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JP3314318B2 - Fiber optic gyro - Google Patents
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JP3314318B2 - Fiber optic gyro - Google Patents

Fiber optic gyro

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JP3314318B2
JP3314318B2 JP08687994A JP8687994A JP3314318B2 JP 3314318 B2 JP3314318 B2 JP 3314318B2 JP 08687994 A JP08687994 A JP 08687994A JP 8687994 A JP8687994 A JP 8687994A JP 3314318 B2 JP3314318 B2 JP 3314318B2
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light
signal
optical fiber
modulation
angular velocity
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芳幸 岡田
伸一 河田
武 北條
貫志 山本
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Tokyo Keiki Inc
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】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
ャイロに関し、より詳細には、位相変調方式及びセロダ
イン方式の光ファイバジャイロに関する。
The present invention relates to, for example, aircraft, ships,
The present invention relates to an optical fiber gyro suitable for use as an gyro for an automobile or the like, and more particularly, to an optical fiber gyro of a phase modulation system and a serrodyne system.

【0002】[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。干渉型の光ファイバジャイロでは、複数
回巻かれた光ファイバループよりなる1本の長い光路を
互いに反対方向に光を伝播させ、斯かる2つの伝播光の
干渉光に現れる位相差より角速度を求める。
2. Description of the Related Art An optical fiber gyro is widely used as a device for measuring an angular velocity, and has advantages of being small in size and having high reliability. The optical fiber gyro measures an angular velocity using a Sagnac effect (also called a Sagnac effect) of light. In an interference type optical fiber gyro, light propagates in one long optical path composed of an optical fiber loop wound a plurality of times in directions opposite to each other, and an angular velocity is obtained from a phase difference appearing in the interference light between the two propagated lights. .

【0003】図9を参照して従来の光ファイバジャイロ
装置の例を説明する。この光ファイバジャイロ装置は干
渉型の光ファイバジャイロのうち位相変調方式のもので
ある。
An example of a conventional optical fiber gyro apparatus will be described with reference to FIG. This optical fiber gyro device is a phase modulation type of an interference type optical fiber gyro.

【0004】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と光集積回路4とを有する。光
集積回路4は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Y分岐5、6と第2のY分岐6の分
岐枝に設けられた位相変調器8とを有する。
An optical fiber gyro device includes a light emitting device 1 such as a semiconductor laser or a light emitting diode, a light receiving device 2 for converting detection light into a current, an optical fiber loop 3 formed by winding one optical fiber a plurality of times, and an optical fiber gyro. And an integrated circuit 4. The optical integrated circuit 4 has first and second Y-branches 5 and 6 for combining or branching light propagating through an optical fiber, and a phase modulator 8 provided on a branch of the second Y-branch 6.

【0005】発光器1及び受光器2は第1のY分岐5の
各分岐枝に接続されており、光ファイバループ3の両端
は第2のY分岐6の各分岐枝に接続されている。発光器
1より出力された光は第1のY分岐5を経由し、第2の
Y分岐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。
The light emitting device 1 and the light receiving device 2 are connected to each branch of the first Y branch 5, and both ends of the optical fiber loop 3 are connected to each branch of the second Y branch 6. The light output from the light emitter 1 passes through the first Y-branch 5, is split into two propagating lights by the second Y-branch 6, and propagates in the optical fiber loop 3 in opposite directions. That is, one propagates clockwise through the optical fiber loop 3, and the other propagates counterclockwise.

【0006】光ファイバループ3を互いに反対方向に伝
播した光は第2のY分岐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Y分岐5の他方の分岐
枝を経由して受光器2によって検出される。
The lights that have propagated in the optical fiber loop 3 in opposite directions are combined by the second Y branch 6 to generate interference light. Such interference light is detected by the light receiver 2 via the other branch of the first Y branch 5.

【0007】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は角速度Ωに比例し、次の式で
表される。
When an angular velocity Ω is applied to the optical fiber loop 3 from the outside, the optical fiber loop 3 is caused by the Sagnac effect.
A phase difference Δθ is generated between lights propagating in the opposite directions. Such a phase difference Δθ is proportional to the angular velocity Ω and is expressed by the following equation.

【0008】[0008]

【数1】Δθ=(2πDL/λc)ΩEquation 1 Δθ = (2πDL / λc) Ω

【0009】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。
Here, D is the loop diameter of the optical fiber loop 3, L is the length of the optical fiber loop 3, λ is the wavelength of the light output from the light emitter 1, c is the speed of light, and Ω is the optical fiber loop 3. Represents the angular velocity around the central axis of the loop.

【0010】位相変調方式によると、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。それによっ
て、入力角速度Ωが小さいときでも正確な位相差Δθを
得ることができる。位相変調をしない方式では、受光器
2によって検出される干渉光の強さIは位相差Δθの余
弦値cosΔθを含み、入力角速度Ωが小さいと、正確
な位相差Δθを得られない欠点があった。
According to the phase modulation method, the light propagating clockwise and the light propagating counterclockwise in the optical fiber loop 3 are respectively phase-modulated by the phase modulator 8. Thereby, an accurate phase difference Δθ can be obtained even when the input angular velocity Ω is small. In the method without phase modulation, the intensity I of the interference light detected by the light receiver 2 includes the cosine value cos Δθ of the phase difference Δθ, and if the input angular velocity Ω is small, there is a disadvantage that an accurate phase difference Δθ cannot be obtained. Was.

【0011】光ファイバループ3を右周りに伝播する光
C 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。
The light E C propagating clockwise and the light E CC propagating counterclockwise in the optical fiber loop 3 are expressed as follows at both ends of the optical fiber loop 3.

【0012】[0012]

【数2】EC =E0 sin(ωt−Δθ/2+β0 ) ECC=E0 sin(ωt+Δθ/2+βT E C = E 0 sin (ωt−Δθ / 2 + β 0 ) E CC = E 0 sin (ωt + Δθ / 2 + β T )

【0013】ここに、E0 は振幅、ωは光の周波数に対
する角速度、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 の位
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た光の位相
差であり、左周りに伝播する光ECCの位相差βT は光フ
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の位相差である。
Where E 0 is the amplitude, ω is the angular velocity with respect to the frequency of the light, t is the time, Δθ / 2 is the phase difference caused by the Sagnac effect, and β 0 and β T are the positions generated by the phase modulator 8. It is a difference. The phase difference β 0 of the light E C propagating clockwise is the phase difference of the light phase-modulated at the exit of the optical fiber loop 3 after propagating clockwise through the optical fiber loop 3 and propagating counterclockwise. The phase difference β T of the light E CC is the phase difference of the light that has been phase-modulated at the entrance of the optical fiber loop 3 and has propagated counterclockwise through the optical fiber loop 3.

【0014】斯かる2つの伝播光EC 、ECCは第2のY
分岐6によって合成され、干渉光は第1のY分岐5の他
方の分岐枝を経由して受光器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。
The two propagation lights E C and E CC are the second Y light.
The interference light combined by the branch 6 is detected by the light receiver 2 via the other branch of the first Y branch 5. The intensity I of the interference light detected by the light receiver 2 is represented by the following equation.

【0015】[0015]

【数3】 I=2E0 2 〔1+cos(Δθ+βT −β0 )〕Equation 3] I = 2E 0 2 [1 + cos (Δθ + β T -β 0) ]

【0016】位相変調は角速度ωm の基準周波数の正弦
波を使用して行われる。斯かる場合、位相差βT 及びβ
0 は次の式によって表される。
The phase modulation is performed using a sine wave of the reference frequency of the angular velocity omega m. In such a case, the phase differences β T and β
0 is represented by the following equation.

【0017】[0017]

【数4】βT =βsin(ωm t+ωm ・τ/2) β0 =βsin(ωm t−ωm ・τ/2)## EQU4 ## β T = β sin (ω mt + ω m · τ / 2) β 0 = β sin (ω mt −ω m · τ / 2)

【0018】ここに、βは定数、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。この式より位
相差βT 及びβ0 の差を求めると次のようになる。
Here, β is a constant, and τ is the time required for light to propagate through the optical fiber loop 3. When the difference between the phase differences β T and β 0 is obtained from this equation, the following is obtained.

【0019】[0019]

【数5】Δβ=βT −β0 =2βsin(ωm ・τ/
2)・cosωm
Δβ = β T −β 0 = 2β sin (ω m · τ /
2) · cosω m t

【0020】これを数3の式に代入すると次の式が得ら
れる。
By substituting this into the equation (3), the following equation is obtained.

【0021】[0021]

【数6】I=2E0 2〔1+cosΔθ・{J0 (x)+
2Σk=1 2k(x)cos2k・ωm t}−2sinΔ
θ・Σk=0 2k+1(x)sin(2k+1)ωm t〕
I = 2E 0 2 [1 + cos Δθ · {J 0 (x) +
k = 1 J 2k (x) cos2k · ω m t} -2sinΔ
θ · Σ k = 0 J 2k + 1 (x) sin (2k + 1) ω mt ]

【0022】EO は光の強さに関係する定数、ωm は位
相変調器8によって付与された角周波数、xは位相変調
度、J0 、J1 、J2 、・・・はベッセル関数、tは時
間である。位相変調度xは位相変調器8に供給される電
圧信号の大きさによって変化する。
E O is a constant relating to the intensity of light, ω m is the angular frequency given by the phase modulator 8, x is the degree of phase modulation, and J 0 , J 1 , J 2 ,. , T is time. The phase modulation degree x changes according to the magnitude of the voltage signal supplied to the phase modulator 8.

