JPH08320234A - 光ファイバジャイロ - Google Patents
光ファイバジャイロInfo
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- JPH08320234A JPH08320234A JP15102295A JP15102295A JPH08320234A JP H08320234 A JPH08320234 A JP H08320234A JP 15102295 A JP15102295 A JP 15102295A JP 15102295 A JP15102295 A JP 15102295A JP H08320234 A JPH08320234 A JP H08320234A
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- YQZNKYXGZSVEHI-VXKWHMMOSA-N ethyl (2s)-2-[[(2s)-2-amino-3-[4-[bis(2-chloroethyl)amino]phenyl]propanoyl]amino]-3-(4-fluorophenyl)propanoate Chemical compound C([C@@H](C(=O)OCC)NC(=O)[C@@H](N)CC=1C=CC(=CC=1)N(CCCl)CCCl)C1=CC=C(F)C=C1 YQZNKYXGZSVEHI-VXKWHMMOSA-N 0.000 description 12
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- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 計測範囲の広い光ファイバジャイロを提供す
る。 【構成】 光ファイバジャイロの受光器よりの出力信号
はプリアンプ１６を介して信号処理回路の同期検波器に
送られる。出力信号には位相変調器の周波数（基本波）
成分ｆm とその高調波成分２ｆm 〜４ｆm が含まれてお
り、発信器２３の同期信号によりそれぞれ同期検波器１
７〜２０を通りＡ／Ｄ変換器２１を経てＣＰＵ２２に入
力される。ＣＰＵ２２はそれぞれの成分の値を用いて角
速度を演算するが、一定基準値を基に大小の判別を行
い、これによって偶数次高調波成分による演算から奇数
次高調波成分による演算へと切換えて行う。 【効果】 従来は精度よく演算できなかった領域を補完
することにより、入力角速度範囲を大幅に拡大すること
ができる。
る。 【構成】 光ファイバジャイロの受光器よりの出力信号
はプリアンプ１６を介して信号処理回路の同期検波器に
送られる。出力信号には位相変調器の周波数（基本波）
成分ｆm とその高調波成分２ｆm 〜４ｆm が含まれてお
り、発信器２３の同期信号によりそれぞれ同期検波器１
７〜２０を通りＡ／Ｄ変換器２１を経てＣＰＵ２２に入
力される。ＣＰＵ２２はそれぞれの成分の値を用いて角
速度を演算するが、一定基準値を基に大小の判別を行
い、これによって偶数次高調波成分による演算から奇数
次高調波成分による演算へと切換えて行う。 【効果】 従来は精度よく演算できなかった領域を補完
することにより、入力角速度範囲を大幅に拡大すること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバジャイロ、特
に位相変調方式の光ファイバジャイロに関するものであ
る。
に位相変調方式の光ファイバジャイロに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】位相変調方式を用いた光ファイバジャイ
ロの構成を示した図１により、従来の光ファイバジャイ
ロの構成と作用を説明する。光ファイバジャイロの光学
系は、通常レーザ光源を使用した光源１、偏光子２、セ
ンシングループ（光ファイバコイル）３、受光器４及び
プリアンプ５、２個の光カプラ６ａ、６ｂで構成されて
いる。センシングループ３の一端には伝搬光を位相変調
するための位相変調器７が設置されている。このような
構成において光源１から出射されたレーザ光は、光カプ
ラ６ａ、偏光子２を経由し光カプラ６ｂにより２つに分
岐され、センシングループ３に左回り光及び右回り光と
して送りこまれる。センシングループ３を伝搬した光
は、光カプラ６ｂによって再び合成され、偏光子２及び
光カプラ６ａを経由して受光器４に導かれる。センシン
グループ３が、移動体と共にある角速度Ωをもって回転
すると、左右両回り光の間にサニャック（ｓａｇｎａ
ｃ）効果による位相差（以下、サニャク位相差という）
φS が発生する。サニャック位相差φS とセンシングル
ープ３の角速度Ωとの間には、次式で表される比例関係
が成立する。
ロの構成を示した図１により、従来の光ファイバジャイ
ロの構成と作用を説明する。光ファイバジャイロの光学
系は、通常レーザ光源を使用した光源１、偏光子２、セ
ンシングループ（光ファイバコイル）３、受光器４及び
プリアンプ５、２個の光カプラ６ａ、６ｂで構成されて
いる。センシングループ３の一端には伝搬光を位相変調
するための位相変調器７が設置されている。このような
構成において光源１から出射されたレーザ光は、光カプ
ラ６ａ、偏光子２を経由し光カプラ６ｂにより２つに分
岐され、センシングループ３に左回り光及び右回り光と
して送りこまれる。センシングループ３を伝搬した光
は、光カプラ６ｂによって再び合成され、偏光子２及び
光カプラ６ａを経由して受光器４に導かれる。センシン
グループ３が、移動体と共にある角速度Ωをもって回転
すると、左右両回り光の間にサニャック（ｓａｇｎａ
ｃ）効果による位相差（以下、サニャク位相差という）
φS が発生する。サニャック位相差φS とセンシングル
ープ３の角速度Ωとの間には、次式で表される比例関係
が成立する。
【０００３】
【数１】 但し、ａ：スケールファクタ λ：光源の波長 Ｒ：センシングループ径 ｃ：光速 ｌ：センシングループ長 したがって、左右両回り光の間の位相差（サニャック位
相差φS ）を計測することにより角速度Ωを求めること
