JPS60213815A - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
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- JPS60213815A JPS60213815A JP59070452A JP7045284A JPS60213815A JP S60213815 A JPS60213815 A JP S60213815A JP 59070452 A JP59070452 A JP 59070452A JP 7045284 A JP7045284 A JP 7045284A JP S60213815 A JPS60213815 A JP S60213815A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は例えはループ状に構成された光ファイバの光
学路の両端から右回シ光及び左回シ光を入射して互に逆
方向に通った光を互に干渉させ、その干渉光の強度から
その光学路の周方向に与えられた角速度を検出する光干
渉角速度計に関する。
学路の両端から右回シ光及び左回シ光を入射して互に逆
方向に通った光を互に干渉させ、その干渉光の強度から
その光学路の周方向に与えられた角速度を検出する光干
渉角速度計に関する。
く従来技術〉
従来のこの種の光干渉角速度計は第１図に示すようにレ
ーザなどの光源１１からの光１２が光分配結合器１３に
より右回シ光１４と左回シ光１５よシ出射光１７．１８
として出射され、これら出射’／ｌ、ｘｒ、ｘｓは分配
結合器１３によシ結合されて互に干渉され、干渉光１９
として受光器２１に受光される。光学路１６は例えば光
ファイバを複数回ループ状に巻回したもので構成される
。光学路１６にその周方向の角速度が印加されない状態
においては出射光１７及び１８の位相差ははソゼロであ
るが、光学路１６の周方向に沿う角速度、つ１９光学路
１６の軸心回シの角速度Ωが印加されるとこの角速度に
よっていわゆるサグナック効果が生じ、光学路１６を伝
搬した出射光１７．１８の間に位相差Δφが生じる。こ
の位相差ΔφはΔφ＝４“ＲＬΩ ・・・−・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１＞λ
Ｃ で表わされる。こ＼でＲはループ状に構成された光学路
１６の半径、Ｌはループ状に構成された光学路１６の長
さ、λは光＠ｉｉの党の波長、Ｃは光の速度を示す。健
って干渉光１９の光強［１゜１は Ｉｏ ｏｃ ｌ−ｃｏｇΔφ ・ｅ・・−・・・・・・
・−一・−・・惨・−・・・ （２）となる。干渉光ヌ
９の強度ＩＯを測定することによりて角速度Ωを検出す
ることができる。入力角速度Ωが小さな場合においては
位相差Δφが小さく、ＣＯ８Δφの変化が僅かであり、
感度が極端に低くなる。
ーザなどの光源１１からの光１２が光分配結合器１３に
より右回シ光１４と左回シ光１５よシ出射光１７．１８
として出射され、これら出射’／ｌ、ｘｒ、ｘｓは分配
結合器１３によシ結合されて互に干渉され、干渉光１９
として受光器２１に受光される。光学路１６は例えば光
ファイバを複数回ループ状に巻回したもので構成される
。光学路１６にその周方向の角速度が印加されない状態
においては出射光１７及び１８の位相差ははソゼロであ
るが、光学路１６の周方向に沿う角速度、つ１９光学路
１６の軸心回シの角速度Ωが印加されるとこの角速度に
よっていわゆるサグナック効果が生じ、光学路１６を伝
搬した出射光１７．１８の間に位相差Δφが生じる。こ
の位相差ΔφはΔφ＝４“ＲＬΩ ・・・−・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１＞λ
Ｃ で表わされる。こ＼でＲはループ状に構成された光学路
１６の半径、Ｌはループ状に構成された光学路１６の長
さ、λは光＠ｉｉの党の波長、Ｃは光の速度を示す。健
って干渉光１９の光強［１゜１は Ｉｏ ｏｃ ｌ−ｃｏｇΔφ ・ｅ・・−・・・・・・
・−一・−・・惨・−・・・ （２）となる。干渉光ヌ
９の強度ＩＯを測定することによりて角速度Ωを検出す
ることができる。入力角速度Ωが小さな場合においては
位相差Δφが小さく、ＣＯ８Δφの変化が僅かであり、
感度が極端に低くなる。
このような点から従来において入力感度を最適化するた
め第２図に示すように光学路１６の一端と光分配結合器
１３との間に位相変調器２２を直列に挿入し、変調信号
源２３からの駆動信号により互に逆方向に伝搬する両光
１４．．１５を位相変調する方法がとられている、この
場合干渉光１９０強度Ｉｏは Ｉｏ ＝Ｃ（１＋ ｃｏｇΔψ（Ｊｏ（＃）＋ｚＪ寞（
”）ｃｏｓ２ωｔ′＋・・・・・・＋２ Ｊａｍ （ｇ
） ｃｏｔ ２ｍωｔ’ ＋・−・） ＋ ｓｉｎΔψ
（２Ｊｔ （＃）ｓｉｎωｔ’＋２Ｊｍ（ｇ）ａｉｎ３
ωｔ’ ＋−・”・・＋ ２ Ｊ ＊ ｍ−覗（ｓ）
ｓｉｎ （２ｍ−リωｔ’＋・・・・・・・・・））
・・・・・・・・・ （３）となる。
