JP2641891B2 - Phase modulation measurement device - Google Patents
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、光ファイバにおける位相変調を測定する装
置に関するものである。The present invention relates to an apparatus for measuring phase modulation in an optical fiber.
本発明は、特にジャイロスコープにおけるような回転
速度を測定する装置に関するものである。The invention relates in particular to a device for measuring the rotational speed as in a gyroscope.
ファイバーオプティックジャイロスコープや位相変調
を測定する装置では光ファイバから成るコイルを用い、
このコイルの一端からコヒーレントな放射光を供給して
いる。コイルがその軸を中心にして回転する場合、光フ
ァイバに沿って伝播する放射光の速度は明らかに変化
し、コイルの他端から出射する放射光に位相偏移が発生
する。出射した放射光の位相を、同一光源から放射され
コイルを通過しない放射光又はコイルを反対方向に伝播
する放射光の位相と比較することにより、回転速度又は
他の位相変調を測定することができる。Fiber optic gyroscopes and devices that measure phase modulation use coils made of optical fibers,
Coherent radiation is supplied from one end of the coil. As the coil rotates about its axis, the speed of the radiation propagating along the optical fiber changes significantly, causing a phase shift in the radiation emerging from the other end of the coil. By comparing the phase of the emitted radiation with the phase of radiation emitted from the same light source that does not pass through the coil or propagates in the opposite direction through the coil, rotation speed or other phase modulation can be measured. .
上記装置を用いて位相変調を測定する場合種々の問題
がある。第1に、2個の光路を通過する放射光の強度が
それぞれ別々に変化すると、測定精度が劣化してしま
う。また、光ファイバが不連続な場合や温度変化によっ
て誤差が生じてしまう。There are various problems when measuring phase modulation using the above apparatus. First, if the intensities of the radiated light passing through the two optical paths change separately, the measurement accuracy will be degraded. In addition, errors occur when the optical fiber is discontinuous or when the temperature changes.
従って、本発明の目的は上述した欠点を解消し得る位
相変調測定方法及び測定装置を提供するものである。Therefore, an object of the present invention is to provide a phase modulation measuring method and a measuring apparatus which can solve the above-mentioned disadvantages.
本発明による位相変調測定装置は、光ファイバにおけ
る位相変調を測定する装置において、周波数変調された
コヒーレントな放射光であって、光ファイバを含む第1
の光路を伝播する測定用放射光及び第1の光路とは異な
る第2の光路を伝播する基準放射光を放射する光源装置
と、第1及び第2の光路から出射した放射光をヘテロダ
イン混合によって結合すると共にホモダイン信号中の変
調周波数の種々の高調波を検出する検出器と、ホモダイ
ン信号中の1の高調波の振幅を、この高調波と隣接する
高次側の高調波の振幅と比較する比較器とを含み、前記
第1の光路と第2の光路との間の位相変調の示度を取り
出すように構成したことを特徴とするものである。A phase modulation measuring device according to the present invention is a device for measuring phase modulation in an optical fiber, wherein the first device is a frequency-modulated coherent radiation light, the first device including an optical fiber.
A light source device that emits the measurement radiation light propagating through the first optical path and the reference radiation light that propagates through the second optical path that is different from the first optical path; and a heterodyne mixture of the radiation lights emitted from the first and second optical paths. A detector that combines and detects various harmonics of the modulation frequency in the homodyne signal, and compares the amplitude of one harmonic in the homodyne signal with the amplitude of the higher harmonic adjacent to this harmonic. And a comparator for extracting an indication of phase modulation between the first optical path and the second optical path.
前記ファイバは、コイル状に配置することができる。 The fibers can be arranged in a coil.
前記光源装置から周波数変調された放射光をコイルの
対向端部に放射し、前記検出器が、コイルの各端部から
出射した放射光を各基準放射光とホモダイン混合によっ
て結合して前記2個の光路間の全位相差と関係する前記
基準放射光に対する高調波を含む結合信号を発生すると
共に各ホモダイン信号中の前記変調周波数の種々の高調
波を検出し、前記比較器が各ホモダイン信号中の1の高
調波の振幅と隣接する高次側の高調波の振幅と比較し、
各方向におけるコイルに沿う位相変調の示度を取り出す
ように構成することができる。The light source device emits frequency-modulated radiated light to opposite ends of the coil, and the detector combines the radiated light emitted from each end of the coil with each reference radiated light by homodyne mixing to form the two light beams. A combined signal including harmonics to the reference radiation light related to the total phase difference between the optical paths is generated, and various harmonics of the modulation frequency in each homodyne signal are detected, and the comparator detects each harmonic in each homodyne signal. Comparing the amplitude of one harmonic of the above with the amplitude of the adjacent higher-order harmonic,
It can be configured to extract readings of phase modulation along the coil in each direction.