ができる。受光器４によって光電変換された出力信号
は、プリアンプ５を介して信号処理回路８に送られる。
信号処理回路８は、同期検波器９、Ａ／Ｄ変換器１０、
中央処理装置（ＣＰＵ）１１及び同期信号発信器（以
下、発信器という）１２から構成されている。光学系に
設置された位相変調器７は、発信器１２からＤ／Ａ変換
器１３及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４を介して供
給される一定周波数の正弦波信号を受けて作動し、左右
両回り光に対して所定の強度（位相変調度ｍ）で位相変
調を加える。この結果、受光器４からの出力信号は、位
相変調周波数（基本波）の信号成分とその高調波である
複数の信号成分とを含むことになる。一般に、受光器４
を介して取り出した出力信号の瞬時値Ｐは、左右両回り
光の振幅（最大値）をそれぞれＰL 及びＰR とすると次
式で表される。
相差φS ）を計測することにより角速度Ωを求めること
ができる。受光器４によって光電変換された出力信号
は、プリアンプ５を介して信号処理回路８に送られる。
信号処理回路８は、同期検波器９、Ａ／Ｄ変換器１０、
中央処理装置（ＣＰＵ）１１及び同期信号発信器（以
下、発信器という）１２から構成されている。光学系に
設置された位相変調器７は、発信器１２からＤ／Ａ変換
器１３及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４を介して供
給される一定周波数の正弦波信号を受けて作動し、左右
両回り光に対して所定の強度（位相変調度ｍ）で位相変
調を加える。この結果、受光器４からの出力信号は、位
相変調周波数（基本波）の信号成分とその高調波である
複数の信号成分とを含むことになる。一般に、受光器４
を介して取り出した出力信号の瞬時値Ｐは、左右両回り
光の振幅（最大値）をそれぞれＰL 及びＰR とすると次
式で表される。
【０００４】
【数２】 但し、ｍは位相変調度、ｆm は位相変調周波数、Ｊ
O(ｍ) 〜Ｊ4(ｍ) は位相変調度ｍを引数とするベッセル
関数、φS はサニャック位相差である。受光器４の出力
信号は、プリアンプ５を介して同期検波器９に導かれ、
発信器１２から供給される同期信号の制御のもとで所望
の周波数成分ごとに同期検波される。同期検波された基
本波成分、２倍調波成分、３倍調波成分及び４倍調波成
分をそれぞれＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 と表示すると、前
記数２より次式数３〜数６を求めることができる。
O(ｍ) 〜Ｊ4(ｍ) は位相変調度ｍを引数とするベッセル
関数、φS はサニャック位相差である。受光器４の出力
信号は、プリアンプ５を介して同期検波器９に導かれ、
発信器１２から供給される同期信号の制御のもとで所望
の周波数成分ごとに同期検波される。同期検波された基
本波成分、２倍調波成分、３倍調波成分及び４倍調波成
分をそれぞれＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 と表示すると、前
記数２より次式数３〜数６を求めることができる。
【０００５】
【数３】
【０００６】
【数４】
【０００７】
【数５】
【０００８】
【数６】 前記数３、数４より基本波成分Ｓ1 と２倍調波成分Ｓ2
との比を求めると、
との比を求めると、
【０００９】
【数７】 となり、サニャック位相差φS は数８で表される。
【００１０】
【数８】 これを前記数１を用いて変形すると角速度Ωは次式数９
で表すことができる。
で表すことができる。
【００１１】
【数９】 また前記数４、数６より４倍調波成分と２倍調波成分と
の比を求めると、次式数１０が得られる。
の比を求めると、次式数１０が得られる。
【００１２】
【数１０】 このようにして求めた数１０に基づいて以下の手法によ
り角速度Ωが求められる。 （１）比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を
制御した場合には、ｍは一定値となり、したがってＪ
2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値になるため定数を代入し、
Ｓ1/Ｓ2 の計測値と乗算した結果を数９のａｒｃｔａｎ
関数に代入して角速度Ωを求める。 （２）比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を
制御しない場合には、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/
Ｊ1(ｍ) の値との対応表を別途計算により作成し予めメ
モリに記憶させておき、Ｓ4/Ｓ2 の計測値から数１０の
関係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
を求め、Ｓ1/Ｓ2 の計測値と乗算した結果を数９のａｒ
ｃｔａｎ関数に代入して角速度Ωを求める。 （３）数９のａｒｃｔａｎ関数を演算する代わりに、数
９の括弧内の値と、光ファイバジャイロの校正に使用さ
れるレートターンテーブルの角速度を、電気的に書き換
え可能な記憶素子１５に予め記憶させておき、数９の括
弧内の値が得られたときにＣＰＵによりデータ検索して
角速度Ωを求める。
り角速度Ωが求められる。 （１）比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を
制御した場合には、ｍは一定値となり、したがってＪ
2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値になるため定数を代入し、
Ｓ1/Ｓ2 の計測値と乗算した結果を数９のａｒｃｔａｎ
関数に代入して角速度Ωを求める。 （２）比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を
制御しない場合には、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/
Ｊ1(ｍ) の値との対応表を別途計算により作成し予めメ