め第２図に示すように光学路１６の一端と光分配結合器
１３との間に位相変調器２２を直列に挿入し、変調信号
源２３からの駆動信号により互に逆方向に伝搬する両光
１４．．１５を位相変調する方法がとられている、この
場合干渉光１９０強度Ｉｏは Ｉｏ ＝Ｃ（１＋ ｃｏｇΔψ（Ｊｏ（＃）＋ｚＪ寞（
”）ｃｏｓ２ωｔ′＋・・・・・・＋２ Ｊａｍ （ｇ
） ｃｏｔ ２ｍωｔ’ ＋・−・） ＋ ｓｉｎΔψ
（２Ｊｔ （＃）ｓｉｎωｔ’＋２Ｊｍ（ｇ）ａｉｎ３
ωｔ’ ＋−・”・・＋ ２ Ｊ ＊ ｍ−覗（ｓ）
ｓｉｎ （２ｍ−リωｔ’＋・・・・・・・・・））
・・・・・・・・・ （３）となる。
こ＼で Ｃ：定 数
Ｊｎ：ｎ次のベッセル関数（ｎ ＝ ｏ ｒ １１２１
ａ・・・）ｇ ： ２Ａａｉｎπｆｏτ Ａ ： 変調指数、 τ ： 光学路１６を通る光の伝搬時間ｆｏ： 位相変
調器２２の駆動周波数 ｔ’：を一τ／２ 式（３鵡−ら明らかなように干渉光１９０強度ＩＯには
ｃｏａΔφに比例する項と、ｓｉｎΔφに比例する項と
が含まれている。従来においては低入力角速度域の感度
を高めるため、受光器２１の出力を同期検シ出していた
。仁のため入力角速度Ωが大きくなりて右回ｐ光１４と
左回シ光１５との位相差Δφがπ／２近くになると他端
に感度が悪くなり、ダイナミックレンジが制限されてい
た。
ａ・・・）ｇ ： ２Ａａｉｎπｆｏτ Ａ ： 変調指数、 τ ： 光学路１６を通る光の伝搬時間ｆｏ： 位相変
調器２２の駆動周波数 ｔ’：を一τ／２ 式（３鵡−ら明らかなように干渉光１９０強度ＩＯには
ｃｏａΔφに比例する項と、ｓｉｎΔφに比例する項と
が含まれている。従来においては低入力角速度域の感度
を高めるため、受光器２１の出力を同期検シ出していた
。仁のため入力角速度Ωが大きくなりて右回ｐ光１４と
左回シ光１５との位相差Δφがπ／２近くになると他端
に感度が悪くなり、ダイナミックレンジが制限されてい
た。
〈発明の目的〉
この発明の目的はダイナミックレンジが広く、高い精度
で全範囲にわたって直線性よく測定することができ、か
つ全作動温度範囲にわたって入力感度を一定に保つこと
ができる光干渉角速度計を提供する仁とにある。
で全範囲にわたって直線性よく測定することができ、か
つ全作動温度範囲にわたって入力感度を一定に保つこと
ができる光干渉角速度計を提供する仁とにある。
〈発明の概要〉
この発明によれば光学路と光分配結合器との間に位相変
調器を挿入し、右回シ元と左回り光との干渉光を受光器
で受光し、その受光器の出力を位相変調器の駆動周波数
で第１同期検波器において同期検波し、また前記受光器
の出力管前記駆動周狭数０２倍の周波数で第２同期検波
器に訃いて同期検波する。右回シ光と左回り光との位相
差が土ｍπ（ｍ＋＋＝０＋１ｅ２・・・・・・・・・）
に対し釣上π／４の範囲に多ることを検出し、その検出
出力によシ前記第１同期検波器の出力をジャイロ出力端
子へ送出し、右回り光と左回シ光との位相差が±（２ｍ
” １ ） ２（ｍ＝ｏ＋ｉｔ２・・・・・・）に対
し釣上π／４の範囲であることを検出してその出力で前
記第２同期検波器の出力を前記ジャイロ出力端子へ送出
する。
調器を挿入し、右回シ元と左回り光との干渉光を受光器
で受光し、その受光器の出力を位相変調器の駆動周波数
で第１同期検波器において同期検波し、また前記受光器
の出力管前記駆動周狭数０２倍の周波数で第２同期検波
器に訃いて同期検波する。右回シ光と左回り光との位相
差が土ｍπ（ｍ＋＋＝０＋１ｅ２・・・・・・・・・）
に対し釣上π／４の範囲に多ることを検出し、その検出
出力によシ前記第１同期検波器の出力をジャイロ出力端
子へ送出し、右回り光と左回シ光との位相差が±（２ｍ
” １ ） ２（ｍ＝ｏ＋ｉｔ２・・・・・・）に対
し釣上π／４の範囲であることを検出してその出力で前
記第２同期検波器の出力を前記ジャイロ出力端子へ送出
する。
更に必要に応じて前記第１同期検波器、第２同期検波器
の各出力を２乗して加算し、その加算出力によシその出
力が一定になるように位相変調器の駆動電圧又は受光器
の出力を帰還制御する。
の各出力を２乗して加算し、その加算出力によシその出
力が一定になるように位相変調器の駆動電圧又は受光器
の出力を帰還制御する。
〈実施例〉
第３図はこの発明の実施例を示し、第２図と対応する部
分に同一符号を付けてるる。受光器２１の出力は、通過
周波数帯を位相変調器２２のｌＩＡｗＪ周波数ｆｏ及び
２ｆｏとした帯域通過ｆ波器２５及び２６をそれぞれ通
じて同期検波器２４及び２７へ供給される。駆動周波数
ｆｏの２倍の周波数の１ｄ号源２８の出力が変調信号源
２３としての２分の１分周器へ供給され、その出力は電
圧調整器３１゜３２へ供給される。電圧調整器３１．３
２の出力はスイッチ３３で一方が選択され、位相変調器
３２へ駆動信号として供給される。また分局器２３の出
力はスイッチ３４に直接供給すると共に、インバー夕３
５を通じて供給し、スイッチ３４は分局器２３、インバ
ータ３５の一方の出力を参照信号として同期検波器２４