【0023】位相変調度xは次の式によって表される。The degree of phase modulation x is represented by the following equation.

【0024】[0024]

【数7】x=2βsinωm τ/2X = 2β sinω m τ / 2

【0025】数6の式は次の数8の式のように表され
る。
Equation (6) is represented by the following equation (8).

【0026】[0026]

【数8】I=I0 −I1 sinωm t+I2 cos2ω
m t−I3 sin3ωm t+I4cos4ωm t+・・
[Equation 8] I = I 0 -I 1 sinω m t + I 2 cos2ω
m t-I 3 sin3ω m t + I 4 cos4ω m t + ··

【0027】但し、I0 、I1 、I2 、I3 、I4 は次
の数9の式によって表される。尚、I0 は直流成分、I
1 は1倍波成分、I2 は2倍波成分、I3 は3倍波成分
等と称される。
However, I 0 , I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 are represented by the following equation (9). Here, I 0 is a DC component, and I 0
1 is called a first harmonic component, I 2 is called a second harmonic component, I 3 is called a third harmonic component, and the like.

【0028】[0028]

【数9】I0 =2E0 2 {1+J0 (x)cosΔθ} I1 =4E0 2 1 (x)sinΔθ I2 =4E0 2 2 (x)cosΔθ I3 =4E0 2 3 (x)sinΔθ I4 =4E0 2 4 (x)cosΔθI 0 = 2E 0 2 {1 + J 0 (x) cos Δθ} I 1 = 4E 0 2 J 1 (x) sin Δθ I 2 = 4E 0 2 J 2 (x) cos Δθ I 3 = 4E 0 2 J 3 (X) sin Δθ I 4 = 4E 0 2 J 4 (x) cos Δθ

【0029】位相変調方式の光ファイバジャイロ装置で
は、受光器2が受光する干渉光の強さIは数8の式に示
されるように、cosΔθの項ばかりでなくsinΔθ
の項を含むから、入力角速度Ωが小さく位相差Δθの値
が小さいときには、sinΔθの項を取り出して位相差
Δθを求めれば正確な値が得られる。
In the optical fiber gyro device of the phase modulation system, the intensity I of the interference light received by the photodetector 2 is not only the term of cos Δθ but also sin Δθ as shown in the equation (8).
When the input angular velocity Ω is small and the value of the phase difference Δθ is small, an accurate value can be obtained by extracting the term of sin Δθ and obtaining the phase difference Δθ.

【0030】再び図9を参照する。光ファイバジャイロ
装置は更に発光器1に駆動信号を供給する駆動器11と
電流電圧変換器9と同期検波部53と信号発生部55と
位相変調信号発生部57と角速度/角度演算部59と変
調度演算部61とを有する。尚、角速度/角度演算部5
9と変調度演算部61は信号処理装置(CPU)65に
よって構成されてよい。
Referring again to FIG. The optical fiber gyro device further includes a driver 11 for supplying a drive signal to the light emitting device 1, a current-voltage converter 9, a synchronous detector 53, a signal generator 55, a phase modulation signal generator 57, an angular velocity / angle calculator 59, and a modulator. And a degree calculation unit 61. The angular velocity / angle calculation unit 5
9 and the modulation degree calculating section 61 may be constituted by a signal processing device (CPU) 65.

【0031】駆動器11は直流電源DCを入力して発光
器1に駆動電流を供給する。電流電圧変換器9は受光器
2より出力された電流信号を電圧信号に変換し、それを
同期検波部53に出力する。信号発生部55は角周波数
ωm の基準信号を発生する信号発生部と斯かる基準信号
を倍周して角周波数2ωm 、3ωm 、4ωm のパルス信
号を生成する倍周器とを有する。
The driver 11 receives a DC power supply DC and supplies a driving current to the light emitting device 1. The current-voltage converter 9 converts the current signal output from the light receiver 2 into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the synchronous detector 53. Signal generator 55 has the angular frequency 2 [omega m and Baishu the signal generating unit and such a reference signal for generating a reference signal of the angular frequency ω m, m, and a frequency multiplier which generates a pulse signal of 4Omega m .

【0032】同期検波部53は信号発生部55より供給
された角周波数ωm 、2ωm 、3ω m 、4ωm の信号と
電流電圧変換器9の電圧出力を入力する。先ず、数6の
式又は数8の式に示される光強度信号Iより直流成分I
O を除去する。次に、角周波数ωm 、2ωm 、3ωm
4ωm の信号によって光強度信号Iを同期検波し、1倍
波成分、2倍波成分、3倍波成分及び4倍波成分を得
る。これらは次の式によって表される。
The synchronous detector 53 is supplied from the signal generator 55.
Angular frequency ωm, 2ωm, 3ω m, 4ωmSignal and
The voltage output of the current-voltage converter 9 is input. First,
From the light intensity signal I shown in the equation or the equation (8), the DC component I
OIs removed. Next, the angular frequency ωm, 2ωm, 3ωm,
mThe signal I is synchronously detected by the signal of
Obtain wave component, second harmonic component, third harmonic component and fourth harmonic component
You. These are represented by the following equations.

【0033】[0033]

【数10】I1 =KJ1 (x)sinΔθ I2 =KJ2 (x)cosΔθ I3 =KJ3 (x)sinΔθ I4 =KJ4 (x)cosΔθI 1 = KJ 1 (x) sin Δθ I 2 = KJ 2 (x) cos Δθ I 3 = KJ 3 (x) sin Δθ I 4 = KJ 4 (x) cos Δθ

【0034】Kは定数である。ここで変調度制御につい
て説明する。数10の式は同期検波部53の出力信号と
して得られる。従って、斯かる信号を使用して位相差Δ
θを求めるためには、これらの式よりK、J1 (x)、
2 (x)、J3 (x)、J 4 (x)を消去すればよ
い。従って、例えば、J1 (x)=J2 (x)又はJ3
(x)=J4 (x)であればよい。
K is a constant. Here, modulation depth control
Will be explained. The expression of Equation 10 is obtained by comparing the output signal of the synchronous detection unit 53 with
Is obtained. Therefore, using such a signal, the phase difference Δ
To find θ, K, J1(X),
JTwo(X), JThree(X), J FourJust delete (x)
No. Thus, for example, J1(X) = JTwo(X) or JThree
(X) = JFour(X) may be used.

【0035】図10にベッセル関数J0 (x)、J
1 (x)、J2 (x)、J3 (x)、J 4 (x)を示
す。J1 (x)=J2 (x)を満たす変調度xのうち最
大値を最適な変調度x0 とすると、x0 ≒2.63であ
る。
FIG. 10 shows the Bessel function J0(X), J
1(X), JTwo(X), JThree(X), J FourShow (x)
You. J1(X) = JTwo(X)
Large value is optimal modulation depth x0Then x0$ 2.63
You.

【0036】[0036]

【数11】x0 ≒2.63X 0 ≒ 2.63

【0037】従って、変調度x≒2.63となるように
位相変調器8によって位相変調すればよい。それによっ
て、数10の式のうちの2式を使用して位相差Δθが求
められる。
Therefore, the phase modulation may be performed by the phase modulator 8 so that the modulation degree x ≒ 2.63. As a result, the phase difference Δθ is determined using two of the equations (10).

【0038】変調度制御は位相変調器8に引加する電圧
信号を変化させることによって変調度xを所望の値に変
化させるものである。変調度演算部61は所望の変調度
xを指示する変調度信号を生成して変調信号発生部57
に供給する。
In the modulation degree control, the modulation degree x is changed to a desired value by changing the voltage signal applied to the phase modulator 8. The modulation degree calculator 61 generates a modulation degree signal indicating a desired modulation degree x, and generates a modulation signal generator 57
To supply.

【0039】しかしながら、変調度xを一定値に固定す
るのは一般に困難であり、変調度xは変動する。変調度
制御において、変調度xを一定値に維持するために様々
な改良がなされている。変調度制御の例として本願出願
人と同一の出願人によって出願された特願昭61−18
2352号に開示されたものがある。以下にこれを説明
する。
However, it is generally difficult to fix the modulation x to a constant value, and the modulation x fluctuates. In the modulation degree control, various improvements have been made to maintain the modulation degree x at a constant value. Japanese Patent Application No. 61-18 filed by the same applicant as an example of modulation degree control.
No. 2,352. This will be described below.

【0040】この例では変調度xを最適変調度x0
2.63に固定するために、同期検波部53の出力信号
比の偏差が使用され、それによって、位相変調器8に供
給される電圧が調節される。
In this example, the modulation factor x is set to the optimum modulation factor x 0 =
In order to fix the ratio to 2.63, the deviation of the output signal ratio of the synchronous detection unit 53 is used, whereby the voltage supplied to the phase modulator 8 is adjusted.

【0041】同期検波部53からの出力信号I1
3 、I2 、I4 によって第1及び第2の比D
1 (x)、D2 (x)を求める。斯かる2つの比は数1
0の式より次のようになる。
The output signal I 1 from the synchronous detector 53,
The first and second ratios D, I 3 , I 2 , I 4
1 (x) and D 2 (x) are obtained. The ratio of these two is
From the equation of 0, the following is obtained.

