の角速度をΩ0 とし右廻り光、左廻り光の位相差
をΔθとすると、 Δθ＝４πＬａΩ0 ／ｃλ （３） という関係がある。Ｌはファイバコイルのファイバの全
長である。ａはファイバコイルの半径、ｃは真空中の光
速、λは真空中の波長である。
【０００７】ξは変調の大きさを表し、 ξ＝２ｂsin （ＬｎΩ／２ｃ） （４） である。ｂは位相変調器に於ける位相変調の振幅、Ωは
位相変調角周波数、ｎはファイバの屈折率である。ξは
左廻り光右廻り光において位相変調を受けるタイミング
がＬｎ／２ｃだけ異なることによって発生する項であ
る。
位相変調角周波数、ｎはファイバの屈折率である。ξは
左廻り光右廻り光において位相変調を受けるタイミング
がＬｎ／２ｃだけ異なることによって発生する項であ
る。
【０００８】奇数倍高調波はsin Δθの形でΔθを含む
から、その同期検波出力が分かれば位相差Δθを求める
ことができる。例えば基本波だけから位相差Δθを求め
ることができる。即ち基本波成分をＳ1 として、これを
（１）に等置し、 Δθ＝sin-1 （Ｓ1 ／２Ｐ0 Ｊ1(ξ) ） （５） によって基本波成分から位相差Δθを求めることができ
る。あるいは基本波成分を偶数倍高調波で割ってtan Δ
θの形でΔθを求めることもできる。位相変調方式の光
ファイバジャイロについては、特願平１−５７６３４〜
３７、特願平１−２９１６２８〜３１、１−２９５５０
０、特願平２−３８０９、２−１００５５、２−２２５
６１１〜１９などの発明がなされている。
から、その同期検波出力が分かれば位相差Δθを求める
ことができる。例えば基本波だけから位相差Δθを求め
ることができる。即ち基本波成分をＳ1 として、これを
（１）に等置し、 Δθ＝sin-1 （Ｓ1 ／２Ｐ0 Ｊ1(ξ) ） （５） によって基本波成分から位相差Δθを求めることができ
る。あるいは基本波成分を偶数倍高調波で割ってtan Δ
θの形でΔθを求めることもできる。位相変調方式の光
ファイバジャイロについては、特願平１−５７６３４〜
３７、特願平１−２９１６２８〜３１、１−２９５５０
０、特願平２−３８０９、２−１００５５、２−２２５
６１１〜１９などの発明がなされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】さて変調度ξである
が、これは圧電素子等の位相変調器に印加する電圧振幅
によって決まる。この電圧を一定に保持するという方法
もありうる。しかしそうすると温度の変化によりξが変
動してしまう。変調度ξは電圧だけでなく温度の関数で
もあるからである。そこでξを一定に保持するという工
夫がなされる。もっとも分かり易いのはある高調波信号
成分が０になるようにξを制御するということである。
奇数倍高調波は物体の回転運動に比例して変化するので
回転していないときは０である。これを変調度ξの制御
に用いることはできない。そこで偶数倍の高調波が０と
いう条件でξを制御するということがなされる。ｎ倍の
高調波はｎ次のベッセル函数を係数として含む。ベッセ
ル函数の零点は無限にある。しかしその中でも最も０に
近い零点を選ぶ。
が、これは圧電素子等の位相変調器に印加する電圧振幅
によって決まる。この電圧を一定に保持するという方法
もありうる。しかしそうすると温度の変化によりξが変
動してしまう。変調度ξは電圧だけでなく温度の関数で
もあるからである。そこでξを一定に保持するという工
夫がなされる。もっとも分かり易いのはある高調波信号
成分が０になるようにξを制御するということである。
奇数倍高調波は物体の回転運動に比例して変化するので
回転していないときは０である。これを変調度ξの制御
に用いることはできない。そこで偶数倍の高調波が０と
いう条件でξを制御するということがなされる。ｎ倍の
高調波はｎ次のベッセル函数を係数として含む。ベッセ
ル函数の零点は無限にある。しかしその中でも最も０に
