JPH0961174A - 光ファイバジャイロ装置 - Google Patents

光ファイバジャイロ装置

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JPH0961174A
JPH0961174A JP22076695A JP22076695A JPH0961174A JP H0961174 A JPH0961174 A JP H0961174A JP 22076695 A JP22076695 A JP 22076695A JP 22076695 A JP22076695 A JP 22076695A JP H0961174 A JPH0961174 A JP H0961174A
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JP
Japan
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optical fiber
light
time
phase
phase difference
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Application number
JP22076695A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Imamura
良明 今村
Takeshi Hojo
武 北條
Shuichi Fujimoto
修一 藤本
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 3軸方向の角速度を検出するために3つの光
ファイバジャイロを含む光ファイバジャイロ装置におい
て、信号処理系及び演算系の構造を簡単化することを目
的とする。 【解決手段】 X、Y及びZ光ファイバジャイロの各々
において、位相変調器によって干渉光の強さ信号に生成
される位相差Δβは1周期Tのうち第1の時間τではΔ
β=π/2となり第2の時間τではΔβ=−π/2とな
り残りの時間T−2τでは0となる。周期Tは光が上記
光ファイバループを伝播するのに要する時間τの少なく
とも2倍より大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば航空機、船
舶、自動車等の角速度計として使用して好適な光ファイ
バジャイロ装置に関し、より詳細には干渉型のディジタ
ル変調方式の光ファイバジャイロ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバジャイロは角速度を計測する
装置として広く使用されており、小型で且つ高い信頼性
を有する長所がある。光ファイバジャイロは光のサグナ
ック効果(サニャック効果ともいう。)を利用して角速
度を計測するように構成されている。干渉型の光ファイ
バジャイロとして、位相変調方式、セロダイン変調方式
及びディジタル変調方式等があるが、ディジタル変調方
式はバイアス特性がよくディジタル式の演算系に適して
いる等の優れた点を有する。
【0003】図6を参照して従来のディジタル変調方式
の光ファイバジャイロを説明する。尚、斯かるディジタ
ル変調方式の光ファイバジャイロは本願出願人と同一の
出願人によって平成4年10月21日に出願された特願
平4−283223号に開示されたものであり、詳細は
同出願を参照されたい。光ファイバジャイロ装置は、半
導体レーザ、発光ダイオード等の発光器1と検出光を電
流に変換する受光器2と1本の光ファイバを複数回巻い
て形成された光ファイバループ3と偏光子4と光ファイ
バを伝播する光を合成し又は分岐する第1及び第2のカ
プラ5、6と光ファイバループ3の一端に設けられた位
相変調器8とを有する。
【0004】発光器1より出力された光は第1のカプラ
5及び偏光子4を経由し、第2のカプラ6によって2つ
の伝播光に分岐され、光ファイバループ3を互いに反対
方向に伝播する。即ち、一方は光ファイバループ3を右
周りに伝播し、他方は左周りに伝播する。
【0005】光ファイバループ3に外から角速度Ωが加
わると、サグナック効果によって、光ファイバループ3
内を互いに反対方向に伝播する光の間に位相差Δθが生
じる。斯かる位相差Δθはサグナック位相差と称され、
角速度Ωに比例し、次の式で表される。
【0006】
【数1】Δθ=(2πDL/λc)Ω
【0007】ここに、Dは光ファイバループ3のループ
径、Lは光ファイバループ3の長さ、λは発光器1から
出力される光の波長、cは光速、Ωは光ファイバループ
3のループの中心軸線周りの角速度を表す。
【0008】光ファイバループ3を右周りに伝播する光
と左周りに伝播する光は位相変調器8によってそれぞれ
位相変調される。光ファイバループ3を右周りに伝播す
る光EC と左周りに伝播する光ECCは光ファイバループ