【0042】[0042]

【数12】 D1 (x)=I1 /I3=2KJ1 (x)sinΔθ/
2KJ3 (x)sinΔθ=J1 (x)/J3 (x) D2 (x)=I2 /I4=2KJ2 (x)cosΔθ/
2KJ4 (x)cosΔθ=J2 (x)/J4 (x)
D 1 (x) = I 1 / I 3 = 2KJ 1 (x) sinΔθ /
2KJ 3 (x) sin Δθ = J 1 (x) / J 3 (x) D 2 (x) = I 2 / I 4 = 2KJ 2 (x) cos Δθ /
2KJ 4 (x) cos Δθ = J 2 (x) / J 4 (x)

【0043】Δθ=2m×π/2付近ではsinΔθ≒
0だから、第1の比D1 (x)の値の信頼性が小さくな
り、 Δθ=(2m+1)×π/2付近ではcosΔθ
≒0だから、第2の比D2 (x)の値の信頼性が小さく
なる。従って、この例では、Δθ=2m×π/2付近で
は、即ち、Δθ=2m×π/2±π/4の範囲にあると
き、第2の比D2 (x)を使用し、Δθ=(2m+1)
×π/2付近では、即ち、Δθ=(2m+1)×π/2
±π/4の範囲にあるとき、第1の比D1 (x)を使用
する。
In the vicinity of Δθ = 2m × π / 2, sin Δθ ≒
0, the reliability of the value of the first ratio D 1 (x) decreases, and cos Δθ near Δθ = (2m + 1) × π / 2.
Since ≒ 0, the reliability of the value of the second ratio D 2 (x) decreases. Therefore, in this example, when Δθ = around 2m × π / 2, that is, when Δθ = 2m × π / 2 ± π / 4, the second ratio D 2 (x) is used, and Δθ = (2m + 1)
In the vicinity of × π / 2, that is, Δθ = (2m + 1) × π / 2
When in the range of ± π / 4, the first ratio D 1 (x) is used.

【0044】位相差ΔθがΔθ=2m×π/2±π/4
の範囲にあるか否か又はΔθ=(2m+1)×π/2±
π/4の範囲にあるか否かを判定するために使用する位
相差Δθは角速度/角度演算部59より出力される位相
差信号Δθを使用する。
When the phase difference Δθ is Δθ = 2m × π / 2 ± π / 4
Or Δθ = (2m + 1) × π / 2 ±
The phase difference Δθ used to determine whether or not it is in the range of π / 4 uses the phase difference signal Δθ output from the angular velocity / angle calculator 59.

【0045】数12の式の各式に最適変調度x0 =2.
63を代入して得られた比をそれぞれ第1の最適変調度
比D1 (x0 )、第2の最適変調度比D2 (x0 )と
し、斯かる最適変調度比に対する実際の変調度比D
1 (x)、D2 (x)の偏倚量をそれぞれΔD
1 (x)、ΔD2 (x)とする。
The optimum modulation factor x 0 = 2.
The ratios obtained by substituting 63 are used as a first optimum modulation ratio D 1 (x 0 ) and a second optimum modulation ratio D 2 (x 0 ), respectively. Degree ratio D
The deviation amounts of 1 (x) and D 2 (x) are represented by ΔD
1 (x) and ΔD 2 (x).

【0046】[0046]

【数13】ΔD1 (x)=D1 (x0 )−D1 (x) ΔD2 (x)=D2 (x0 )−D2 (x)ΔD 1 (x) = D 1 (x 0 ) −D 1 (x) ΔD 2 (x) = D 2 (x 0 ) −D 2 (x)

【0047】こうして、変調度演算部61は数13の式
によって表される変調度比の偏倚量ΔD1 (x)、ΔD
2 (x)を演算してそれを変調度xの補正値Δxとして
変調信号発生部57に供給する。変調信号発生部57
は、偏倚量ΔD1 (x)、ΔD 2 (x)に比例した分だ
け位相変調器8への駆動電圧を増減させる。変調度演算
部61の出力を変調度信号発生部57に供給することに
よって、閉ループが構成されている。偏倚量ΔD
1 (x)=0又はΔD2 (x)=0のとき、変調度xは
最適変調度に等しくなる、即ちx=x0 である。
As described above, the modulation degree calculating section 61 calculates the equation (13).
Deviation ΔD of the modulation ratio represented by1(X), ΔD
TwoCalculate (x) and use it as the correction value Δx of the modulation factor x
The modulated signal is supplied to the modulation signal generator 57. Modulation signal generator 57
Is the deviation ΔD1(X), ΔD TwoIt ’s proportional to (x)
The drive voltage to the phase modulator 8 is increased or decreased. Modulation degree calculation
To supply the output of the section 61 to the modulation degree signal generation section 57.
Thus, a closed loop is formed. Deviation ΔD
1(X) = 0 or ΔDTwoWhen (x) = 0, the modulation factor x is
Equals the optimal modulation depth, ie x = x0It is.

【0048】角速度/角度演算部59は、同期検波部5
3より出力された1倍波信号及び2倍波信号N1A、N1B
を使用して次の式によって位相差Δθを演算する。
The angular velocity / angle calculation section 59 includes a synchronous detection section 5
The first and second harmonic signals N 1A , N 1B output from 3
Is used to calculate the phase difference Δθ by the following equation.

【0049】[0049]

【数14】Δθ=tan-1(N1A/N1BΔθ = tan −1 (N 1A / N 1B )

【0050】こうして得られた位相差Δθを数1の式に
代入して角速度Ωが求められる。角速度/角度演算部5
9は、角速度Ωを積分して角度を演算する。
The angular velocity Ω is obtained by substituting the thus obtained phase difference Δθ into the equation (1). Angular velocity / angle calculator 5
9 calculates the angle by integrating the angular velocity Ω.

【0051】図11を参照して従来のセロダイン方式の
光ファイバジャイロを説明する。セロダイン方式の光フ
ァイバジャイロは位相変調方式の光ファイバジャイロを
改良したもので、位相変調方式の光ファイバジャイロよ
り広いダイナミックレンジを得ることができるように構
成されている。
A conventional cellodyne type optical fiber gyro will be described with reference to FIG. The cellodyne type optical fiber gyro is an improvement of the phase modulation type optical fiber gyro, and is configured to obtain a wider dynamic range than the phase modulation type optical fiber gyro.

【0052】セロダイン方式の光ファイバジャイロでは
位相変調器8に加えて更にセロダイン変調器8’が設け
られている。光ファイバループ3を右周りに伝播する光
Cと左周りに伝播する光ECCは位相変調器8による位
相変調に重畳して更にセロダイン変調される。光ファイ
バループ3を伝播した光は数2の式の代わりに次の数1
5の式によって表される。
In the optical fiber gyro of the serrodyne system, a serrodyne modulator 8 ′ is provided in addition to the phase modulator 8. The light E C propagating clockwise and the light E CC propagating counterclockwise in the optical fiber loop 3 are superposed on the phase modulation by the phase modulator 8 and further subjected to serrodyne modulation. The light propagating through the optical fiber loop 3 is expressed by the following equation 1 instead of the equation 2
5

【0053】[0053]

【数15】 EC =E0 sin(ωt−Δθ/2+β0 +α0 ) ECC=E0 sin(ωt+Δθ/2+βT +αT E C = E 0 sin (ωt−Δθ / 2 + β 0 + α 0 ) E CC = E 0 sin (ωt + Δθ / 2 + β T + α T )

【0054】α0 、αT は光ファイバループ3を右周り
に伝播する光と左周りに伝播する光において、セロダイ
ン変調器8’によって生成された位相差である。
Α 0 and α T are phase differences generated by the serrodyne modulator 8 ′ between the light propagating clockwise and the light propagating counterclockwise in the optical fiber loop 3.

【0055】図12に斯かるセロダイン変調によって生
成された位相差信号α0 、αT を示す。図12Aに示す
ように、位相差信号α0 、αT は振幅2π、周期TS
鋸波状波である。
FIG. 12 shows the phase difference signals α 0 and α T generated by the serrodyne modulation. As shown in FIG. 12A, the phase difference signals α 0 and α T are sawtooth waves having an amplitude of 2π and a period of T S.

【0056】斯かる2つの伝播光EC 、ECCは第2のY
分岐6によって合成され、干渉光が生成される。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。
The two propagating lights E C and E CC are equal to the second Y light.
The light is combined by the branch 6 to generate interference light. The intensity I of the interference light detected by the light receiver 2 is represented by the following equation.

【0057】[0057]

【数16】I=2E0 2 〔1+cos(Δθ+βT −β
0 +αT −α0 )〕=2E0 2 〔1+cos(Δθ+Δ
β+Δα)〕
I = 2E 0 2 [1 + cos (Δθ + β T −β
0 + α T -α 0)] = 2E 0 2 [1 + cos (Δθ + Δ
β + Δα)]

【0058】ここにΔβは位相変調器8によって生成さ
れた位相差、Δαは位相変調器8’によって生成された
位相差である。Δαはセロダイン位相差と称される。
Here, Δβ is the phase difference generated by the phase modulator 8 and Δα is the phase difference generated by the phase modulator 8 ′. Δα is called the serrodyne phase difference.

【0059】[0059]

【数17】Δβ=βT −β0 Δα=αT −α0 Δβ = β T −β 0 Δα = α T −α 0

【0060】図12Bにセロダイン位相差Δαの波形を
示す。セロダイン位相差Δαは交互に値がαS とαS
2πに変化する矩形波である。αS は次の式によって表
される。
FIG. 12B shows a waveform of the serrodyne phase difference Δα. The cellodyne phase difference Δα has alternate values α S and α S
This is a rectangular wave that changes to 2π. α S is represented by the following equation.