へ供給する。信号源２８の出力は移相器３６を通じてス
イッチ３７へ直接供給されると共にインバータ３８を通
じて供給される。スイッチ３７は移相器３６、インバー
タ３８の一方の出力を同期検波器２７に参照信号として
供給される。
分に同一符号を付けてるる。受光器２１の出力は、通過
周波数帯を位相変調器２２のｌＩＡｗＪ周波数ｆｏ及び
２ｆｏとした帯域通過ｆ波器２５及び２６をそれぞれ通
じて同期検波器２４及び２７へ供給される。駆動周波数
ｆｏの２倍の周波数の１ｄ号源２８の出力が変調信号源
２３としての２分の１分周器へ供給され、その出力は電
圧調整器３１゜３２へ供給される。電圧調整器３１．３
２の出力はスイッチ３３で一方が選択され、位相変調器
３２へ駆動信号として供給される。また分局器２３の出
力はスイッチ３４に直接供給すると共に、インバー夕３
５を通じて供給し、スイッチ３４は分局器２３、インバ
ータ３５の一方の出力を参照信号として同期検波器２４
へ供給する。信号源２８の出力は移相器３６を通じてス
イッチ３７へ直接供給されると共にインバータ３８を通
じて供給される。スイッチ３７は移相器３６、インバー
タ３８の一方の出力を同期検波器２７に参照信号として
供給される。
同期検波器２４の出力は端子３９へ供給されると共にス
イン４１へ供給され、また同期検波器２７の出力は利得
調整器４２を通じてスイッチ４１及び端子４３へ供給さ
れる。スイッチ４１は端子３９又は４３の出力を低域通
過１波器４４へ供給し、低域通過ｆ波器４４の出力は直
線性補正回路４５を通じてジャイロ出力端子４６へ供給
される。
イン４１へ供給され、また同期検波器２７の出力は利得
調整器４２を通じてスイッチ４１及び端子４３へ供給さ
れる。スイッチ４１は端子３９又は４３の出力を低域通
過１波器４４へ供給し、低域通過ｆ波器４４の出力は直
線性補正回路４５を通じてジャイロ出力端子４６へ供給
される。
ジャイロ出力端子４６の出力は制御回路４７内の比較器
４８．４９の非反転入力側、反転入力側へ供給され、そ
れぞれ基準電源５１．５２の基準電圧＋ Ｖｒ−Ｖｒと
比較される。比較器４８．４９の出力はそれぞれ可逆カ
ウンタ５３のアクプヵウ／ト端子ＵＰ、ダウンカウント
端子Ｄｏへ供給されてそれぞれアップカウント、ダウン
カウントされる。可逆力９ン夕５３の重みが２°の出力
端子の出力はスイッチ３３．４１に切替え制御信号とし
て供給され、宜みが２１の出力端子の出力はスイッチ３
４．３７に切替え制御信号として供給される。スイッチ
３３゜３４．３７．４１はそれぞれ初期状態（切替え制
御信号が論理１０″）で端子ＮＣ側、りまシミ圧調整器
３１、分周器２３、移相器３６、端子３９側に接続され
、切替え制御信号が論理＠ｌ―でそれぞれ端子ＮＯ側、
つまシミ圧調整器３２、インバータ３５、インバータ３
８、端子４３に接続される。可逆カウンタ５３の計数値
は出力端子５４がら堆出すことができる。
４８．４９の非反転入力側、反転入力側へ供給され、そ
れぞれ基準電源５１．５２の基準電圧＋ Ｖｒ−Ｖｒと
比較される。比較器４８．４９の出力はそれぞれ可逆カ
ウンタ５３のアクプヵウ／ト端子ＵＰ、ダウンカウント
端子Ｄｏへ供給されてそれぞれアップカウント、ダウン
カウントされる。可逆力９ン夕５３の重みが２°の出力
端子の出力はスイッチ３３．４１に切替え制御信号とし
て供給され、宜みが２１の出力端子の出力はスイッチ３
４．３７に切替え制御信号として供給される。スイッチ
３３゜３４．３７．４１はそれぞれ初期状態（切替え制
御信号が論理１０″）で端子ＮＣ側、りまシミ圧調整器
３１、分周器２３、移相器３６、端子３９側に接続され
、切替え制御信号が論理＠ｌ―でそれぞれ端子ＮＯ側、
つまシミ圧調整器３２、インバータ３５、インバータ３
８、端子４３に接続される。可逆カウンタ５３の計数値
は出力端子５４がら堆出すことができる。
この第３図に示した構成によれば帯域通過ｆ波器２５か
ら駆動周波ａｆｏ成分が取出され、従って（３）式よル
（４）式に示すように ■１伽ｓｉｎΔφ・Ｊｓ（すｇｉｎωｔ′ ・聞・曲曲
曲（４）ｓｉｎΔφに比、例した成分が取出される。こ
れが同期検波器２４で検波され、ｓｉｎΔφに比例した
出力が端子３９に得られる。（４）式でＪ＋ （ｘ）
＝ ０．５３の時感度が最大となるから、５＝２Ａｓｉ
ｎｘｆ□τ＝１．８４となるよりに位相変調器２２を駆
動することが好ましい。このためこの実施例では駆動周
波数ｆｏｔ−適切な値に選定し、電圧調整器３１を＃Ｉ
４！１シて変調指数Ａ′ｔ−調整し、感度が最大になる
ようにした場合である。
ら駆動周波ａｆｏ成分が取出され、従って（３）式よル
（４）式に示すように ■１伽ｓｉｎΔφ・Ｊｓ（すｇｉｎωｔ′ ・聞・曲曲
曲（４）ｓｉｎΔφに比、例した成分が取出される。こ
れが同期検波器２４で検波され、ｓｉｎΔφに比例した
出力が端子３９に得られる。（４）式でＪ＋ （ｘ）
＝ ０．５３の時感度が最大となるから、５＝２Ａｓｉ
ｎｘｆ□τ＝１．８４となるよりに位相変調器２２を駆
動することが好ましい。このためこの実施例では駆動周