3の両端にて次のように表される。
【0009】
【数2】EC =E0 sin(ωt−Δθ/2+β0 ) ECC=E0 sin(ωt+Δθ/2+βT
【0010】ここに、E0 は振幅、ωは光の周波数に対
する角周波数、tは時間、Δθ/2はサグナック効果に
より生じた位相差、β0 及びβT は位相変調器8によっ
て生成された位相差である。右周りに伝播する光EC
位相差β0 は光ファイバループ3を右周りに伝播してか
ら光ファイバループ3の出口にて位相変調されて生成し
たものであり、左周りに伝播する光ECCの位相差βT
光ファイバループ3の入口にて位相変調されてから光フ
ァイバループ3を左周りに伝播した光に生成されたもの
である。
【0011】斯かる2つの伝播光EC 、ECCは第2のカ
プラ6によって合成され、干渉光が生成される。斯かる
干渉光は第1のカプラ5及び偏光子4を経由して受光器
2によって検出される。受光器2によって検出される干
渉光の強さIは次の式によって表される。
【0012】
【数3】 I=2E0 2〔1+cos(Δθ+βT −β0 )〕 =2E0 2〔1+cos(Δθ+Δβ)〕 =I0 (1+cosx)
【0013】但し、Δβ=βT −β0 、x=Δθ+Δβ
である。I0 =2E0 2である。Δθは外力角速度Ωによ
って生成されたサグナック位相差、Δβは位相変調器8
によって生成された位相差である。
【0014】ディジタル変調方式によると、位相変調器
8によって干渉光の強さIに生成される位相差Δβは、
時間τ毎にΔβ1 =+π/2とΔβ2 =−π/2に交互
に変化する矩形波である。従って、干渉光の強さ信号I
は、数3の式にΔβ=±π/2を代入して、次のように
表される。
【0015】
【数4】 I1 =I0 {1+cos(Δθ+Δβ1 )} =I0 {1+cos(Δθ+π/2)} =I0 (1−sinΔθ) I2 =I0 {1+cos(Δθ+Δβ2 )} =I0 {1+cos(Δθ−π/2)} =I0 (1+sinΔθ)
【0016】これより、位相差がΔβ1 =+π/2のと
きとΔβ2 =−π/2のときの干渉光の強さIの差ΔI
=I2 −I1 を求める。
【0017】
【数5】 ΔI=I2 −I1 =I0 (1+sinΔθ)−I0 (1−sinΔθ) =2I0 sinΔθ
【0018】定数I0 は、サグナック位相差Δθ=0且
つ位相差Δβ=0のときの干渉光の強さIより予め求め
ることができる。こうして、ディジタル変調方式による
と、位相変調器8によって干渉光Iに時間τ毎に変化す
る位相差Δβ=±π/2を生成し、位相差がΔβ1 =+
π/2のときの光の強さI1 とΔβ2 =−π/2のとき
の光の強さI2 の差ΔIを計測し、数5の式の逆算をす
ることによってサグナック位相差Δθを求めることがで
きる。
【0019】図7〜図8を参照してディジタル変調方式
を具体的に説明する。ディジタル変調方式によると、右
周りの光EC はその位相差β0 が例えば図7Aに示すよ
うに周期2τ且つ振幅π/4の周期的な矩形波となるよ
うに位相変調され、左周りの光ECCはその位相差βT
例えば図7Bに示すように周期2τ且つ振幅π/4の周
期的な矩形波となるように位相変調される。左周りの光
CCの位相差βT は右周りの光EC の位相差の波形と同
一の矩形波を有するが、右周りの光EC の位相差に対し
て時間τだけ遅れている。
【0020】こうして、右周りの光EC の位相差β0
左周りの光ECCの位相差βT との差、即ち位相差Δβ=
β0 −βT は図7Cに示すように時間τ毎に交互に+π
/2と−π/2に変化する矩形波となる。
【0021】図7Dは数3の式の位相x=Δθ+Δβの
波形を表す。光ファイバジャイロに角速度Ωが働かない
ときは、Δθ=0だから図7Dの位相xの波形は図7C
の位相差Δβに一致する。
【0022】次に、図8を参照して、数3の式を使用し
て、位相差ΔβがΔβ1 =+π/2のときの干渉光の強
さI1 、Δβ2 =−π/2のときの干渉光の強さI2
求める方法を示す。
【0023】図8Aは数3の式のグラフであり、位相差
xと光の強さIの関係を表すのによく用いられる。斯か
るグラフにて、横軸は位相差x(=Δθ+Δβ)、縦軸
は干渉光の強さI(x)である。図8Aの下側に示され
た図8B及び図8Cは横軸(図8Aの縦軸方向)が時
間、縦軸(図8Aの横軸方向)が位相x(=Δθ+Δ
β)である。図8Aの右側に示された図8D及び図8E
は横軸(図8Aの横軸方向)が時間、縦軸(図8Aの縦
軸方向)が干渉光の強さIである。
【0024】図8Bはサグナック位相差Δθ=0の場合
の位相x(=Δθ+Δβ)の波形を示し、図7Cの波形
に対応している。図8Dは斯かる場合の干渉光の強さI
を表す。同様に、図8Cはサグナック位相差Δθ≠0の
場合の位相x(=Δθ+Δβ)の波形を示し、図7Dの