近い零点を選ぶ。
【００１０】偶数倍高調波で最も零点の小さいのは２倍
高調波で、第１の零点が５．１である。もしも２倍高調
波Ｑが０であるように制御すると、 Ｑ＝２Ｐ0 cos ΔθＪ2(ξ) （６） であるので、Ｊ2(ξ) ＝０からξ＝５．１という値に固
定されることになる。変調度ξが一定に制御される点で
は良い。しかしこのように大きい値であると次のような
困難がある。ξが大きいということは位相変調器に加え
る電圧振幅が大きいということである。大きい電圧の信
号が電気回路を流れるので、電気回路で発生するノイズ
も大きくなる。また位相変調器を通過するときに光は位
相変調だけでなく振幅変調も受けることがある。また偏
波面が回転するということもある。このため０点がドリ
フトしたりスケ−ルファクタが変動したりする。この難
点を回避するためにはより小さい位相変調度ξを採用す
ることが望ましい。
高調波で、第１の零点が５．１である。もしも２倍高調
波Ｑが０であるように制御すると、 Ｑ＝２Ｐ0 cos ΔθＪ2(ξ) （６） であるので、Ｊ2(ξ) ＝０からξ＝５．１という値に固
定されることになる。変調度ξが一定に制御される点で
は良い。しかしこのように大きい値であると次のような
困難がある。ξが大きいということは位相変調器に加え
る電圧振幅が大きいということである。大きい電圧の信
号が電気回路を流れるので、電気回路で発生するノイズ
も大きくなる。また位相変調器を通過するときに光は位
相変調だけでなく振幅変調も受けることがある。また偏
波面が回転するということもある。このため０点がドリ
フトしたりスケ−ルファクタが変動したりする。この難
点を回避するためにはより小さい位相変調度ξを採用す
ることが望ましい。
【００１１】５．１より小さいξを与えるためには偶数
倍の高調波の値を０にするという手段では不可能であ
る。また回転の位相差Δθは奇数時の高調波と基本波に
はsinΔθの形で含まれる。基本波はＪ1(ξ) を係数と
して含むので、これを最大にするにはＪ1(ξ) の微分が
最大になるξ＝１．８付近が最も適している。ξ＝１．
８に固定するのが良いが、これまで適当な手段がなかっ
た。本発明はξを５．１よりも小さい値に制御できる方
法を提供することが目的である。
倍の高調波の値を０にするという手段では不可能であ
る。また回転の位相差Δθは奇数時の高調波と基本波に
はsinΔθの形で含まれる。基本波はＪ1(ξ) を係数と
して含むので、これを最大にするにはＪ1(ξ) の微分が
最大になるξ＝１．８付近が最も適している。ξ＝１．
８に固定するのが良いが、これまで適当な手段がなかっ
た。本発明はξを５．１よりも小さい値に制御できる方
法を提供することが目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバジャ
イロ制御方式は、ξを２次ベッセル函数の零点５．１よ
りも小さい値に制御する。特に１．８近傍にする。偶数
倍高調波が０になる位相変調器の駆動電圧、または隣接
する偶数次高調波が同一になる位相変調器の駆動電圧を
求め、これを一定数で割り、割った値の駆動電圧を位相
変調器に印加するようにしたものである。
イロ制御方式は、ξを２次ベッセル函数の零点５．１よ
りも小さい値に制御する。特に１．８近傍にする。偶数
倍高調波が０になる位相変調器の駆動電圧、または隣接
する偶数次高調波が同一になる位相変調器の駆動電圧を
求め、これを一定数で割り、割った値の駆動電圧を位相
変調器に印加するようにしたものである。
【００１３】つまり、時分割で一時的に位相変調器の駆
動電圧を増加し偶数倍高調波成分を０にする零点駆動電
圧Ｖ0 を求める。あるいは隣接する偶数次高調波が同一
になる駆動電圧Ｖ0 を求める。これがこの時の変調度ξ
0 に対応する。これを予め定めた定数ｋで割って、通常