【0061】[0061]

【数18】αS =2πτ/TS [Equation 18] α S = 2πτ / T S

【0062】TS は位相差信号α0 の周期、τは光ファ
イバループ3を光が伝播するのに要する時間である。
T S is the period of the phase difference signal α 0 , and τ is the time required for light to propagate through the optical fiber loop 3.

【0063】数3の式と数16の式を比較すると明らか
なように、セロダイン方式では、干渉光の光の強さIは
数6の式にてΔθの代わりにΔθ+Δαを代入して得ら
れる。従って、受光器2によって出力される電流信号の
直流成分、1倍波成分、2倍波成分、3倍波成分等は数
9の式に対応して次の式によって表される。
As is clear from the comparison between the equations (3) and (16), in the serrodyne method, the light intensity I of the interference light is obtained by substituting Δθ + Δα in place of Δθ in the equation (6). . Therefore, the DC component, the first harmonic component, the second harmonic component, the third harmonic component, and the like of the current signal output by the light receiver 2 are represented by the following equations corresponding to the equation (9).

【0064】[0064]

【数19】I0 =2E0 2 {1+J0 (x)cos(Δ
θ+Δα)} I1 =4E0 2 1 (x)sin(Δθ+Δα) I2 =4E0 2 2 (x)cos(Δθ+Δα) I3 =4E0 2 3 (x)sin(Δθ+Δα) I4 =4E0 2 4 (x)cos(Δθ+Δα)
I 0 = 2E 0 2 {1 + J 0 (x) cos (Δ
θ + Δα)} I 1 = 4E 0 2 J 1 (x) sin (Δθ + Δα) I 2 = 4E 0 2 J 2 (x) cos (Δθ + Δα) I 3 = 4E 0 2 J 3 (x) sin (Δθ + Δα) I 4 = 4E 0 2 J 4 (x) cos (Δθ + Δα)

【0065】再び図11を参照する。光ファイバジャイ
ロは更に同期検波部53と信号発生部55と変調信号発
生部57とCPU65とセロダイン変調信号発生部67
とを有する。
Referring back to FIG. The optical fiber gyro further includes a synchronous detector 53, a signal generator 55, a modulation signal generator 57, a CPU 65, and a serrodyne modulation signal generator 67.
And

【0066】同期検波部53は信号発生部55より出力
された角速度ωm の基準信号を入力して1倍波成分I1
を検波する。従って、同期検波部53よりセロダイン変
調信号発生部67に1倍波信号I1 が供給される。
[0066] synchronous detector 53 inputs the reference signal of the angular velocity omega m outputted from the signal generator 55 1 harmonic component I 1
Is detected. Therefore, the first harmonic signal I 1 is supplied from the synchronous detector 53 to the serrodyne modulation signal generator 67.

【0067】セロダイン変調信号発生部67は、sin
(Δθ+Δα)=0となるように、即ち、Δα=−Δθ
となるようにセロダイン変調信号を生成する。Δα=α
S =2πτ/TS とすると、正負の符号を無視して、Δ
θ=2πτ/TS となる。これを数1の式に代入する
と、次の式が得られる。
The serrodyne modulation signal generating section 67
(Δθ + Δα) = 0, that is, Δα = −Δθ
Then, a serrodyne modulation signal is generated. Δα = α
If S = 2πτ / T S , ignoring the sign, Δ
the θ = 2πτ / T S. By substituting this into the equation of Equation 1, the following equation is obtained.

【0068】[0068]

【数20】 Ω=λcτ/2LRTS =λcτfS /2LR[Number 20] Ω = λcτ / 2LRT S = λcτf S / 2LR

【0069】ここに、fS はセロダイン波の周波数fS
=1/TS である。
Here, f S is the frequency f S of the serrodyne wave.
= 1 / T S.

【0070】斯かるセロダイン変調信号はセロダイン位
相変調器8’及びCPU65に供給される。
The serrodyne modulation signal is supplied to the serrodyne phase modulator 8 'and the CPU 65.

【0071】図13にCPU65の構成を示す。CPU
65はセロダイン変調信号を入力して角速度及び角度を
演算する角速度/角度演算部59と変調度xを演算する
変調度演算部61と2π制御をするための2π制御部6
3とを有する。
FIG. 13 shows the configuration of the CPU 65. CPU
Numeral 65 denotes an angular velocity / angle calculator 59 for calculating an angular velocity and an angle by inputting a serrodyne modulation signal, a modulation degree calculator 61 for calculating a modulation degree x, and a 2π controller 6 for 2π control.
And 3.

【0072】角速度/角度演算部59はsin(Δθ+
Δα)=0となった時の図12Aに示すセロダイン波の
波の数を計数することによって周波数fS を求め、数2
0の式によって角速度Ωを求める。変調度演算部61は
上述の如き数12の式及び数13の式を演算して変調度
信号又は変調度補正信号を生成し、変調信号発生部57
に供給する。
The angular velocity / angle calculator 59 calculates sin (Δθ +
Δα) = 0, the frequency f S is obtained by counting the number of serrodyne waves shown in FIG.
The angular velocity Ω is obtained by the equation of 0. The modulation degree calculating section 61 calculates the above-described equation (12) and the equation (13) to generate a modulation degree signal or a modulation degree correction signal, and the modulation signal generation section 57
To supply.

【0073】2π制御部63はセロダイン方式の光ファ
イバジャイロにおいて、2π誤差を補正するために設け
られている。セロダイン波の振幅は図12Aに示す如き
2πであるが、実際には2πより僅かに偏倚する。2π
誤差はセロダイン波の振幅が2πより偏倚することによ
って生成される誤差である。尚、2π制御の詳細は例え
ば、本願出願人と同一の出願人によって出願された特願
平4−306975号を参照されたい。
The 2π control unit 63 is provided for correcting a 2π error in a cellodyne type optical fiber gyro. Although the amplitude of the serrodyne wave is 2π as shown in FIG. 12A, it actually deviates slightly from 2π. 2π
The error is an error generated when the amplitude of the serrodyne wave deviates from 2π. For details of the 2π control, see, for example, Japanese Patent Application No. 4-306975 filed by the same applicant as the present applicant.

【0074】2π制御部63によって生成された2π誤
差補正信号Δ2πはセロダイン変調信号発生部67に供
給される。セロダイン変調信号発生部67は、上述のよ
うにsin(Δθ+Δα)=0、即ち、Δα=−Δθと
なる条件にて生成したセロダイン変調信号を2π制御部
63より供給された2π誤差補正信号によって補正す
る。
The 2π error correction signal Δ2π generated by the 2π control section 63 is supplied to a serrodyne modulation signal generation section 67. The serrodyne modulation signal generating section 67 corrects the serrodyne modulation signal generated under the condition of sin (Δθ + Δα) = 0, that is, Δα = −Δθ, with the 2π error correction signal supplied from the 2π control section 63 as described above. I do.

【0075】[0075]

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバジャ
イロ装置では、同期検波部53において、光の強さ信号
Iより2倍波成分I2 を除去するために、例えば2倍波
除去器を設けていた。そのために同期検波部53の構成
が複雑になる欠点があった。
In the conventional optical fiber gyro apparatus, the synchronous detector 53 is provided with, for example, a second harmonic wave remover in order to remove the second harmonic component I 2 from the light intensity signal I. I was Therefore, there is a disadvantage that the configuration of the synchronous detection unit 53 becomes complicated.

【0076】従来の光ファイバジャイロ装置では、同期
検波部53において、光の強さ信号Iより4倍波成分I
4 を分離するために、基準信号の角周波数ωm の4倍の
角周波数4ωm の信号を使用して同期検波を行ってい
た。このような高周波を使用すると回路の雑音レベルが
大きくなり、正確な変調度制御を行うことが困難であっ
た。
In the conventional optical fiber gyro apparatus, in the synchronous detection unit 53, the fourth harmonic component I from the light intensity signal I is obtained.
4 in order to separate the has been performed synchronous detection by using a signal of four times the angular frequency 4Omega m of the angular frequency omega m of the reference signal. When such a high frequency is used, the noise level of the circuit increases, and it has been difficult to perform accurate modulation degree control.

【0077】従来の光ファイバジャイロ装置では、入力
角速度Ωの絶対値が小さい場合、同期検波部53による
同期検波は熱又は雑音又は暗電流によって、変調度制御
の精度が低下する欠点があった。
In the conventional optical fiber gyro apparatus, when the absolute value of the input angular velocity Ω is small, the synchronous detection by the synchronous detection section 53 has a disadvantage that the accuracy of modulation degree control is reduced due to heat, noise or dark current.

【0078】また、入力角速度Ωの絶対値が大きい場
合、増幅器の利得を小さくする必要があり、それによっ
て誤差が大きくなり、正確な角速度Ωを得ることができ
ない欠点があった。
Further, when the absolute value of the input angular velocity Ω is large, it is necessary to reduce the gain of the amplifier, thereby increasing the error, and there is a disadvantage that an accurate angular velocity Ω cannot be obtained.

【0079】本発明は斯かる点に鑑み、入力角速度Ωの
値が小さいときでも、正確に変調度制御を行うことがで
きる光ファイバジャイロを提供することを目的とする。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an optical fiber gyro that can accurately control the degree of modulation even when the value of the input angular velocity Ω is small.

