JPH063376B2 - 光フアイバ−ジヤイロ装置 - Google Patents

光フアイバ−ジヤイロ装置

Info

Publication number
JPH063376B2
JPH063376B2 JP14768486A JP14768486A JPH063376B2 JP H063376 B2 JPH063376 B2 JP H063376B2 JP 14768486 A JP14768486 A JP 14768486A JP 14768486 A JP14768486 A JP 14768486A JP H063376 B2 JPH063376 B2 JP H063376B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
signal
optical fiber
angular velocity
sin
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP14768486A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS633213A (ja
Inventor
武 北條
俊雄 宮山
茂 中村
富雄 高橋
貫志 山本
功 益沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
Priority to JP14768486A priority Critical patent/JPH063376B2/ja
Publication of JPS633213A publication Critical patent/JPS633213A/ja
Publication of JPH063376B2 publication Critical patent/JPH063376B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は運動体、例えば航空機、船舶、自動車などの角
速度及びそれ等の方位を測定する光ファイバージャイロ
装置に関する。
〔従来の技術〕
光のサグナック効果を利用した従来の光ファイバージャ
イロ装置の一例を第2図に示す。同図の例では、レーザ
などの発光素子(1)から出た光(11)が、ビームスプリッ
ター(17)で、右回り光(13)と、左回り光(12)とに分割さ
れ、これらの光(13),(12)が2個の集光レンズ(4),(5)
を通って一本の光ファイバー(3a)を複数回巻回して形成
した光ファイバーループ(3)の両端(3−1),(3−
2)から光ファイバーループ(3)に夫々入射し、夫々光
ファイバーループ(3)を通った後、他方の端(3−
2),(3−1)より集光レンズ(5),(4)を通って出射
光(15),(14)として出射し、ビームスプリッター(17)で
合成され、互いに干渉し、その干渉光(16)が受光素子
(2)に入るように構成される。
この構成に於て、光ファイバーループ(3)が角速度を受
けない静止した状態では、出射光(14),(15)に位相差が
生じないが、光ファイバーループ(3)に角速度Ωが印加
されると、光ファイバーループ(3)を互いに逆方向に進
む光(12),(13)にサグナック効果が生じ、出射光(14),
(15)間に角速度Ωに比例した位相差が生じる。この位相
差Δθは で表される。ここで、Rは光ファイバーループ(3)の半
径、Lは光ファイバーループ(3)の長さ、λは発光素子
(1)から出る光の波長、Cは光速を示す。従って、受光
素子(2)からの出力Iは I∝1+cosΔθ‥‥‥‥(2) となる。つまり、受光素子(2)の出力Iを測定すること
により、印加角速度Ωを検出できることになる。しか
し、このままでは、入力角速度Ωが小さな場合、位相差
Δθが微小で、cosΔθの変化を検出するのが難しいと
いう欠点がある。
このような点から、例えば第3図に示すような構成の光
ファイバージャイロ装置が提案されている(この方式は
位相変調方式光ファイバージャイロ装置と呼ばれてい
る)。この例では、第2図の例に加えて、光ファイバー
(3a)の1端(3−2)と光ファイバーループ(3)との間
に、位相変調器(6)を設け、信号発生器(7)からの信号
で、この位相変調器(6)を駆動し、光ファイバー(3a)内
を互いに逆方向に伝播する光(12),(13)に位相変調を加
えるものである。位相変調器(6)に印加する信号、つま
り、信号発生器(7)からの信号の角周波数をωmとする
と、受光素子(2)の出力Iは、 I=K{1+cosΔθ(J0(x)+2J2(x)cos2ωmt+……sinΔθ(2J1(x)sinωmt+……)}‥‥
(3) となる。ここで、xは位相変調度、J,J……はベ
ッセル関数、Kは比例定数、tは時間である。出力Iの
各周波数成分の内、角周波数ωmの成分を、同期検波器
(8)で、信号発生器(7)よりの角周波数ωmの信号を基準
として同期検波することにより、sinΔθに比例する出
力を得ることができる。このため、微小入力角速度時の
感度を増大することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述の位相変調方式の光ファイバージャ
イロ装置においては、入力角速度Ωが大きくなり、位相
差Δθがπ/2に近づくにつれ、感度が低下し、π/2
を超えたか否かの判断が出来ず、角速度Ωの測定範囲が
制限されるという欠点があった。更に、発光素子(1)、
光ファイバーループ(3)、位相変調器(6)等の光部品の特
性が温度変化や経年変化によって変動した場合、角速度
出力に対し、ゲイン変動やバイアス変化を生じやすいと
いう問題もあった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、その手段は
発光素子(1)、ビームスプリッター(17)、光ファイバー