時の変調度ξ1 に対応する通常駆動電圧Ｖ1 を求める。
ｋは変調度の比ξ0 ／ξ1 の値として予め決めておく。
動電圧を増加し偶数倍高調波成分を０にする零点駆動電
圧Ｖ0 を求める。あるいは隣接する偶数次高調波が同一
になる駆動電圧Ｖ0 を求める。これがこの時の変調度ξ
0 に対応する。これを予め定めた定数ｋで割って、通常
時の変調度ξ1 に対応する通常駆動電圧Ｖ1 を求める。
ｋは変調度の比ξ0 ／ξ1 の値として予め決めておく。
【００１４】このようにできるためにはξと電圧の間に
線形性がなければならない。位相変調器にそのような線
形性があるものとしている。 Ｖ1 ／Ｖ0 ＝ξ1 ／ξ0 （７） このような線形性があれば、零点駆動電圧Ｖ0 をｋでわ
って、ξ1 を与えるべき通常駆動電圧Ｖ1 を求めること
ができる。
線形性がなければならない。位相変調器にそのような線
形性があるものとしている。 Ｖ1 ／Ｖ0 ＝ξ1 ／ξ0 （７） このような線形性があれば、零点駆動電圧Ｖ0 をｋでわ
って、ξ1 を与えるべき通常駆動電圧Ｖ1 を求めること
ができる。
【００１５】ξ0 の調整は時々行えば良いのであるが、
確定した頻度で行っても良い。この場合はＴ＝Ｔ0 ＋Ｔ
1 として、Ｔ0 では偶数次または直流成分を０にする零
点駆動電圧Ｖ0 を求める。Ｔ1 ではこれからＶ1 ＝Ｖ0
／ｋによって求めたＶ1 によって位相変調器を駆動し角
速度測定するのである。図１にそのような調整、測定の
タイミングを示す。物体の角速度測定はＴ1 時間でなさ
れる。Ｔ0 ではξの調整をして角速度測定はなされな
い。
確定した頻度で行っても良い。この場合はＴ＝Ｔ0 ＋Ｔ
1 として、Ｔ0 では偶数次または直流成分を０にする零
点駆動電圧Ｖ0 を求める。Ｔ1 ではこれからＶ1 ＝Ｖ0
／ｋによって求めたＶ1 によって位相変調器を駆動し角
速度測定するのである。図１にそのような調整、測定の
タイミングを示す。物体の角速度測定はＴ1 時間でなさ
れる。Ｔ0 ではξの調整をして角速度測定はなされな
い。
【００１６】既に述べたように平常時の位相変調器の駆
動電圧が小さくしかも基本波成分を大きくするようにす
るにはξ1 ＝１．８の近傍にすれば良い。従ってｋはξ
0 ／ξ1 の値として予め決定して置かなければならな
い。図２にベッセル函数のグラフを示す。よく知られて
いるようにベッセル函数は、１次以上の場合はξ＝０の
時に０であり、正負の値を交互に取り、多くの零点を持
っている。
動電圧が小さくしかも基本波成分を大きくするようにす
るにはξ1 ＝１．８の近傍にすれば良い。従ってｋはξ
0 ／ξ1 の値として予め決定して置かなければならな
い。図２にベッセル函数のグラフを示す。よく知られて
いるようにベッセル函数は、１次以上の場合はξ＝０の
時に０であり、正負の値を交互に取り、多くの零点を持
っている。
【００１７】例えば２倍高調波（ｎ＝２）を０にする
という場合はベッセル函数の零点はξ0 ＝５．１であ
る。通常時に変調度をξ1 ＝１．８とすると、ｋ＝３程
度である。位相変調器の駆動電圧を増加し、２倍高調波
を０にさせたときの電圧を先ず求めこれを３で割った値
を通常時の駆動電圧とする。そうすると、通常時の位相
変調度ξは一定になる。これが大体１．８に近い。 例えば４倍高調波（ｎ＝４）を０にするという場合は
ベッセル函数の零点はξ 0 ＝７．９である。通常時に変
調度をξ1 ＝１．８とすると、ｋ＝４．４程度である。
位相変調器の駆動電圧を増加し、４倍高調波を０にさせ
たときの電圧を先ず求めこれを４．４で割った値を通常
時の駆動電圧とする。そうすると。通常時の位相変調度
ξは一定になる。これが大体１．８に近い。
という場合はベッセル函数の零点はξ0 ＝５．１であ
る。通常時に変調度をξ1 ＝１．８とすると、ｋ＝３程
度である。位相変調器の駆動電圧を増加し、２倍高調波
を０にさせたときの電圧を先ず求めこれを３で割った値