【0080】[0080]

【課題を解決するための手段】本発明光ファイバジャイ
ロは、光源である発光器1と、この発光器1からの光を
振幅変調する振幅変調手段と、光ファイバループ3と、
この光ファイバループ3内を互いに反対方向に伝播する
第1の伝播光及び第2の伝播光を位相変調する位相変調
器8と、この第1の伝播光及び第2の伝播光の干渉光を
検出する受光器2と、この光ファイバループ3がループ
の中心軸線周りに角速度Ωにて回転するとき、この第1
の伝播光及び第2の伝播光の間に発生するサグナック位
相差Δθを求めるための同期検波部53と、この同期検
波部53によって得られた出力よりこの角速度Ωを演算
するための角速度/角度演算部59とを有する光ファイ
バジャイロにおいて、この発光器1からの光の振幅変調
に使用する基準周波数fQは複数の基準周波数fQ1、f
Q2、fQ3等を含み、この複数の基準周波数の信号とこの
位相変調のための基準周波数fm の信号とによってこの
干渉光の強さIの信号に中間周波数mfQi−nf
m (m、n、iは正の整数)の信号を発生するようにな
し、この同期検波部53はこのmfQi−nfm の信号の
うち所望の周波数の信号のみを同期検波するようにした
ことを特徴とするものである。
An optical fiber gyro according to the present invention comprises: a light emitter 1 as a light source; an amplitude modulator for amplitude-modulating light from the light emitter 1; an optical fiber loop 3;
A phase modulator 8 that phase-modulates the first propagation light and the second propagation light propagating in the opposite directions in the optical fiber loop 3 and an interference light of the first propagation light and the second propagation light. When the optical receiver 2 to be detected and the optical fiber loop 3 rotate at an angular velocity Ω around the central axis of the loop, the first
Synchronous detector 53 for obtaining a sagnac phase difference Δθ generated between the transmitted light and the second propagated light, and an angular velocity / angle for calculating the angular velocity Ω from the output obtained by the synchronous detector 53 In the optical fiber gyro having the calculation unit 59, the reference frequency f Q used for amplitude modulation of light from the light emitter 1 is a plurality of reference frequencies f Q1 , f
Q2, include f Q3 or the like, the reference frequency f m of the signal and the intermediate frequency mf Qi -nf the signal strength I of the interference light for signals of the plurality of reference frequencies and the phase modulation
m (m, n, i is a positive integer) without to generate a signal, the synchronous detection unit 53 is so as to synchronously detect only the signal of the desired frequency of the signals of the mf Qi -nf m It is characterized by the following.

【0081】[0081]

【0082】[0082]

【0083】本発明によると、上述光ファイバジャイロ
において、この発光器1からの光の振幅変調は周期T=
1/fQiの矩形波を使用してなされる。
According to the present invention, in the above-mentioned optical fiber gyro, the amplitude modulation of the light from the light emitting device 1 has a period T =
This is done using a square wave of 1 / f Qi .

【0084】本発明によると上述光ファイバジャイロに
おいて、この発光器1からの光の振幅変調は周期T=1
/fQiの正弦波を使用してなされる。
According to the present invention, in the above-mentioned optical fiber gyro, the amplitude modulation of the light from the light emitting device 1 has a period T = 1.
This is done using a sine wave of / f Qi .

【0085】[0085]

【0086】[0086]

【0087】[0087]

【0088】本発明によると、上述光ファイバジャイロ
において、この光ファイバループ3内を互いに反対方向
に伝播する第1の伝播光と第2の伝播光をそれぞれセロ
ダイン位相変調するセロダイン位相変調器8’を設け、
セロダイン方式によってこのサグナック位相差Δθを演
算し更にこの角速度Ωを演算するように構成されてい
る。
According to the present invention, in the above-mentioned optical fiber gyro, the serodyne phase modulator 8 ′ that performs the serrodyne phase modulation on the first propagation light and the second propagation light that propagate in the optical fiber loop 3 in opposite directions. Is established,
The sagnac phase difference Δθ is calculated by the serrodyne method, and the angular velocity Ω is further calculated.

【0089】[0089]

【作用】本発明によると、発光器1からの光は基準周波
数fQ によって振幅変調されてから光ファイバループ3
に伝播される。この基準周波数fQ は複数の基準周波数
Q1、fQ2、fQ3等を含み、位相変調方式の光ファイバ
ジャイロでは、斯かる光は位相変調器8において基準周
波数fm によって位相変調される。従って、受光器2に
よって受光される干渉光は多数の中間周波数mfQi−n
m (但しi、m、nは正の整数。)を含む。こうし
て、スーパーヘテロダインと同様に、光の強さ信号Iよ
り所望の中間周波数成分を容易に分離することができ
る。それによって得られた所望の倍波成分I1 、I2
4 よりサグナック位相差Δθ、変調度補正値Δx等を
演算することができる。
According to the present invention, light from the light emitter 1 is the reference frequency f Q optical fiber loop 3 from being amplitude modulated by
Is propagated to The reference frequency f Q includes a plurality of reference frequency f Q1, f Q2, the f Q3 or the like, in the optical fiber gyro of the phase modulation schemes, such light is phase-modulated by the reference frequency f m in the phase modulator 8. Therefore, the interference light received by the light receiver 2 has a large number of intermediate frequencies mf Qi −n
f m (where i, m, and n are positive integers). Thus, similarly to superheterodyne, a desired intermediate frequency component can be easily separated from the light intensity signal I. The desired harmonic components I 1 , I 2 ,
Sagnac phase difference Δθ from the I 4, it is possible to calculate the modulation factor compensation value Δx like.

【0090】本例によると、同期検波部53は、大きい
利得を有する第1の交流増幅器53−2Aによって増幅
された第1の1倍波成分信号N1Aと小さい利得を有する
第2の交流増幅器53−2Bによって増幅された第2の
1倍波成分信号N1Bと2倍波成分信号N2 とを出力す
る。
According to the present example, the synchronous detection unit 53 is composed of the first AC component signal N 1A amplified by the first AC amplifier 53-2A having a large gain and the second AC amplifier having a small gain. The second harmonic component signal N 1B and the second harmonic component signal N 2 amplified by 53-2B are output.

【0091】角速度/角度演算部59では、入力角速度
Ωの絶対値が小さいときには、第1の1倍波成分信号N
1Aと2倍波成分信号N2 とによって位相差Δθを演算
し、入力角速度Ωの絶対値が大きいときには、第2の1
倍波成分信号N1Bと2倍波成分信号N2 とによって位相
差Δθを演算する。
In the angular velocity / angle calculating section 59, when the absolute value of the input angular velocity Ω is small, the first first harmonic component signal N
The phase difference Δθ is calculated from 1A and the second harmonic component signal N 2. When the absolute value of the input angular velocity Ω is large, the second 1
The phase difference Δθ is calculated based on the harmonic component signal N 1B and the second harmonic component signal N 2 .

【0092】角速度/角度演算部59では、入力角速度
Ωの絶対値が小さいときに、第1の1倍波成分信号N1A
と第2の1倍波成分信号N1Bの偏差であるバイアス補正
値ΔN1BD を演算する。斯かるバイアス補正値ΔN1BD
によって、第2の1倍波成分信号N1Bのバイアス補正を
行う。
In the angular velocity / angle calculation section 59, when the absolute value of the input angular velocity Ω is small, the first first harmonic component signal N 1A
And a bias correction value ΔN 1BD , which is a deviation between the first and second harmonic component signals N 1B . Such a bias correction value ΔN 1BD
Thus, bias correction of the second first harmonic component signal N 1B is performed.

【0093】[0093]

【0094】[0094]

【実施例】先ず本発明による光ファイバジャイロの概念
を説明する。本発明は発光器1からの光を振幅変調する
ように構成されている。本例では、光の振幅Eが周期T
Qの矩形波となるように、変調される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the concept of an optical fiber gyro according to the present invention will be described. The present invention is configured to amplitude-modulate the light from the light emitter 1. In this example, the light amplitude E is equal to the period T
Modulated so that it becomes a Q rectangular wave.

【0095】図1Aは振幅変調された光の振幅Eの波形
を示す。光の振幅Eは周期TQ 、その値が交互にE
0 (1+ΔB)とE0 (1−ΔB)に変化する矩形波で
ある。従って、図1Bに示すように、f(ωQ )を周期
Q 、交互に0と1に変化する矩形波の関数とすれば、
光の振幅E(t)は次の数21の式によって表される。
FIG. 1A shows a waveform of the amplitude E of the amplitude-modulated light. The light amplitude E is equal to the period T Q , and its value is alternately E
It is a rectangular wave that changes to 0 (1 + ΔB) and E 0 (1−ΔB). Therefore, as shown in FIG. 1B, if f (ω Q ) is a function of a period T Q and a rectangular wave that alternately changes to 0 and 1,
The light amplitude E (t) is expressed by the following equation (21).

【0096】[0096]

【数21】 E(t)=E0 (1−ΔB)+2E0 ΔB・f(ωQ ) =E0 〔(1−ΔB)+2ΔB・f(ωQ )〕E (t) = E 0 (1−ΔB) + 2E 0 ΔB · f (ω Q ) = E 0 [(1−ΔB) + 2ΔB · f (ω Q )]

【0097】この式より光の振幅E(t)の二乗を求め
ると次のようになる。
When the square of the light amplitude E (t) is obtained from this equation, the following is obtained.