モリに記憶させておき、Ｓ4/Ｓ2 の計測値から数１０の
関係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
を求め、Ｓ1/Ｓ2 の計測値と乗算した結果を数９のａｒ
ｃｔａｎ関数に代入して角速度Ωを求める。 （３）数９のａｒｃｔａｎ関数を演算する代わりに、数
９の括弧内の値と、光ファイバジャイロの校正に使用さ
れるレートターンテーブルの角速度を、電気的に書き換
え可能な記憶素子１５に予め記憶させておき、数９の括
弧内の値が得られたときにＣＰＵによりデータ検索して
角速度Ωを求める。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】数４、数６から明らか
なようにサニャック位相差 |φS|が９０度に近づくと、
偶数次高調波成分が零に近づくため、数１０を求めるこ
とが不可能になる。したがって、従来は入力される角速
度範囲を狭くして、 |φS|≦６０度になるように設計し
ていた。このため、入力角速度範囲が狭いという問題点
があった。一方、従来の光ファイバジャイロの故障判定
法は、光ファイバジャイロに入力される角速度が |φS|
≦６０度に制限されていたため、偶数次高調波成分のう
ちの１つで実行していた。故障と判定されるものは、例
えば、数４で表される２倍調波成分のレベル減少をその
手段として用いると、光出力信号の低下が検出され、
光源故障、光ファイバ断線、位相変調器異常、受
光器故障、プリント基板配線断線が発見できる。しか
しながら、 |φS|が大きくなると故障と判定されるた
め、入力角速度範囲を拡げた時に使用できないという問
題点があった。本発明は、同一のスケールファクタを有
する光学系からなる光ファイバジャイロに対し、入力角
速度範囲を広く設計できる手段を追加することにより、
価格を上げることなく、計測幅が広い光ファイバジャイ
ロを提供することを目的とする。
なようにサニャック位相差 |φS|が９０度に近づくと、
偶数次高調波成分が零に近づくため、数１０を求めるこ
とが不可能になる。したがって、従来は入力される角速
度範囲を狭くして、 |φS|≦６０度になるように設計し
ていた。このため、入力角速度範囲が狭いという問題点
があった。一方、従来の光ファイバジャイロの故障判定
法は、光ファイバジャイロに入力される角速度が |φS|
≦６０度に制限されていたため、偶数次高調波成分のう
ちの１つで実行していた。故障と判定されるものは、例
えば、数４で表される２倍調波成分のレベル減少をその
手段として用いると、光出力信号の低下が検出され、
光源故障、光ファイバ断線、位相変調器異常、受
光器故障、プリント基板配線断線が発見できる。しか
しながら、 |φS|が大きくなると故障と判定されるた
め、入力角速度範囲を拡げた時に使用できないという問
題点があった。本発明は、同一のスケールファクタを有
する光学系からなる光ファイバジャイロに対し、入力角
速度範囲を広く設計できる手段を追加することにより、
価格を上げることなく、計測幅が広い光ファイバジャイ
ロを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、サニャック位
相差φS の余弦値の絶対値が大きい領域においては、偶
数次高調波成分又は２つの偶数次高調波成分の比により
位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制御する
か、又はその値を用いて角速度を演算し、一方、サニャ
ック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領域において
は、奇数次高調波成分又は２つの奇数次高調波成分の比
により位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制
御するか、又はその値を用いて角速度を演算したことに
ある。サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい
領域と小さい領域との切換えは、ｃｏｓ（60度）とｃｏ
ｓ（75度）の２点の範囲内で行うことが望ましい。一
方、故障判定については、奇数次高調波成分と偶数次高
調波成分の２乗和の平方根を演算し、判定基準値と比較
して行うこととした。角速度の演算については、偶数次
高調波成分の符号により、奇数次高調波成分の正弦関数
の折り返しを判定して実行する。
相差φS の余弦値の絶対値が大きい領域においては、偶
数次高調波成分又は２つの偶数次高調波成分の比により
位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制御する
か、又はその値を用いて角速度を演算し、一方、サニャ
ック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領域において
は、奇数次高調波成分又は２つの奇数次高調波成分の比
により位相変調度と等価な値を求め、その値を一定に制
御するか、又はその値を用いて角速度を演算したことに
ある。サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい
領域と小さい領域との切換えは、ｃｏｓ（60度）とｃｏ
ｓ（75度）の２点の範囲内で行うことが望ましい。一
方、故障判定については、奇数次高調波成分と偶数次高
調波成分の２乗和の平方根を演算し、判定基準値と比較
して行うこととした。角速度の演算については、偶数次
高調波成分の符号により、奇数次高調波成分の正弦関数
の折り返しを判定して実行する。
【００１５】
【実施例】光ファイバジャイロの光学系は図１に示した
ものを使用する。信号処理回路も基本的な構成は図１の
ものと変わらない。同期検波器は図２に示すように基本
波、２倍調波、３倍調波、４倍調波を検出するため、４
系統使用する。各出力はＡ／Ｄ変換され、デジタルデー
タとしてＣＰＵに取り込まれる。ＣＰＵの内部では各調
波成分のレベルを以下の基準に従って判定し、角速度を
求める。 （１）サニャック位相差のレベル判定には、２倍調波成
