JPH06103188B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、リニア位相ランプ方式による零位法セロダ
イン変調方式の光干渉角速度計に関する。

「従来の技術」 広ダイナミックレンジおよび低ドリフトの光干渉角速度
計として、光ファイバコイルの一端側および他端側に、
それぞれ光導波路に対して一対の電極が形成されて構成
されたバイアシング位相変調器およびランプ位相変調器
を設け、そのバイアシング位相変調器およびランプ位相
変調器に位相変調用のバイアシング電圧および鋸歯状波
電圧を印加して、それぞれ光ファイバコイルを伝搬する
二つの光の間に位相差を与えるとともに、光検出器の出
力から光ファイバコイルを伝搬して干渉する二つの光の
間の位相差を検出し、その検出出力によって、その位相
差が所定値になるように上記の鋸歯状波電圧の極性と周
波数を制御するものが考えられている。

第２図は、従来の、このようなリニア位相ランプ方式に
よる零位法セロダイン変調方式の光干渉角速度計の一例
である。

光源11からの光１が光結合器13および偏光子14を通じて
光分岐結合器15に供給されて二つの光5a,5bに分岐さ
れ、その二つの光5a,5bが、一方の光5aは光ファイバコ
イル17の一端17aから、他方の光5bは光ファイバコイル1
7の他端17bから、それぞれ光ファイバコイル17に供給さ
れて、一方の光5aは右回り光として、他方の光5bは左回
り光として、それぞれ光ファイバコイル17を伝搬し、こ
の光ファイバコイル17を伝搬した二つの光7a,7bが、一
方の光7aは光ファイバコイル17の他端17bから、他方の
光7bは光ファイバコイル17の一端17aから、それぞれ光
分岐結合器15に供給されて互いに干渉し、その得られた
干渉光９が偏光子14および光結合器13を通じて光検出器
19に供給されて電気信号に変換される点は、一般の光干
渉角速度計と同じである。

そして、光分岐結合器15と光ファイバコイル17の一端17
aとの間にバイアシング位相変調器21が配されるととも
に、光分岐結合器15と光ファイバコイル17の他端17bと
の間にランプ位相変調器22が配され、発振器31からバイ
アシング位相変調器21にバイアシング電圧Biが印加され
てバイアシング位相変調器21において光ファイバコイル
17の一端17aから光ファイバコイル17に供給される光5a
および光ファイバコイル17の他端17bから光ファイバコ
イル17を伝搬して光ファイバコイル17の一端17aから光
分岐結合器15に供給される光7bの位相が偏移されるとと
もに、鋸歯状波電圧発生部40からランプ位相変調器22に
鋸歯状波電圧Raが印加されてランプ位相変調器22におい
て光ファイバコイル17の他端17bから光ファイバコイル1
7に供給される光5bおよび光ファイバコイル17の一端17a
から光ファイバコイル17を伝搬して光ファイバコイル17
の他端17bから光分岐結合器15に供給される光7aの位相
が偏移され、光検出器19の出力Vaが後述するような構成
の位相差検出制御部50に供給されて後述するように位相
差検出制御部50において光分岐結合器15において干渉す
る二つの光7a,7bの間の位相差が検出され、位相差検出
制御部50の出力Veが鋸歯状波電圧発生部40に供給され
て、上記の位相差が所定値になるように、すなわち、上
記の位相差からバイアシング位相変調器21にバイアシン
グ電圧Biが印加されることによって生じる位相差を除い
た、光ファイバコイル17に入力角速度Ωが加えられるこ
とによって生じるサニャック位相差Δφｓとランプ位相
変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって生
じる位相差Δφｒの和の位相差Δφがゼロまたは２πラ
ジアンの整数倍になるように、一般にはゼロになるよう
に、鋸歯状波電圧Raの極性と周波数が制御される。