波形に対応している。図8Eは斯かる場合の干渉光の強
さIを表す。
【0025】サグナック位相差Δθ=0の場合には、図
8Bに示すように位相xの値が+π/2と−π/2とに
交互に変化しても、干渉光の強さIは図8Dに示すよう
に(スパイク状の突起部を除いて)一定値となる。しか
しながら、サグナック位相差Δθ≠0の場合には、図8
Cに示すように位相xの値は時間τ毎に交互にΔθ−π
/2とΔθ+π/2に変化し、このとき干渉光の強さI
は図8Eに示すように(スパイク状の突起部を除いて)
時間τ毎に交互に変化する。
【0026】図8Dにて干渉光の強さIの値が時間τ毎
にスパイク状の突起部を有するのは、図8Bの波形にて
示す位相xの値が−π/2と+π/2との間を変化する
ときに、図8Aの正弦波の干渉光の強さIが増加するか
らである。同様に、図8Eにて干渉光の強さIの値が時
間τ毎にスパイク状の突起部を有するのは、図8Cの波
形にて示す位相xの値がΔθ−π/2とΔθ+π/2の
間を変化するときに、図8Aの正弦波の干渉光の強さI
が増加するからである。
【0027】図8Eの矩形波がハイレベルにあるのは位
相x=Δθ−π/2のときの干渉光の強さI2 を表し、
矩形波がロウレベルにあるのは位相x=Δθ+π/2の
ときの干渉光の強さI1 を表す。従って、図8Eの矩形
波のハイレベルとロウレベルの差は、干渉光の強さの偏
差Δ=I2 −I1 に対応している。
【0028】即ち、図8Eの矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差の大きさは数5の式の右辺を表す。こうし
て、ディジタル変調方式では、図8Aの光の強さIを示
す正弦波より、図8Eの干渉光の強さIの矩形波を生成
し、斯かる矩形波のハイレベルとロウレベルの差より数
5の式によってΔθが求められる。
【0029】再び図6を参照して説明する。本例の光フ
ァイバジャイロは更にタイミング信号発生器9と位相変
調信号発生部10とAD変換器11と信号処理部12と
を有する。タイミング信号発生器9は周期τのタイミン
グ信号を生成してそれを位相変調信号発生部10及び信
号処理部12に供給する。位相変調信号発生部10は図
7A、図7B及び図7Cに示す如き位相差β0 、βT
Δβを生成するための位相変調器駆動信号を生成する。
【0030】一方、A/D変換器11は電流電圧変換器
7からの電圧信号(図8D及び図8Eに示す。)を入力
して、干渉光の強さIを示すディジタル信号を生成し、
その値I1 及びI2 を信号処理部12に供給する。
【0031】図9に信号処理部12の構成例を示す。信
号処理部12はタイミング信号発生器9からのタイミン
グ信号に基づいて作動するゲート回路20とゲート回路
20の作動に基づいて2つのディジタル値I1 、I2
交互に記憶する第1及び第2のレジスタ21A、21B
と、数5の式の引き算をする減算部23と数1の式の演
算をする演算部25とを有する。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバジャイロは
光ファイバループ3の中心軸線周りの角速度Ωを検出す
るように構成されており、3軸方向の角速度を検出する
場合には3つの光ファイバジャイロを各光ファイバルー
プ3の中心軸線が互いに直交するように配置して使用す
る。
【0033】従って、各光ファイバジャイロはそれぞれ
タイミング信号発生器9と位相変調信号発生部10とA
D変換器11と信号処理部12とを有し、これらは重複
して設けられていた。
【0034】本発明は斯かる点に鑑み、3軸方向の角速
度を検出するために3つの光ファイバジャイロを含む光
ファイバジャイロ装置において、信号処理系及び演算系
の構造を簡単化することを目的とする。
【0035】
【課題を解決するための手段】本発明によると、X軸周
りの角速度を計測するX光ファイバジャイロ、Y軸周り
の角速度を計測するY光ファイバジャイロ及びZ軸周り
の角速度を計測するZ光ファイバジャイロとを有し、上
記3つの光ファイバジャイロの各々は、光源と、光ファ
イバループと、該光ファイバループ内を互いに反対方向
に伝搬する第1及び第2の伝播光を位相変調する位相変
調器と、上記第1の伝播光と第2の伝播光の干渉光を検
出する受光器と、を有し、上記干渉光に発生するサグナ
ック位相差Δθより角速度Ωを求めるように構成された
光ファイバジャイロ装置において、上記3つの光ファイ
バジャイロの各々において上記位相変調によって上記干
渉光の強さ信号に生成される位相差Δβは1周期Tのう
ち第1の時間τではΔβ=π/2となり第2の時間τで
はΔβ=−π/2となり残りの時間T−2τでは0とな
り、上記周期Tは光が上記光ファイバループを伝播する
のに要する時間τの少なくとも6倍より大きいことを特
徴とする。
【0036】本発明によると、光ファイバジャイロ装置