分を用いる。 （２）奇数次調波成分の比は基本波及び３倍調波成分の
比を用いる。 Ｓ3/Ｓ1 ＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ) （３）２倍調波成分Ｓ2 の状態と数９の括弧内の値の状
態とによって、表１のように場合分けされた計算式に従
い、角速度Ωを求める。なお、説明を簡単にするため、
ものを使用する。信号処理回路も基本的な構成は図１の
ものと変わらない。同期検波器は図２に示すように基本
波、２倍調波、３倍調波、４倍調波を検出するため、４
系統使用する。各出力はＡ／Ｄ変換され、デジタルデー
タとしてＣＰＵに取り込まれる。ＣＰＵの内部では各調
波成分のレベルを以下の基準に従って判定し、角速度を
求める。 （１）サニャック位相差のレベル判定には、２倍調波成
分を用いる。 （２）奇数次調波成分の比は基本波及び３倍調波成分の
比を用いる。 Ｓ3/Ｓ1 ＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ) （３）２倍調波成分Ｓ2 の状態と数９の括弧内の値の状
態とによって、表１のように場合分けされた計算式に従
い、角速度Ωを求める。なお、説明を簡単にするため、
【００１６】
【数１１】 かつ、ａ＝１とする。
【００１７】
【表１】 表１の場合分けは次の理由による。図３（イ）は、サニ
ャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を示
したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数次
調波成分は正弦関数に従い変化する。図３（ロ）は、サ
ニャック位相差に対するＸの変化を示したもの、（ハ）
はａｒｃｔａｎ関数の変化を示したものであるが、２つ
の不連続点があることがわかる。また、（ロ）、（ハ）
中に図示したように、１つのＸ値に対しφS 、ｔａｎ-1
（Ｘ）として２つの解があることがわかる。これらの問
題を解消するために、図３（イ）においてφS を４５度
ずつ８つの領域に分割し、各領域をＳ2 及びＸの状態か
ら判別することによって、表１に示す場合分けされた計
算式からΩを算出するようにしている。ところで、サニ
ャック位相差φS の余弦値は従来、ｃｏｓ (60度) ＝
０．５までは実績があり、また実績はないが設計上、ｃ
ｏｓ (75度) ≒０．２５を越えると誤差が大きくなる
（Ａ／Ｄ変換器の２ｂｉｔ欠落に相当する）。このため
Ｓ2又はＳ4 の強度を検知しながらその値が一定基準値
より小さくなったときは、位相変調度と等価な値の算出
をＳ4/Ｓ2 からＳ3/Ｓ1 に切換えて行う。基準値として
は、サニャック位相差φS の余弦値の絶対値がｃｏｓ
（60度）乃至ｃｏｓ（75度）の範囲に相当する値を選択
することが望ましい。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)（＝Ｊ
4(ｍ)/Ｊ2(ｍ))に基づいて、Ｄ／Ａ変換器１３を介して
位相変調器７の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (Ｓ4/Ｓ2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位
相変調器７を制御する場合は、ｍは一定値であり、した
がって、Ｊ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値となるため定数
とし、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値を数１１に代入してＸの値を
求める。そして、Ｓ2 とＸの状態を判別し、表１に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
（Ｓ4 ／Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を制御し
ない場合は、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ１５
に記憶させておき、Ｓ4 、Ｓ2 の計測値から数１０の関
係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を
求め、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値から数１１よりＸの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)
から（Ｓ3/Ｓ1) （＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比（Ｓ3/Ｓ1)が一定になるよう
に位相変調器７を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたＪ3(ｍ)/Ｊ
1(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、ＣＰＵにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を２つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、１つの偶数次高調波成分
もしくは１つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、２倍調波を使用する場合、Ｊ2(ｍ) ＝
０になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω＝（１／ａ）×｛Ｊ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) ×Ｓ1/
Ｓ4}におけるＪ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を定数として、Ｓ1 、Ｓ
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (Ｓ2n)2と