波数ｆｏｔ−適切な値に選定し、電圧調整器３１を＃Ｉ
４！１シて変調指数Ａ′ｔ−調整し、感度が最大になる
ようにした場合である。
端子３９の出力は先に述べたようにｓｉｎΔφに比例し
、＃Ｇ４図Ａの曲１Ｍ６５に示すように右回り光と左回
シ光との位相差Δφに対してｓｉｎΔφ変化する。
、＃Ｇ４図Ａの曲１Ｍ６５に示すように右回り光と左回
シ光との位相差Δφに対してｓｉｎΔφ変化する。
一方帯域通過Ｐ波器２６からは駆動周波数ｆｏの２倍の
成分が取出され、これはく、３）式よシ（５）式で示す
ようにｅｏｌｌΔφに比例する二次成分である。
成分が取出され、これはく、３）式よシ（５）式で示す
ようにｅｏｌｌΔφに比例する二次成分である。
１！ ｏｃ （（ＢＢ Δφ・Ｊ諺（すｃｏｇ ２ （
ａｃｔ’ ＝−−−−−−＝（５）この場合Ｊ’ｓ Ｃ
＆）〜ｏ、４９の時感度が最大とをシ、この例では電圧
調整器３２を調整して変調指数Ａを調整し、最大感度が
得られるようにしである。
ａｃｔ’ ＝−−−−−−＝（５）この場合Ｊ’ｓ Ｃ
＆）〜ｏ、４９の時感度が最大とをシ、この例では電圧
調整器３２を調整して変調指数Ａを調整し、最大感度が
得られるようにしである。
端子３９ｔ４３の両出力が位相差Δφ＝π／４ で同一
レベルになるように利得調整用増幅器４２の利得が＃Ｉ
４整される。端子４３の出力はＷ、４図Ａの曲線５６に
示すように位相差Δψに対し００８Δφに比例したもの
となる。
レベルになるように利得調整用増幅器４２の利得が＃Ｉ
４整される。端子４３の出力はＷ、４図Ａの曲線５６に
示すように位相差Δψに対し００８Δφに比例したもの
となる。
位相差Δφが０土π／４の範囲内におれば、スイッチ３
３．３４，３８．４１は第３図に示した状態にあって端
子３９よシのｓｉｎΔφに些例した出力がジャイロ出力
端子４６に出力される。比較器４８においてはその人力
つまシジャイロ出力端子４６の出力が基準′畦圧ｖｒｔ
−越えると第４図に示すようなパルスを発生する。この
パルスは可逆カウンタ５３によって加算カウントされる
。一方ジャイロ出力端子４６の出力が−Ｖｒよりも負方
向に大きくなると比較器４９よシ第４図Ｃに示すような
ノ（ルスが発生し、これは可逆カウンタ５３で減算カウ
ントされる。可逆カウンタ５３の重みが２°の出力は第
４図りに示すように変化し、重みが２′の出力は第４図
Ｅに示すように変化する。可逆カウンタ５３の重みが２
°の出力が高レベル（論理“ｌ”）の時スイッチ３３，
４１が切替えられ、端子４３の信号即ちｃｏｏΔφに比
例した出力がジャイロ出力端子４６に出力される。逆に
ジャイロ出力端子４６の出力が基準電圧−Ｖｒよシ負の
方向に大きくなると比較器４９よシバルスが得られ、可
逆カウンタ５３が減算カウントされて、それによシ重み
が２ｃの出力が高レベルとなシ、スイッチ３３．４１が
作動して先の場合と同様に端子４３の信号即ちｃｏｇΔ
φに比例した出力がジャイロ出力端子４６に出力される
。
３．３４，３８．４１は第３図に示した状態にあって端
子３９よシのｓｉｎΔφに些例した出力がジャイロ出力
端子４６に出力される。比較器４８においてはその人力
つまシジャイロ出力端子４６の出力が基準′畦圧ｖｒｔ
−越えると第４図に示すようなパルスを発生する。この
パルスは可逆カウンタ５３によって加算カウントされる
。一方ジャイロ出力端子４６の出力が−Ｖｒよりも負方
向に大きくなると比較器４９よシ第４図Ｃに示すような
ノ（ルスが発生し、これは可逆カウンタ５３で減算カウ
ントされる。可逆カウンタ５３の重みが２°の出力は第
４図りに示すように変化し、重みが２′の出力は第４図
Ｅに示すように変化する。可逆カウンタ５３の重みが２
°の出力が高レベル（論理“ｌ”）の時スイッチ３３，
４１が切替えられ、端子４３の信号即ちｃｏｏΔφに比
例した出力がジャイロ出力端子４６に出力される。逆に
ジャイロ出力端子４６の出力が基準電圧−Ｖｒよシ負の
方向に大きくなると比較器４９よシバルスが得られ、可
逆カウンタ５３が減算カウントされて、それによシ重み
が２ｃの出力が高レベルとなシ、スイッチ３３．４１が
作動して先の場合と同様に端子４３の信号即ちｃｏｇΔ
φに比例した出力がジャイロ出力端子４６に出力される
。
以上の状態から更に位相差Δφが絶対量として増加し、
ＣＯ８Δφに比例した出力が基準電圧＋Ｖｒ又は−Ｖｒ
よシも絶対値で大きくなると比較器４８又は４９よシハ
ルスが得られて可逆カウンタ５３が加算或は減算し、ス
イッチ３３．４１が復帰して端子３９の信号、即ちｓｉ
ｎΔφに比例した出力がジャイロ出力端子４６に得られ
るようになる。これと共にｓｉｎΔφとｃｏｓΔφに比
例する出力が位相Δφに対し正の特性となるように可逆
カウンタ５３の重みが２′の出力によって信号極性反転
指令（切替え制御信号）が出力され、スイッチ３４．３
７が切替えられる。これにより同期検波器２４．２７の
参照信号の極性が反転され、同期検波器２４．２７の出
力の極性が反転される。上述において位相差Δφがπ／
４におけるｓｉｎΔφとｃｏｇΔφに比例するジャイロ