バイアシング電圧Biは、光5a,5bが光ファイバコイル17
を伝搬するのに要する時間τを半周期とする第３図に示
すような正弦波電圧で、これによるバイアシング位相変
調器21における位相変調は、光ファイバコイル17を伝搬
して干渉する二つの光7a,7bの間にπ/2ラジアンの位相
差を与えて光干渉角速度計の動作点を設定するものであ
る。

鋸歯状波電圧Raは、第４図の左側または右側に示すよう
に正または負になるもので、これによるランプ位相変調
器22における位相変調は、光ファイバコイル17を伝搬し
て干渉する二つの光7a,7bの間に最大で2kπラジアン
（ｋ＝±1,±２…）になる、一般には±２πラジアンに
なる位相差Δφｒを与えて上記のようにサニャック位相
差Δφｓを打ち消すものである。

すなわち、光分岐結合器15において干渉する二つの光7
a,7bの間の位相差からバイアシング位相変調器21にバイ
アシング電圧Biが印加されることによって生じるものを
除いたものは、上述したように Δφ＝Δφｓ＋Δφｒ ……（１） で表されるが、そのサニャック位相差Δφｓは、周知の
ように で表される。ただし、Ｒは光ファイバコイル17の半径、
Ｌは光ファイバコイル17における光ファイバ長、λは光
ファイバコイル17を伝搬する光5a,5bの波長、Ｃは真空
中における光速である。

そして、ランプ位相変調器22においては、光ファイバコ
イル17の他端17bから光ファイバコイル17に供給される
光5bが、その時の鋸歯状波電圧Raの値に応じた位相偏移
φｂを受け、さらに時間τを経て、光ファイバコイル17
の一端17aから光ファイバコイル17を伝搬して光ファイ
バコイル17の他端17bから光分岐結合器15に供給される
光7aが、その時の鋸歯状波電圧Raの値に応じた位相偏移
φａを受けるが、入力角速度Ωが右回り方向に加えられ
てサニャック位相差Δφｓが負になるときには、位相差
検出制御部50の出力Veによって鋸歯状波電圧Raが第４図
の左側に示すように正にされ、上記の位相偏移φａおよ
びφｂが第５図の左側に示すような関係になって、ラン
プ位相変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによ
って生じる位相差Δφｒが正になり、入力角速度Ωが左
回り方向に加えられてサニャック位相差Δφｓが正にな
るときには、位相差検出制御部50の出力Veによって鋸歯
状波電圧Raが第４図の右側に示すように負にされ、上記
の位相偏移φａおよびφｂが第５図の右側に示すような
関係になって、上記の位相差Δφｒが負になる。

したがって、鋸歯状波電圧Raの周期をＴ、周波数をｆ_Ｒ
とすると、第５図から明らかなように となり、光ファイバコイル17における光の屈折率をｎと
すると、 の関係があるので、 となる。したがって、（１）式で表される位相差Δφが
ゼロになるように、すなわち Δφｒ＝−Δφｓ ……（６） となるように鋸歯状波電圧Raの極性と周波数ｆ_Ｒが制御
されることによって、 となり、 で表される。ただし、入力角速度Ωが負方向である右回
り方向に加えられて鋸歯状波電圧Raが正になるときには
ｋが＋１になり、入力角速度Ωが正方向である左回り方
向に加えられて鋸歯状波電圧Raが負になるときにはｋが
−１になる。

したがって、鋸歯状波電圧Raの極性と周波数ｆ_Ｒから入
力角速度Ωの方向と大きさを計測することができる。

光検出器19の出力Vaは、バイアシング電圧Biの周波数銭
fm、角周波数をωｍとすると、公知のように で表される。ただし、Vdcは直流分、ka,kbは定数、Ｊ_2n
（ｘ）,J_2n＋１（ｘ）は第１種ベッセル係数で、（９）
式の第１項は直流分、第２項はバイアシング電圧Biの周
波数fmの偶数倍の周波数の成分、第３項はfmの奇数倍の
周波数の成分である。