或は、本発明の測定装置は、互いに同軸状に配置され
ている2個のコイルを含み、前記光源装置から周波数変
調された放射光を両方のコイルに放射し、これら放射光
がコイルに沿って反対方向に伝播し、検出器が、各コイ
ルから出射した放射光をホモダイン混合によって各基準
放射光と結合すると共に前記結合信号中の前記変調周波
数の種々の高調波を検出し、前記検出器が各ホモダイン
信号中のある高調波の振幅を隣接する高次側の高調波の
振幅と比較し、各コイルの位相変調の示度を取り出すよ
うに構成することができる。Alternatively, the measuring device of the present invention includes two coils arranged coaxially with each other, and emits frequency-modulated radiation from the light source device to both coils, and the radiation is transmitted along the coils. The detector propagates in the opposite direction, and the detector combines the emitted light emitted from each coil with each reference emitted light by homodyne mixing, and detects various harmonics of the modulation frequency in the combined signal. Can compare the amplitude of a certain harmonic in each homodyne signal with the amplitude of an adjacent higher-order harmonic, and take out an indication of the phase modulation of each coil.
本発明の測定装置は、各位相変調について前記比較器
の出力を比較する別の比較器を含み、位相変調を表わす
平均化された信号を取り出すように構成することができ
る。本発明の測定装置は、各コイルの軸を中心とする回
転速度の示度を取り出すことができる。各コイルの長さ
は、コイルに沿って伝播する放射の波長のほぼ1/2とな
るようにすることが望ましい。比較器は3次の高調波の
振幅を4次の高調波の振幅と比較することができる。本
発明の装置は前記コイル又は各コイルの一端に供給され
る放射光を基準放射光として反射する反射体を含み、前
記コイル又は各コイルから出射した放射光と結合する。
本発明の装置は、前記検出器に接続されている1又はそ
れ以上の増幅器を含み、隣接する高調波の相対振幅を正
規化する。The measurement device of the present invention may include another comparator for comparing the output of the comparator for each phase modulation, and may be configured to retrieve an averaged signal representing the phase modulation. The measuring device of the present invention can extract the reading of the rotation speed about the axis of each coil. Desirably, the length of each coil is approximately one-half the wavelength of the radiation propagating along the coil. The comparator can compare the amplitude of the third harmonic with the amplitude of the fourth harmonic. The apparatus of the present invention includes a reflector that reflects, as reference radiation, radiation emitted to one end of the coil or each coil, and combines the radiation emitted from the coil or each coil.
The apparatus of the present invention includes one or more amplifiers connected to the detector for normalizing the relative amplitude of adjacent harmonics.
以下図面に基き本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図において、ファィバーオプティクジャイロスコ
ープ装置はコヒーレントな放射光を放射する光源1を含
み、この放射光は変調ユニット2によって420kHzの低周
波数に変調された周波数を有している。この光源1は
「ライトウェイブ エレクロトニック社」製のダイオー
ドポンプ固体リングレーザや米国特許明細書第4578793
号で説明されているレーザとするのが好適である。変調
放射光をビームスプリッタ3によって2個の別々のビー
ムに等分割する。検出光路の放射光を、傾斜配置したハ
ーフミラー4を介してコイル11として巻回されている光
ファイバ10の一端5に入射させる。光ファイバは500m長
の単一モードファイバとする。他の検出光路の放射光
を、第2の傾斜配置したハーフミラー6を介してコイル
状光ファイバ10の他端7に入射させる。In FIG. 1, the fiber optic gyroscope device includes a light source 1 which emits coherent radiation, the radiation having a frequency modulated by a modulation unit 2 to a low frequency of 420 kHz. The light source 1 may be a diode-pumped solid-state ring laser manufactured by "Lightwave Electronics Co., Ltd." or U.S. Pat.