出力電圧が基準電圧Ｖｒよル絶対値で僅かに少な目に設
定しておくと、第４図Ａに示したｓｉｎΔφとｃｏｏΔ
φに比例する信号５５．５６を、制御回路４７の制御に
よって第４図Ｇに示すように鋸歯状の出力として得るこ
とができる。かつｓｉｎ 。
ＣＯ８Δφに比例した出力が基準電圧＋Ｖｒ又は−Ｖｒ
よシも絶対値で大きくなると比較器４８又は４９よシハ
ルスが得られて可逆カウンタ５３が加算或は減算し、ス
イッチ３３．４１が復帰して端子３９の信号、即ちｓｉ
ｎΔφに比例した出力がジャイロ出力端子４６に得られ
るようになる。これと共にｓｉｎΔφとｃｏｓΔφに比
例する出力が位相Δφに対し正の特性となるように可逆
カウンタ５３の重みが２′の出力によって信号極性反転
指令（切替え制御信号）が出力され、スイッチ３４．３
７が切替えられる。これにより同期検波器２４．２７の
参照信号の極性が反転され、同期検波器２４．２７の出
力の極性が反転される。上述において位相差Δφがπ／
４におけるｓｉｎΔφとｃｏｇΔφに比例するジャイロ
出力電圧が基準電圧Ｖｒよル絶対値で僅かに少な目に設
定しておくと、第４図Ａに示したｓｉｎΔφとｃｏｏΔ
φに比例する信号５５．５６を、制御回路４７の制御に
よって第４図Ｇに示すように鋸歯状の出力として得るこ
とができる。かつｓｉｎ 。
ΔφとｃｏｇΔφに比例する信号の切替えにヒステリシ
スを持たせることができ安定に動作させるこしができる
。このようにして位相差Δφが土ｍπ、に対し釣上π／
４の範囲にある場合は、ｓｉｎΔφ成分をジャイロ出力
として取シ出され、±（２ｍ＋１）ｉに対、し釣上π／
４の範囲にある場合はｃｏｇΔφ成分がジャイロ出力と
して取シ出され、全範囲にわたって直線性が最も好まし
い状態で出力が得られる。
スを持たせることができ安定に動作させるこしができる
。このようにして位相差Δφが土ｍπ、に対し釣上π／
４の範囲にある場合は、ｓｉｎΔφ成分をジャイロ出力
として取シ出され、±（２ｍ＋１）ｉに対、し釣上π／
４の範囲にある場合はｃｏｇΔφ成分がジャイロ出力と
して取シ出され、全範囲にわたって直線性が最も好まし
い状態で出力が得られる。
この出力よシ角速ｆｔｉ次式でめることができる。
Ｃは光速、λは光源１１の光の波長、Ｒは光学路１６０
半径、Ｌは光学路１６の長さ、Ｋは比例定数（ｒａｄ／
Ｖ ）、Ｖｏはジャイロ出力端子４６の電 圧、ｍは
角度加算パルスの総数と角度減算パルスの総数との差、
つまシ町逆カウンタ５３の計数値内容でろって、これは
端子５４から取り出される。
半径、Ｌは光学路１６の長さ、Ｋは比例定数（ｒａｄ／
Ｖ ）、Ｖｏはジャイロ出力端子４６の電 圧、ｍは
角度加算パルスの総数と角度減算パルスの総数との差、
つまシ町逆カウンタ５３の計数値内容でろって、これは
端子５４から取り出される。
この角速度Ωの極性は、可逆カウンタ５３の最上位ビッ
トの出力を用して判定される。
トの出力を用して判定される。
この実施例におけるダイナミックレンジは、位相差Δψ
で釣上６４π、即ち約土３２波長に相当するレンジであ
る。このダイナミックレンジは可逆カウンタ５３のビッ
ト数を大きくすることによって広けることができる。制
御回路４７としては、こ°のように論理回路で構成する
場合のみならずジャイロ出力端子４６の出力をディジタ
ル信号に変換し、基準値と比較して可逆カウンタ５３と
対応する計数動作などを計算機で処理して、先のように
位相差のそれぞれの範囲に対応してｓｉｎΔφとｃｏｇ
Δψに比例したジャイロ出力を取り出すようにすること
もできる。
で釣上６４π、即ち約土３２波長に相当するレンジであ
る。このダイナミックレンジは可逆カウンタ５３のビッ
ト数を大きくすることによって広けることができる。制
御回路４７としては、こ°のように論理回路で構成する
場合のみならずジャイロ出力端子４６の出力をディジタ
ル信号に変換し、基準値と比較して可逆カウンタ５３と
対応する計数動作などを計算機で処理して、先のように
位相差のそれぞれの範囲に対応してｓｉｎΔφとｃｏｇ
Δψに比例したジャイロ出力を取り出すようにすること
もできる。
（４バ５）式から解かれるように入力感度はＸ（＝２Ａ
ａｉｎπｆｏτ）の値に左右される。Ｘの値は変調指
数Ａ１位相変調器２２の駆動周波数ｆｏ及び光学路１６
を通る光の伝搬時間τによって決まる。駆動周波数ｆＯ
及び伝搬時間τは温度による影響が比較的小さいが、変
調指数Ａは温度による影響を受けやすい。位相変調器２
２は例えば電歪振動子に光学路１６の一端部を巻きつけ
、その電歪振動子に周波数ｆｏの駆動電圧を印加して振
動させ、光学路１６を伸縮させ、そこを通る右回シ光と
左回シ光とを位相変調させるようにしたものである。駆
動周波数ｆｏは、その電歪振動子を効率よく伸縮させる
ため電歪振動子の共振点に合せるのが一般的である。こ
の共振周波数は温度によって変化するため変調指数Ａは
電歪振動子の機械的Ｑ（共振周波数における機械的振動
の“するどさ“をさす）の高い程温度の影響を受ける。
ａｉｎπｆｏτ）の値に左右される。Ｘの値は変調指