ループ(3)、位相変調器(6)、受光素子(2)及び上記位相
変調器を駆動する信号を発生する信号発生器(7)とを有
する位相変調型光ファイバージャイロ装置において、上
記信号発生器を上記位相変調器駆動用の第1の信号及び
該第1の信号の2倍の角周波数の第2の信号を出力する
ようになすと共に、上記受光素子の出力を上記第1及び
第2の信号を基準とする第1及び第2の同期検波器
(8),(9)に入力し、それ等の出力を角速度/角度演算部
(30)において演算することにより、角度及び角速度出力
を夫々出力するようにした光ファイバージャイロ装置で
ある。
〔作用〕
上記本発明の光ファイバージャイロ装置に於ては、入力
角速度Ωに対応した位相差Δθ、角速度/角度演算部(3
0)内のsin/cos演算器(36)の入力をΔφとすれば、第1
の乗算器(32)及び第2の乗算器(31)の出力は、それぞれ
K′sinΔθcosΔφ,K′cosΔθsinΔφとなるため、
加算器(37)の出力、即ち積分器(33)の入力はK′sin
(Δθ−Δφ)に比例した値となる。この値を積分値(3
3)、A/D変換器(38)、積分器(34)、微分器(35)を介し
てsin/cos演算器(36)にフィードバックするループを構
成したため、このループが安定に作用するためには、積
分器(33)の入力がゼロとなる必要があり、結果として、
Δθ=Δφとなる。即ち、微分器(35)の出力Δφが入力
角速度Ωに等しくなり、又積分器(34)の出力は、入力角
速度Ωの積分、即ち回転角となり、これ等の量をディジ
タル的に出力することができる。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図を参照して説明する。尚、同
図において、第2乃至第3図と同一素子は互いに同一符
号を用いて示す。第1図の本発明の例では、光ファイバ
ー(3a)の一端(3−2)と光ファイバーループ(3)との
間に位相変換器(6)を設け、光ファイバーループ(3)に対
応する右回り光(13)及び左回り(12)に夫々位相変調を加
え、出射光(14),(15)をビームスプリッター(17)で合成
し、干渉光(16)を生成し、受光素子(2)で受光する部分
までは、第3図に示した位相変調方式の光ファイバージ
ャイロ装置と同一である。
第1図に示す本発明の例では、信号発生器(7)は位相変
調器(6)入力するωmの角周波数の2倍の角周波数を発
生する発振器(7−1)と、その出力をうけωmの角周
波数を出力を発生する分周器(7−2)とから構成され
る。受光素子(2)の出力Iは、信号発生器(7)からの角周
波数ωmの信号(基準信号)で同期検波する第1の同期
検波器(8)に送られるほか、信号発生器(7)よりの角周波
数2ωmの信号で同期検波する第2の同期検波器(9)に
も送られる。
上記構成により、第2の同期検波(9)の出力Iは(3)式
より I=2KJ(x)cosΔθ‥‥‥‥(4) で表わされるcosΔθに比例した信号になる。
一方、第1の同期検波器(8)の出力Iは(3)式より I=2KJ(x)sinΔθ‥‥‥‥(5) で表わされるsinΔθに比例した信号になる。
第1及び第2の同期検波器(8),(9)の出力I,I
が、位相差Δθ=π/4で同一の値になるように変調
度xを調整する。この事は、位相変調器(6)に印加する
信号の電圧を調整することにより達成される。つまり、
第2の同期検波器(9)の出力信号Iは、位相差Δθに
対し、K′cosΔθなる信号であり、第1の同期検波器
(8)の出力信号Iは、K′sinΔθなる信号である。
次に、上記2つの信号K′sinΔθ,K′cosΔθは、第
1図の(30)で表わされる角速度/角度演算部の第1及び
第2の乗算器(32),(31)に送られる。演算部(30)内に於
て、sin/cos演算部(36)は、最初、ある位相差の角度Δ
φの余弦(cosΔφ)に対応した信号を第1のD/A変
換器(32A)を介して第1の乗算器(32)に入力すると共
に、Δφの正弦(sinΔφ)に対応した信号を第2のD
/A変換器(31A)介して第2の乗算器(31)に入力する。
第1の乗算器(32)及び第2の乗算器(31)の出力を、加算
器(37)にて加減算した後、積分器(33)、A/D変換器(3
8)を通して、ディジタル量に変換し、積分器(34)、微分
器(35)を通してsin/cos演算器(36)にフィードバック
し、ループが閉じる。積分器(34)から入力角速度Ωを積
分した角度出力が、又微分器(35)或いはA/D変換器(3
8)から入力角速度Ωに対応する角速度出力がそれぞれ出
力される。
尚、上記の例において、第1のD/A変換器(32A)と第
1の乗算器(32)と、或いは第2のD/A変換器(31A)と
第2の乗算器(31)とは、それぞれ周知の乗算型D/Aコ
ンバータで置きかえることができる。
角速度Ωに対応した位相差Δθ、sin/cos演算器(36)の
入力をΔφとすれば、第1の乗算器(32)及び第2の乗算
器(31)の出力は、それぞれK′sinΔθcosΔφ,K′co
sΔθsinΔφとなるため、加算器(37)の出力、即ち積分
器(33)の入力はK′sin(Δθ−Δφ)に比例した値と
なる。この値を積分器(33)、A/D変換器(38)、積分器
(34)、微分器(35)を介してsin/cos演算器(36)にファイ
バーバックするループを構成したため、このループが安
定に作用するためには、積分器(33)の入力がゼロとなる
必要があり、結果としてΔθ=Δφとなる。即ち微分器
(35)の出力Δφが入力角速度Ωに等しくなり、又積分器
(34)の出力は、入力角速度Ωの積分、即ち回転角とな
り、これ等の量をディジタル的に出力することができ
る。
〔発明の効果〕
受光素子(2)からの信号の中の位相変調器の角周波数ω
m及び2ωmの成分を2個の同期検波器を用いて位相角
Δθのsin及びcosとして取り出すと共に、その2種類の