において、上記3つの光ファイバジャイロの各々におい
て上記1周期Tのうち上記第1の時間τにおける上記干
渉光の強さ信号I1 と上記第2の時間τにおける上記干
渉光の強さ信号I2 の差ΔIより上記サグナック位相差
Δθを求めることを特徴とする。
【0037】本発明によると、光ファイバジャイロ装置
において、上記2つの干渉光の強さ信号I1 、I2 の差
ΔIより上記サグナック位相差Δθを求める演算は上記
1周期Tのうちの上記残りの時間T−2τにて実施する
ことを特徴とする。
【0038】本発明によると、光ファイバジャイロ装置
において、上記X光ファイバジャイロにおける干渉光の
強さ信号に生成される位相差ΔβX と上記Y光ファイバ
ジャイロにおける干渉光の強さ信号に生成される位相差
ΔβY と上記Z光ファイバジャイロにおける干渉光の強
さ信号に生成される位相差ΔβZ とは互いに同一波形で
あり且つ時間2τだけ位相が異なることを特徴とする。
【0039】本発明によると、光ファイバジャイロ装置
において、上記3つの光ファイバジャイロの各受光器か
らの信号をマルチプレクサを経由して順次入力するA/
D変換器と該A/D変換器の出力信号を順次記憶する3
対のレジスタと3対のレジスタの出力信号を入力して減
算して上記2つの干渉光の強さ信号I1 、I2 の差ΔI
を求める3つの減算部と該3つの減算部の出力信号より
角速度を演算する3つの演算部とを有することを特徴と
する。
【0040】本発明によると、光源と、光ファイバルー
プと、該光ファイバループ内を互いに反対方向に伝搬す
る第1及び第2の伝播光を位相変調する位相変調器と、
上記第1の伝播光と第2の伝播光の干渉光を検出する受
光器と、を有し、上記干渉光に発生するサグナック位相
差Δθより角速度Ωを求めるように構成された光ファイ
バジャイロにおいて、上記位相変調によって上記干渉光
の強さ信号に生成される位相差Δβは1周期Tのうち第
1の時間τではΔβ=π/2となり第2の時間τではΔ
β=−π/2となり残りの時間T−2τでは0となり、
上記周期Tは光が上記光ファイバループを伝播するのに
要する時間τの少なくとも2倍より大きいことを特徴と
する。
【0041】各光ファイバジャイロにおいて、位相変調
器8によって干渉光の強さ信号Iに位相差Δβが生成さ
れる。斯かる位相差Δβは1周期Tのうち最初の時間τ
毎に交互にπ/2と−π/2に変化し残りの時間T−2
τで0となる信号である。1周期Tは光が光ファイバル
ープ3を伝播するのに要する時間τの2倍より大きい。
【0042】3つの光ファイバジャイロにおける干渉光
の強さ信号に生成される位相差Δβ X 、ΔβY 、ΔβZ
は互いに同一波形であり且つ時間2τだけ互いに位相が
異なる。従ってX光ファイバジャイロ、Y光ファイバジ
ャイロ及びZ光ファイバジャイロの各々より得られる干
渉光の強さ信号は1つの信号処理系及び演算系によって
処理されることができる。
【0043】またX光ファイバジャイロ、Y光ファイバ
ジャイロ及びZ光ファイバジャイロの各々の位相変調器
に供給する位相変調器駆動信号は1つの位相変調信号発
生部によって生成されることができる。また信号処理系
及び演算系に供給するタイミング信号は1つのタイミン
グ信号発生器によって生成されることができる。
【0044】
【発明の実施の形態】図1に本発明による光ファイバジ
ャイロ装置の主要部を示す。本発明の光ファイバジャイ
ロ装置はX軸周りの角速度を検出するためのX光ファイ
バジャイロとY軸周りの角速度を検出するためのY光フ
ァイバジャイロとZ軸周りの角速度を検出するためのZ
光ファイバジャイロとを有し、各光ファイバジャイロは
図6に示した如き、光源としての発光器1と受光器2と
光ファイバループ3と偏光子4と2つのカプラ5、6と
電流電圧変換器7とを有してよい。図1には各光ファイ
バジャイロの電流電圧変換器7−1、7−2、7−3と
位相変調器8−1、8−2、8−3を示す。
【0045】本例による光ファイバジャイロ装置は更に
マルチプレクサ13とタイミング信号発生器9と位相変
調信号発生部10とA/D変換器11と信号処理部(C
PU)12とを有する。
【0046】図2を参照して本例によるディジタル変調
方式について説明する。図2はX光ファイバジャイロに
おける位相差を示す。本例によると、光ファイバループ
3を右周りに伝播する光EC の位相差β0 は、図2Aに
示すように、時間τにてπ/2となる周期Tの矩形波パ
ルスとなる。時間τは光が光ファイバループ3を伝播す
るのに要する時間である。周期Tは少なくとも時間τの
2倍より大きく、好ましくは6倍よりも大きい。光ファ
イバループ3を左周りに伝播する光ECCの位相差β
T は、図2Bに示すように、図2Aの矩形波パルスより
時間τだけ遅れた矩形波パルスとなる。
【0047】従って干渉光の強さ信号IP に生成される
位相差Δβ=β0 −βT は図2Cに示す如き、1周期T
