JPH09269230A - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
- Publication number
- JPH09269230A JPH09269230A JP7850496A JP7850496A JPH09269230A JP H09269230 A JPH09269230 A JP H09269230A JP 7850496 A JP7850496 A JP 7850496A JP 7850496 A JP7850496 A JP 7850496A JP H09269230 A JPH09269230 A JP H09269230A
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- phase modulation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スケールファクタが安定に維持される光干渉
角速度を提供する。 【解決手段】 少なくとも一周する光学路に右回り光と
左回り光を与え、これら両光に周期的に位相変調を施
し、その干渉光の強度を受光器で検出し、同期検波して
角度情報を得る光干渉角速度計において、位相変調度を
交番に変化させる位相変調度変調信号発生回路と、受光
器から得られる信号の中から位相変調度変調信号成分を
取り出すスケールファクタ補正信号検出手段と、このス
ケールファクタ補正信号検出手段で検出した信号が一定
値を維持する制御を行なう制御手段とを設けた。
角速度を提供する。 【解決手段】 少なくとも一周する光学路に右回り光と
左回り光を与え、これら両光に周期的に位相変調を施
し、その干渉光の強度を受光器で検出し、同期検波して
角度情報を得る光干渉角速度計において、位相変調度を
交番に変化させる位相変調度変調信号発生回路と、受光
器から得られる信号の中から位相変調度変調信号成分を
取り出すスケールファクタ補正信号検出手段と、このス
ケールファクタ補正信号検出手段で検出した信号が一定
値を維持する制御を行なう制御手段とを設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、少くとも一周す
る光学路に右回り光と左回り光を通し、その光学路に印
加される軸心まわりの角速度を、右回り光と左回り光と
の位相差により検出する光干渉角速度計に関し、特に温
度に対する入出力スケールファクタの安定性を改善する
ようにしたものに関する。
る光学路に右回り光と左回り光を通し、その光学路に印
加される軸心まわりの角速度を、右回り光と左回り光と
の位相差により検出する光干渉角速度計に関し、特に温
度に対する入出力スケールファクタの安定性を改善する
ようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の光干渉角速度計の構成を
示す。光学路を構成する光ファイバコイル１５の円周回
りに角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによって周
知のようにいわゆるサニャック（Ｓｏｇｎａｃ）効果が
生じ両光間に位相差Δφs が生じる。
示す。光学路を構成する光ファイバコイル１５の円周回
りに角速度Ωが印加されると、この角速度Ωによって周
知のようにいわゆるサニャック（Ｓｏｇｎａｃ）効果が
生じ両光間に位相差Δφs が生じる。
【０００３】ところで受光器１７からの光電変換信号
は、位相変調器１６による位相変調を Ｐ（ｔ）＝Ａsin ωm ｔ （１） Ａ：位相変調信号の振幅 とすると受光器１７からの出力Ｖp は、次式で表わされ
る。 Ｖp =(I/2)・ Ｋop・ Ｋpd［１＋ cosΔφs ｛J0(x) ＋２Σn=1∞ (-1）n J2n (x) ・cos2n ωm t ′｝− sinΔφs ｛２Σn=0∞ (-1) n J2n+1(x)・cos(2n+1) ω m t ′｝ （Σはｎ＝０から∞まで） （２） ここで ｔ′＝ｔ−（τ／２） Ｋop：光源からの出射光Ｉが光ファイバコイルを経て受
光器に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や回路増幅度で決まる定数 Ｊn ：第１種ベッセル関数 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆm ） τ ：光ファイバコイル中における光の伝搬時間 Ｘ＝２Ａsin πｆm τ （２）式から明らかなように光電変換信号Ｖp には、si
n Δφs に比例する項と、cos Δφs に比例する項が含
まれている。従って干渉光の強度を計測することにより
角速度ωを検知することができる。
は、位相変調器１６による位相変調を Ｐ（ｔ）＝Ａsin ωm ｔ （１） Ａ：位相変調信号の振幅 とすると受光器１７からの出力Ｖp は、次式で表わされ
る。 Ｖp =(I/2)・ Ｋop・ Ｋpd［１＋ cosΔφs ｛J0(x) ＋２Σn=1∞ (-1）n J2n (x) ・cos2n ωm t ′｝− sinΔφs ｛２Σn=0∞ (-1) n J2n+1(x)・cos(2n+1) ω m t ′｝ （Σはｎ＝０から∞まで） （２） ここで ｔ′＝ｔ−（τ／２） Ｋop：光源からの出射光Ｉが光ファイバコイルを経て受