信号から位相角Δθを演算する角速度/角度演算部を設
けたことにより、最大入力且つ速度の制限のない位相変
調型光ファイバージャイロを得ることが出来る。
角速度/角度演算部に2個の乗算型D/Aコンバータを
用い、それぞれに上記2個の同期検波器の出力を入力す
ると共に、それ等の出力を加算器で加減算して、積分器
を通した後、A/D変換器でディジタル化し、積分し
て、回転角を計算するようにしたことにより、ジャイロ
信号中に含まれる角速度信号、即ち位相角Δθの変換残
差を積分器の出力としてメモリーにおくことが可能とな
り、上記A/Dコンバータや乗算型D/Aコンバータと
して、少ないビット数のものでも使用することが出来
る。即ち、一般のジャイロ装置では角速度自身、多くの
桁数で且つ、短い時間毎に必要とすることは極めて希で
あり、多く桁数を必要とするのは角度の方である。
積分器の出力を微分器を通して、sin/cos演算器に入力
するようにしたことにより、フィードバックループ内で
積分を行うようにしたため、積分器のドリフトが直接角
度出力の誤差とはならず、高精度の角度出力を持つジャ
イロ装置が得られる。
微分器の出力をディジタル的に演算を行う、sin/cos演
算器にフィードバックするようにしたことにより、位相
角Δθが90°以上を超えた場合の象限判定、或いは3
60°を超えた時の回転角判定等の演算、或いは判定処
理が不要となり、簡単な演算処理で高入力角速度まで可
能なジャイロ装置を得ることができる。
sin,cos等の三角関数計算をフィードバックループの中
でディジタル的に行うようにしたことにより、高精度か
つ低コストでsin,cosの逆演算が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光ファイバージャイロ装置の一例を示
すブロツク図、第2図及び第3図は夫々従来型の光ファ
イバージャイロの原理を示すブロツク図である。 同図において、(1)は発光素子、(2)は受光素子、(3)は
光ファイバーループ、(4),(5)は集光レンズ、(6)は位
相変調器、(7)は信号発生器、(8),(9)は同期検波器、
(17)はビームスプリッター、(30)は角速度/角度演算
部、(31),(32)は乗算器、(37)は加算器、(38)はA/D
変換器、(36)はsin/cos演算器をそれぞれ示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 富雄 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社東京計器内 (72)発明者 山本 貫志 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社東京計器内 (72)発明者 益沢 功 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社東京計器内 (56)参考文献 特開 昭60−6823(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光素子と、ビームスプリッタと、光ファ
    イバーループと、位相変調器と、受光素子と、上記位相
    変調器を駆動する第1の信号を発生する第1の信号発生
    器と、上記第1の信号の2倍の角周波数の第2の信号を
    出力する第2の信号発生器と、上記第1の信号を基準と
    して上記受光素子の出力を同期検波する第1の同期検波
    器と、上記第2の信号を基準として上記受光素子の出力
    を同期検波する第2の同期検波器と、上記第1及び第2
    の同期検波器の出力を入力して角速度及び角度を演算す
    る角速度/角度演算部とを有する光ファイバージャイロ
    装置において、 上記角速度/角度演算部は、入力信号のsin,cos
    を演算するsin/cos演算器と、該sin/cos
    演算器の出力と上記第1及び第2の同期検波器の出力を
    それぞれ入力する第1及び第2の乗算器と、該第1及び
    第2の乗算器の出力を入力して加算する加算器と、該加
    算器の出力を入力して積分する積分器と、該積分器の出
    力を入力してA/D変換するA/D変換器と、を有し、
    該A/D変換器の出力は上記sin/cos演算器にフ
    ィードバックされるように構成されていることを特徴と
    する光ファイバージャイロ装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の光ファイバー
    ジャイロ装置において、上記A/D変換器の出力は第2
    の積分器及び微分器を介して上記sin/cos演算器
    にフィードバックされ、上記第2の積分器より角度出力
    が得られ、上記微分器より角速度出力が得られることを
    特徴とする光ファイバージャイロ装置。
JP14768486A 1986-06-24 1986-06-24 光フアイバ−ジヤイロ装置 Expired - Lifetime JPH063376B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14768486A JPH063376B2 (ja) 1986-06-24 1986-06-24 光フアイバ−ジヤイロ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14768486A JPH063376B2 (ja) 1986-06-24 1986-06-24 光フアイバ−ジヤイロ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS633213A JPS633213A (ja) 1988-01-08
JPH063376B2 true JPH063376B2 (ja) 1994-01-12