そして、位相差検出制御部50においては、この光検出器
19の出力Vaから（９）式の第３項の成分のうちのｎ＝０
における周波数がfmの成分のみが取り出され、このfmの
周波数の成分が同じ周波数の基準信号によって同期検波
されて、光分岐結合器15において干渉する二つの光7a,7
bの間の位相差の検出出力として、 Vd＝Kc・J₁（ｘ）sinΔφ ……（10） で表される検波出力が得られるようにされる。ただし、
Kcは定数である。

しかし、上述したように位相差Δφがゼロになるように
鋸歯状波電圧Raの極性と周波数ｆ_Ｒが制御されるので、
第６図に示すように、（９）式の第３項に含まれる上記
のfmの周波数の成分Vmは微小なレベルになるのに対し
て、（９）式の第２項に含まれる特に周波数が2fmの成
分Vsがかなり大きなレベルになり、しかも、上述したよ
うに一般にバイアシング電圧Biは光5a,5bが光ファイバ
コイル17を伝搬するのに要する時間τを半周期とし、 fm＝1/2τ ……（11） にされるので、これに（４）式を代入すると、 fm＝C/2nL ……（12） となり、具体的に光ファイバコイル17における光の屈折
率ｎを1.47とし、光ファイバコイル17における光ファイ
バ長Ｌを300メートルとすると、fmが約340kHzになるよ
うに、fmはかなり高くされる。そのため、光検出器19の
出力Vaを直接、中心周波数がfmの帯域通過フィルタの供
給する場合には、その帯域通過フィルタの通過帯域幅が
広くなるために、出力Vaから2fmの周波数の成分Vsを確
実に除去してfmの周波数の成分Vmのみを十分なレベルで
取り出すことができない。

そこで、位相差検出制御部50においては、光検出器19の
出力Vaがfmに対して幾分ずれた周波数の信号と混合され
ることによってfmの周波数の成分Vmがfmより十分低い周
波数に変換され、その混合出力が、そのfmより十分低い
周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタに供給され
ることによって、そのfmより十分低い周波数に変換され
た成分のみが取り出され、これが同じ周波数の基準信号
によって同期検波されることによって（10）式で表され
る検波出力Vdが得られる。

すなわち、具体的には、第２図に示すように、光検出器
19の出力Vaが前置増幅回路51に供給されて、その直流分
Vdcが除去されるとともに、その交流分が増幅されたの
ち、その交流分が周波数混合回路52に供給されて、発振
器32から得られる第６図に示すようにfmに対してfmより
十分低い周波数frだけ高い周波数fcaの信号SCaと混合さ
れて、周波数混合回路52の出力Vcとして、第７図に示す
ように、上述したfmの周波数の成分Vmがfrの周波数に変
換された成分Vr、fmの周波数の成分Vmがfh＝2fm＋frの
周波数に変換された成分Vh、2fmの周波数の成分Vsがfm
に対してfrだけ低い周波数fcbに変換された成分Vlなど
を含むものが得られ、この周波数混合回路52の出力Vcが
frを中心周波数とする帯域通過フィルタ53に供給され
る。frは例えば10kHzにされる。このように帯域通過フ
ィルタ53の中心周波数となるfrがfmに比べて著しく低く
されて帯域通過フィルタ53の通過帯域幅を十分狭くする
ことができるとともに、周波数混合回路52の出力Vcの成
分のうちfrの周波数の成分Vr以外のものはfcb（＝fm−f
r）以上の周波数になるので、帯域通過フィルタ53から
は、frの周波数の成分Vrのみが、すなわち光検出器19の
出力Va中のfmの周波数の成分Vmがfrの周波数に変換され
たもののみが取り出される。