光器に至るまでの光学的損失 Ｋpd：光電変換係数や回路増幅度で決まる定数 Ｊn ：第１種ベッセル関数 ωm ：位相変調の角周波数（ωm ＝２πｆm ） τ ：光ファイバコイル中における光の伝搬時間 Ｘ＝２Ａsin πｆm τ （２）式から明らかなように光電変換信号Ｖp には、si
n Δφs に比例する項と、cos Δφs に比例する項が含
まれている。従って干渉光の強度を計測することにより
角速度ωを検知することができる。
【０００４】通常光干渉角速度計の出力は、位相変調周
波数ｆm と同じ成分が同期検波によって取り出される。
この時の出力Ｖ1 は、次式で示される。 Ｖ1 ＝Ｋ1 ・Ｊ1(x)sin Δφs （３） ここでＫ1 ＝Ｉ／２・Ｋop・Ｋpd・ＫPSD1 ＫPSD1：同期検波回路やＬＰＦ（ローパスフィルタ）等
の利得 光干渉角速度計の出力Ｖ1 は、（３）式から明らかなよ
うにＫ1 ・Ｊ1 （ｘ）は一定条件のもとでは、一定値を
示すが、この定数を構成する要素は、特開昭６４−６３
８７１号公報で述べている通り、光学的損失や位相変調
レベルなどが周囲温度で変化し、その結果光干渉角速度
計の入出力利得Ｋ1 ・Ｊ1 （ｘ）、すなわちスケールフ
ァクタが変化する。このスケールファクタの変動の安定
化をはかるため従来よりさまざまなスケールファクタ安
定化技術が提案されている。
波数ｆm と同じ成分が同期検波によって取り出される。
この時の出力Ｖ1 は、次式で示される。 Ｖ1 ＝Ｋ1 ・Ｊ1(x)sin Δφs （３） ここでＫ1 ＝Ｉ／２・Ｋop・Ｋpd・ＫPSD1 ＫPSD1：同期検波回路やＬＰＦ（ローパスフィルタ）等
の利得 光干渉角速度計の出力Ｖ1 は、（３）式から明らかなよ
うにＫ1 ・Ｊ1 （ｘ）は一定条件のもとでは、一定値を
示すが、この定数を構成する要素は、特開昭６４−６３
８７１号公報で述べている通り、光学的損失や位相変調
レベルなどが周囲温度で変化し、その結果光干渉角速度
計の入出力利得Ｋ1 ・Ｊ1 （ｘ）、すなわちスケールフ
ァクタが変化する。このスケールファクタの変動の安定
化をはかるため従来よりさまざまなスケールファクタ安
定化技術が提案されている。
【０００５】図２は、特開平５−３１２５８１号公報で
提案した光干渉角速度計の構成を示す。出力端子２２に
出力されるジャイロ出力Ｖ3 は、位相変調周波数の第３
高調波成分を同期検波し用いている。位相変調の動作点
は、第１種ベッセル関数のＸの値が約４．２ (図３の
（ｃ）参照）の位置に設定されている。
提案した光干渉角速度計の構成を示す。出力端子２２に
出力されるジャイロ出力Ｖ3 は、位相変調周波数の第３
高調波成分を同期検波し用いている。位相変調の動作点
は、第１種ベッセル関数のＸの値が約４．２ (図３の
（ｃ）参照）の位置に設定されている。
【０００６】一方、スケールファクタの安定化は、図２
に示すように同期検波出力Ｖ2 の出力にＶ4 の出力を所
定の比率で加算回路３２で加算し、その出力が一定とな
るよう光源１１の光量Ｉや同期検波回路２３、２４の前
段に配置した自動利得制御回路４９を制御し達成してい
る。特開昭６４−６３８７１号公報で述べられている別
の例では、ジャイロ出力Ｖ 0 は、位相変調周波数の１倍
波成分を同期検波して得られた出力Ｖ1 に３倍波成分を
同期検波して得られた出力Ｖ3 をＫm 倍したものを加算
した信号を用いている。位相変調器の動作点は、２倍波
成分を同期検波して得られたＶ2 の値が第１種ベッセル
関数のＸに対し極大値を示す位置であるＸ≒３．０５
(図３（Ｂ））の位置に設定される。又、この位置でジ
ャイロ出力Ｖ0 がＸに対し極大となるよう前記Ｋm の値
を２．２に設定している。このようにしてジャイロ出力
Ｖ0 となるsin Δφs 成分と、スケールファクタの安定
化のための信号として使用するcos Δφs 成分（Ｖ2 ）
を前記Ｘの値すなわち位相変調レベルの変動に安定な信
号を得ている。一方スケールファクタの安定化は、前記
Ｖ2 の値が一定となるように光源の光量又は同期検波回
路の前段に配置した自動利得制御回路を制御し達成する
ことが出来るが、特開昭６４−６３８７１号公報では、
入力角速度が入った時にも安定なスケールファクタを得
るために前記ジャイロ出力Ｖ0 と前記Ｖ2 とのそれぞれ
の２乗の和が一定となるように光源光量や電気回路の利
得を制御しスケールファクタの安定化を行なっている。
に示すように同期検波出力Ｖ2 の出力にＶ4 の出力を所
定の比率で加算回路３２で加算し、その出力が一定とな
るよう光源１１の光量Ｉや同期検波回路２３、２４の前
段に配置した自動利得制御回路４９を制御し達成してい
る。特開昭６４−６３８７１号公報で述べられている別
の例では、ジャイロ出力Ｖ 0 は、位相変調周波数の１倍
波成分を同期検波して得られた出力Ｖ1 に３倍波成分を
同期検波して得られた出力Ｖ3 をＫm 倍したものを加算
した信号を用いている。位相変調器の動作点は、２倍波
成分を同期検波して得られたＶ2 の値が第１種ベッセル
関数のＸに対し極大値を示す位置であるＸ≒３．０５
(図３（Ｂ））の位置に設定される。又、この位置でジ
ャイロ出力Ｖ0 がＸに対し極大となるよう前記Ｋm の値
を２．２に設定している。このようにしてジャイロ出力
Ｖ0 となるsin Δφs 成分と、スケールファクタの安定
化のための信号として使用するcos Δφs 成分（Ｖ2 ）
を前記Ｘの値すなわち位相変調レベルの変動に安定な信
号を得ている。一方スケールファクタの安定化は、前記
Ｖ2 の値が一定となるように光源の光量又は同期検波回