Family

ID=15435944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14768486A Expired - Lifetime JPH063376B2 (ja) 1986-06-24 1986-06-24 光フアイバ−ジヤイロ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH063376B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0231167A (ja) * 1988-07-20 1990-02-01 Japan Aviation Electron Ind Ltd 光干渉角速度計

Also Published As

Publication number Publication date
JPS633213A (ja) 1988-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5181078A (en) Fiber optic measuring device, rate gyro, navigation and stabilization system, and current sensor
EP0288032B1 (en) Integrated triad optical rate sensor apparatus
JP2878441B2 (ja) ファイバー光測定装置、ジャイロメータ、セントラルナビゲーション、及び安定化システム
JP2514474B2 (ja) 回転速度の測定のための光ファイバサニャック干渉計
JP2587104B2 (ja) 光ファイバジャイロ用信号処理装置
US6028668A (en) Fiber optic gyroscope having improved readout and modulation index control
WO2014180451A2 (zh) 一种检测角速度的光载微波陀螺方法
EP0635116B1 (en) Rotation sensor including output signal processor
US4787058A (en) Synthetic quadrature generating apparatus
JPH063376B2 (ja) 光フアイバ−ジヤイロ装置
US4573797A (en) Analog fiber gyro with extended linear range
US5278631A (en) Closed loop fiber optic gyroscope with signal processing arrangement for improved performance
US5309220A (en) Closed loop fiber optic gyroscope with reduced sensitivity to electronic drift
US5280339A (en) Closed loop fiber optic gyroscope with fine angle resolution
US5159575A (en) Single stage demodulator with reference signal phase dither
US20040246487A1 (en) Optical fibre gyro
JPH0558486B2 (ja)
JP3245796B2 (ja) 光ファイバジャイロ
JPH0658228B2 (ja) 光フアイバジヤイロ
EP0492580B1 (en) Fiber optic gyro
EP0649003A1 (en) Optical gyroscopes
JPH0352004B2 (ja)
JP2557658B2 (ja) 光干渉角速度計
JP2961335B2 (ja) 光ファイバジャイロ
US3626512A (en) Process and apparatus for determining a reference direction