の最初の時間τではΔβ=π/2、次の時間τではΔβ
=−π/2、残りの時間T−2τではΔβ=0となる。
外力角速度が加わるとサグナック位相差Δθが生じ、干
渉光の強さ信号IP の位相差xは、図2Dに示すよう
に、x=Δθ+Δβとなる。
【0048】1周期Tの最初の時間τにおける干渉光の
強さ信号をI1 、次の時間τにおける干渉光の強さ信号
をI2 とすると、上述の数4の式が成り立つ。1周期T
の残りの時間T−2τにおける干渉光の強さ信号をI3
とすると、干渉光の強さ信号をI3 は数3の式にΔβ=
0を代入して得られる。斯かる干渉光の強さ信号を
1 、I2 、I3 は次のように表される。
【0049】
【数6】 I1 =I0 {1+cos(Δθ+Δβ1 )} =I0 {1+cos(Δθ+π/2)} =I0 (1−sinΔθ) I2 =I0 {1+cos(Δθ+Δβ2 )} =I0 {1+cos(Δθ−π/2)} =I0 (1+sinΔθ) I3 =I0 (1+cosΔθ)
【0050】従って本例では、同様にこの数6の式の2
つの式より数5の式が得られる。従って斯かる2つの干
渉光の強さ信号のI1 、I2 のΔI差よりサグナック位
相差Δθが求められる。
【0051】図3は図8と同様な数3の式のグラフであ
り、位相差xと光の強さIの関係を表す。図3を参照し
て、数5の式又は数6の式を使用して、位相差ΔβがΔ
β1=+π/2のときの干渉光の強さI1 、Δβ2 =−
π/2のときの干渉光の強さI2 を求める方法を示す。
【0052】斯かるグラフにて、横軸は位相x(=Δθ
+Δβ)、縦軸は干渉光の強さI(x)である。図3A
の下側に示された図3B及び図3Cは横軸(図3Aの縦
軸方向)が時間、縦軸(図3Aの横軸方向)が位相x
(=Δθ+Δβ)である。図3Aの右側に示された図3
D及び図3Eは横軸(図3Aの横軸方向)が時間、縦軸
(図3Aの縦軸方向)が干渉光の強さIである。
【0053】図3Bはサグナック位相差Δθ=0の場合
の位相x(=Δθ+Δβ)の波形を示し、図2Cの波形
に対応している。図3Dは斯かる場合の干渉光の強さI
を表す。同様に、図3Cはサグナック位相差Δθ≠0の
場合の位相x(=Δθ+Δβ)の波形を示し、図2Dの
波形に対応している。図3Eは斯かる場合の干渉光の強
さIを表す。
【0054】サグナック位相差Δθ=0の場合には、図
3Bに示すように位相xの値は1周期Tの間に+π/2
と−π/2とに交互に変化してから0となり、干渉光の
強さIは図3Dに示すように(スパイク状の突起部を除
いて)一定値I0 及び2I0となる。しかしながら、サ
グナック位相差Δθ≠0の場合には、図3Cに示すよう
に位相xの値は1周期Tの間に時間τ毎に交互にΔθ−
π/2とΔθ+π/2に変化してからΔθとなり、この
とき干渉光の強さIは図3Eに示すように(スパイク状
の突起部を除いて)時間τ毎に交互に変化してから所定
値I0 (1+cosΔθ)となる。
【0055】図3Dにて干渉光の強さIの値が2つの時
間τの間にスパイク状の突起部を有するのは、図3Bの
波形にて示す位相xの値が−π/2と+π/2との間を
変化するときに、図3Aの正弦波の干渉光の強さIが増
加するからである。同様に、図3Eにて干渉光の強さI
の値が2つの時間τの間にスパイク状の突起部を有する
のは、図3Cの波形にて示す位相xの値がΔθ−π/2
とΔθ+π/2の間を変化するときに、図3Aの正弦波
の干渉光の強さIが増加するからである。
【0056】図3Eの矩形波が所定値I0 (1+cos
Δθ)にあるのは位相x=Δθのときの干渉光の強さI
3 を表し、ハイレベルにあるのは位相x=Δθ−π/2
のときの干渉光の強さI2 を表し、矩形波がロウレベル
にあるのは位相x=Δθ+π/2のときの干渉光の強さ
1 を表す。従って、図3Eの矩形波のハイレベルとロ
ウレベルの差は、干渉光の強さの偏差Δ=I2 −I1
対応している。
【0057】即ち、図3Eの矩形波のハイレベルとロウ
レベルの差の大きさは数5の式の右辺を表す。こうし
て、本例のディジタル変調方式では、図3Aの光の強さ
Iを示す正弦波より、図3Eの干渉光の強さIの矩形波
を生成し、斯かる矩形波のハイレベルとロウレベルの差
より数5の式によってΔθが求められる。
【0058】以上はX光ファイバジャイロについて説明
したが、Y光ファイバジャイロ及びZ光ファイバジャイ
ロにおいても光ファイバループ3を伝播する光は同様に
位相変調される。
【0059】図4を参照して3つの光ファイバジャイロ
の位相変調を説明する。図4AはX光ファイバジャイロ
における干渉光の強さ信号IX の位相差ΔβX の波形を
示し、図2Cと同一のグラフである。図4BはY光ファ
イバジャイロにおける干渉光の強さ信号IY の位相差Δ
βY の波形を示し、図4CはZ光ファイバジャイロにお
ける干渉光の強さ信号IZ の位相差ΔβZ の波形を示