路の前段に配置した自動利得制御回路を制御し達成する
ことが出来るが、特開昭６４−６３８７１号公報では、
入力角速度が入った時にも安定なスケールファクタを得
るために前記ジャイロ出力Ｖ0 と前記Ｖ2 とのそれぞれ
の２乗の和が一定となるように光源光量や電気回路の利
得を制御しスケールファクタの安定化を行なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の光干渉角速度計
は、ジャイロのスケールファクタの安定性を改善するた
め位相変調器１６の動作点をＸ＝３．０５、Ｘ＝４．２
などの位置に設定されていた。このＸの値は、Ｘ＝２Ａ
・sin πｆm τと記述されているものでその大きさは、
位相変調周波数を一定周波数ｆm とすると位相変調信号
の振幅で決まってくる。位相変調器１６は、通常円筒状
の電歪振動子に光ファイバコイル１５の一端を巻きつ
け、この巻きつけた光ファイバを伸び縮みさせてそこを
通過する左右両光の位相を変調させる方式か又は例えば
ニオブ酸リチューム（ＬｉＮｂＯ3 ）にプロトン交換法
などによって光導波路を作製し、この導波路の周りに例
えばアルミニウムなどで電極を構成し、この電極に電圧
を印加することで、この光導波路を通過する左右両光の
位相を変調する方式が用いられている。
は、ジャイロのスケールファクタの安定性を改善するた
め位相変調器１６の動作点をＸ＝３．０５、Ｘ＝４．２
などの位置に設定されていた。このＸの値は、Ｘ＝２Ａ
・sin πｆm τと記述されているものでその大きさは、
位相変調周波数を一定周波数ｆm とすると位相変調信号
の振幅で決まってくる。位相変調器１６は、通常円筒状
の電歪振動子に光ファイバコイル１５の一端を巻きつ
け、この巻きつけた光ファイバを伸び縮みさせてそこを
通過する左右両光の位相を変調させる方式か又は例えば
ニオブ酸リチューム（ＬｉＮｂＯ3 ）にプロトン交換法
などによって光導波路を作製し、この導波路の周りに例
えばアルミニウムなどで電極を構成し、この電極に電圧
を印加することで、この光導波路を通過する左右両光の
位相を変調する方式が用いられている。
【０００８】いずれの方式の場合でも、位相変調信号に
よってそこを通過する光の位相のみが変調されれば問題
ないが、実際にはいずれの方式でも、位相変調によって
そこを通過する光の強度や偏波面が変調を受け干渉光の
強度変調として現われてくる。この不要な強度変調成分
は、入力角速度に対応して変化する強度変化と見分けが
つかずジャイロ出力のバイアスエラーとなる。
よってそこを通過する光の位相のみが変調されれば問題
ないが、実際にはいずれの方式でも、位相変調によって
そこを通過する光の強度や偏波面が変調を受け干渉光の
強度変調として現われてくる。この不要な強度変調成分
は、入力角速度に対応して変化する強度変化と見分けが
つかずジャイロ出力のバイアスエラーとなる。
【０００９】このバイアスエラーは、位相変調信号のレ
ベルの大きさに対応して大きくなるものであるため出来
るだけ小さいレベルに抑えたい。上記Ｘ＝３．０５、Ｘ
＝４．２より小さいポイントでかつＸの値に対して安定
なジャイロ出力が得られる最小の所は、Ｘ＝１．８４の
位置である。この位置は、図３ (Ａ）に示すように１次
成分（Ｊ1 （ｘ））が極大を示し、Ｘの値すなわち位相
変調レベルの変化に対し安定な所である。１次成分は、
（３）式でも示したようにsin Δφs 成分であるので入
力角速度の小さい所で感度が良くジャイロ出力として使
用することができる。一方（Ａ）点でスケールファクタ
の安定化をする場合、入力角速度が微小の時でも信号と
して十分な量が得られるcos Δφs成分の同期検波出力
Ｖ2 が用いられる。この成分Ｖ2 は、位相変調周波数の
２倍波成分を同期検波して得られる信号（Ｖ2 ＝Ｋ2 ・
Ｊ2 （ｘ）cos Δφs ）である。
ベルの大きさに対応して大きくなるものであるため出来
るだけ小さいレベルに抑えたい。上記Ｘ＝３．０５、Ｘ
＝４．２より小さいポイントでかつＸの値に対して安定
なジャイロ出力が得られる最小の所は、Ｘ＝１．８４の
位置である。この位置は、図３ (Ａ）に示すように１次
成分（Ｊ1 （ｘ））が極大を示し、Ｘの値すなわち位相
変調レベルの変化に対し安定な所である。１次成分は、
（３）式でも示したようにsin Δφs 成分であるので入
力角速度の小さい所で感度が良くジャイロ出力として使
用することができる。一方（Ａ）点でスケールファクタ
の安定化をする場合、入力角速度が微小の時でも信号と
して十分な量が得られるcos Δφs成分の同期検波出力
Ｖ2 が用いられる。この成分Ｖ2 は、位相変調周波数の
２倍波成分を同期検波して得られる信号（Ｖ2 ＝Ｋ2 ・
Ｊ2 （ｘ）cos Δφs ）である。
【００１０】通常この条件の場合のスケールファクタの
安定化は、この同期検波出力Ｖ2 の値が一定となるよう
光源１１の光量或いは同期検波回路の前段に配置した自
動利得制御回路４９を制御し実施するのが一般的であっ
た。しかしながらこの方法は、図３に示す第１種ベッセ
ル関数の２次成分のＪ2 （ｘ）のカーブでもわかる通
り、Ｘ＝１．８４のポイントでは、Ｘの値すなわち位相
変調レベルの変動に対し最も変化の大きい範囲に入り、
同期検波出力Ｖ2 をスケールファクタ安定化のための信
号として用いることは、スケールファクタの高安定化を
ねらう光干渉角速度計にとって好ましいものでない。
安定化は、この同期検波出力Ｖ2 の値が一定となるよう