【0098】[0098]

【数22】 E(t)2 =E0 2〔(1−ΔB)+2ΔB・f
(ωQ )〕2=E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f(ω
Q )〕
E (t) 2 = E 0 2 [(1−ΔB) + 2ΔB · f
Q)] 2 = E 0 2 [(1-ΔB) 2 + 4ΔB · f (ω
Q )]

【0099】尚、f(ωQ 2 =f(ωQ )である。上
述の従来の技術の説明にて導いた式のE0 の代わりに数
21の式のE(t)を代入し、E0 2の代わりに数22の
式のE(t)2 を代入することによって、同様の式が得
られる。例えば、数2の式のE0 の代わりに数21の式
のE(t)の右辺を代入することによって数2の式と同
様な光ファイバループ3を右周りに伝播する光Eと左周
りに伝播する光Eが得られ、数3の式及び数6の式のE
0 2の代わりに数22の式のE(t)2 の右辺を代入する
ことによって数3の式及び数6の式と同様な干渉光の強
さIが得られる。
Note that f (ω Q ) 2 = f (ω Q ). Substituting E (t) of equation (21) for E 0 in the equation derived in the above description of the prior art, and substituting E (t) 2 of equation (22) for E 0 2 This gives a similar equation. For example, the light E and left-handed propagating through the optical fiber loop 3 similar to the number 2 in the formula by substituting the right side of Expression 2 number 21 formula E in place of E 0 (t) in the clockwise Is obtained, and E of Expression 3 and Expression 6 is obtained.
0 intensity I of formula of formula and 6 having 3 By substituting the expression for E (t) 2 of the right side of Equation 22 to the second place and similar interference light is obtained.

【0100】また数8の式と同様に次の数23の式が得
られる。
The following equation (23) is obtained similarly to the equation (8).

【0101】[0101]

【数23】I=I0 −I1 sinωm t+I2 cos2
ωm t−I3 sin3ωm t+I4cos4ωm t+・
・・
## EQU23 ## I = I 0 −I 1 sinω mt + I 2 cos2
ω m t-I 3 sin3ω m t + I 4 cos4ω m t + ·
・ ・

【0102】但し、I0 、I1 、I2 、I3 、I4 は数
9の式のE0 2の代わりに数22の式のE(t)2 の右辺
を代入することによって得られる。
[0102] However, be obtained by substituting the right-hand side of I 0, I 1, I 2 , I 3, I 4 number 9 equations E 0 2 instead of the number 22 of the formula E (t) 2 .

【0103】[0103]

【数24】I0 =2E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f
(ωQ )〕{1+J0 (x)cosΔθ} I1 =4E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f(ωQ )〕
1 (x)sinΔθ I2 =4E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f(ωQ )〕
2 (x)cosΔθ I3 =4E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f(ωQ )〕
3 (x)sinΔθ I4 =4E0 2〔(1−ΔB)2 +4ΔB・f(ωQ )〕
4 (x)cosΔθ
Equation 24] I 0 = 2E 0 2 [(1-ΔB) 2 + 4ΔB · f
(Omega Q)] {1 + J 0 (x) cosΔθ} I 1 = 4E 0 2 [(1-ΔB) 2 + 4ΔB · f (ω Q) ]
J 1 (x) sinΔθ I 2 = 4E 0 2 [(1-ΔB) 2 + 4ΔB · f (ω Q) ]
J 2 (x) cosΔθ I 3 = 4E 0 2 [(1-ΔB) 2 + 4ΔB · f (ω Q) ]
J 3 (x) sin Δθ I 4 = 4E 0 2 [(1−ΔB) 2 + 4ΔB · f (ω Q )]
J 4 (x) cosΔθ

【0104】f(ωQ )は図1Bに示すように交互に1
と0を繰り返す周期関数だから、フーリエ展開をすると
次の式によって表される。
F (ω Q ) is alternately 1 as shown in FIG. 1B.
Since it is a periodic function that repeats 0 and 0, it is expressed by the following equation when Fourier-expanded.

【0105】[0105]

【数25】f(ωQ )=(1/2)+(2/π)sin
ωQ t+(2/3π)sin3ω Q t+・・・・・・
F (ω)Q) = (1/2) + (2 / π) sin
ωQt + (2 / 3π) sin3ω Qt + ...

【0106】これを数24の式に代入して、それによっ
て得られたI1 、I2 、I3 、I4等を数23の式に代
入し、基本成分sinωQ tを含む項のみを取り出して
それぞれ、L1 、L2 、L3 、L4 と置くと次のように
なる。
This is substituted into the equation (24), and the obtained I 1 , I 2 , I 3 , I 4, etc. are substituted into the equation (23), and only the term including the basic component sinω Q t is obtained. Taking out and placing them as L 1 , L 2 , L 3 and L 4 respectively gives the following.

【0107】[0107]

【数26】L1 =−(32/π)E0 2ΔB・J1 (x)
・sinΔθ・sinωQ t・sinωm t L2 =(32/π)E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ
・sinωQ t・cos2ωm t L3 =−(32/π)E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔ
θ・sinωQ t・sin3ωm t L4 =(32/π)E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ
・sinωQ t・cos4ωm
L 1 = − (32 / π) E 0 2 ΔB · J 1 (x)
· SinΔθ · sinω Q t · sinω m t L 2 = (32 / π) E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cosΔθ
· Sin ω Q t · cos 2ω mt L 3 =-(32 / π) E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δ
θ · sin ω Q t · sin3ω mt L 4 = (32 / π) E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ
・ Sin ω Q t ・ cos4ω mt

【0108】ここで三角関数の公式を使用して次のよう
に変形する。
Here, the following modification is made using the trigonometric function formula.

【0109】[0109]

【数27】2・sinωQ t・sinωm t=cos
(ωQ −ωm )t−cos(ωQ +ωm )t 2・sinωQ t・cos2ωm t=sin(ωQ −2
ωm )t+sin(ω Q +2ωm )t 2・sinωQ t・sin3ωm t=cos(ωQ −3
ωm )t−cos(ω Q +3ωm )t 2・sinωQ t・cos4ωm t=sin(ωQ −4
ωm )t+sin(ω Q +4ωm )t
[Equation 27] 2 · sin ωQt sin ωmt = cos
Q−ωm) T-cos (ωQ+ Ωm) T2 · sin ωQt ・ cos2ωmt = sin (ωQ-2
ωm) T + sin (ω Q+ 2ωm) T2 · sin ωQt ・ sin3ωmt = cos (ωQ-3
ωm) T-cos (ω Q+ 3ωm) T2 · sin ωQt ・ cos4ωmt = sin (ωQ-4
ωm) T + sin (ω Q+ 4ωm) T

【0110】この式を数26の式に代入して、それぞれ
cos(ωQ −ωm )t、sin(ωQ −2ωm )t、
cos(ωQ −3ωm )t、sin(ωQ −4ωm )t
を含む項を取り出して、M1 、M2 、M3 、M4 と置く
と次のようになる。
[0110] By substituting this equation in the equation of the number 26, each cos (ω Q -ω m) t , sin (ω Q -2ω m) t,
cos (ω Q -3ω m ) t, sin (ω Q -4ω m ) t
Is taken out and put as M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , the following is obtained.

【0111】[0111]

【数28】 M1 =−(16/π)E0 2ΔB・J1 (x)・sinΔθ・cos(ωQ −ωm )t M2 =(16/π)E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ・sin(ωQ −2ωm )t M3 =−(16/π)E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔθ・cos(ωQ −3ωm )t M4 =(16/π)E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ・sin(ωQ −4ωm )tM 1 = − (16 / π) E 0 2 ΔB · J 1 (x) · sin Δθ · cos (ω Q −ω m ) t M 2 = (16 / π) E 0 2 ΔB · J 2 (X) · cos Δθ · sin (ω Q −2ω m ) t M 3 = − (16 / π) E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δθ · cos (ω Q −3ω m ) t M 4 = ( 16 / π) E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ · sin (ω Q -4ω m ) t

【0112】こうして、本例によると、光の振幅Eを図
1Aの波形になるように変調することによって、数23
の式によって表される干渉光の強さIは数28の式のM
1 、M2 、M3 、M4 を含むこととなる。
Thus, according to this example, by modulating the light amplitude E so as to have the waveform shown in FIG.
The intensity I of the interference light represented by the equation is
1 , M 2 , M 3 , and M 4 .

【0113】角速度ωQ 、ωm は周波数を使用して次の
ように表すことができる。
The angular velocities ω Q and ω m can be expressed as follows using the frequencies.

【0114】[0114]

【数29】ωQ =2πfQ ωm =2πfm Ω Q = 2πf Q ω m = 2πf m

【0115】fQ は振幅変調に使用する図1Bのf(ω
Q )の周波数、fm は位相変調器8による位相変調に使
用する周波数である。数28の式を周波数fQ 、fm
よって表すと次のようになる。
F Q is f (ω in FIG. 1B used for amplitude modulation.
Frequency of Q), f m is the frequency to be used for phase modulation by the phase modulator 8. Wherein the frequency f Q number 28, is expressed by f m, as follows.