を通常時の駆動電圧とする。そうすると、通常時の位相
変調度ξは一定になる。これが大体１．８に近い。 例えば４倍高調波（ｎ＝４）を０にするという場合は
ベッセル函数の零点はξ 0 ＝７．９である。通常時に変
調度をξ1 ＝１．８とすると、ｋ＝４．４程度である。
位相変調器の駆動電圧を増加し、４倍高調波を０にさせ
たときの電圧を先ず求めこれを４．４で割った値を通常
時の駆動電圧とする。そうすると。通常時の位相変調度
ξは一定になる。これが大体１．８に近い。
【００１８】以上は偶数倍高調波の零点を求めてこのと
きの駆動電圧の１／ｋ倍に通常時の駆動電圧を設定する
ものであった。これから述べるものはそうではなく、隣
接する偶数倍高調波が同等になる変調度ξを求めてこれ
の１／ｋ倍として位相変調の最適値ξ1 を決定するもの
である。つまり２ｍ倍の高調波と２ｍ＋２倍の高調波の
大きさが等しくなるということでξを確定し、これの１
／ｋ倍とする。 ２Ｐ0 Ｊ2m( ξ)sinΔθ＝２Ｐ0 Ｊ2m+2( ξ)sinΔθ （８） これから決まるξは、 Ｊ2m( ξ) ＝Ｊ2m+2( ξ) （９） を満たす。ベッセル函数の性質 Ｊ2m( ξ) −Ｊ2m+2( ξ) ＝２ｄＪ2m+1( ξ) ／ｄξ （１０） から、この値に対しては中間の奇数次のベッセル函数が
極大値または極小値をとる。この値に対して通常駆動時
の変調度ξ＝１．８の比を取って、ｋの値を決めてお
く。この後、モニタ時の位相変調器の駆動電圧Ｖ0 を知
って、通常使用時の駆動電圧Ｖ1 を求めることができ
る。このような手法は前例の場合と同様である。
きの駆動電圧の１／ｋ倍に通常時の駆動電圧を設定する
ものであった。これから述べるものはそうではなく、隣
接する偶数倍高調波が同等になる変調度ξを求めてこれ
の１／ｋ倍として位相変調の最適値ξ1 を決定するもの
である。つまり２ｍ倍の高調波と２ｍ＋２倍の高調波の
大きさが等しくなるということでξを確定し、これの１
／ｋ倍とする。 ２Ｐ0 Ｊ2m( ξ)sinΔθ＝２Ｐ0 Ｊ2m+2( ξ)sinΔθ （８） これから決まるξは、 Ｊ2m( ξ) ＝Ｊ2m+2( ξ) （９） を満たす。ベッセル函数の性質 Ｊ2m( ξ) −Ｊ2m+2( ξ) ＝２ｄＪ2m+1( ξ) ／ｄξ （１０） から、この値に対しては中間の奇数次のベッセル函数が
極大値または極小値をとる。この値に対して通常駆動時
の変調度ξ＝１．８の比を取って、ｋの値を決めてお
く。この後、モニタ時の位相変調器の駆動電圧Ｖ0 を知
って、通常使用時の駆動電圧Ｖ1 を求めることができ
る。このような手法は前例の場合と同様である。
【００１９】例えば０次ベッセル函数と２次ベッセル
函数を同一にするという場合がある。この場合はＪ
0(ξ) ＝Ｊ2(ξ) であるので１次ベッセル函数Ｊ1(ξ)
の微分が０となる。Ｊ1(ξ) が極大値を取る。そのよう
な値は無数にあるが最小の値はξ＝１．８である。これ
がもっとも高感度である。しかし問題がある。Ｊ0(ξ)
は出力の高調波の中に単独で含まれないのでこの値だけ
を取り出すことができないからである。直流成分Ｄは Ｄ＝Ｐ0 ＋Ｐ0 Ｊ0(ξ)cosΔθ （１１） となるが，Ｊ0(ξ) ＝０となっても直流成分全体が０に
ならないのでこれが分からない。しかし２倍高調波Ｑの
大きさが分かれば、これから直流成分が分かる。
函数を同一にするという場合がある。この場合はＪ
0(ξ) ＝Ｊ2(ξ) であるので１次ベッセル函数Ｊ1(ξ)
の微分が０となる。Ｊ1(ξ) が極大値を取る。そのよう
な値は無数にあるが最小の値はξ＝１．８である。これ
がもっとも高感度である。しかし問題がある。Ｊ0(ξ)
は出力の高調波の中に単独で含まれないのでこの値だけ
を取り出すことができないからである。直流成分Ｄは Ｄ＝Ｐ0 ＋Ｐ0 Ｊ0(ξ)cosΔθ （１１） となるが，Ｊ0(ξ) ＝０となっても直流成分全体が０に