光源１１の光量或いは同期検波回路の前段に配置した自
動利得制御回路４９を制御し実施するのが一般的であっ
た。しかしながらこの方法は、図３に示す第１種ベッセ
ル関数の２次成分のＪ2 （ｘ）のカーブでもわかる通
り、Ｘ＝１．８４のポイントでは、Ｘの値すなわち位相
変調レベルの変動に対し最も変化の大きい範囲に入り、
同期検波出力Ｖ2 をスケールファクタ安定化のための信
号として用いることは、スケールファクタの高安定化を
ねらう光干渉角速度計にとって好ましいものでない。
【００１１】この発明の目的は、位相変調によって引き
起こされる不要な強度変調の影響を最小に抑えてバイア
ス安定性の改善をはかり、かつスケールファクタ安定化
のための補正信号が位相変調レベルの変動に対し安定な
信号を発生させることによりスケールファクタを高安定
に保つようにした光干渉角速度計を提供しようとするも
のである。
起こされる不要な強度変調の影響を最小に抑えてバイア
ス安定性の改善をはかり、かつスケールファクタ安定化
のための補正信号が位相変調レベルの変動に対し安定な
信号を発生させることによりスケールファクタを高安定
に保つようにした光干渉角速度計を提供しようとするも
のである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明では、少なくと
も一周する光学路と、この光学路に対して光源よりの光
を右回り光及び左回り光として入射する分岐手段と、光
学路を伝搬してきた右回り光及び左回り光を干渉させる
干渉手段と、分岐手段と光学路の一端との間にこれらと
縦続的に配置されて右回り光及び左回り光に位相変化を
与える位相変調手段と、干渉光の光強度を電気信号とし
て検出する受光器と、この受光器からの出力の中から、
位相変調手段の変調周波数成分を同期検波し角速度情報
を出力する同期検波回路とを有する光干渉角速度計にお
いて、位相変調手段によって与えられる位相変調度を交
番に変化させる位相変調度変調信号発生回路と、受光器
からの出力の内、位相変調度変調回路からの周波数成分
を出力するスケールファクタ補正信号発生手段と、その
スケールファクタ補正検出信号手段からの出力を利用し
て同期検波回路からの出力信号の入出力スケールファク
タが一定となるように制御する制御手段とを設けた構成
を提案するものである。
も一周する光学路と、この光学路に対して光源よりの光
を右回り光及び左回り光として入射する分岐手段と、光
学路を伝搬してきた右回り光及び左回り光を干渉させる
干渉手段と、分岐手段と光学路の一端との間にこれらと
縦続的に配置されて右回り光及び左回り光に位相変化を
与える位相変調手段と、干渉光の光強度を電気信号とし
て検出する受光器と、この受光器からの出力の中から、
位相変調手段の変調周波数成分を同期検波し角速度情報
を出力する同期検波回路とを有する光干渉角速度計にお
いて、位相変調手段によって与えられる位相変調度を交
番に変化させる位相変調度変調信号発生回路と、受光器
からの出力の内、位相変調度変調回路からの周波数成分
を出力するスケールファクタ補正信号発生手段と、その
スケールファクタ補正検出信号手段からの出力を利用し
て同期検波回路からの出力信号の入出力スケールファク
タが一定となるように制御する制御手段とを設けた構成
を提案するものである。
【００１３】
【作用】この発明の構成によれば、位相変調による不要
な光強度変調によって引き起こされる、ジャイロ出力の
バイアスエラーを小さく抑えるために位相変調の動作点
を小さく抑えた光干渉角速度計において、位相変調度
（Ｊn （ｘ）のＸの値）を変調し、その結果発生するＪ
0 （ｘ）成分やＪ2 （ｘ）成分を取り出しこの出力が一
定となる様、光源光量や電気回路利得を制御する系を作
ることにより周囲温度によって変動する光学系の損失な
どの影響を抑え、光干渉角速度計の入出力スケールファ
クタを安定に保つことが出来る効果が得られる。
な光強度変調によって引き起こされる、ジャイロ出力の
バイアスエラーを小さく抑えるために位相変調の動作点
を小さく抑えた光干渉角速度計において、位相変調度
（Ｊn （ｘ）のＸの値）を変調し、その結果発生するＪ
0 （ｘ）成分やＪ2 （ｘ）成分を取り出しこの出力が一
定となる様、光源光量や電気回路利得を制御する系を作
ることにより周囲温度によって変動する光学系の損失な
どの影響を抑え、光干渉角速度計の入出力スケールファ
クタを安定に保つことが出来る効果が得られる。
【００１４】
【実施例】この発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は、この発明による光干渉角速度計のブロック
図である。受光器１７からの出力信号Ｖp は、同期検波
回路３９によって一次成分が同期検波され、次にＬＰＦ
（ローパスフィルタ）４０で交流成分が濾波されて直流
成分の出力電圧Ｖ0 がジャイロ出力として出力端子４１
に出力される。この時の出力電圧Ｖ0 は、（３）式で示
される。
る。図１は、この発明による光干渉角速度計のブロック
図である。受光器１７からの出力信号Ｖp は、同期検波
回路３９によって一次成分が同期検波され、次にＬＰＦ
（ローパスフィルタ）４０で交流成分が濾波されて直流
成分の出力電圧Ｖ0 がジャイロ出力として出力端子４１
に出力される。この時の出力電圧Ｖ0 は、（３）式で示
される。
【００１５】次にスケールファクタ安定のための回路に