数Ａ１位相変調器２２の駆動周波数ｆｏ及び光学路１６
を通る光の伝搬時間τによって決まる。駆動周波数ｆＯ
及び伝搬時間τは温度による影響が比較的小さいが、変
調指数Ａは温度による影響を受けやすい。位相変調器２
２は例えば電歪振動子に光学路１６の一端部を巻きつけ
、その電歪振動子に周波数ｆｏの駆動電圧を印加して振
動させ、光学路１６を伸縮させ、そこを通る右回シ光と
左回シ光とを位相変調させるようにしたものである。駆
動周波数ｆｏは、その電歪振動子を効率よく伸縮させる
ため電歪振動子の共振点に合せるのが一般的である。こ
の共振周波数は温度によって変化するため変調指数Ａは
電歪振動子の機械的Ｑ（共振周波数における機械的振動
の“するどさ“をさす）の高い程温度の影響を受ける。
その結果Ｘ値が変化し、人力感度が変動する。
この問題を解決するには例えば次のようにすればよい。
即ちｓｉｎΔφに比例した同期検波後の出力をｖｌ、Ｃ
Ｏ８Δψに比例した同期検波後の出力をＶｘ とすると Ｍｌ ＝ Ｋｓ ｓｉｎΔφ、Ｖｘ ＝ Ｋｇ ｃｏｇ
Δφ ・・・・・・・・・・・・（７）と表わすことが
できる。こ＼でＫ ｒ −Ｋ ＊ は比例定数である。
Ｏ８Δψに比例した同期検波後の出力をＶｘ とすると Ｍｌ ＝ Ｋｓ ｓｉｎΔφ、Ｖｘ ＝ Ｋｇ ｃｏｇ
Δφ ・・・・・・・・・・・・（７）と表わすことが
できる。こ＼でＫ ｒ −Ｋ ＊ は比例定数である。
仮にＫ ＊ ＝’Ｋ 雪＝ Ｋ とし、ｖｌとＶ霊ｔ−
２乗して加え合せるとその値は下式の通シ一定値をとる
。
２乗して加え合せるとその値は下式の通シ一定値をとる
。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）従ってこ
のＶｆの値が常に一定になるように変調指数Ａ又は受光
器２１からの出力電圧を制御すれば入力感度を一定に保
つことができる。第５図は位相変調器２２に印加する周
波数ｆｏの駆動電圧を制御して変調指数Ａを変え、入力
感度を一定に保′つ構成例を示したものである。
のＶｆの値が常に一定になるように変調指数Ａ又は受光
器２１からの出力電圧を制御すれば入力感度を一定に保
つことができる。第５図は位相変調器２２に印加する周
波数ｆｏの駆動電圧を制御して変調指数Ａを変え、入力
感度を一定に保′つ構成例を示したものである。
まずｓｉｎΔφに比例した端子３９の出力と、ｃｏｇΔ
φに比例した端子４３の出力とはそれぞれスイッチ５７
．５８に直接供給されると共に利得調整用増幅器６１．
６２を通じて供給される。可逆カウンタ５３の重みが２
°の出力が端子６３を通じてスイッチ５７．５８．６４
に制御信号として供給される。
φに比例した端子４３の出力とはそれぞれスイッチ５７
．５８に直接供給されると共に利得調整用増幅器６１．
６２を通じて供給される。可逆カウンタ５３の重みが２
°の出力が端子６３を通じてスイッチ５７．５８．６４
に制御信号として供給される。
スイッチ６４には基準電源６５．６６が接続されている
。端子６３の制御信号が０１の時はスイッチ５７．５８
．６４は接点ＮＣの位置にある。よって端子３９に入力
された信号層は、そのまま２東回路６７に供給され、端
子４３に入力された信号は増幅器６２によりて比例定数
Ｋｍかに１と等しくなるように増幅されて２東回路６８
に供給される。２東回路６７．６８でそれぞれ２乗され
た二つの信号は、加算回路６９によって加算され、その
加算出力は差動増幅器７１によりて基準電源６５の基準
電圧と比較され、その誤差信号が増幅される。その増幅
された誤差信号は自動利４１４整回路７２に供給され、
端子７３に入力された周波数ｆｏの駆動電圧の振幅が制
御され、その出力は端子７４から位相変調器２２ （ｊ
Ｉ３図）に供給される。
。端子６３の制御信号が０１の時はスイッチ５７．５８
．６４は接点ＮＣの位置にある。よって端子３９に入力
された信号層は、そのまま２東回路６７に供給され、端
子４３に入力された信号は増幅器６２によりて比例定数
Ｋｍかに１と等しくなるように増幅されて２東回路６８
に供給される。２東回路６７．６８でそれぞれ２乗され
た二つの信号は、加算回路６９によって加算され、その
加算出力は差動増幅器７１によりて基準電源６５の基準
電圧と比較され、その誤差信号が増幅される。その増幅
された誤差信号は自動利４１４整回路７２に供給され、
端子７３に入力された周波数ｆｏの駆動電圧の振幅が制
御され、その出力は端子７４から位相変調器２２ （ｊ
Ｉ３図）に供給される。
この一連の閉ループにおいて前記誤差信号が常に零にな
るようにされる。このため人力感度は常に一定に保たれ
るう 一方端子６３の重みが２°の制御信号が“１“となりた
場合、スイッチ５７．５８＊６４はＮＯ接点に切替えら
れる。その結果端子３９に入力された信号は増幅器６１
に供給され、比例に数ＫＩがＫｍと等しくなるよう増幅
されて２東回路６７に供給される。端子４３に入力され
た信号はそのま＼２乗回路６８に供給される。２乗され
た二つの信号は加算回路６９によって加算され、差動増
幅器７１によって基準電源６６の基準電圧と比較され、