ならないのでこれが分からない。しかし２倍高調波Ｑの
大きさが分かれば、これから直流成分が分かる。
【００２０】 Ｑ＝２Ｐ0 Ｊ2(ξ)cosΔθ （１２） であるから、Ｊ0(ξ) ＝Ｊ2(ξ) ＝０．３であるので、
Δθ＝０である場合、 ２Ｄ＝１．３Ｑ （１３） となる。逆にこのような比の値になればＪ0(ξ) ＝Ｊ
2(ξ) であるということである。そこで、直流成分と２
倍高調波をこの比になるように設定すればξ＝１．８に
なったということである。この方法の長所は、調整と角
速度測定が同じξ＝１．８で行われるので、位相変調器
の駆動電圧の切り替えをする必要がないということであ
る。つまりｋ＝１である。
Δθ＝０である場合、 ２Ｄ＝１．３Ｑ （１３） となる。逆にこのような比の値になればＪ0(ξ) ＝Ｊ
2(ξ) であるということである。そこで、直流成分と２
倍高調波をこの比になるように設定すればξ＝１．８に
なったということである。この方法の長所は、調整と角
速度測定が同じξ＝１．８で行われるので、位相変調器
の駆動電圧の切り替えをする必要がないということであ
る。つまりｋ＝１である。
【００２１】例えば２次ベッセル函数と４次ベッセル
函数が同一であるようにして変調度ξを決定するという
場合がある。Ｊ2(ξ) ＝Ｊ4(ξ) である。この場合Ｊ
3(ξ) が極大を取る。ξ＝４．２である。従ってこの場
合は除数ｋ＝２．３となる。そこでこの関係でξを決定
し、この時の位相変調器の駆動電圧を２．３で割った値
を駆動電圧とすれば良い。
函数が同一であるようにして変調度ξを決定するという
場合がある。Ｊ2(ξ) ＝Ｊ4(ξ) である。この場合Ｊ
3(ξ) が極大を取る。ξ＝４．２である。従ってこの場
合は除数ｋ＝２．３となる。そこでこの関係でξを決定
し、この時の位相変調器の駆動電圧を２．３で割った値
を駆動電圧とすれば良い。
【００２２】
【作用】偶数次の高調波成分が０あるいは隣接する偶数
次高調波が同じという条件でξの確定値に対して位相変
調器の駆動電圧の振幅Ｖ0 を求め、これを除数ｋでわっ
て測定時の振幅Ｖ1 を求めることができる。このように
すると変調度ξを一定に保持できる。従来はξを制御し
ないか、または２次ベッセル函数の零点ξ＝５．１に固
定するように制御していた。本発明はξを１．８の近傍
に固定できる。ここで、ξは１次ベッセル函数を大きい
値にする一定値であれば良いのであって、１．０〜２．
８程度でも使用できる。当然比の値ｋも厳密に１．８で
ξ0 を割った値でなくてもよい。
次高調波が同じという条件でξの確定値に対して位相変
調器の駆動電圧の振幅Ｖ0 を求め、これを除数ｋでわっ
て測定時の振幅Ｖ1 を求めることができる。このように
すると変調度ξを一定に保持できる。従来はξを制御し
ないか、または２次ベッセル函数の零点ξ＝５．１に固
定するように制御していた。本発明はξを１．８の近傍
に固定できる。ここで、ξは１次ベッセル函数を大きい
値にする一定値であれば良いのであって、１．０〜２．
８程度でも使用できる。当然比の値ｋも厳密に１．８で
ξ0 を割った値でなくてもよい。
【００２３】
【実施例】図３はＪ2(ξ) ＝０によってξ0 ＝５．１に
対応する調整駆動電圧Ｖ0 を求め、これを３で割って測
定時の駆動電圧Ｖ1 を求めるようにした光ファイバジャ
イロを示す。光源としての発光素子１から単色光が出
る。これが光ファイバ２、第１ファイバカップラ３、光
ファイバ４、第２ファイバカップラ５を通り、シングル
モ−ドファイバを多数回巻き回したファイバコイル６の
両端に入射する。これはファイバコイル６の内部を左廻
り光、右廻り光として伝搬する。ファイバコイル６の一
端には位相変調器７がありｂsin Ωｔ（ΩＴ0 ＞＞１）
というように光の位相を変調している。右廻り光、左廻
り光がファイバカップラ５で合流し、光ファイバ４、フ