ついて説明する。この発明では位相変調度変調信号発生
回路５３を設け、位相変調度変調信号Ｖ pmc を発生させ
る。この位相変調度変調信号Ｖpmc は位相変調信号Ｐ
（ｔ）の周波数ｆm より充分低い周波数ｆS （ｆS ≪ｆ
m ）の信号ＶC4から生成され、 Ｖpmc （ｔ）＝Ｂsin ωs ｔ で表わされる正弦波信号とされ、位相変調器駆動回路４
８に供給される。位相変調器駆動回路４８では位相変調
周波数ｆm を持つ信号Ｖc3から生成する位相変調信号Ｐ
（ｔ）の振幅Ａを位相変調器変調信号Ｖpmc （ｔ）によ
って振幅変調し、この振幅変調された位相変調信号Ｐ
（ｔ）を位相変調器１６に与える。
ついて説明する。この発明では位相変調度変調信号発生
回路５３を設け、位相変調度変調信号Ｖ pmc を発生させ
る。この位相変調度変調信号Ｖpmc は位相変調信号Ｐ
（ｔ）の周波数ｆm より充分低い周波数ｆS （ｆS ≪ｆ
m ）の信号ＶC4から生成され、 Ｖpmc （ｔ）＝Ｂsin ωs ｔ で表わされる正弦波信号とされ、位相変調器駆動回路４
８に供給される。位相変調器駆動回路４８では位相変調
周波数ｆm を持つ信号Ｖc3から生成する位相変調信号Ｐ
（ｔ）の振幅Ａを位相変調器変調信号Ｖpmc （ｔ）によ
って振幅変調し、この振幅変調された位相変調信号Ｐ
（ｔ）を位相変調器１６に与える。
【００１６】受光器１７からの出力信号Ｖp は先ず同期
検波回路３９で位相変調周波数ｆm成分を同期検波し、
その同期波出力をＬＰＦ４０を通じて取出し、ジャイロ
出力Ｖ0 を出力端子４１に出力する。これと共に、この
発明では位相変調度変調信号Ｖpmc を受光信号Ｖp の中
から取り出すためのスケールファクタ補正信号検出手段
５４を設け、このスケールファクタ補正信号検出手段５
４から、位相変調度変調信号Ｖpmc をスケールファクタ
補正信号として取り出す。このスケールファクタ補正信
号検出手段５４はこの例では直流成分除去回路５０と、
周波数ｆS 以上の周波数の信号を阻止するＬＰＦ５１
と、周波数ｆS の成分だけを同期検波して取出す同期検
波回路４４とによって構成した場合を示す。
検波回路３９で位相変調周波数ｆm成分を同期検波し、
その同期波出力をＬＰＦ４０を通じて取出し、ジャイロ
出力Ｖ0 を出力端子４１に出力する。これと共に、この
発明では位相変調度変調信号Ｖpmc を受光信号Ｖp の中
から取り出すためのスケールファクタ補正信号検出手段
５４を設け、このスケールファクタ補正信号検出手段５
４から、位相変調度変調信号Ｖpmc をスケールファクタ
補正信号として取り出す。このスケールファクタ補正信
号検出手段５４はこの例では直流成分除去回路５０と、
周波数ｆS 以上の周波数の信号を阻止するＬＰＦ５１
と、周波数ｆS の成分だけを同期検波して取出す同期検
波回路４４とによって構成した場合を示す。
【００１７】直流成分除去回路５０及びＬＰＦ５１によ
り位相変調度変調信号Ｖpmc より周波数が高い位相変調
周波数ｆm 成分及びその高調波成分をＬＰＦ５１によっ
て除去し、更に直流成分を直流成分除去回路５０によっ
て除去して周波数ｆS をもつ成分を取り出す。その結
果、同期検波回路４４に入力される信号Ｖinは、 Ｖin＝ (I/2)・ＫA ・Ｋop・Ｋpd・ＫJ ・cos Δφs ・sin ωs ｔ ＋（sin ωs ｔの高調波成分） （４） ここで、ＫA ：直流成分除去回路５０〜ＬＰＦ５１まで
の利得 ＫJ ：Ｘ値の変調によって生じるＪ0 （ｘ）の振幅（Ｋ
J ＝Ｂ・ＫXJ・ＫVX） ωS （＝２πｆS ）：位相変調度変調角周波数（Ｘ値の
変調角周波数） ＫXJ：Ｘ＝１．８４近辺におけるＸ値に対するＪ
0 （ｘ）の変化率 ＫVX：位相変調度変調信号に対するＸ値の利得 で表わされる。
り位相変調度変調信号Ｖpmc より周波数が高い位相変調
周波数ｆm 成分及びその高調波成分をＬＰＦ５１によっ
て除去し、更に直流成分を直流成分除去回路５０によっ
て除去して周波数ｆS をもつ成分を取り出す。その結
果、同期検波回路４４に入力される信号Ｖinは、 Ｖin＝ (I/2)・ＫA ・Ｋop・Ｋpd・ＫJ ・cos Δφs ・sin ωs ｔ ＋（sin ωs ｔの高調波成分） （４） ここで、ＫA ：直流成分除去回路５０〜ＬＰＦ５１まで
の利得 ＫJ ：Ｘ値の変調によって生じるＪ0 （ｘ）の振幅（Ｋ
J ＝Ｂ・ＫXJ・ＫVX） ωS （＝２πｆS ）：位相変調度変調角周波数（Ｘ値の
変調角周波数） ＫXJ：Ｘ＝１．８４近辺におけるＸ値に対するＪ
0 （ｘ）の変化率 ＫVX：位相変調度変調信号に対するＸ値の利得 で表わされる。
【００１８】（４）式は、（２）式で示されたＪ
o （ｘ）成分を表わしたもので、Ｘ値が定数であるなら
ばＪo （ｘ）成分は、直流であるため直流成分除去回路
５０で除去され同期検波回路４４に入力信号として現わ
れてこない。これに対しこの発明では、位相変調器駆動
回路４８によって発生される位相変調信号Ｐ（ｔ）の振
幅Ａを位相変調度変調信号発生回路５２によって発生さ
れる位相変調度変調信号Ｖpmc （ｔ）（＝Ｂsin ω
s ｔ）によって変調させているため（４）式に示す通り
Ｊo （ｘ）成分が周波数ｆS をキャリアとする信号とし
て現われてくる。
o （ｘ）成分を表わしたもので、Ｘ値が定数であるなら
ばＪo （ｘ）成分は、直流であるため直流成分除去回路
５０で除去され同期検波回路４４に入力信号として現わ
れてこない。これに対しこの発明では、位相変調器駆動