この帯域通過フィルタ53から取り出されたfrの周波数の
成分Vrは、交流増幅回路54に供給されて十分なレベルに
増幅されたのち、同期検波回路55に供給されてfrの周波
数の基準信号Srによって同期検波され、同期検波回路55
から、光分岐結合器15において干渉する二つの光7a,7b
の間の位相差の検出出力として、（10）式で表される検
波出力Vdが得られる。そして、この同期検波回路55の出
力VdがPIDフィルタ（比例積分微分フィルタ）56に供給
され、PIDフィルタ56の出力Veが位相差検出制御部50の
出力として鋸歯状波電圧発生部40に供給されて、上述し
たように位相差Δφがゼロになるように鋸歯状波電圧Ra
の極性と周波数ｆ_Ｒが制御される。

周波数混合回路52においてfca＝fm＋frの周波数の信号S
caの代わりにfcb＝fm−frの周波数の信号Scbが、前置増
幅回路51において直流分Vdcが除去された光検出器19の
出力Vaと混合されても、同様である。

なお、同期検波のためのfrの周波数の基準信号Srは、発
振器31の出力の周波数がfmのバイアシング電圧Biと発振
器32の出力の周波数がfca＝fm＋frまたはfcb＝fm−frの
信号ScaまたはScbが周波数混合回路33において混合され
て、周波数混合回路33からfrの周波数の信号および2fm
＋frの周波数の信号またはfrの周波数の信号および2fm
−frの周波数の信号が得られ、周波数混合回路33の出力
がfrを中心周波数とする帯域通過フィルタ34に供給され
て、帯域通過フィルタ34からfrの周波数の信号のみが取
り出され、これが波形整形回路35に供給されて、波形整
形回路35からfrの周波数の矩形波信号として得られる。

「発明が解決しようとする課題」 ランプ位相変調器22に印加される鋸歯状波電圧Raは、第
４図ではフライバック時間がゼロの理想的な鋸歯状波電
圧として示しているが、実際には、このように鋸歯状波
電圧Raのフライバック時間がゼロにすることは不可能
で、鋸歯状波電圧Raには数10ナノ秒以上のフライバック
時間が存在する。また、鋸歯状波電圧発生部40やランプ
位相変調器22の特性上の問題などから、上記の位相差Δ
φｒの最大値を正確に±２πラジアンにすることも、実
際上不可能である。

そして、このように鋸歯状波電圧Raにフライバック時間
が存在し、また位相差Δφｒの最大値が正確に±２πラ
ジアンにならないために、光ファイバコイル17を伝搬し
て干渉する二つの光7a,7bの間の位相差には、鋸歯状波
電圧Raの周波数ｆ_Ｒの基本波成分およびその整数倍の周
波数の高調波成分からなる誤差分を生じ、この誤差分が
光検出器19の出力Va中に、第８図に示すように上述した
fmの周波数の成分Vmの上側帯波成分U1,U2…および下側
帯波成分L1,L2…として現れ、しかも、鋸歯状波電圧Ra
の周波数ｆ_Ｒが入力角速度Ωに応じて変化するので、そ
の上側帯波成分U1,U2…および下側帯波成分L1,L2…の周
波数も入力角速度Ωに応じて変化する。

そのため、ｆ_Ｒが位相差検出制御部50における上述した
同期検波のための基準信号Srの周波数frの２倍に等しく
なるときは第９図に示すように上側帯波成分U1または下
側帯波成分L1がそれぞれfia＝fm＋2frまたはfib＝fm−2
frの周波数に一致し、ｆ_Ｒの３倍がfrの２倍に等しくな
るときは第10図に示すように上側帯波成分U3または下側
帯波成分L3がそれぞれfiaまたはfibの周波数に一致する
というように、一般にｆ_Ｒ−2fr/n（ｎ＝1,2,3…）にな
る特定の入力角速度のもとでは、上側帯波成分U1,U2…
のいずれか、または下側帯波成分L1,L2…のいずれか
が、上述したように位相差検出制御部50の周波数混合回
路52において光検出器19の出力Vaと混合される信号Sca
またはScbの周波数fcaまたはfcbに対してfmのイメージ
周波数となるfiaまたはfibの周波数に一致して、周波数
混合回路52において信号ScaまたはScbと混合されること
により上述したfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波数
に変換され、そのfrの周波数に変換された側帯波成分が
帯域通過フィルタ53を通じ、交流増幅回路54で増幅され
て同期検波回路55に供給されることによって、光干渉角
速度計の出力にスケールファクタエラーを生じる。