(Ｓ2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はＣＰＵによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第３次調波を用い、偶
数次高調波成分として第２次、第４次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では２カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを１つ省略した１
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
ャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を示
したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数次
調波成分は正弦関数に従い変化する。図３（ロ）は、サ
ニャック位相差に対するＸの変化を示したもの、（ハ）
はａｒｃｔａｎ関数の変化を示したものであるが、２つ
の不連続点があることがわかる。また、（ロ）、（ハ）
中に図示したように、１つのＸ値に対しφS 、ｔａｎ-1
（Ｘ）として２つの解があることがわかる。これらの問
題を解消するために、図３（イ）においてφS を４５度
ずつ８つの領域に分割し、各領域をＳ2 及びＸの状態か
ら判別することによって、表１に示す場合分けされた計
算式からΩを算出するようにしている。ところで、サニ
ャック位相差φS の余弦値は従来、ｃｏｓ (60度) ＝
０．５までは実績があり、また実績はないが設計上、ｃ
ｏｓ (75度) ≒０．２５を越えると誤差が大きくなる
（Ａ／Ｄ変換器の２ｂｉｔ欠落に相当する）。このため
Ｓ2又はＳ4 の強度を検知しながらその値が一定基準値
より小さくなったときは、位相変調度と等価な値の算出
をＳ4/Ｓ2 からＳ3/Ｓ1 に切換えて行う。基準値として
は、サニャック位相差φS の余弦値の絶対値がｃｏｓ
（60度）乃至ｃｏｓ（75度）の範囲に相当する値を選択
することが望ましい。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)（＝Ｊ
4(ｍ)/Ｊ2(ｍ))に基づいて、Ｄ／Ａ変換器１３を介して
位相変調器７の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (Ｓ4/Ｓ2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位
相変調器７を制御する場合は、ｍは一定値であり、した
がって、Ｊ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値となるため定数
とし、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値を数１１に代入してＸの値を
求める。そして、Ｓ2 とＸの状態を判別し、表１に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
（Ｓ4 ／Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を制御し
ない場合は、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ１５
に記憶させておき、Ｓ4 、Ｓ2 の計測値から数１０の関
係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を
求め、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値から数１１よりＸの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)
から（Ｓ3/Ｓ1) （＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比（Ｓ3/Ｓ1)が一定になるよう
に位相変調器７を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたＪ3(ｍ)/Ｊ
1(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、ＣＰＵにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を２つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、１つの偶数次高調波成分
もしくは１つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、２倍調波を使用する場合、Ｊ2(ｍ) ＝
０になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω＝（１／ａ）×｛Ｊ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) ×Ｓ1/
Ｓ4}におけるＪ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を定数として、Ｓ1 、Ｓ
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (Ｓ2n)2と
(Ｓ2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はＣＰＵによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第３次調波を用い、偶
数次高調波成分として第２次、第４次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では２カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを１つ省略した１