Preferably, the laser described in the above item is used. The modulated radiation is split equally by a beam splitter 3 into two separate beams. The light emitted from the detection optical path is made incident on one end 5 of an optical fiber 10 wound as a coil 11 via a half mirror 4 arranged at an angle. The optical fiber is a single mode fiber having a length of 500 m. Radiation light from another detection optical path is made incident on the other end 7 of the coiled optical fiber 10 via the second inclined half mirror 6.
ハーフミラー4は、コイル11の一端5に供給された放
射光の一部が第2のハーフミラー6を介して基準信号と
して第1放射検出器21に入射するように配置する。ま
た、このハーフミラー4はコイル11の一端5から出射し
た放射光を第2の放射検出器31に向けて反射する。第2
のハーフミラー6は、第1のハーフミラー4を介してコ
イル11の他端7に供給された光エネルギーの一部を基準
光として第2の検出器31に入射させるよに配置する。ま
た、第2のハーフミラー6は、コイル11の他端7から出
射した放射光を第1検出器21に向けて反射する。The half mirror 4 is arranged such that a part of the radiated light supplied to one end 5 of the coil 11 is incident on the first radiation detector 21 as a reference signal via the second half mirror 6. The half mirror 4 reflects the light emitted from one end 5 of the coil 11 toward the second radiation detector 31. Second
Is arranged such that a part of the light energy supplied to the other end 7 of the coil 11 via the first half mirror 4 is incident on the second detector 31 as reference light. The second half mirror 6 reflects the radiation emitted from the other end 7 of the coil 11 toward the first detector 21.
従って、第1検出器21は、コイル11を時計方向に沿っ
て通過する放射光とコイルに入射する前の基準放射光と
の合成放射光を受光し、一方第2検出器31はコイル11を
反時計方向に沿って通過する放射光とコイルに入射する
前の基準放射光との合成放射光を受光する。Therefore, the first detector 21 receives the combined radiated light of the radiated light passing through the coil 11 along the clockwise direction and the reference radiated light before being incident on the coil, while the second detector 31 controls the coil 11 The combined radiated light of the radiated light passing along the counterclockwise direction and the reference radiated light before entering the coil is received.
検出器21及び31は、第2図に示す変調周波数Wmの高調
波スペクトルを発生する非線形ヘテロダイン検出器とし
て機能する。3次及び4次の高調波の振幅を表わす信号
を、各増幅器22,23及び32,33を経て比較器24及び34にそ
れぞれ供給する。比較器24及び34は後述するように相対
振幅を比較し、コイル11がその軸を中心として回転する
場合に2個の放射光路に誘導される位相偏移を表わす出
力信号をライン25及び35にそれぞれ発生する。これらの
位相偏移はほぼ等しい大きさで符号が反対であり、3次
及び4次の高調波の相対振幅における対応する変化を発
生させる。コイルが加速又は減速しようとするに、コイ
ルに対して位相変調遷移が生じ、この位相変調遷移はフ
ーリエフペクトラムにおいて各高調波周波数のまわりに
等しく離間した側波帯として発生する。よって、搬送波
自身が抑制され、すなわち複合信号が抑制された搬送波
信号の二重側波帯として発生し、振幅検出が行なわれる
前に搬送波が再生されることになる。比較器24及び34か
らの信号を第3の比較器40に供給する。この第3の比較
器40は、この位相変調測定装置で誘導された位相偏移を
表わす平均化された信号を発生すると共に、この信号を
利用手段50に供給する。この利用手段50は、位相偏移か
ら回転速度を表わす信号を取り出し、取り出した信号を
用いて例えばその値を表示又は記憶し、或は操縦系又は
制御系で利用する。The detectors 21 and 31 function as nonlinear heterodyne detectors that generate a harmonic spectrum of the modulation frequency Wm shown in FIG. Signals representing the amplitudes of the third and fourth harmonics are supplied to comparators 24 and 34 via amplifiers 22, 23 and 32, 33, respectively. Comparators 24 and 34 compare the relative amplitudes, as described below, and output an output signal on lines 25 and 35 representing the phase shift induced in the two radiation paths when coil 11 rotates about its axis. Each occurs. These phase shifts are approximately equal in magnitude and opposite in sign and produce corresponding changes in the relative amplitudes of the third and fourth harmonics. As the coil attempts to accelerate or decelerate, a phase modulation transition occurs for the coil, which occurs in the Fourier spectrum as side bands equally spaced around each harmonic frequency. Therefore, the carrier itself is suppressed, that is, the composite signal is generated as a double sideband of the suppressed carrier signal, and the carrier is reproduced before the amplitude detection is performed. The signals from the comparators 24 and 34 are supplied to a third comparator 40. The third comparator 40 generates an averaged signal representing the phase shift induced by the phase modulation measuring device and supplies this signal to the utilization means 50. The utilization means 50 extracts a signal representing the rotational speed from the phase shift, displays or stores the value using the extracted signal, or uses the value in a steering system or a control system.