ァイバカップラ３を通り受光素子８に入射する。受光素
子８は両者の干渉光強度を検出し電気信号に変換する。
対応する調整駆動電圧Ｖ0 を求め、これを３で割って測
定時の駆動電圧Ｖ1 を求めるようにした光ファイバジャ
イロを示す。光源としての発光素子１から単色光が出
る。これが光ファイバ２、第１ファイバカップラ３、光
ファイバ４、第２ファイバカップラ５を通り、シングル
モ−ドファイバを多数回巻き回したファイバコイル６の
両端に入射する。これはファイバコイル６の内部を左廻
り光、右廻り光として伝搬する。ファイバコイル６の一
端には位相変調器７がありｂsin Ωｔ（ΩＴ0 ＞＞１）
というように光の位相を変調している。右廻り光、左廻
り光がファイバカップラ５で合流し、光ファイバ４、フ
ァイバカップラ３を通り受光素子８に入射する。受光素
子８は両者の干渉光強度を検出し電気信号に変換する。
【００２４】プリアンプ９でこれを増幅しこの出力を、
位相変調の基本波成分と２倍波を、基本波同期検波回
路、２倍波同期検波回路で同期検波する。発振器３１が
位相変調器に変調信号を与え、同期検波信号を与える。
位相変調器の変調度は制御回路からの信号により２段階
に切り替えられる。
位相変調の基本波成分と２倍波を、基本波同期検波回
路、２倍波同期検波回路で同期検波する。発振器３１が
位相変調器に変調信号を与え、同期検波信号を与える。
位相変調器の変調度は制御回路からの信号により２段階
に切り替えられる。
【００２５】調整時Ｔ0 においては２倍高調波を０とす
る。積分回路でこの期間のＪ2(ξ)の値を積分しこれを
０とするのである。これはノイズを落とし正確なＪ
2(ξ) の値を求めることができる。この時の調整駆動電
圧Ｖ0 をｋ＝３で割って、測定時の駆動電圧Ｖ1 とす
る。基本波成分から角速度の測定を行う。この例では、
測定時の２倍高調波を一定にするようにして発光素子の
光量制御を行っている。２倍高調波、基本波の同期検波
出力はサンプルホ−ルドされる。これは調整時Ｔ0 の値
と、測定時Ｔ1 の値をそれぞれ一時的に保持する必要が
あるためである。タイミングの切り替えやＶ0 ／ｋ＝Ｖ
1 の演算は制御回路で行う。
る。積分回路でこの期間のＪ2(ξ)の値を積分しこれを
０とするのである。これはノイズを落とし正確なＪ
2(ξ) の値を求めることができる。この時の調整駆動電
圧Ｖ0 をｋ＝３で割って、測定時の駆動電圧Ｖ1 とす
る。基本波成分から角速度の測定を行う。この例では、
測定時の２倍高調波を一定にするようにして発光素子の
光量制御を行っている。２倍高調波、基本波の同期検波
出力はサンプルホ−ルドされる。これは調整時Ｔ0 の値
と、測定時Ｔ1 の値をそれぞれ一時的に保持する必要が
あるためである。タイミングの切り替えやＶ0 ／ｋ＝Ｖ
1 の演算は制御回路で行う。
【００２６】
【発明の効果】従来の位相変調方式の光ファイバジャイ
ロはξを制御しないか、または２次ベッセル函数の零点
ξ＝５．１に固定するように制御していた。本発明はそ
うではなく、偶数次の高調波成分が０あるいは隣接する
偶数次高調波が同じという条件でξの確定値に対して位
相変調器の駆動電圧の振幅Ｖ0 を求め、これを除数ｋで
わって測定時の振幅Ｖ1 を求めることができる。このよ
うにすると変調度ξを１．８の近傍の一定値に保持でき
る。但しξ＝１．８の近傍において１次ベッセル函数の
変化は緩やかであるので、ξが１．８から多少ずれてい
ても差し支えない。１．８の近傍の一定値であればよい
のである。
ロはξを制御しないか、または２次ベッセル函数の零点
ξ＝５．１に固定するように制御していた。本発明はそ
うではなく、偶数次の高調波成分が０あるいは隣接する
偶数次高調波が同じという条件でξの確定値に対して位
相変調器の駆動電圧の振幅Ｖ0 を求め、これを除数ｋで
わって測定時の振幅Ｖ1 を求めることができる。このよ