【0116】[0116]

【数30】M1 =−(16/π)E0 2ΔB・J1 (x)
・sinΔθ・cos2π(fQ −fm )t M2 =(16/π)E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ
・sin2π(fQ −2fm )t M3 =−(16/π)E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔ
θ・cos2π(fQ −3fm )t M4 =(16/π)E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ
・sin2π(fQ −4fm )t
M 1 = − (16 / π) E 0 2 ΔB · J 1 (x)
· Sin Δθ · cos2π (f Q- f m ) t M 2 = (16 / π) E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cos Δθ
· Sin2π (f Q -2f m) t M 3 = - (16 / π) E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sinΔ
θ · cos2π (f Q -3f m ) t M 4 = (16 / π) E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cosΔθ
· Sin2π (f Q -4f m) t

【0117】こうして、本例によれば、数30の式に示
される如き、中間周波数(fQ −f m )、(fQ −2f
m )、(fQ −3fm )、(fQ −4fm )が得られ
る。従って、スーパーヘテロダインと同様に、斯かる中
間周波数成分を検波することによってその振幅が得られ
る。各中間周波数成分の振幅をN1 、N2 、N3 、N4
とおくと、次の式によって表される。
As described above, according to the present example, the equation (30)
The intermediate frequency (fQ−f m), (FQ-2f
m), (FQ-3fm), (FQ-4fm) Is obtained
You. Therefore, like superheterodyne,
The amplitude is obtained by detecting the inter-frequency component.
You. Let the amplitude of each intermediate frequency component be N1, NTwo, NThree, NFour
In other words, it is expressed by the following equation.

【0118】[0118]

【数31】N1 =−(16/π)E0 2ΔB・J1 (x)
・sinΔθ N2 =(16/π)E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ N3 =−(16/π)E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔ
θ N4 =(16/π)E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ
N 1 = − (16 / π) E 0 2 ΔB · J 1 (x)
Sin Δθ N 2 = (16 / π) E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cos Δθ N 3 = − (16 / π) E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δ
θ N 4 = (16 / π) E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ

【0119】次に数31の式よりサグナック位相差Δθ
を求める。例えば第1の振幅N1 と第2の振幅N2 の比
の絶対値を求める。
Next, from the equation (31), the sagnac phase difference Δθ
Ask for. For example, the absolute value of the ratio between the first amplitude N 1 and the second amplitude N 2 is obtained.

【0120】[0120]

【数32】 N1 /N2 =〔J1 (x)/J2 (x)〕・tanΔθN 1 / N 2 = [J 1 (x) / J 2 (x)] · tanΔθ

【0121】J1 (x)/J2 (x)を消去するため
に、比N1 /N2 に既知のJ2 (x)/J1 (x)を掛
け算する。又は、従来例にて示したようにJ1 (x)=
2 (x)となるように、変調度x=2.63としても
よい。こうして、得られたtanΔθの値より、サグナ
ック位相差Δθが求められる。
To eliminate J 1 (x) / J 2 (x), the ratio N 1 / N 2 is multiplied by the known J 2 (x) / J 1 (x). Alternatively, as shown in the conventional example, J 1 (x) =
The modulation factor x may be set to 2.63 so that J 2 (x). Thus, a sagnac phase difference Δθ is obtained from the obtained value of tan Δθ.

【0122】以上の説明では、数25の式の基本成分s
inωQ tに着目して、中間周波数成分を得た。しかし
ながら、数25の式は3倍波成分sin3ωQ t等も含
む。従って、数25の式を数24の式に代入して、それ
によって得られたI1 、I2、I3 、I4 等を数23の
式に代入すると、3倍波成分sin3ωQ tを含む項も
得られる。3倍波成分sin3ωQ tを含む項のみを取
り出してそれぞれ、S 1 、S2 、S3 、S4 と置くと次
のようになる。
In the above description, the basic component s of the equation (25)
inωQFocusing on t, an intermediate frequency component was obtained. However
However, the equation of Equation 25 is a third harmonic component sin3ωQincluding t
No. Therefore, substituting equation (25) into equation (24) gives
I obtained by1, ITwo, IThree, IFourEtc. of the number 23
Substituting into the equation, the third harmonic component sin3ωQterms containing t
can get. 3rd harmonic component sin3ωQOnly the terms containing t
S 1, STwo, SThree, SFourAnd put next
become that way.

【0123】[0123]

【数33】S1 =−(32/3π)E0 2ΔB・J
1 (x)・sinΔθ・sin3ωQ t・sinωm t S2 =(32/3π)E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔ
θ・sin3ωQ t・cos2ωm t S3 =−(32/3π)E0 2ΔB・J3 (x)・sin
Δθ・sin3ωQ t・sin3ωm t S4 =(32/3π)E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔ
θ・sin3ωQ t・cos4ωm
S 1 = − (32 / 3π) E 0 2 ΔB · J
1 (x) · sin Δθ · sin3ω Q t · sinω m t S 2 = (32 / 3π) E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cos Δ
θ · sin3ω Q t · cos2ω m t S 3 = − (32 / 3π) E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin
Δθ · sin3ω Q t · sin3ω m t S 4 = (32 / 3π) E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δ
θ · sin3ω Q t · cos4ω mt

【0124】上述の計算と同様な計算によって中間周波
数(3fQ −fm )、(3fQ −2fm )、(3fQ
3fm )、(3fQ −4fm )成分が得られる。また数
25の式の他の項を考慮すれば、更に多数の中間周波数
成分が得られることは明らかである。
[0124] intermediate frequency by a similar to the above calculation calculation (3f Q -f m), ( 3f Q -2f m), (3f Q -
3f m ) and (3f Q -4f m ) are obtained. Also, considering the other terms of the equation (25), it is clear that a larger number of intermediate frequency components can be obtained.

【0125】以上の例では、光の振幅変調に図1Aに示
すように矩形波を使用した。しかしながら、矩形波の代
わりに正弦波を使用することもできる。斯かる場合、光
の振幅E(t)及びその二乗は、例えば、数21の式及
び数22の式の代わりに次の式によって表される。
In the above example, a rectangular wave was used for amplitude modulation of light as shown in FIG. 1A. However, a sine wave can be used instead of a square wave. In such a case, the light amplitude E (t) and its square are represented by the following expression instead of the expression of Expression 21 and the expression of Expression 22, for example.

【0126】[0126]

【数34】E(t)=E0 (1+ΔB・sinωQ t) E(t)2 =E0 2(1+2ΔB・sinωQ t+ΔB2
sin2 ωQ t)
E (t) = E 0 (1 + ΔB · sin ω Q t) E (t) 2 = E 0 2 (1 + 2ΔB · sin ω Q t + ΔB 2)
sin 2 ω Q t)

【0127】数24の式と同様に、直流成分I0 、1倍
波成分I1 、2倍波成分I2 、3倍波成分I3 、4倍波
成分I4 等は次のように表される。
Similarly to the equation (24), the DC component I 0 , the first harmonic component I 1 , the second harmonic component I 2 , the third harmonic component I 3 , the fourth harmonic component I 4 and the like are expressed as follows. Is done.

【0128】[0128]

【数35】I0 =2E0 2〔1+2ΔB・sinωQ t+
ΔB2 sin2 ωQ t〕{1+J0(x)cosΔθ} I1 =4E0 2〔1+2ΔB・sinωQ t+ΔB2 si
2 ωQ t〕J1 (x)sinΔθ I2 =4E0 2〔1+2ΔB・sinωQ t+ΔB2 si
2 ωQ t〕J2 (x)cosΔθ I3 =4E0 2〔1+2ΔB・sinωQ t+ΔB2 si
2 ωQ t〕J3 (x)sinΔθ I4 =4E0 2〔1+2ΔB・sinωQ t+ΔB2 si
2 ωQ t〕J4 (x)cosΔθ
I 0 = 2E 0 2 [1 + 2ΔB · sin ω Q t +
ΔB 2 sin 2 ω Q t] {1 + J 0 (x) cosΔθ} I 1 = 4E 0 2 [1 + 2ΔB · sinω Q t + ΔB 2 si
n 2 ω Q t] J 1 (x) sin Δθ I 2 = 4E 0 2 [1 + 2ΔB · sin ω Q t + ΔB 2 si
n 2 ω Q t] J 2 (x) cos Δθ I 3 = 4E 0 2 [1 + 2 ΔB · sin ω Q t + ΔB 2 si
n 2 ω Q t] J 3 (x) sinΔθ I 4 = 4E 0 2 [1 + 2ΔB · sinω Q t + ΔB 2 si
n 2 ω Q t] J 4 (x) cosΔθ

【0129】こうして得られたI0 、I1 、I2
3 、I4 等を数23の式に代入して、基本成分sin
ωQ tを含む項のみを取り出してそれぞれ、L1
2 、L3 、L4 と置くと次のようになる。
The thus obtained I 0 , I 1 , I 2 ,
Substituting I 3 , I 4, etc. into the equation of Equation 23 to obtain the basic component sin
Only the terms including ω Q t are extracted, and L 1 ,
When L 2 , L 3 and L 4 are put, the following is obtained.