回路４８によって発生される位相変調信号Ｐ（ｔ）の振
幅Ａを位相変調度変調信号発生回路５２によって発生さ
れる位相変調度変調信号Ｖpmc （ｔ）（＝Ｂsin ω
s ｔ）によって変調させているため（４）式に示す通り
Ｊo （ｘ）成分が周波数ｆS をキャリアとする信号とし
て現われてくる。
【００１９】図５は、位相変調レベルを正弦波で変調さ
せたことによってＸ値が図５のように正弦波で変化し、
その結果において（２）式で示したＪo （ｘ）成分の一
部を交流的に取り出すことができるようになる。図４に
おいて曲線は、Ｊ0 （ｘ）のＸに対する変化率を表わ
し、その式を以下に示す。
せたことによってＸ値が図５のように正弦波で変化し、
その結果において（２）式で示したＪo （ｘ）成分の一
部を交流的に取り出すことができるようになる。図４に
おいて曲線は、Ｊ0 （ｘ）のＸに対する変化率を表わ
し、その式を以下に示す。
【００２０】 Ｊo (x) のＸに対する変化率 ＝｛Ｊ0 （ｘm ）−Ｊ0 （ｘm-1 ）｝／（Ｘm −Ｘm-1 ） （５） （ｍ：整数） このＪo （ｘ）のＸに対する変化率は、当該位相変調器
の動作点Ｘ＝１．８４で最大値を示し、且つ一定値を示
すようになり、位相変調レベルの変動に対し安定な信号
を得ることができる。（４）式で示した信号Ｖinは、同
期検波回路４４において位相変調度変調信号Ｖpmc と同
じ周波数ｆS である参照信号ＶCZにより同期検波されＬ
ＰＦ５２で交流成分が除去される。この時の出力Ｖ
S は、次式で表わされる。
の動作点Ｘ＝１．８４で最大値を示し、且つ一定値を示
すようになり、位相変調レベルの変動に対し安定な信号
を得ることができる。（４）式で示した信号Ｖinは、同
期検波回路４４において位相変調度変調信号Ｖpmc と同
じ周波数ｆS である参照信号ＶCZにより同期検波されＬ
ＰＦ５２で交流成分が除去される。この時の出力Ｖ
S は、次式で表わされる。
【００２１】 Ｖs ＝（I/2)・ＫA ・Ｋop・Ｋpd・ＫJ ・ＫPSD2・cos Δφs （６） ここで、ＫPSD2：同期検波回路４４〜ＬＰＦ５２までの
利得 この信号ＶS は、基準電圧発生回路４６からの基準電圧
ＶR と差動演算器４５によって差動演算され、その差分
Ｖe が例えば積分器により構成される電気フィルタ４７
に入力される。電気フィルタ４７からの出力は、光源駆
動回路３７に供給され、差分Ｖe が零となるように光源
１１の光量Ｉが制御される。ここでは、信号ＶS が一定
となるように光源１１の光量Ｉを制御したが、受光器１
７の後段に配置した自動利得制御回路４９の利得を電気
フィルタ４７の出力で制御することによっても同様の結
果を得ることができる。この結果（ｂ）式で示した信号
ＶSは、一定値を取ることになる。
利得 この信号ＶS は、基準電圧発生回路４６からの基準電圧
ＶR と差動演算器４５によって差動演算され、その差分
Ｖe が例えば積分器により構成される電気フィルタ４７
に入力される。電気フィルタ４７からの出力は、光源駆
動回路３７に供給され、差分Ｖe が零となるように光源
１１の光量Ｉが制御される。ここでは、信号ＶS が一定
となるように光源１１の光量Ｉを制御したが、受光器１
７の後段に配置した自動利得制御回路４９の利得を電気
フィルタ４７の出力で制御することによっても同様の結
果を得ることができる。この結果（ｂ）式で示した信号
ＶSは、一定値を取ることになる。
【００２２】ここで微小入力角速度域では、cos Δφs
＝１であり、又ＫA 、Ｋpd、Ｋpsd2は、電気部品で決定
されるものであり適切に選定すれば定数と見なすことが
できる。一方ＫJ は、Ｘ＝１．８４近辺でのＪo （ｘ）
成分の利得を示すものであるが位相変調度変調信号Ｖ
pmc の振幅Ｂを安定に保てば、先にも述べたようにＪo
（ｘ）のＸに対する変化率が安定な位置を利用している
ため定数と見なすことができる。
＝１であり、又ＫA 、Ｋpd、Ｋpsd2は、電気部品で決定
されるものであり適切に選定すれば定数と見なすことが
できる。一方ＫJ は、Ｘ＝１．８４近辺でのＪo （ｘ）
成分の利得を示すものであるが位相変調度変調信号Ｖ
pmc の振幅Ｂを安定に保てば、先にも述べたようにＪo
（ｘ）のＸに対する変化率が安定な位置を利用している
ため定数と見なすことができる。
【００２３】（６）式に示したＶS の構成要素の中でＫ
opは、光学損失を示すもので周囲温度で大きく変化する
が、光源１１の光量Ｉを制御することによって光量Ｉと
光学損失Ｋopの積Ｉ・Ｋopは一定となる。一方、ジャイ
ロ出力Ｖ0 は、（３）式と等価であることを述べた。
（３）式においてＫpd、ＫPSD1は、同様に定数と見なす
ことができる。Ｊ1 （ｘ）は、位相変調の動作点をＸ＝
１．８４にもってきているので図４の（Ａ）点に示すよ
うにＸの変動に対し安定である。よってＪ1 （ｘ）は、
定数と見なすことができる。Ｉ・Ｋopは信号ＶS の値を
一定に保つスケールファクタ安定化制御のため一定とな
り、ジャイロ出口Ｖ0 のスケールファクタを安定に保つ
ことができるようになる。
opは、光学損失を示すもので周囲温度で大きく変化する
が、光源１１の光量Ｉを制御することによって光量Ｉと
光学損失Ｋopの積Ｉ・Ｋopは一定となる。一方、ジャイ
ロ出力Ｖ0 は、（３）式と等価であることを述べた。
（３）式においてＫpd、ＫPSD1は、同様に定数と見なす
ことができる。Ｊ1 （ｘ）は、位相変調の動作点をＸ＝