ただし、そのスケールファクタエラーは、第９図に示す
ように鋸歯状波電圧Raの周波数ｆ_Ｒの基本波成分に対応
する上側帯波成分U1または下側帯波成分L1がそれぞれfi
aまたはfibの周波数に一致するときに最も大きく現れ、
第10図に一例を示すように高調波成分に対応する上側帯
波成分または下側帯波成分がそれぞれfiaまたはfibの周
波数に一致するときには概して小さくなる。

また、ランプ位相変調器22は、一般に、ニオブ酸リチウ
ムなどからなる電気光学結晶にチタンの拡散などによっ
てシングルモードの光導波路が形成され、その光導波路
に対して一対の電極が形成されて構成され、その一対の
電極間に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって光導
波路の屈折率が変化して光導波路を通る光の位相が偏移
されるが、その際、光導波路を通る光の一部が印加電圧
値に応じて光導波路から漏れて結果的に光導波路を通る
光の強度が鋸歯状波電圧Raによって変調され、その強度
の変化分が光検出器19の出力Va中に、第11図に示すよう
に鋸歯状波電圧Raの周波数ｆ_Ｒの基本波成分R₁およびそ
の整数倍の周波数の高調波成分R₂…Rn…として生じる。

そのため、特定の入力角速度のもとで、その基本波成分
R₁または高調波成分R₂…Rn…が上述したfiaまたはfibの
周波数に一致するときには、その基本波成分R₁または高
調波成分R₂…Rn…が位相差検出制御部50の周波数混合回
路52において上述した信号ScaおよびScbと混合されるこ
とにより上述したfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波
数に変換され、そのfrの周波数に変換された基本波成分
または高調波成分が帯域通過フィルタ53を通じ、交流増
幅回路54で増幅されて同期検波回路55に供給されること
によって、光干渉角速度計の出力にスケールファクタエ
ラーを生じる。

第12図は上述したスケールファクタエラーを示し、frが
10kHzにされた場合である。鋸歯状波電圧Raの周波数ｆ
_Ｒに相当する光干渉角速度計の出力パルス数は入力角速
度Ωに応じて変化するが、光干渉角速度計の出力のスケ
ールファクタ、すなわち光干渉角速度計の１回転当たり
の出力パルス数は入力角速度Ωにかかわらず一定である
べきものである。しかしながら、上述したように鋸歯状
波電圧Raにフライバック時間が存在するために、もしく
は鋸歯状波電圧発生部40やランプ位相変調器22の特性上
の問題などから位相差Δφｒの最大値が正確に±２πラ
ジアンにならないために、またはランプ位相変調器22に
おいて光導波路を通る光の強度が鋸歯状波電圧Raによっ
て変調されるために、同図に示すように、特定の入力角
速度のもとで光干渉角速度計の１回転当たりの出力パル
ス数が所定数からずれ、光干渉角速度計の出力にスケー
ルファクタエラーを生じる。同図において34゜／秒の入
力角速度のもとで特に大きなスケールファクタエラーが
生じているのは、第９図において説明したように鋸歯状
波電圧Raの周波数ｆ_Ｒの基本波成分に対応する上側帯波
成分U1または下側帯波成分L1がそれぞれfiaまたはfibの
周波数に一致するからである。

そこで、この発明は、リニア位相ランプ方式による零位
法セロダイン変調方式の光干渉角速度計において、上述
したようにランプ位相変調器に印加される位相変調用の
鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種
の原因によって特定の入力角速度のもとで光干渉角速度
計の出力に生じるスケールファクタエラーを大幅に軽減
することができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性
を著しく改善することができるようにしたものである。