誤差信号が増幅される。１．その増幅された誤差信号は
、自動利得調整回路７２に供給され、端子７３に入力さ
れた周波数ｆｏの駆動電圧の振幅が制御され、端子７４
を通じて位相変調器２２に供給される。
るようにされる。このため人力感度は常に一定に保たれ
るう 一方端子６３の重みが２°の制御信号が“１“となりた
場合、スイッチ５７．５８＊６４はＮＯ接点に切替えら
れる。その結果端子３９に入力された信号は増幅器６１
に供給され、比例に数ＫＩがＫｍと等しくなるよう増幅
されて２東回路６７に供給される。端子４３に入力され
た信号はそのま＼２乗回路６８に供給される。２乗され
た二つの信号は加算回路６９によって加算され、差動増
幅器７１によって基準電源６６の基準電圧と比較され、
誤差信号が増幅される。１．その増幅された誤差信号は
、自動利得調整回路７２に供給され、端子７３に入力さ
れた周波数ｆｏの駆動電圧の振幅が制御され、端子７４
を通じて位相変調器２２に供給される。
その結果前述と同様、入力感度が一定に保たれる。
なお基準電源６５は（４）式におけるｓｉｎΔφに比例
する入力感度が最大となるよう設定された基準電圧を出
力し、一方基準電源６６は（５ン式におけるＣＯ８Δφ
に比例する入力感度が最大となるよう設定され九基準
電圧金出力する。第５図で＊励信号の電圧を差動増幅器
７１の出力で制御したが、前記受光器２１の出力を差動
増幅器７１の出力で自動制御してもよい。
する入力感度が最大となるよう設定された基準電圧を出
力し、一方基準電源６６は（５ン式におけるＣＯ８Δφ
に比例する入力感度が最大となるよう設定され九基準
電圧金出力する。第５図で＊励信号の電圧を差動増幅器
７１の出力で制御したが、前記受光器２１の出力を差動
増幅器７１の出力で自動制御してもよい。
く効 果〉
第２図に示した従来方式においては、前述の遥シ右回シ
光と左１ｇＩシ光間の位相差がπ／２近くになると極端
に感度が悪くなり、ダイナミックレンジが制限されてい
たが、この発明によれは先に示した（６）式においてｍ
の値が変化してもｍが０の場曾の時と直線性は第４図Ｇ
に示したように同一であり、偏差値は高レンジにおいて
増加することはない。直線性補正回路４５を設けること
によって計測範囲全域にわたって直線性の高いものを得
ることができる。又この発明においてはダイナミックレ
ンジを理論的には限シなく広げることができる。
光と左１ｇＩシ光間の位相差がπ／２近くになると極端
に感度が悪くなり、ダイナミックレンジが制限されてい
たが、この発明によれは先に示した（６）式においてｍ
の値が変化してもｍが０の場曾の時と直線性は第４図Ｇ
に示したように同一であり、偏差値は高レンジにおいて
増加することはない。直線性補正回路４５を設けること
によって計測範囲全域にわたって直線性の高いものを得
ることができる。又この発明においてはダイナミックレ
ンジを理論的には限シなく広げることができる。
更に位相変調器２２の駆動電圧又は受光器２１の出力を
ｅｏａΔφ に比例する信号とｓｉｎΔψに比例する信
号によって制御することにより、作動温度範囲にわたっ
て入力感度を一定に保つことができる。
ｅｏａΔφ に比例する信号とｓｉｎΔψに比例する信
号によって制御することにより、作動温度範囲にわたっ
て入力感度を一定に保つことができる。
第１図及び第２図はそれぞれ従来の光干渉角速に計を示
すブロック図、第３図はこの発明による光干渉角速度計
の一例を示すブロック図、第４図は七の動作の説明に供
するだめの波形図、第５図はこの発明による光干渉角速
度計の一部を示すブロック図である。 ｌに光源、１３：光分配結合器、１６：光学路、二２１
：受光器、２２：位相変調器、２４．２７：同期検波回
路、２５．２６ ：帯域通過Ｐ波器。 ４２＋６１＋６２ ：利得調整用増幅器、２８：値号源
、 ２３ ： Ｖ２分周器、３１．３２ ：電圧調整器
。 ３６；移相器、４４：低域通過ｆ′ｌＨＬ器、４５：直
線性補正回路、・３５．３８：インバータ、４６：ジヤ
イ四出力端子、４７：制御回路、 ４８．４９＝比較器
、 ５１．５２，６５．６６： 基準電源、５３：可逆
カウンタ、６７．６８ ： ２乗回路、６９：加算回路
、７２：自動利得調整回路。 特許出纏人 日本航空電子工業株式会社代理人 草野
卓
すブロック図、第３図はこの発明による光干渉角速度計
の一例を示すブロック図、第４図は七の動作の説明に供
するだめの波形図、第５図はこの発明による光干渉角速
度計の一部を示すブロック図である。 ｌに光源、１３：光分配結合器、１６：光学路、二２１
：受光器、２２：位相変調器、２４．２７：同期検波回
路、２５．２６ ：帯域通過Ｐ波器。 ４２＋６１＋６２ ：利得調整用増幅器、２８：値号源
、 ２３ ： Ｖ２分周器、３１．３２ ：電圧調整器
。 ３６；移相器、４４：低域通過ｆ′ｌＨＬ器、４５：直
線性補正回路、・３５．３８：インバータ、４６：ジヤ
イ四出力端子、４７：制御回路、 ４８．４９＝比較器
、 ５１．５２，６５．６６： 基準電源、５３：可逆
カウンタ、６７．６８ ： ２乗回路、６９：加算回路