１．８４にもってきているので図４の（Ａ）点に示すよ
うにＸの変動に対し安定である。よってＪ1 （ｘ）は、
定数と見なすことができる。Ｉ・Ｋopは信号ＶS の値を
一定に保つスケールファクタ安定化制御のため一定とな
り、ジャイロ出口Ｖ0 のスケールファクタを安定に保つ
ことができるようになる。
【００２４】図１では、直流成分除去回路５０、ＬＰＦ
５１、ＬＰＦ５２等を配置したがこれらの回路は無くて
も同様の結果が得られる。又、スケールファクタ補正用
の信号ＶS を発生させるため同期検波回路４４を用いた
が、位相変調度変調周波数ｆ S を中心周波数とするＢＰ
Ｆ（バンドパスフィルタ）を用い、光変換信号Ｖp の中
からsin ωs ｔ成分を取り出しその出力を整流すること
によっても信号ＶS と等価の信号を取り出すことができ
る。
５１、ＬＰＦ５２等を配置したがこれらの回路は無くて
も同様の結果が得られる。又、スケールファクタ補正用
の信号ＶS を発生させるため同期検波回路４４を用いた
が、位相変調度変調周波数ｆ S を中心周波数とするＢＰ
Ｆ（バンドパスフィルタ）を用い、光変換信号Ｖp の中
からsin ωs ｔ成分を取り出しその出力を整流すること
によっても信号ＶS と等価の信号を取り出すことができ
る。
【００２５】いままでは、Ｘ＝１．８４の動作点につい
て説明したが、図４に示すように（Ｂ）点、（Ｃ）点で
もＪ0 （ｘ）のＸに対する変化率が最小になるところで
かつその時にジャイロ出力Ｖ0 として利用できる一次成
分（Ｊ1 （ｘ）が含まれるsin Δφs 成分）が絶対値と
して極大を示し、同じ技術が利用できることは、容易に
推察できよう。
て説明したが、図４に示すように（Ｂ）点、（Ｃ）点で
もＪ0 （ｘ）のＸに対する変化率が最小になるところで
かつその時にジャイロ出力Ｖ0 として利用できる一次成
分（Ｊ1 （ｘ）が含まれるsin Δφs 成分）が絶対値と
して極大を示し、同じ技術が利用できることは、容易に
推察できよう。
【００２６】また別の実施例としてＪ2 （ｘ）のＸに対
する変化率がＸ＝１．８４にピッタリという訳にはいか
ないがかなり近い位置に安定となる所があり、同様にＪ
2 （ｘ）の信号もスケールファクタ安定制御用の補正信
号として使用することができる。この場合には、受光器
１７からの出力信号Ｖp を位相変調周波数ｆm の２倍波
で同期検波し、同期検波出力Ｖ2 を得る。この同期検波
出力Ｖ2 は、Ｊ2 （ｘ）のＸが周波数ｆS で変調される
ことにより周波数ｆS 成分を持つようになる。この同期
検波出力Ｖ2 を周波数ｆS とする参照信号によってさら
に同期検波することによってＪ2 （ｘ）のＸの変調によ
り変化する量を直流化することができるようになる。
する変化率がＸ＝１．８４にピッタリという訳にはいか
ないがかなり近い位置に安定となる所があり、同様にＪ
2 （ｘ）の信号もスケールファクタ安定制御用の補正信
号として使用することができる。この場合には、受光器
１７からの出力信号Ｖp を位相変調周波数ｆm の２倍波
で同期検波し、同期検波出力Ｖ2 を得る。この同期検波
出力Ｖ2 は、Ｊ2 （ｘ）のＸが周波数ｆS で変調される
ことにより周波数ｆS 成分を持つようになる。この同期
検波出力Ｖ2 を周波数ｆS とする参照信号によってさら
に同期検波することによってＪ2 （ｘ）のＸの変調によ
り変化する量を直流化することができるようになる。
【００２７】この直流信号が一定となる様前記と同様に
光源の光量Ｉや電気回路の利得を制御することでスケー
ルファクタの安定化をはかることができる。同期検波出
力Ｖ 2 から周波数ｆS 成分を取り出すのに前記と同様に
ＢＰＦと整流回路により実施することも可能である。同
期検波出力Ｖ2 をスケールファクタ安定化のための補正
信号に使用する方法は、Ｊ2 （ｘ）のＸに対する変化率
がＸ＝１．８４より少しずれていることで先に述べたＪ
0 （ｘ）成分を使用する方法に比べスケールファクタ安
定化の精度は落ちる。
光源の光量Ｉや電気回路の利得を制御することでスケー
ルファクタの安定化をはかることができる。同期検波出
力Ｖ 2 から周波数ｆS 成分を取り出すのに前記と同様に
ＢＰＦと整流回路により実施することも可能である。同
期検波出力Ｖ2 をスケールファクタ安定化のための補正
信号に使用する方法は、Ｊ2 （ｘ）のＸに対する変化率
がＸ＝１．８４より少しずれていることで先に述べたＪ
0 （ｘ）成分を使用する方法に比べスケールファクタ安
定化の精度は落ちる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、位相変
調による不要な光強度変調によって引き起こされるジャ
イロ出力のバイアスエラーを小さく抑えるために位相変
調の動作点を小さく抑えた光干渉角速度計において、位
相変調度（Ｊn （ｘ）のＸの値）を変調し、その結果発
生するＪ0 （ｘ）成分やＪ2 （ｘ）成分を取り出しこの
出力が一定となる様、光源光量や電気回路利得を制御す
る系を作ることにより周囲温度によって変動する光学系
の損失などの影響を抑え、光干渉角速度計の入出力スケ
ールファクタを安定に保つことが出来る効果が得られ
る。
調による不要な光強度変調によって引き起こされるジャ
イロ出力のバイアスエラーを小さく抑えるために位相変
調の動作点を小さく抑えた光干渉角速度計において、位
相変調度（Ｊn （ｘ）のＸの値）を変調し、その結果発
生するＪ0 （ｘ）成分やＪ2 （ｘ）成分を取り出しこの