「課題を解決するための手段」 この発明においては、外部信号を位相差検出制御部の出
力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給することによっ
て鋸歯状波電圧の周波数を振動させる。

外部信号としては、鋸歯状波電圧の周波数を振動させる
ものであれば複数の周波数の正弦波信号が合成されたも
のや単一の周波数の正弦波信号などでもよいが、ランダ
ムノイズが最も望ましい。

「作用」 上記のように構成された、この発明の光干渉角速度計に
おいては、特定の入力角速度のもとでも外部信号によっ
て鋸歯状波電圧の周波数が振動するので、すなわち鋸歯
状波電圧の周波数が増加方向と減少方向の双方に変えら
れるので、鋸歯状波電圧にフライバック時間が存在する
などのために光ファイバコイルに伝搬して干渉する二つ
の光の間の位相差に鋸歯状波電圧の周波数の基本波成分
およびその整数倍の周波数の高調波成分からなる誤差分
を生じ、この誤差分が光検出器の出力中にバイアシング
電圧の周波数の成分の上側帯波成分および下側帯波成分
として現れても、あるいはランプ位相変調器において光
導波路を通る光の強度が鋸歯状波電圧によって変調さ
れ、その強度の変化分が光検出器の出力中に鋸歯状波電
圧の周波数の基本波成分およびその整数倍の周波数の高
調波成分として現れても、特定の入力角速度のもとで、
その光検出器の出力中に現れる上側帯波成分または下側
帯波成分あるいは基本波成分または高調波成分が位相差
検出制御部において光検出器の出力と混合される信号の
周波数に対してバイアシング電圧の周波数のイメージ周
波数となる特定の周波数に一致することによってバイア
シング電圧の周波数の成分とともに所定の周波数に変換
されて帯域通過フィルタを通じて同期検波回路に供給さ
れる確率が著しく低下する。しかも、鋸歯状波電圧の周
波数が増加方向と減少方向の双方に変えられることによ
って、正方向のスケールファクタエラーと負方向のスケ
ールファクタエラーが互いに打ち消し合う。したがっ
て、特定の入力角速度のもとで光干渉角速度計の出力に
生じるスケールファクタエラーが大幅に軽減され、光干
渉角速度計の入出力特性の直線性が著しく改善される。

「実施例」 第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例である。

光源11、光結合器13、偏光子14、光分岐結合器15、光フ
ァイバコイル17、光検出器19、バイアシング位相変調器
21、ランプ位相変調器22、バイアシング電圧発生部を構
成する発振器31、鋸歯状波電圧発生部40および位相差検
出制御部50からなる系が設けられることと、位相差検出
制御部50が、具体的に、前置増幅回路51、周波数混合回
路52、帯域通過フィルタ53、交流増幅回路54、同期検波
回路55およびPIDフィルタ56からなる構成にされること
は、第２図に示した従来の光干渉角速度計と同じであ
り、その動作も、後述するように外部信号Vnによって鋸
歯状波電圧Raの周波数ｆ_Ｒが振動させられる点を除いて
は、第２図に示した従来の光干渉角速度計と同じであ
る。