うにすると変調度ξを１．８の近傍の一定値に保持でき
る。但しξ＝１．８の近傍において１次ベッセル函数の
変化は緩やかであるので、ξが１．８から多少ずれてい
ても差し支えない。１．８の近傍の一定値であればよい
のである。
【００２７】ξの調整時と、角速度の測定時に時分割し
なければならないが、調整時間Ｔ0は十分に短くでき
る。角速度の変化があまり早くない場合には全く差し支
えない。ξを一定値に保持できる機構がないと、温度変
動によりξが変化するものであるが、本発明はこのよう
なξの変化がない。従って、オフセットのドリフトや、
スケ−ルファクタの変動の少ない精度の高い光ファイバ
ジャイロを得ることができる。
なければならないが、調整時間Ｔ0は十分に短くでき
る。角速度の変化があまり早くない場合には全く差し支
えない。ξを一定値に保持できる機構がないと、温度変
動によりξが変化するものであるが、本発明はこのよう
なξの変化がない。従って、オフセットのドリフトや、
スケ−ルファクタの変動の少ない精度の高い光ファイバ
ジャイロを得ることができる。
【図１】本発明に於ける調整時Ｔ0 と角速度測定時Ｔ1
の時分割を示す図。
の時分割を示す図。
【図２】ベッセル函数のグラフ。
【図３】本発明の実施例に係りＪ2(ξ) ＝０によってξ
＝５．１に対応する調整駆動電圧を求め、これから測定
時の駆動電圧を求めるようにした光ファイバジャイロの
構成図。
＝５．１に対応する調整駆動電圧を求め、これから測定
時の駆動電圧を求めるようにした光ファイバジャイロの
構成図。
【符号の説明】 １ 発光素子 ６ ファイバコイル ７ 位相変調器 ８ 受光素子 ９ プリアンプ １０ 基本波同期検波回路 １１ ２倍波同期検波回路
Claims (6)
- 【請求項１】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、同期検波した偶数倍高調波成分が０になるよ
うな位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ0 を求め、この偶数次
のベッセル函数の零点と第１次ベッセル函数値が最大と
なる値である約１．８との比である定数ｋによってＶ0
を割ることにより位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ1 を設定
することを特徴とする光ファイバジャイロの信号処理方
式。 - 【請求項２】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、同期検波した２倍高調波成分が０になるよう
な位相変調器の駆動電圧振幅を求め、これの約１／３の
値に位相変調器の駆動電圧振幅を設定することを特徴と
する光ファイバジャイロの信号処理方式。 - 【請求項３】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、同期検波した４倍高調波成分が０になるよう
な位相変調器の駆動電圧振幅を求め、これの約１／４．
４の値に位相変調器の駆動電圧振幅を設定することを特
徴とする光ファイバジャイロの信号処理方式。 - 【請求項４】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、同期検波した隣接するふたつの偶数倍高調波
成分が等しくなるような位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ0
を求め、これに対応する次数の偶数次のベッセル函数の
交点と第１次ベッセル函数値が最大となる値である約
１．８との比である定数ｋによってＶ0 を割ることによ
り位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ1 を設定することを特徴