このジャイロスコープの操作方法を第3図を参照しな
がら説明する。The method of operating the gyroscope will be described with reference to FIG.
検出器21及び31で発生した基準放射光に対する高調波
の振幅は、光源1の波長におけるコイルを反対方向に伝
播する放射光とハーフミラー4又は6で反射され直接受
光された基準放射光との間の全位相差に関係する。この
位相差は、偶数高調波信号の振幅のこれに隣接する奇数
高調波信号に対する比のアークタンジェントとなる。こ
の比は、特有の高調波次数のベッセル関数であると共
に、光ファイバ中での伝播時間の関数でもあり、コイル
11が静止し光源1の変調深度が一定の場合全てのベンセ
ル関数は一定になる。The amplitude of the harmonic with respect to the reference radiation generated by the detectors 21 and 31 is determined by the difference between the radiation propagating in the coil at the wavelength of the light source 1 in the opposite direction and the reference radiation reflected by the half mirror 4 or 6 and directly received. Related to the total phase difference between them. This phase difference is the arc tangent of the ratio of the amplitude of the even harmonic signal to the adjacent odd harmonic signal. This ratio is a function of the Bessel function of the specific harmonic order, as well as a function of the propagation time in the optical fiber.
When 11 is stationary and the modulation depth of the light source 1 is constant, all the Bensel functions are constant.
伝送信号の振幅et、すなわちコイルに入射する前の信
号の振幅は次式で与えられる。The amplitude e t of the transmission signal, that is, the amplitude of the signal before entering the coil is given by the following equation.
et=Etsin(wt+mfsin wnt) …(1) ここで、Etは信号の最大振幅; Wは光源1の角速度; Wnは変調の角速度; mfはf/fmで与えられる変調率; Δfは周波数変化分; fnは変調周波数; 同様に、受信信号の振幅er、すなわちコイルを通過し
た後の信号の振幅は次式で与えられる。In e t = E t sin (w t + m f sin w n t) ... (1) where, E t is the maximum signal amplitude; W is the light source 1 angular velocity; W n modulation of the angular velocity; m f is f / modulation rate given by f m; Delta] f is the frequency variation; f n is a modulation frequency; similarly, the amplitude e r of the received signal, i.e. the amplitude of the signal after passing through the coil is given by the following equation.
er=Ersin〔w(t−r)+mfsin wn(t−r)+φ〕 …(2) ここで、rはコイルによって誘導される時間遅延; φはコイルによって誘導される位相変移; ヘテロダインすなわちフーリエスペクトラムは次式で
与えられる。e r = E r sin [w (tr) + m f sin w n (t r) + φ] (2) where r is a time delay induced by the coil; φ is a phase induced by the coil Transition; Heterodyne or Fourier spectrum is given by:
ここで、Jn(X)は、n次で偏角Xのベッセル関数で
あり、偏角Xは 位相角φは隣接するベッセル関数の比を用いることに
より測定されるから、絶対値の信号レベルに依存しない
出力が発生する。 Here, Jn (X) is an nth-order Bessel function of the argument X, and the argument X is Since the phase angle φ is measured by using the ratio of adjacent Bessel functions, an output that does not depend on the signal level of the absolute value is generated.
周波数変化分Δf及び変調周波数をベッセル関数
((4)式)の偏角に基いて最良のものとし、減衰効果
を無視して特有の高調波における最大感度を形成するこ
とができる。第3次の高調波において、偏角x=4.2の
J(x)の最大値を用いると、(4)式より次式が導か
れる。The frequency change Δf and the modulation frequency are made the best based on the argument of the Bessel function (formula (4)), and the maximum sensitivity at a specific harmonic can be formed ignoring the attenuation effect. When the maximum value of J (x) at the argument x = 4.2 is used in the third harmonic, the following equation is derived from the equation (4).
fm=200kHz及びsinλ/4=1の場合 Δf=420kHz すなわち、 0次及び5次のベッセル関数J0(x)及びJ5(x)を
サイン関数と共に第3図に示す。コイル11の長さは、コ
イルを伝播する放射の1/2波長(180゜)となるように、
すなわちsinθが数学的に1に等しく、最大値がx=4.2
における3次高調波のベッセル関数J3(x)の最初の最
大に対応するように、つまりこれらの積が最大となるよ
うに選択する。J(x)に対応する隣接する高次の高調
波のピークが3次の高調波のピークよりも低くなるか
ら、増幅器22及び32を配置して増幅器23及び32よりも一
層高い増幅度を発生させることができ、この経過3次及
び4次の高調波に対する相対振幅が正規化されることに
なる。或いは、J3(x)=J4となる偏角、すなわちx=
4.88となる偏角を利用することもできる。(4)式か
ら、 ここで、fm=200kHzであり、sinλ/4=1である Δf=488kHz J1(x)よりも大きなベッセル関数について、約1以
下となる小さい偏角xにおいて一層小さい振幅が存在す
る。すなわち、レーリーノイズと区別される効果を有し
ている。微少な時間遅延を有する基準信号を用いること
により、大きな偏角のベッセル関数を用いることができ
る。この場合、1次高調波より高次の互いに隣接する2
個の高調波の振幅、例えば2次と3次の高調波の振幅、
或いは4次と5次の高調網の振幅を比較することは有益
である。 When f m = 200 kHz and sinλ / 4 = 1 Δf = 420 kHz The zero-order and fifth-order Bessel functions J 0 (x) and J 5 (x) are shown in FIG. 3 together with the sine function. The length of the coil 11 is set to be half the wavelength (180 °) of the radiation propagating through the coil.
That is, sin θ is mathematically equal to 1 and the maximum value is x = 4.2
Is selected so as to correspond to the first maximum of the Bessel function J 3 (x) of the third harmonic in, that is, to maximize these products. Since the peaks of adjacent higher harmonics corresponding to J (x) are lower than the peaks of the third harmonic, amplifiers 22 and 32 are arranged to generate higher amplification than amplifiers 23 and 32. And the relative amplitudes for the third and fourth harmonics are normalized. Alternatively, the argument that J 3 (x) = J 4 , that is, x =
An argument of 4.88 can also be used. From equation (4), Here, for a Bessel function larger than Δf = 488 kHz J 1 (x) where f m = 200 kHz and sinλ / 4 = 1, a smaller amplitude exists at a small argument x that is about 1 or less. That is, it has an effect distinguishable from Rayleigh noise. By using a reference signal having a small time delay, a Bessel function having a large argument can be used. In this case, two adjacent higher order harmonics than the first harmonic
The amplitudes of the harmonics, for example the amplitudes of the second and third harmonics,
Alternatively, it is useful to compare the amplitudes of the fourth and fifth harmonics.
各ビームの全体のスペクトルが等しい作用を受けるか
ら、いかなる非線形光パワー又はカー効果も抑制され
る。Any nonlinear optical power or Kerr effect is suppressed since the entire spectrum of each beam is affected equally.
コイル11の軸を中心にして高速回転することにより、
等価的なドップラー偏移が発生する。例えば、回転速度
が1000゜/秒の場合2.8Hzのドップラー偏移が発生す
る。ある応用例において、このドップラー偏移を検出す
ることは有用であり、別の応用例ではドップラー偏移が
基準ビームの低周波位相変調を介して発生する。By rotating at high speed around the axis of coil 11,
An equivalent Doppler shift occurs. For example, when the rotation speed is 1000 ° / sec, a Doppler shift of 2.8 Hz occurs. In some applications it is useful to detect this Doppler shift, while in other applications the Doppler shift occurs via low frequency phase modulation of the reference beam.
単一のコイルを用いる代りに、第4図に示すように巻
回された光ファイバからな成り同軸状に配置した2個の
コイル61及び61を用い、各コイルにそれぞれ単一波長光
を入射させることができる。この測定装置において、ビ
ームスプリッタの代りに方向性カップラを用いることが
できる。両方のコイル61及び62の入射点及び出射点は分
離されているから、平衡な混合器を用いることもでき
る。このため、4個の検出器71〜74を用いる。検出器71
及び72は共に、反時計方向のコイル62の入射部に供給し
た放射光の一部及びこのコイルから出射した放射の一部
を受光する。一方の検出器71は、入射側のハーフミラー
75で反射し出射側のミラーを透過した放射光を受光す
る。他方の検出器72は、ハーフミラー75で反射しハーフ
ミラー76で反射した入射側の放射光を受光する。同様
に、一方の検出器71はハーフミラー76で反射したコイル
62からの出射放射光を受光し、他方の検出器72はハーフ
ミラー76を透過したコイル62からの出射放射光を受光す
る。他方の検出器73及び74は、同様に時計方向のコイル
61の入射側及び出射側にそれぞれ位置するハーフミラー
77及び78に対して相対的に配置される。一方検出器73
は、ハーフミラー77及び78で共に反射した入射側の放射
光並びに出射側のハーフミラー78を透過した出射側の放
射光を受光する。他方の検出器74は、入射側のハーフミ
ラー77で反射し出射側のハーフミラー78を透過した基準
放射光並びに出射側のハーフミラー78で反射した検出用
出射放射光を受光する。Instead of using a single coil, two coils 61 and 61 made of optical fibers wound as shown in FIG. 4 and arranged coaxially are used, and a single wavelength light is incident on each coil. Can be done. In this measuring device, a directional coupler can be used instead of the beam splitter. Since the entrance and exit points of both coils 61 and 62 are separated, a balanced mixer can be used. Therefore, four detectors 71 to 74 are used. Detector 71
And 72 both receive a part of the radiation supplied to the entrance of the coil 62 in the counterclockwise direction and a part of the radiation emitted from this coil. One detector 71 is a half mirror on the incident side.
The radiated light reflected at 75 and transmitted through the exit-side mirror is received. The other detector 72 receives the incident-side radiation reflected by the half mirror 75 and reflected by the half mirror 76. Similarly, one detector 71 is a coil reflected by the half mirror 76.
The detector 72 receives the radiation emitted from the coil 62 and receives the radiation emitted from the coil 62 through the half mirror 76. The other detectors 73 and 74 are likewise clockwise coils.
Half mirrors located on the entrance and exit sides of 61
Positioned relative to 77 and 78. On the other hand, detector 73
Receives the emission light on the incident side reflected by the half mirrors 77 and 78 and the emission light on the emission side transmitted through the half mirror 78 on the emission side. The other detector 74 receives the reference radiation light reflected by the incident half mirror 77 and transmitted through the emission half mirror 78 and the detection radiation light reflected by the emission half mirror 78.
平衡化された混合器を用いることにより、周波数変調
に起因する光源1における高調波振幅変調ひずみによる
ノイズ及び誤差が低減され、特に反対極性の検出器を用
いるのが有効である。前述した高調波搬送波の再生は、
高調波振幅変調ひずみから区別される。By using a balanced mixer, noise and errors due to harmonic amplitude modulation distortion in the light source 1 due to frequency modulation are reduced, and it is particularly effective to use a detector of opposite polarity. The reproduction of the harmonic carrier described above
Distinguished from harmonic amplitude modulation distortion.
本発意は上述した実施例だけに限定されず種々の変形
が可能である。例えば、光源からの周波数変調放射光の
代りに、他の角度変調放射光についても用いることがで
き、特に位相又は波長変調についても用いられることが
できる。位相変調については、第1図のユニット1′お
よび2′に示すように位相変調器が装置内に含まれてい
る。The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible. For example, instead of frequency modulated radiation from a light source, other angle modulated radiation can also be used, especially for phase or wavelength modulation. For phase modulation, a phase modulator is included in the device as shown in units 1 'and 2' of FIG.
本発明は回転速度の測定だけに限定さるものではな
く、コイルを用いる他の位相変調測定装置にも応用する
ことができる。例えば、第5図に示すように位相変調は
検出コイル51やその成形器52によって経験される圧力や
温度の変化に起因して発生するおそれがある。変調周波
数はコイル51の長さにも関係する。基準放射光は、第5A
図に示されるようにハーフミラー又はプリズム54のよう
な素子によって検出コイル51に接近している検出用放射
光から分離する。The present invention is not limited to the measurement of the rotational speed, but can be applied to other phase modulation measuring devices using coils. For example, as shown in FIG. 5, phase modulation can occur due to changes in pressure and temperature experienced by the detector coil 51 and its former 52. The modulation frequency is also related to the length of the coil 51. Reference radiation is 5A
As shown in the figure, the light is separated from the detection radiation approaching the detection coil 51 by an element such as a half mirror or a prism 54.
第5B図に示すように方向性カップラ56又は第5C図に示
すようにハーフミラー57(又はハーフミラーと等価なも
の)を有する単一伝送/受信ファイバ55を用いることも
できる。It is also possible to use a directional coupler 56 as shown in FIG. 5B or a single transmission / reception fiber 55 having a half mirror 57 (or equivalent to a half mirror) as shown in FIG. 5C.
さらに、第6A図及び第6B図に示すように、同一光源に
よって駆動される測定ファイバ51A〜51Dを複合したもの
を用いることもできる。Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, a composite of measurement fibers 51A to 51D driven by the same light source can be used.
第1図はジャイロスコープの構成を示す線図、 第2図はジャイロスコープにおける放射光の周波数スペ
クトラムを示すグラフ、 第3図は種々の次数のベッセル関数を示すグラフ、 第4図はジャイロスコープの変形例の構成を示す線図、 第5図は別の物理値を測定するための装置の構成を示す
線図、 第5A図〜第5C図は第5図に示す装置の変形例の構成を示
す線図、 第6A図及び第6b図は別の変形例の構成を示す線図であ
る。 1……光源 2……変調ユニット 3……ビームスプリッタ 4,6……ハーフミラー 10,61,62,51……光ファイバ 11,51,52,61……コイル 21,31……検出器 22,23,32,33……増幅器 24,34,40……比較器FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a gyroscope, FIG. 2 is a graph showing a frequency spectrum of emitted light in the gyroscope, FIG. 3 is a graph showing Bessel functions of various orders, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a modification, FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a device for measuring another physical value, and FIGS. 5A to 5C are diagrams of a configuration of a modification of the device shown in FIG. FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing a configuration of another modification. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Modulation unit 3 ... Beam splitter 4, 6 ... Half mirror 10, 61, 62, 51 ... Optical fiber 11, 51, 52, 61 ... Coil 21, 31 ... Detector 22 , 23,32,33 …… Amplifier 24,34,40 …… Comparator
Claims (10)
置において、周波数変調されたコヒーレントな放射光で
あって、光ファイバ(11,61,62,51)を含む第1の光路
を伝播する測定用放射光及び第1の光路とは異なる第2
の光路を伝播する基準放射光を放射する光源装置(1,
2)と、第1及び第2の光路から出射した放射光をヘテ
ロダイン混合によって結合して前記2個の光路間の全位
相差と関係する前記基準放射光に対する高調波を含む結
合信号を発生すると共に、前記結合信号中の変調周波数
の種々の高調波を検出する検出器(21,31,71〜74)と、
前記結合信号中のある高調波の振幅を、この高調波と隣
接する高次側の高調波の振幅と比較する比較器とを含
み、前記第1の光路と第2の光路との間の位相変調の示
度を取り出すように構成したことを特徴とする位相変調
測定装置。An apparatus for measuring phase modulation in an optical fiber, comprising: a frequency-modulated coherent radiated light that propagates along a first optical path including an optical fiber (11, 61, 62, 51). A second different from the emitted light and the first optical path
Light source device that emits reference radiation propagating in the optical path of
2) combining the emitted light from the first and second optical paths by heterodyne mixing to generate a combined signal including harmonics to the reference emitted light related to the total phase difference between the two optical paths. Together with a detector (21, 31, 71 to 74) for detecting various harmonics of the modulation frequency in the combined signal;
A comparator for comparing the amplitude of a harmonic in the combined signal with the amplitude of an adjacent higher harmonic, the phase between the first optical path and the second optical path. A phase modulation measuring device configured to extract a modulation reading.
として配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の位相変調測定装置。2. The optical fiber is a coil (11, 61, 62, 51).
2. The phase modulation measurement device according to claim 1, wherein the phase modulation measurement device is arranged as:
た放射光を前記コイル(11)の対向端部に放射し、前記
検出器(31,21)が、コイルの各端部から出射した放射
光を各基準放射光とホモダイン混合によって結合すると
共に前記結合信号中の前記変調周波数の種々の高調波を
検出し、前記比較器(24,34)が前記結合信号中のある
高周波の振幅を隣接する高次側の高調波の振幅と比較
し、前記コイル(11)における位相変調の示度を取り出
すように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第2
項記載の位相変調測定装置。3. A frequency-modulated radiated light from said light source device (1, 2) is emitted to opposite ends of said coil (11), and said detectors (31, 21) are provided from each end of said coil. The emitted radiation is combined with each reference radiation by homodyne mixing, and various harmonics of the modulation frequency in the combined signal are detected, and the comparator (24, 34) detects a certain high frequency in the combined signal. 3. The method according to claim 2, wherein the amplitude is compared with the amplitude of an adjacent higher-order harmonic, and an indication of phase modulation in the coil is taken out.
Item 8. The phase modulation measuring device according to Item 1.
ル(61及び62)を含み、前記光源装置から周波数変調さ
れた放射光を両方のコイルに投射し、これら放射光がコ
イルに沿って反対方向に伝播し、検出器(71〜74)が、
各コイル(61及び62)から出射した放射光をホモダイン
混合によって各基準放射光と結合すると共に、各結合信
号中の前記変調周波数の種々の高調波を検出し、前記比
較器が各ホモダイン結合により得られた結合信号中のあ
る高調波の振幅を隣接する高次側の高調波の振幅と比較
し、各コイルの位相変調の示度を取り出すように構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の位相変
調測定装置。4. A light source device comprising two coils (61 and 62) arranged coaxially with each other, and the frequency-modulated radiation from the light source device is projected on both coils, and these radiations travel along the coils. And propagate in the opposite direction, and the detectors (71-74)
The emitted light emitted from each coil (61 and 62) is combined with each reference emitted light by homodyne mixing, and various harmonics of the modulation frequency in each combined signal are detected. The amplitude of a certain harmonic in the obtained combined signal is compared with the amplitude of a higher harmonic adjacent to the higher-order side, and an indication of phase modulation of each coil is taken out. 3. The phase modulation measurement device according to claim 2.
の出力を比較する別の比較器(40)を含み、位相変調を
表わす平均化された信号を取り出すように構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第3項又は第4項記載の位
相変調測定装置。5. The comparator for each phase modulation.
5. A phase modulation system as claimed in claim 3, further comprising a further comparator for comparing the outputs of the phase modulation means and adapted to extract an averaged signal representative of the phase modulation. measuring device.
のまわりの回転速度の示度を取り出すように構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項から第5項までの
いずれか1項に記載の位相変調測定装置。6. The coil or each coil (11, 61, 62, 51)
The phase modulation measurement device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that an indication of a rotation speed around is taken out.
の長さを、コイル伝播時の放射の1/2波長にほぼ等しく
したことを特徴とする特許請求の範囲第2項から第6項
までのいずれか1項に記載の位相変調測定装置。7. The coil or each coil (11, 61, 62, 51)
7. The phase modulation measuring apparatus according to claim 2, wherein a length of the phase modulation measurement is substantially equal to a half wavelength of radiation at the time of propagation through the coil.
振幅を4次の高調波の振幅と比較することを特徴とする
特許請求の範囲第1項から第7項までのいずれか1項に
記載の位相変調測定装置。8. The apparatus according to claim 1, wherein said comparator compares the amplitude of a third harmonic with the amplitude of a fourth harmonic. The phase modulation measurement device according to any one of the above.
の一端に供給される放射光を基準放射光として反射する
反射体(4,6,75〜78,53)を含み、前記コイル又は各コ
イルから出射した放射光に結合するように構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第2項から第8項までのい
ずれか1項に記載の位相変調測定装置。9. The coil or each coil (11, 61, 62, 51)
A reflector (4,6,75-78,53) for reflecting the radiated light supplied to one end of the as a reference radiated light, and configured to couple to the radiated light emitted from the coil or each coil. The phase modulation measurement device according to any one of claims 2 to 8, characterized in that:
以上の増幅器(22,23,32,33)を含み、隣接する高調波
の相対振幅を正規化するように構成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項から第9項までのいずれか1項
に記載の位相変調測定装置。10. An apparatus comprising one or more amplifiers (22, 23, 32, 33) connected to said detector and configured to normalize relative amplitudes of adjacent harmonics. The phase modulation measurement device according to any one of claims 1 to 9, wherein:
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