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明はサニャック位相差の余弦値の小
さい領域において、奇数次高調波成分を用いて位相変調
度を求めることにより、従来は変調度が精度良く制御又
は演算できなかった領域を補完したため入力角速度範囲
を従来の３倍に拡大することが可能となった。これによ
り高速回転と低速回転用のセンサを切り換えていたシス
テムではセンサを１つに省略することができる。
さい領域において、奇数次高調波成分を用いて位相変調
度を求めることにより、従来は変調度が精度良く制御又
は演算できなかった領域を補完したため入力角速度範囲
を従来の３倍に拡大することが可能となった。これによ
り高速回転と低速回転用のセンサを切り換えていたシス
テムではセンサを１つに省略することができる。
【図１】位相変調方式の光ファイバジャイロの一例を示
した構成図。
した構成図。
【図２】本発明に使用される信号処理回路の一部を示し
た構成図。
た構成図。
【図３】（イ）はサニャック位相差φS に対する各周波
数成分の出力変化を示した図、（ロ）はサニャック位相
差φS に対するＸの変化を示した図、（ハ）はarctan関
数の変化を示した図。
数成分の出力変化を示した図、（ロ）はサニャック位相
差φS に対するＸの変化を示した図、（ハ）はarctan関
数の変化を示した図。
１ 光源 １２ 同期信号発
信器 ２ 偏光子 １３ Ｄ／Ａ変換
器 ３ センシングループ １４ ローパスフ
ィルタ ４ 受光器 １５ 記憶素子 ５ プリアンプ １６ プリアンプ ６ａ 光カプラ １７ 同期検波器 ６ｂ 光カプラ １８ 同期検波器 ７ 位相変調器 １９ 同期検波器 ８ 信号処理回路 ２０ 同期検波器 ９ 同期検波器 ２１ Ａ／Ｄ変換
器 １０ Ａ／Ｄ変換器 ２２ ＣＰＵ １１ ＣＰＵ ２３ 同期信号
発信器
信器 ２ 偏光子 １３ Ｄ／Ａ変換
器 ３ センシングループ １４ ローパスフ
ィルタ ４ 受光器 １５ 記憶素子 ５ プリアンプ １６ プリアンプ ６ａ 光カプラ １７ 同期検波器 ６ｂ 光カプラ １８ 同期検波器 ７ 位相変調器 １９ 同期検波器 ８ 信号処理回路 ２０ 同期検波器 ９ 同期検波器 ２１ Ａ／Ｄ変換
器 １０ Ａ／Ｄ変換器 ２２ ＣＰＵ １１ ＣＰＵ ２３ 同期信号
発信器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１０月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【表１】表１の場合分けは次の理由による。図３は、サ
ニャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を
示したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数
次調波成分は正弦関数に従い変化する。図４は、サニャ
ック位相差に対するＸの変化を示したもの、図５は、ａ
ｒｃｔａｎ関数の変化を示したものであるが、２つの不
連続点があることがわかる。また、図４、図５中に図示
したように、１つのＸ値に対しφS 、ｔａｎ-1（Ｘ）と
して２つの解があることがわかる。これらの問題を解消
するために、図３においてφS を４５度ずつ８つの領域
に分割し、各領域をＳ2 及びＸの状態から判別すること
によって、表１に示す場合分けされた計算式からΩを算
出するようにしている。ところで、サニャック位相差φ
S の余弦値は従来、ｃｏｓ (60度) ＝０．５までは実績
があり、また実績はないが設計上、ｃｏｓ (75度) ≒
０．２５を越えると誤差が大きくなる（Ａ／Ｄ変換器の
２ｂｉｔ欠落に相当する）。このためＳ2又はＳ4 の強
度を検知しながらその値が一定基準値より小さくなった
ときは、位相変調度と等価な値の算出をＳ4/Ｓ2 からＳ
3/Ｓ1 に切換えて行う。基準値としては、サニャック位
相差φS の余弦値の絶対値がｃｏｓ（60度）乃至ｃｏｓ
（75度）の範囲に相当する値を選択することが望まし
い。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)（＝Ｊ
4(ｍ)/Ｊ2(ｍ))に基づいて、Ｄ／Ａ変換器１３を介して
位相変調器７の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (Ｓ4/Ｓ2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位
相変調器７を制御する場合は、ｍは一定値であり、した
がって、Ｊ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値となるため定数
とし、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値を数１１に代入してＸの値を
求める。そして、Ｓ2 とＸの状態を判別し、表１に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
（Ｓ4 ／Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を制御し
ない場合は、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ１５
に記憶させておき、Ｓ4 、Ｓ2 の計測値から数１０の関
係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を
求め、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値から数１１よりＸの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)
から（Ｓ3/Ｓ1) （＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比（Ｓ3/Ｓ1)が一定になるよう
に位相変調器７を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたＪ3(ｍ)/Ｊ
1(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、ＣＰＵにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を２つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、１つの偶数次高調波成分
もしくは１つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、２倍調波を使用する場合、Ｊ2(ｍ) ＝
０になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω＝（１／ａ）×｛Ｊ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) ×Ｓ1/
Ｓ4}におけるＪ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を定数として、Ｓ1 、Ｓ
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (Ｓ2n)2と
(Ｓ2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はＣＰＵによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第３次調波を用い、偶
数次高調波成分として第２次、第４次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では２カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを１つ省略した１
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
ニャック位相差φS に対する各周波数成分の出力変化を
示したグラフであり、偶数次調波成分は余弦関数、奇数
次調波成分は正弦関数に従い変化する。図４は、サニャ
ック位相差に対するＸの変化を示したもの、図５は、ａ
ｒｃｔａｎ関数の変化を示したものであるが、２つの不
連続点があることがわかる。また、図４、図５中に図示
したように、１つのＸ値に対しφS 、ｔａｎ-1（Ｘ）と
して２つの解があることがわかる。これらの問題を解消
するために、図３においてφS を４５度ずつ８つの領域
に分割し、各領域をＳ2 及びＸの状態から判別すること
によって、表１に示す場合分けされた計算式からΩを算
出するようにしている。ところで、サニャック位相差φ
S の余弦値は従来、ｃｏｓ (60度) ＝０．５までは実績
があり、また実績はないが設計上、ｃｏｓ (75度) ≒
０．２５を越えると誤差が大きくなる（Ａ／Ｄ変換器の
２ｂｉｔ欠落に相当する）。このためＳ2又はＳ4 の強
度を検知しながらその値が一定基準値より小さくなった
ときは、位相変調度と等価な値の算出をＳ4/Ｓ2 からＳ
3/Ｓ1 に切換えて行う。基準値としては、サニャック位
相差φS の余弦値の絶対値がｃｏｓ（60度）乃至ｃｏｓ
（75度）の範囲に相当する値を選択することが望まし
い。以下、処理の具体例を説明する。 (i) サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が大きい領
域での処理 位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)（＝Ｊ
4(ｍ)/Ｊ2(ｍ))に基づいて、Ｄ／Ａ変換器１３を介して
位相変調器７の変調振幅を制御することによりこの値を
一定値に制御するか、または比 (Ｓ4/Ｓ2)の値を用いて
角速度を算出する。比 (Ｓ4/Ｓ2)が一定になるように位
相変調器７を制御する場合は、ｍは一定値であり、した
がって、Ｊ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値が一定値となるため定数
とし、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値を数１１に代入してＸの値を
求める。そして、Ｓ2 とＸの状態を判別し、表１に示し
た所定の計算式により角速度Ωを算出する。また、比
（Ｓ4 ／Ｓ2)が一定になるように位相変調器７を制御し
ない場合は、Ｊ4(ｍ)/Ｊ2(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ)
の値との対応表を別途計算により作成し予めメモリ１５
に記憶させておき、Ｓ4 、Ｓ2 の計測値から数１０の関
係に基づいて当該対照表を検索してＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を
求め、Ｓ1 、Ｓ2 の計測値から数１１よりＸの値を求め
る。そして、同様の判別法により角速度Ωを算出する。 (ii)サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が小さい領
域での処理 この場合、位相変調度と等価な値として、比 (Ｓ4/Ｓ2)
から（Ｓ3/Ｓ1) （＝Ｊ3(ｍ)/Ｊ1(ｍ))に切り替えて同
様の処理を行う。なお、比（Ｓ3/Ｓ1)が一定になるよう
に位相変調器７を制御しない場合においては、別途計算
により作成し予めメモリに記憶させておいたＪ3(ｍ)/Ｊ
1(ｍ) の値とＪ2(ｍ)/Ｊ1(ｍ) の値との対応表を検索さ
せるものとする。以上の場合分けを考慮して、レートタ
ーンテーブルの角速度と各周波数成分の出力値の関係を
テーブル化してメモリに記憶させ、ＣＰＵにより検索し
て角速度Ωを求めてもよい。なお、位相変調度と等価な
値を２つの偶数次高調波成分の比もしくは奇数次高調波
成分の比から求めるに代えて、１つの偶数次高調波成分
もしくは１つの奇数次高調波成分の値を使用することも
できる。例えば、２倍調波を使用する場合、Ｊ2(ｍ) ＝
０になるように位相変調器に加える電圧振幅を制御する
ものとし、Ω＝（１／ａ）×｛Ｊ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) ×Ｓ1/
Ｓ4}におけるＪ4(ｍ)/Ｊ1(ｍ) を定数として、Ｓ1 、Ｓ
4 の計測値から演算する。更に光ファイバジャイロの故
障を判定するために、従来は偶数次高調波成分のみで実
施していたが、奇数次高調波成分の増幅度を調整して偶
数次高調波成分と定数項を同レベルとし、 (Ｓ2n)2と
(Ｓ2n+1)2の和を求めて三角関数を除き、その値の平方
根を演算し、演算値と判定基準値とを比較して行う。こ
れらの演算はＣＰＵによって行われる。本実施例では、
奇数次高調波成分として基本波、第３次調波を用い、偶
数次高調波成分として第２次、第４次調波信号を用いて
説明したが、これに限定されるものではなく、他の次数
の信号を用いて処理するようにしてもよい。また、本実
施例では２カプラタイプの光学系を用いて説明したが、
受光器を光源の背後に配置してカプラを１つ省略した１
カプラタイプの光学系を用いたものでもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】サニャック位相差φS に対する各周波数成分の
出力変化を示した図。
出力変化を示した図。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正内容】
【図４】サニャック位相差φs に対するＸの変化を示し
た図。
た図。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図５
【補正方法】追加
【補正内容】
【図５】ａｒｃｔａｎ関数の変化を示した図。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【図４】
【図１】
【図２】
【図５】
Claims (5)
- 【請求項１】 光源と、光カプラと、センシングループ
及び位相変調器と、受光器を少なくとも備えた光学系
と、受光器よりの検出信号を処理して角速度情報を得る
信号処理回路からなる位相変調方式の光ファイバジャイ
ロにおいて、サニャック位相差φS の余弦値の絶対値が
大きい領域においては、偶数次高調波成分又は２つの偶
数次高調波成分の比により位相変調度と等価な値を求
め、その値を一定に制御するか又はその値を用いて角速
度を演算し、サニャク位相差φS の余弦値の絶対値が小
さい領域においては、奇数次高調波成分又は２つの奇数
次高調波成分の比により位相変調度と等価な値を求め、
その値を一定に制御するか又はその値を用いて角速度を
演算する手段を前記信号処理回路が有することを特徴と
する光ファイバジャイロ。 - 【請求項２】 サニャク位相差φS の余弦値の絶対値が
大きい領域と小さい領域との切換えを、 ｃｏｓ (60度) ≦ |ｃｏｓφS|≦ｃｏｓ (75度) の範囲内で行うことを特徴とする請求項１記載の光ファ
イバジャイロ。 - 【請求項３】 光ファイバジャイロの故障の判定を、奇
数次高調波成分Ｓ2n+1と偶数次高調波成分Ｓ2nを用い、
（Ｓ2n+1）2 と（Ｓ2n）2 の和の平方根を演算して基準
値と比較して行うことを特徴とする請求項１記載の光フ
ァイバジャイロ。 - 【請求項４】 サニャク位相差φS の２つの領域、 0≦φS ≦90 90≦φS ≦180 の判別を、偶数次高調波成分の符号により行うことを特
徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロ。 - 【請求項５】 奇数次高調波成分として１倍波と３倍
波、偶数次高調波成分として２倍波と４倍波を用いたこ
とを特徴とする請求項１記載の光ファイバジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15102295A JPH08320234A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 光ファイバジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15102295A JPH08320234A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 光ファイバジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320234A true JPH08320234A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=15509596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15102295A Pending JPH08320234A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 光ファイバジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08320234A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007500362A (ja) * | 2003-05-23 | 2007-01-11 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | サニャック干渉計用固有振動数検出器 |
-
1995
- 1995-05-24 JP JP15102295A patent/JPH08320234A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007500362A (ja) * | 2003-05-23 | 2007-01-11 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | サニャック干渉計用固有振動数検出器 |
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