、７２：自動利得調整回路。 特許出纏人 日本航空電子工業株式会社代理人 草野
卓
Claims (2)
- （１） 少なくとも一周する光学路と、その光学路に対
し右回シ光及び左回シ光を通す手段と、その光学路を伝
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
、その干渉手段と上記光学路の一端との間にこれらに縦
続的に配されて右回り光と左回シ光に位相変化を与える
位相変調器と、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、その受光器の出力を上記位相変調器の
駆動周波数と同じ周波数で同期検波する第１同期検波器
と、上記受光器からの出力を上記位相変調器の駆動周波
数の２倍の周波数で同期検波する第２同期検波器と、上
記右回シ光と左回シ光の位相差が±ｍπ（ｍ＝ｏ＋ｉ＋
２・・・・・・）に対し釣上π／４の範囲であることを
検出する第１範囲検出手段と、上記右回ル光と左回り光
の位相差が±（２ｍ＋１）π／２（ｍ＝０．１．２・・
・・・・）に対し釣上π／４の範囲であることを検出す
る第２範囲検出手段と、上記第１範囲検出手段の出力に
よシ上記第１同期検波器の出力をジャイロ出力端子へ導
く手段と、上記第２範囲検出手段の検出出力によシ上゛
記ｇ２同期検波器の出力を上記ジャイロ出力端子へ導く
手段とを具備した光干渉角速度計。 - （２）上記第１同期検波器の出力を２乗する第１の２乗
回路と、上記第２同期検波器の出力を２乗する第２の２
乗回路と、これら第１、Ｉ＠２の２乗回路の出力を〃０
見合せる加算手段と、その加算手段の出力によシ七の出
力が一定となるように上記位相変調器の駆動電圧又は上
記受光器の出力を制御する手段とを有する特許請求の範
囲第１項記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59070452A JPS60213815A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 光干渉角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59070452A JPS60213815A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 光干渉角速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60213815A true JPS60213815A (ja) | 1985-10-26 |
| JPH0361889B2 JPH0361889B2 (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=13431908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59070452A Granted JPS60213815A (ja) | 1984-04-09 | 1984-04-09 | 光干渉角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60213815A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62239014A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-19 | Agency Of Ind Science & Technol | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
| JPH0231167A (ja) * | 1988-07-20 | 1990-02-01 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光干渉角速度計 |
-
1984
- 1984-04-09 JP JP59070452A patent/JPS60213815A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62239014A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-19 | Agency Of Ind Science & Technol | 位相変調方式光フアイバジヤイロ |
| JPH0545162B2 (ja) * | 1986-04-11 | 1993-07-08 | Kogyo Gijutsuin | |
| 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 |
|---|---|
| JPH0361889B2 (ja) | 1991-09-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |