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JP2532326B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents
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JP2532326B2 - 光干渉角速度計 - Google Patents

光干渉角速度計

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JP2532326B2
JP2532326B2 JP4195259A JP19525992A JP2532326B2 JP 2532326 B2 JP2532326 B2 JP 2532326B2 JP 4195259 A JP4195259 A JP 4195259A JP 19525992 A JP19525992 A JP 19525992A JP 2532326 B2 JP2532326 B2 JP 2532326B2
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憲治 小川
修 糸山
統啓 石上
健一 岡田
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    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers 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
    • G01C19/726Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はループ状光伝送路に右
回り光と左回り光とを伝搬させ、その光伝送路に入力さ
れるその軸心まわりの角速度に応じて発生する両光の位
相差を打ち消すようなステップ位相を与えるランプ信号
と、両光間に正負同量の一定の位相差を交互に与えるバ
イアス信号とを作り、そのランプ信号のステップの大き
さ、またはランプ信号の周波数から入力角速度を求める
光干渉角速度計に関し、特にステップ位相のフライバッ
ク時の位相を2πの整数倍に補正制御する部分に係わ
る。
【0002】
【従来の技術】図3に従来のこの種の光干渉角速度計を
示す。光源11からの光はビームスプリッタ12により
2分され、その一方は偏光子13を通して光分岐手段1
4に入射され、これにて、2分された光はそれぞれ右回
り光、左回り光としてループ状光学路15に入射され
る。ループ状光学路15は通常光ファイバコイルで構成
される。ループ状光学路15の両端と光分岐手段14と
の間にそれぞれ位相変調器16,17が挿入されてい
る。光分岐手段14及び位相変調器16,17は1個の
光ICとして構成された場合を示しているが、これらは
光ファイバを用いた光カプラ、光位相変調器として構成
してもよい。
【0003】バイアス信号発生器18からのデュティ5
0%の方形波のバイアス変調信号で位相変調器16が駆
動され、これを通過する右回り光及び左回り光がそれぞ
れ位相変調される。このバイアス変調信号の周期は、ル
ープ状光学路15の光の伝搬時間τの2倍であり、各光
は正側にπ/4ラジアンと、負側にπ/4ラジアンとの
位相偏位がτごとに交互になされる。ループ状光学路1
5を伝搬した右回り光と左回り光とは光分岐手段14で
干渉し、その干渉光は偏光子13を通り、更にビームス
プリッタ12で2分されその一方は受光器19で光強度
に応じた電気信号に変換される。
【0004】バイアス信号発生器18はクロック発生器
21からの周期が2τのクロックが供給されて前記バイ
アス変調信号が作られる。クロック発生器21からの周
期τの信号によりAD変換器22が制御されて、前記バ
イアス変調信号によるバイアス状態と同期して、受光器
19の出力がデジタル値に変換される。そのデジタル値
はクロック発生器21からの周期2τのクロックにより
同期検波回路23で同期検波される。その同期検波出力
はステップ値生成器24に入力され、階段状ランプ1段
の高さに相当するステップ値が生成され、そのステップ
値は加算器25でラッチ回路26の出力と加算され、そ
の加算結果はクロック発生器21からの周期τのクロッ
クにより、バイアス変調信号と同期してラッチ回路26
にラッチされる。加算器25及びラッチ回路26は累積
加算手段27を構成する。
【0005】その累積加算手段27よりの累積加算値は
DA変換器28でアナログ信号に変換され、そのアナロ
グ信号は可変利得増幅器29を通じて位相変調器17に
帰還変調信号として供給される。この結果、ループ状光
学路15にその軸心まわりに印加される角速度にもとづ
く、右回り光と左回り光との位相差を打消すように作用
する。図4Aに示すようなバイアス変調信号が発生さ
れ、この結果、光分岐手段14において入力角速度ゼロ
で図4Bの実線に示すように右回り光の位相はτごとに
+π/4radと−π/4radとが繰返され、左回り
光の位相は点線に示すようにτごとに−π/4radと
+τ/4radとが繰返される。この結果、右回り光と
左回り光との位相差は+π/2radと−π/2rad
とがτごとに繰返される。
【0006】角速度が入力されるとその角速度の方向に
応じた極性でその角速度の大きさに応じた右回り光と左
回り光との位相差に応じたステップ値がステップ値生成
器24から出力され、これがτごとに累積加算されるた
め、光分岐手段14において、右回り光の位相は例えば
図4Cに実線で示すような階段状ランプ波形で変化し、
左回り光の位相は点線で示すようにτだけ遅れた階段状
ランプ波形で変化する。よって右回り光と左回り光との
位相差は図4Dに示すように入力角速度に応じた極性及
び大きさのものとなる。
【0007】入力角速度で生じた右回り光と左回り光と
の位相差を、帰還変調信号により完全に相殺できている
場合は加算器25がオーバフローすると、右回り光と左
回り光との位相差Δφが2πradの整数倍となり、同
期検波回路23の出力は図4Eの実線で示すようにゼロ
のまゝであるように可変増幅器29の利得が初期設定さ
れてある。
【0008】ステップ値生成器24の出力ランプ値の極
性及び大きさ、又は累積加算手段27の出力階段状ラン
プ波形の極性及び繰返し周波数から入力角速度の方向及
び大きさを知ることができる。周囲温度の変動や経年変
化により、加算器25がオーバフローした時、つまり階
段状ランプがフライバックした時に、右回り光と左回り
光との位相差Δφが2πradの整数倍からずれ、例え
ば図4Eの点線に示すように同期検波回路23の出力が
ゼロにならず、入力角速度に対し、帰還変調信号が平衡
した状態から外れているのと同一の状態となり、測定誤
差が生じる。
【0009】このような誤差が生じないため、従来にお
いては加算器25がオーバフローした時の同期検波回路
23の出力が誤差検出回路31で取出され、その出力が
フィルタ32で積分され、そのフィルタ32の出力は基
準値発生器33からの基準値Vr と減算器34で引算さ
れ、その引算結果がDA変換器35でアナログ信号に変
換され、その変換されたアナログ信号で可変利得増幅器
29の利得が制御される。初期状態でフィルタ32の出
力がゼロで基準値Vr による可変利得増幅器29の利得
が、図4Eに示す同期検波回路23の出力がゼロになる
ように調整されてある。例えば位相変調器17の感度が
低下したため図4Eに示す同期検波回路23に出力が生
じた場合は可変利得増幅器29の利得を上げて位相変調
器17の感度低下を補うようにされる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の光干渉角速度計においては階段状ランプ波形がフライ
バックした時の右回り光と左回り光との位相差が2πr
adの整数倍からずれると、これを補正するため、減算
器34の出力をDA変換器35でアナログ信号に変換
し、そのアナログ信号で可変利得増幅器29の利得を制
御するか、DA変換器28として乗算形のものを用い、
DA変換器35から変換アナログ信号をDA変換器28
に乗算信号として入力する必要があった。このように従
来においては2個のDA変換器を必要とし、その他に可
変利得増幅器を用いるか、DA変換器28として乗算形
のものを用いる必要があり、高価となっていた。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明によれば累積加
算値としきい値とが比較手段で比較され、累積加算値が
しきい値を越るとそのしきい値がその比較手段から出力
され、しきい値を越えない間はゼロが出力され、また累
積加算値がしきい値を越えた時の同期検波出力が誤差検
出手段で誤差として検出され、その検出誤差と基準値と
がしきい値出力手段で加算されて上記しきい値として出
力される。また比較手段の出力と累積加算値との差が差
回路でとられてDA変換器へ供給され、そのDA変換器
より変換されたアナログ信号が帰還変調信号とされる。
【0012】
【実施例】図1にこの発明の実施例を示し、図3と対応
する部分は同一符号を示してある。この発明では加算器
25よりの累積加算値RAMはしきい値出力手段37か
らのしきい値THRと比較手段38で比較される。つま
り累積加算値RAMが正方向に上昇し、しきい値THR
を越えると、そのしきい値THRが比較手段38から出
力され、しきい値THRは符号反転器39でしきい値−
THRとされて比較手段38へ供給されており、累積加
算値RAMが負方向に上昇し、しきい値−THRを越え
ると比較手段38からそのしきい値−THRが出力され
る。その他の状態つまりTHR>RAM>−THRの状
態では比較手段38はゼロを出力する。
【0013】比較手段38の出力が差回路41で加算器
25よりの累積加算値RAMから減算され、その減算出
力はラッチ回路26へ供給されると共にD/A変換器2
8へ供給される。また比較手段38において、累積加算
値RAMがしきい値THR又は−THRを越えると、そ
の時の同期検波回路23の出力が誤差検出回路31に取
込まれ、その誤差検出回路31の出力がフィルタ32で
積分され、その積分出力は基準値発生器42からの基準
値Er にしきい値出力手段37で加算され、そのしきい
値出力手段37の出力がしきい値THRとして出力され
る。
【0014】初期状態において、フィルタ32の出力が
ゼロで、基準値発生器42からの基準値Er がしきい値
出力手段37から出力され、この状態ではこの基準値E
r がしきい値THRとして出力される。累積加算値RA
Mがしきい値THRを正方向に越えた時、又はしきい値
−THRを負方向に越えた時に、累積加算値RAMはT
HR又は−THRが減算されて、フライバックがなさ
れ、この時、ループ状光学路15の右回り光と左回り光
との位相差は2πradの整数になるように初期設定さ
れてある。
【0015】温度変動などで位相変調器17の電圧利得
が変化すると、2nπradの位相シフトを起こし得る
フライバック電圧が変化し、それに伴い位相2nπra
dに相当するデジタル値も変化する。従ってしきい値T
HRと2nπradに相当するデジタル値との間に偏差
が生じ、このことにもとづき、同期検波回路23から出
力が生じ誤差検出回路31で検出され、しきい値THR
が増加し、フライバック時の右回り光と左回り光との位
相差は2πradの整数倍になる。つまりこの発明では
図2Aに示すように、DA変換器28に印加されるフラ
イバック時のフライバック値、つまりしきい値THR又
は−THRのデジタル値が変化して位相変調器17に印
加されるアナログ電圧のフライバック値Vf が変化して
右回り光と左回り光との位相差が2πradの整数倍に
保持される。これに対し図3に示した従来の技術ではD
A変換器28に印加されるフライバック値は一定で、そ
の1ビット当りの重みが変化されて、右回り光と左回り
光との位相差が2πradの整数倍に保持されるもので
ある。
【0016】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によればDA
変換器を1個使用するのみであり、高価なDA変換器3
5を省略でき、安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】Aはこの発明におけるデジタルのフライバック
値とアナログのフライバック値との関係を示す図、Bは
従来技術におけるデジタルのフライバック値とアナログ
のフライバック値との関係を示す図である。
【図3】従来の光干渉角速度計を示すブロック図。
【図4】その動作の説明に供するタイムチャート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 健一 東京都渋谷区道玄坂1丁目21番6号 日 本航空電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−249912(JP,A) 特開 平3−239911(JP,A) 特開 昭61−29715(JP,A) 特開 平4−270913(JP,A) 特開 平4−230805(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源よりの光が光分岐手段によりループ
    状光学路に右回り光及び左回り光として入射され、 その光学路の一端と上記光分岐手段との間に挿入された
    位相変調手段により、上記光学路の光伝搬時間τの2倍
    を周期とするデュティ50%の方形波で上記右回り光及
    び左回り光が位相変調され、 上記光学路を伝搬した上記右回り光と左回り光とが上記
    光分岐手段で干渉し、その干渉光の強度が受光器で電気
    信号に変換され、 その電気信号がAD変換器でデジタル信号に変換され、
    そのデジタル信号がデジタル的に同期検波され、その検
    波出力と対応するステップ値がステップ値生成器により
    生成され、 累積加算手段で上記ステップ値が累積加算され、その累
    積加算値がDA変換器でアナログ値に変換され、 そのアナログ値により上記光学路の一端と上記光分岐手
    段との間に挿入された位相変調手段により、上記右回り
    光及び左回り光が位相変調される光干渉角速度計におい
    て、 上記累積加算値としきい値とを比較し、上記累積加算値
    がそのしきい値を越えると、そのしきい値を出力し、そ
    の他はゼロを出力する比較手段と、 その比較手段により上記累積加算値がしきい値を越えた
    時の上記同期検波出力を誤差として検出する誤差検出手
    段と、 その検出誤差を基準値と加算して上記しきい値を出力す
    るしきい値出力手段と、 上記比較手段の出力と上記累積加算値との差をとり上記
    DA変換器へ供給する差回路と、 を設けたことを特徴とする光干渉角速度計。
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