す。
【0060】図示のように、斯かる3つの光ファイバジ
ャイロは同一の位相差波形が生成されるように位相変調
される。しかしながら、3つの光ファイバジャイロの位
相差波形ΔβX 、ΔβY 、ΔβZ は互いに時間2τづつ
遅れている。
【0061】この例では位相差Δβの周期Tは6τであ
るが、上述のように、周期Tは6τより大きければよ
い。こうして、3つの位相差波形ΔβX 、ΔβY 、Δβ
Z の位相を互いに時間2τづつ遅らせ、その周期Tを6
τより大きくすることによって、後に説明するように、
3つの干渉光の強さ信号を1つの信号処理系、例えば1
つのA/D変換器によって処理することができる。
【0062】本例によれば、1周期Tの最初の時間2τ
にて干渉光の強さ信号Iに位相差Δβ=±π/2を生成
し、残り時間T−2τにてサグナック位相差Δθを演算
する。周期Tは一定である必要はなく、毎回異なるもの
であってよい。従って、サグナック位相差Δθを演算す
るための時間T−2τを自由に設定することができる。
【0063】以上は、XYZの3軸の光ファイバジャイ
ロを含む場合を説明したが、1軸の光ファイバジャイロ
のみを使用する場合には、斯かる周期Tは2τより大き
ければよい。
【0064】再び図1を参照する。タイミング信号発生
器9は周期Tのタイミング信号と周期τのタイミング信
号を生成し、マルチプレクサ13、位相変調信号発生部
10及び信号処理部12に供給する。位相変調信号発生
部10はX光ファイバジャイロの位相変調器8−1、Y
光ファイバジャイロの位相変調器8−2及びZ光ファイ
バジャイロの位相変調器8−3にそれぞれ変調器駆動信
号を供給する。X光ファイバジャイロの光ファイバルー
プ3−1を伝播する光はX軸位相変調器8−1によって
位相変調され、、Y光ファイバジャイロの光ファイバル
ープ3−2を伝播する光はY軸位相変調器8−2によっ
て位相変調され、Z光ファイバジャイロの光ファイバル
ープ3−3を伝播する光は位相変調器8−3によって位
相変調される。
【0065】X光ファイバジャイロにおいて干渉光の強
さ信号IPXに図4Aに示す如き位相差ΔβX が生成さ
れ、Y光ファイバジャイロにおいて干渉光の強さ信号I
PYに図4Bに示す如き位相差ΔβY が生成され、Z光フ
ァイバジャイロにおいて干渉光の強さ信号IPZに図4C
に示す如き位相差ΔβZ が生成される。
【0066】各光ファイバジャイロの電流電圧変換器7
−1、7−2、7−3の入力信号I PX、IPY、IPZは数
3の式によって表されるが、その位相差Δβはそれぞれ
図4Aの波形ΔβX 、図4Bの波形ΔβY 、図4Cの波
形ΔβZ である。
【0067】斯かる干渉光の強さを表す電流信号は電流
電圧変換器7−1、7−2、7−3によって電圧信号に
変換される。マルチプレクサ13はタイミング信号発生
器13からのタイミング信号を入力して、3つの電流電
圧変換器7−1、7−2、7−3の出力信号を順次A/
D変換器11に供給する。
【0068】A/D変換器11は、例えば、1周期Tの
最初の時間2τではX軸電流電圧変換器7−1の出力信
号VPXを入力し、1周期Tの次の時間2τではY軸電流
電圧変換器7−2の出力信号VPYを入力し、1周期Tの
更に次の時間2τではZ軸電流電圧変換器7−3の出力
信号VPZを入力する。
【0069】A/D変換器11は図3D及び図3Eに示
す如き矩形波信号の大きさを示すディジタル信号を生成
する。即ち、数6の式によって表される干渉光の強さ信
号I 1 、I2 のディジタル値を次々に生成する。斯かる
A/D変換器11の出力信号は信号処理部12に供給さ
れる。
【0070】図5を参照して信号処理部12の構成及び
動作を説明する。本例の信号処理部12はゲート回路1
2−1と3対のレジスタ12−2A〜12−2Fと3つ
の減算部12−3A、12−3B、12−3Cと3つの
演算部12−4A、12−4B、12−4Cとを有す
る。
【0071】ゲート回路12−1はタイミング信号発生
器9より供給されたタイミング信号によってA/D変換
器11の出力信号を順次6つのレジスタ12−2A〜1
2−2Fに供給する。
【0072】例えば、1周期Tの最初の時間τではX光
ファイバジャイロにおける干渉光の強さのディジタル値
X1が第1のレジスタ12−2Aに登録され、1周期T
の次の時間τではX光ファイバジャイロにおける干渉光
の強さのディジタル値IX2が第2のレジスタ12−2B
に登録される。同様に、1周期Tの第3の時間τではY
光ファイバジャイロにおける干渉光の強さのディジタル
値IY1が第3のレジスタ12−2Cに登録され、1周期
Tの次の時間τではY光ファイバジャイロにおける干渉
光の強さのディジタル値IY2が第4のレジスタ12−2
Dに登録される。同様に、1周期Tの第5の時間τでは
Z光ファイバジャイロにおける干渉光の強さのディジタ