ただし、鋸歯状波電圧発生部40は、この例においては、
コンデンサ41と、鋸歯状波電圧発生部40の入力電圧であ
る後述する外部信号発生加算部60の出力電圧Vfを電流に
変換してコンデンサ41に供給する電圧電流変換回路42
と、コンデンサ41の放電用のスイッチ43と、コンデンサ
41の充電電圧を正の基準電圧＋Vprと比較する電圧比較
回路45と、コンデンサ41の充電電圧を負の基準電圧−Vm
rと比較する電圧比較回路46と、電圧比較回路45および4
6の出力の論理和を得るオアゲート47と、オアゲート47
の出力によってトリガーされてスイッチ43をオンにする
単安定マルチバイブレータ48とによって構成されて、位
相差検出制御部50の出力電圧Veが正になり、外部信号発
生加算部60の出力電圧Vfが正になるときには、コンデン
サ41が正に充電され、その充電電圧が基準電圧＋Vprに
達すると、電圧比較回路45の出力、したがってオアゲー
ト47の出力が低レベルから高レベルに立ち上がって単安
定マルチバイブレータ48がトリガーされ、スイッチ43が
オンにされてコンデンサ41が放電される動作が繰り返さ
れることによって、コンデンサ41の両端間に鋸歯状波電
圧Raとして最大値が基準電圧＋Vprに等しい正の鋸歯状
波電圧が得られ、位相差検出制御部50の出力電圧Veが負
になり、外部信号発生加算部60の出力電圧Vfが負になる
ときには、コンデンサ41が負に充電され、その充電電圧
が基準電圧−Vmrに達すると、電圧比較回路46の出力、
したがってオアゲート47の出力が低レベルから高レベル
に立ち上がって単安定マルチバイブレータ48がトリガー
され、スイッチ43がオンにされてコンデンサ41が放電さ
れる動作が繰り返されることによって、コンデンサ41の
両端間に鋸歯状波電圧Raとして最小値が基準電圧−Vmr
に等しい負の鋸歯状波電圧が得られる。

この場合、スイッチ43としては電界効果トランジスタな
どのようにオフ状態のときのリーク電流およびオン状態
のときの抵抗が十分小さいスイッチング素子が用いられ
るとともに、スイッチ43がオンにされる時間、すなわち
鋸歯状波電圧Raのフライバック時間が十分短くなるよう
に単安定マルチバイブレータ48の時定数が設定される。

そして、この発明においては、位相差検出制御部50と鋸
歯状波電圧発生部40との間に外部信号発生加算部60が設
けられる。外部信号発生加算部60は、外部信号発生回路
61と、これから得られる外部信号Vnを位相差検出制御部
50の出力電圧Veに加算し、その加算された電圧Vfを外部
信号発生加算部60の出力電圧として鋸歯状波電圧発生部
40に供給する加算回路62とによって構成される。外部信
号Vnとしては、具体的にはランダムノイズが用いられ、
これによって鋸歯状波電圧発生部40から得られる鋸歯状
波電圧Raの周波数ｆ_Ｒが振動させられるようにされる。

このように特定の入力角速度のもとでも外部信号Vnによ
って鋸歯状波電圧Raの周波数ｆ_Ｒが振動するので、すな
わち鋸歯状波電圧Raの周波数ｆ_Ｒが増加方向と減少方向
の双方に変えられるので、鋸歯状波電圧Raにフライバッ
ク時間が存在するために、または鋸歯状波電圧発生部40
やランプ位相変調器22の特性上の問題などからランプ位
相変調器22に鋸歯状波電圧Raが印加されることによって
光ファイバコイル17を伝搬して干渉する二つの光7a,7b
の間に生じる位相差Δφｒの最大値が正確に±２πラジ
アンにならないために、光ファイバコイル17を伝搬して
干渉する二つの光7a,7bの間の位相差に鋸歯状波電圧Ra
の周波数ｆ_Ｒの基本波成分およびその整数倍の周波数の
高調波成分からなる誤差分を生じ、この誤差分が光検出
器19の出力Va中に、第８図に示すようにバイアシング電
圧Biの周波数fmの成分Vmの上側帯波成分U1,U2…および
下側帯波成分L1,L2…として現れても、あるいはランプ
位相変調器22において光導波路を通る光の強度が鋸歯状
波電圧Raによって変調され、その強度の変化分が光検出
器19の出力Va中に、第11図に示すように鋸歯状波電圧Ra
の周波数ｆ_Ｒの基本波成分R₁およびその整数倍の周波数
の高調波成分R₂…Rn…として生じても、特定の入力角速
度のもとで、その光検出器19の出力Va中に現れる上側帯
波成分U1,U2…または下側帯波成分L1,L2…あるいは基本
波成分R₁または高調波成分R₂…Rn…が位相差検出制御部
50の周波数混合回路52において光検出器19の出力Vaと混
合される信号ScaまたはScbの周波数fcaまたはfcbに対し
てfmのイメージ周波数となる周波数fiaまたはfibに一致
することによってfmの周波数の成分Vmとともにfrの周波
数に変換されて帯域通過フィルタ53および交流増幅回路
54を通じて同期検波回路55に供給される確率が著しく低
下する。しかも、鋸歯状波電圧Raの周波数が増加方向と
減少方向の双方に変えられることによって、正方向のス
ケールファクタエラーと負方向のスケールファクタエラ
ーが互いに打ち消し合う。したがって、特定の入力角速
度のもとで光干渉角速度計の出力に生じるスケールファ
クタエラーが大幅に軽減され、光干渉角速度計の入出力
特性の直線性が著しく改善される。