出力が一定となる様、光源光量や電気回路利得を制御す
る系を作ることにより周囲温度によって変動する光学系
の損失などの影響を抑え、光干渉角速度計の入出力スケ
ールファクタを安定に保つことが出来る効果が得られ
る。
【図１】この発明の一実施例を説明するためのブロック
図。
図。
【図２】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図３】図２の動作を説明するためのグラフ。
【図４】図２の動作を説明するためのグラフ。
【図５】図２の動作を説明するためのグラフ。
１１ 光源 １２ 光カプラ １３ 偏光子 １４ 光カプラ １５ 光ファイバコイル １６ 位相変調器 １７ 受光器 ３７ 光源駆動回路 ３９ 同期検波回路 ４０ ＬＰＦ ４１ 出力端子 ４２ 第１クロック発生回路 ４３ 第２クロック発生回路 ４４ 同期検波回路 ４５ 差動演算器 ４６ 基準電圧発生回路 ４７ 電気フィルタ ４８ 位相変調器駆動回路 ５０ 直流成分除去回路 ５１，５２ ＬＰＦ ５３ 位相変調度変調信号発生回路 ５４ スケールファクタ補正信号検出手段
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも一周する光学路と、この光学
路に対して光源よりの光を右回り光及び左回り光として
入射する分岐手段と、上記光学路を伝搬してきた右回り
光と左回り光を干渉させる干渉手段と、上記分岐手段と
上記光学路の一端との間にこれらと縦続的に配置されて
右回り光及び左回り光に位相変化を与える位相変調手段
と、上記干渉光の光強度を電気信号として検出する受光
器と、この受光器からの出力の中の上記位相変調手段の
変調周波数成分を同期検波し角速度情報を出力する同期
検波回路とを有する光干渉角速度計において、 上記位相変調手段によって与えられる位相変調度を交番
に変化させる位相変調度変調信号発生回路と、上記受光
器からの出力の中の上記位相変調度変調回路からの周波
数成分を出力するスケールファクタ補正信号検出手段
と、そのスケールファクタ補正信号検出手段からの出力
を利用して上記同期検波回路からの出力信号の入出力ス
ケールファクタが一定となるように制御する制御手段
と、 を有することを特徴とする光干渉角速度計。 - 【請求項２】 上記制御手段は、上記スケールファクタ
補正信号発生手段からの出力と基準電圧発生回路からの
基準電圧と引き算する減算手段と、その減算手段からの
出力によって上記光源の光量を制御する光源駆動回路か
らなることを特徴とする請求項１記載の光干渉角速度
計。 - 【請求項３】 上記光源駆動回路の代りに上記減算手段
からの出力によって上記受光器又はそれ以降の回路利得
を制御する自動利得制御回路が用いられることを特徴と
する請求項１記載の光干渉角速度計。 - 【請求項４】 上記スケールファクタ補正信号検出手段
は、上記受光器からの出力に含まれている上記位相変調
手段により生じた信号成分の内、第１種ベッセン関数の
０次成分（Ｊ0 （ｘ））を選択的に取り出すものである
請求項１、２、３の何れかに記載の光干渉角速度計。 - 【請求項５】 上記スケールファクタ補正信号検出手段
は、上記受光器からの出力に含まれている上記位相変調
手段により生じた信号成分の内、第１種ベッセル関数の
２次成分（Ｊ2 （ｘ））を選択的に取り出すものである
請求項１、２、３の何れかに記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7850496A JPH09269230A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7850496A JPH09269230A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 光干渉角速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269230A true JPH09269230A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13663790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7850496A Withdrawn JPH09269230A (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09269230A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010139504A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | 光ファイバジャイロスコープの決定論的制御ループの自動利得制御 |
-
1996
- 1996-04-01 JP JP7850496A patent/JPH09269230A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010139504A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | 光ファイバジャイロスコープの決定論的制御ループの自動利得制御 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030603 |