ル値IZ1が第5のレジスタ12−2Eに登録され、1周
期Tの次の時間τではZ光ファイバジャイロにおける干
渉光の強さのディジタル値IZ2が第6のレジスタ12−
2Fに登録される。
【0073】各レジスタ12−2A〜12−2Fは周期
T毎に順次その記録値を減算部12−3A、12−3
B、12−3Cに供給する。斯かる3つの減算部12−
3A、12−3B、12−3Cの各々は、数5の式に従
って各光ファイバジャイロにおける干渉光の強さの差Δ
X 、ΔIY 、ΔIZ を演算する。これは次のように表
される。
【0074】
【数7】 ΔIX =IX2−IX1=IX0(1+sinΔθX )−IX0(1−sinΔθX ) =2IX0sinΔθX ΔIY =IY2−IY1=IY0(1+sinΔθY )−IY0(1−sinΔθY ) =2IY0sinΔθY ΔIZ =IZ2−IZ1=IZ0(1+sinΔθZ )−IZ0(1−sinΔθZ ) =2IZ0sinΔθZ
【0075】各演算部12−4A、12−4B、12−
4Cは各減算部12−3A、12−3B、12−3Cよ
り供給された各光ファイバジャイロにおける干渉光の強
さの差信号ΔIX 、ΔIY 、ΔIZ を入力する。それよ
りサグナック位相差ΔθX 、ΔθY 、ΔθZ を求め、数
1の式によって3軸の角速度ΩX 、ΩY 、ΩZ をそれぞ
れ求める。
【0076】再び図4を参照して各減算部12−3A、
12−3B、12−3Cにおける減算及び各演算部12
−4A、12−4B、12−4Cにおける演算のタイミ
ングを説明する。第1及び第2のレジスタ12−2A、
12−2Bは1周期Tの最初の時間2τにてX光ファイ
バジャイロにおける干渉光の強さ信号IX1、IX2をそれ
ぞれ取り込み、1周期Tの残りの時間T−2τにて第1
の減算部12−3Aにおける減算及び第1の演算部12
−4Aの演算をする。
【0077】例えば、第1及び第2のレジスタ12−2
A、12−2Bは、新しい信号IX1、IX2が供給される
と、保持していた信号IX1、IX2をそれぞれ第1及び第
2の減算部12−3Aに供給し、1周期T後に次の信号
X1、IX2が供給されるまでその新しい信号IX1、IX2
を保持する。その間に、第1の減算部12−3A及び第
1の演算部12−4Aは、供給されたそれらの信号
X1、IX2よりそれぞれの演算をする。これを繰り返
す。第3〜6のレジスタ12−2C〜12−2Fとそれ
に接続された第2及び第3の減算部12−3B、12−
3C及び演算部12−4B、12−4Cの動作も同様で
ある。
【0078】以上本発明の実施例について説明したが本
発明の範囲を逸脱することなく他の様々な例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。
【0079】
【発明の効果】本発明によると、XYZの3軸周りの角
速度を検出するための光ファイバジャイロ装置におい
て、1つのA/D変換器、1つの信号処理部によって3
軸周りの角速度を演算することができる利点がある。
【0080】本発明によると、XYZの3軸周りの角速
度を検出するための3つの光ファイバジャイロを含む光
ファイバジャイロ装置において、各位相変調器に供給す
る信号を生成するためのタイミング信号を1つのタイミ
ング信号発生器によって発生させるから装置の小型化及
び費用の節約をなすことができる利点を有する。
【0081】本発明によると、位相差Δβの周期Tは一
定である必要はなく、毎回異なる値であってもよく、ま
た十分大きい値であってもよい。従って、安価なタイミ
ング信号発生器を使用することができる。また、角速度
Ωを演算するための時間を十分長くとることができるの
で、演算装置として安価なCPUを使用することができ
る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光ファイバジャイロ装置の主要部
を示す図である。
【図2】本発明による光ファイバジャイロ装置における
干渉光の位相差の波形を示す図である。
【図3】干渉光の強さと位相差の関係を示す図である。
【図4】3つの光ファイバジャイロにおいて位相変調器
によって生成される位相差の波形を示す図である。
【図5】本発明による光ファイバジャイロ装置の信号処
理部の例を示す図である。
【図6】従来の光ファイバジャイロの主要部の例を示す
図である。
【図7】従来の光ファイバジャイロの位相差の波形を示
す図である。
【図8】従来の光ファイバジャイロの干渉光の強さと位
相差の関係を示す図である。
【図9】従来の光ファイバジャイロの構成例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 光源 2 受光器 3 光ファイバループ 4 偏光子 5、6 カプラ 7 電流電圧変換器 8 位相変調器 9 タイミング信号発生器 10 位相変調信号発生部 11 A/D変換器 12 信号処理部(CPU)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸周りの角速度を計測するX光ファイ
    バジャイロ、Y軸周りの角速度を計測するY光ファイバ
    ジャイロ及びZ軸周りの角速度を計測するZ光ファイバ
    ジャイロとを有し、上記3つの光ファイバジャイロの各
    々は、光源と、光ファイバループと、該光ファイバルー
    プ内を互いに反対方向に伝搬する第1及び第2の伝播光
    を位相変調する位相変調器と、上記第1の伝播光と第2
    の伝播光の干渉光を検出する受光器と、を有し、上記干
    渉光に発生するサグナック位相差Δθより角速度Ωを求
    めるように構成された光ファイバジャイロ装置におい
    て、 上記3つの光ファイバジャイロの各々において上記位相
    変調によって上記干渉光の強さ信号に生成される位相差
    Δβは1周期Tのうち第1の時間τではΔβ=π/2と
    なり第2の時間τではΔβ=−π/2となり残りの時間
    T−2τでは0となり、上記周期Tは光が上記光ファイ
    バループを伝播するのに要する時間τの少なくとも6倍
    より大きいことを特徴とする光ファイバジャイロ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光ファイバジャイロ装置
    において、 上記3つの光ファイバジャイロの各々において上記1周
    期Tのうち上記第1の時間τにおける上記干渉光の強さ
    信号I1 と上記第2の時間τにおける上記干渉光の強さ
    信号I2 の差ΔIより上記サグナック位相差Δθを求め
    ることを特徴とする光ファイバジャイロ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の光ファイバジャイ
    ロ装置において、 上記2つの干渉光の強さ信号I1 、I2 の差ΔIより上
    記サグナック位相差Δθを求める演算は上記1周期Tの
    うちの上記残りの時間T−2τにて実施することを特徴
    とする光ファイバジャイロ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の光ファイバジ
    ャイロ装置において、上記X光ファイバジャイロにおけ
    る干渉光の強さ信号に生成される位相差ΔβX と上記Y
    光ファイバジャイロにおける干渉光の強さ信号に生成さ
    れる位相差ΔβYと上記Z光ファイバジャイロにおける
    干渉光の強さ信号に生成される位相差Δβ Z とは互いに
    同一波形であり且つ時間2τだけ位相が異なることを特
    徴とする光ファイバジャイロ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載の光ファイ
    バジャイロ装置において、 上記3つの光ファイバジャイロの各受光器からの信号を
    マルチプレクサを経由して順次入力するA/D変換器と
    該A/D変換器の出力信号を順次記憶する3対のレジス
    タと3対のレジスタの出力信号を入力して減算して上記
    2つの干渉光の強さ信号I1 、I2 の差ΔIを求める3
    つの減算部と該3つの減算部の出力信号より角速度を演
    算する3つの演算部とを有することを特徴とする光ファ
    イバジャイロ装置。
  6. 【請求項6】 光源と、光ファイバループと、該光ファ
    イバループ内を互いに反対方向に伝搬する第1及び第2
    の伝播光を位相変調する位相変調器と、上記第1の伝播
    光と第2の伝播光の干渉光を検出する受光器と、を有
    し、上記干渉光に発生するサグナック位相差Δθより角
    速度Ωを求めるように構成された光ファイバジャイロに
    おいて、 上記位相変調によって上記干渉光の強さ信号に生成され
    る位相差Δβは1周期Tのうち第1の時間τではΔβ=
    π/2となり第2の時間τではΔβ=−π/2となり残
    りの時間T−2τでは0となり、上記周期Tは光が上記
    光ファイバループを伝播するのに要する時間τの少なく
    とも2倍より大きいことを特徴とする光ファイバジャイ
    ロ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110107836A1 (en) * 2007-08-31 2011-05-12 Rohm Co., Ltd. Angular velocity signal detection circuit and angular velocity signal detection method

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