具体的に、外部信号Vnとしてランダムノイズが用いられ
る場合には、スケールファクタエラーが従来の1/5程度
に減少する。

なお、位相差検出制御部50のPIDフィルタ56の代わりに
同様の機能を有するフィルタが用いられてもよい。

「発明の効果」 上述したように、この発明によれば、外部信号を位相差
検出制御部の出力に加算して鋸歯状波電圧発生部に供給
することによって鋸歯状波電圧の周波数を振動させるの
で、ランプ位相変調器に印加される位相変調用の鋸歯状
波電圧にフライバック時間が存在するなどの各種の原因
によって特定の入力角速度のもとで光干渉角速度計の出
力に生じるスケールファクタエラーを大幅に軽減するこ
とができ、光干渉角速度計の入出力特性の直線性を著し
く改善するとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第２図は、従来の光干渉角速度計の一例を示す系統
図、第３図、第４図および第５図は、それぞれにおける
バイアシング電圧、鋸歯状波電圧およびランプ位相変調
器における光の位相偏移の態様を示す図、第６図、第７
図、第８図、第９図、第10図および第11図は、それぞれ
の光検出器の出力中に含まれる成分およびそれと混合さ
れる信号などの周波数関係を示す図、第12図は、第２図
に示す従来の光干渉角速度計において出力に生じるスケ
ールファクタエラーの例を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 光ファイバコイルと、 上記光源からの光を二つに分岐して上記光ファイバコイ
   ルの一端および他端から上記光ファイバコイルに供給す
   るとともに、上記光ファイバコイルを伝搬した二つの光
   を干渉させる光分岐結合器と、 この光分岐結合器から得られる干渉光を検出する光検出
   器と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの一端との間
   に配されたバイアシング位相変調器と、 このバイアシング位相変調器に印加される位相変調用の
   バイアシング電圧を発生するバイアシング電圧発生部
   と、 上記光分岐結合器と上記光ファイバコイルの他端との間
   に配されたランプ位相変調器と、 このランプ位相変調器に印加される位相変調用の鋸歯状
   波電圧を発生する鋸歯状波電圧発生部と、 上記光検出器の出力から上記光分岐結合器において干渉
   する二つの光の間の位相差を検出し、その検出出力によ
   って、その位相差が所定値に収斂するように上記鋸歯状
   波電圧発生部の発振周波数を制御する位相差検出制御部
   と、 を備える光干渉角速度計において、 外部信号を発生し、その外部信号を上記位相差検出制御
   部の出力に加算して上記鋸歯状波電圧発生部に供給する
   ことによって上記鋸歯状波電圧の周波数を振動させる外
   部信号発生加算部が設けられた、 光干渉角速度計。
2. 【請求項２】上記外部信号がランダムノイズである、請
   求項１に記載の光干渉角速度計。