とする光ファイバジャイロの信号処理方式。 - 【請求項５】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、直流成分と、２倍高調波成分の比の値が約
０．６５になるような位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ0 を
求め、これにより位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ1 を設定
することを特徴とする光ファイバジャイロの信号処理方
式。 - 【請求項６】 単色光を生ずる発光素子と、シングルモ
−ド光ファイバを多数回巻き回したファイバコイルと、
ファイバコイルの一方の端部に設けられ一定の周波数で
伝搬光を位相変調する位相変調器と、ファイバコイルを
伝搬した光の強度を検出する受光素子とよりなり、発光
素子の光を分岐してファイバコイルに右廻り光、左廻り
光として伝搬させこれを合体させた後受光素子で干渉光
強度を検出し、これを位相変調器の基本周波数成分また
はその整数倍の高調波成分を同期検波し、これからコイ
ルの回転角速度を求めるようにした光ファイバジャイロ
において、２倍高調波と４倍高調波の同期検波出力が等
しくなるような位相変調器の駆動電圧振幅Ｖ0 を求め、
定数ｋ＝２．３によってＶ0 を割ることにより位相変調
器の駆動電圧振幅Ｖ1 を設定することを特徴とする光フ
ァイバジャイロの信号処理方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12571492A JPH05296773A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光ファイバジャイロの信号処理方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12571492A JPH05296773A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光ファイバジャイロの信号処理方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05296773A true JPH05296773A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=14916935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12571492A Pending JPH05296773A (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光ファイバジャイロの信号処理方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05296773A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000003202A1 (fr) * | 1998-07-08 | 2000-01-20 | Tokimec Inc. | Gyroscope a fibre optique |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP12571492A patent/JPH05296773A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000003202A1 (fr) * | 1998-07-08 | 2000-01-20 | Tokimec Inc. | Gyroscope a fibre optique |
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