【0130】[0130]

【数36】L1 =−8E0 2ΔBJ1 (x)・sinΔθ
・sinωQ t・sinωm t L2 =8E0 2ΔBJ2 (x)・cosΔθ・sinωQ
t・cos2ωm t L3 =−8E0 2ΔBJ3 (x)・sinΔθ・sinω
Q t・sin3ωm t L4 =8E0 2ΔBJ4 (x)・cosΔθ・sinωQ
t・cos4ωm
L 1 = −8E 0 2 ΔBJ 1 (x) · sin Δθ
· Sinω Q t · sinω m t L 2 = 8E 0 2 ΔBJ 2 (x) · cosΔθ · sinω Q
t · cos2ω mt L 3 = −8E 0 2 ΔBJ 3 (x) · sin Δθ · sin ω
Q t · sin3ω mt L 4 = 8E 0 2 ΔBJ 4 (x) · cos Δθ · sin ω Q
t · cos4ω mt

【0131】ここで三角関数の公式を使用した数27の
式をこの数36の式に代入して、それぞれcos(ωQ
−ωm )t、sin(ωQ −2ωm )t、cos(ωQ
−3ωm )t、sin(ωQ −4ωm )tを含む項を取
り出して、M1 、M2 、M3、M4 と置くと次のように
なる。
Here, the expression of Expression 27 using the formula of the trigonometric function is substituted into the expression of Expression 36, and cos (ω Q
−ω m ) t, sin (ω Q −2ω m ) t, cos (ω Q
The terms including −3ω m ) t and sin (ω Q −4ω m ) t are extracted and put as M 1 , M 2 , M 3 , and M 4 as follows.

【0132】[0132]

【数37】 M1 =−4E0 2ΔB・J1 (x)・sinΔθ・cos(ωQ −ωm )t M2 =4E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ・sin(ωQ −2ωm )t M3 =−4E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔθ・cos(ωQ −3ωm )t M4 =4E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ・sin(ωQ −4ωm )tM 1 = −4E 0 2 ΔB · J 1 (x) · sin Δθ · cos (ω Q −ω m ) t M 2 = 4E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cos Δθ · sin (ω Q −2ω m ) t M 3 = −4E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δθ · cos (ω Q −3ω m ) t M 4 = 4E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ · sin (ω Q -4ω m ) t

【0133】以下同様に、中間周波数(fQ −fm )、
(fQ −2fm )、(fQ −3fm)、(fQ −4
m )成分が得られる。斯かる中間周波数成分を検波す
ることによってその振幅が得られる。各中間周波数成分
の振幅をN1 、N2 、N3 、N4とおくと、次の式によ
って表される。
Similarly, the intermediate frequency (f Q -f m )
(F Q -2f m), ( f Q -3f m), (f Q -4
f m ) component is obtained. By detecting such an intermediate frequency component, its amplitude is obtained. Assuming that the amplitudes of the respective intermediate frequency components are N 1 , N 2 , N 3 , and N 4 , they are represented by the following equations.

【0134】[0134]

【数38】 N1 =−4E0 2ΔB・J1 (x)・sinΔθ N2 =4E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ N3 =−4E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔθ N4 =4E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθN 1 = −4E 0 2 ΔB · J 1 (x) · sin Δθ N 2 = 4E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cos Δθ N 3 = −4E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δθ N 4 = 4E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ

【0135】これらの式の例えば第1の振幅N1 と第2
の振幅N2 の比の絶対値を演算することによって、サグ
ナック位相差Δθが求められる。
For example, the first amplitude N 1 and the second amplitude
By calculating the absolute value of the ratio of the amplitude N 2, Sagnac phase difference Δθ is determined.

【0136】尚、数35の式にて、sin2 ωQ t=
(1/2)(1−cos2ωQ t)を代入すると、co
s2ωQ tを含む項が得られる。斯かる項をR1
2 、R3、R4 とおくと、次の式によって表される。
Note that sin 2 ω Q t =
Substituting (1/2) (1-cos2ω Q t), co
A term including s2ω Q t is obtained. Such a term is represented by R 1 ,
R 2 , R 3 , and R 4 are represented by the following equations.

【0137】[0137]

【数39】R1 =2E0 2ΔB・J1 (x)・sinΔθ
・cos2ωQ t・sinωm t R2 =−2E0 2ΔB・J2 (x)・cosΔθ・cos
2ωQ t・cos2ωmt R3 =2E0 2ΔB・J3 (x)・sinΔθ・cos2
ωQ t・sin3ωm t R4 =−2E0 2ΔB・J4 (x)・cosΔθ・cos
2ωQ t・cos4ωm
R 1 = 2E 0 2 ΔB · J 1 (x) · sin Δθ
· Cos2ω Q t · sinω m t R 2 = -2E 0 2 ΔB · J 2 (x) · cosΔθ · cos
Q t · cos 2ω m t R 3 = 2E 0 2 ΔB · J 3 (x) · sin Δθ · cos2
ω Q t · sin3ω mt R 4 = −2E 0 2 ΔB · J 4 (x) · cos Δθ · cos
Q t · cos4ω mt

【0138】ここで三角関数の公式を使用して次のよう
に変形する。
Here, the following modification is made using the trigonometric function formula.

【0139】[0139]

【数40】2・cos2ωQ t・sinωm t=sin
(2ωQ +ωm )t−sin(2ωQ −ωm )t 2・cos2ωQ t・cos2ωm t=cos(2ωQ
−2ωm )t+cos(2ωQ +2ωm )t 2・cos2ωQ t・sin3ωm t=sin(2ωQ
+3ωm )t−sin(2ωQ −3ωm )t 2・cos2ωQ t・cos4ωm t=cos(2ωQ
−4ωm )t+cos(2ωQ +4ωm )t
(40) 2 · cos2ω Q t · sin ω m t = sin
(2ω Q + ω m) t -sin (2ω Q -ω m) t 2 · cos2ω Q t · cos2ω m t = cos (2ω Q
−2ω m ) t + cos (2ω Q + 2ω m ) t 2 · cos 2ω Q t · sin 3ω m t = sin (2ω Q
+ 3ω m) t-sin ( 2ω Q -3ω m) t 2 · cos2ω Q t · cos4ω m t = cos (2ω Q
−4ω m ) t + cos (2ω Q + 4ω m ) t

【0140】従って、中間周波数(2fQ −fm )、
(2fQ −2fm )、(2fQ −3f m )、(2fQ
4fm )等の成分が得られる。
Therefore, the intermediate frequency (2fQ−fm),
(2fQ-2fm), (2fQ-3f m), (2fQ
4fmAnd the like.

【0141】以上の例では、数34の式によって示され
る如き単一の正弦波を使用した。しかしながら、単一の
正弦波の代わりに2〜3種の正弦波を加算したものを使
用することもできる。斯かる場合、光の振幅E(t)例
えば、数21の式及び数34の式の代わりに次の式によ
って表される。
In the above example, a single sine wave as shown by the equation (34) was used. However, instead of a single sine wave, a combination of a few sine waves may be used. In such a case, the amplitude E (t) of the light is expressed by the following equation, for example, instead of the equation of Equation 21 and the equation of Equation 34.

【0142】[0142]

【数41】E(t)=E0 (1+ΔB1 ・sinωQ1
+ΔB2 ・sinωQ2t+ΔB3 ・sinωQ3t)
E (t) = E 0 (1 + ΔB 1 · sin ω Q1 t
+ ΔB 2 · sin ω Q2 t + ΔB 3 · sin ω Q3 t)

【0143】以下、同様な計算によって、中間周波数
(fQ1−fm )、(fQ2−2fm )、(fQ3−4fm
等の成分が得られる。
Hereinafter, by similar calculations, the intermediate frequencies (f Q1 -f m ), (f Q2 -2f m ), (f Q3 -4f m )
Are obtained.

【0144】こうして本例によれば、多数の中間周波数
mfQ −nfm (但し、m、nは正の整数。)が得られ
る。更に、振幅変調に使用する基準周波数fQ として複
数の周波数fQ1、fQ2、fQ3、等を使用すれば、更に多
数の中間周波数mfQi−nf m (但し、i、m、nは正
の整数。)が得られる。
Thus, according to this example, a number of intermediate frequencies
mfQ-Nfm(Where m and n are positive integers)
You. Further, a reference frequency f used for amplitude modulationQAs
Number frequency fQ1, FQ2, FQ3If you use, etc.
The intermediate frequency of the number mfQi-Nf m(However, i, m, n are positive
Integer. ) Is obtained.

【0145】従って、スーパーヘテロダインと同様に、
所望の周波数成分を容易に他の周波数成分と分離して取
り出すことができる。
Therefore, like superheterodyne,
A desired frequency component can be easily separated and extracted from other frequency components.

【0146】次に図2を参照して、本発明による光ファ
イバジャイロの例を説明する。本例の光ファイバジャイ
ロは位相変調方式である。光ファイバジャイロは発光器
1と受光器2と光ファイバループ3と光集積回路4と電
流電圧変換器9と発光器駆動器11とを有する。光集積
回路4は2つのY分岐5、6と位相変調器8とを有す
る。
Next, an example of an optical fiber gyro according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical fiber gyro of this example is of a phase modulation type. The optical fiber gyro has a light emitter 1, a light receiver 2, an optical fiber loop 3, an optical integrated circuit 4, a current-voltage converter 9, and a light emitter driver 11. The optical integrated circuit 4 has two Y branches 5 and 6 and a phase modulator 8.

【0147】発光器1は発光器駆動器11から出力され
た駆動信号を入力して光を出力する。斯かる光は光集積
回路4の第1のY分岐5を経由し、第2のY分岐6によ
って分岐され、光ファイバループ3を互いに反対方向に
伝播する。光ファイバループ3を時計方向に伝播した光
は光ファイバループ3の出口で位相変調され、光ファイ
バループ3を反時計方向に伝播した光は光ファイバルー
プ3の入口で位相変調される。
The light emitter 1 receives the drive signal output from the light emitter driver 11 and outputs light. Such light passes through the first Y-branch 5 of the optical integrated circuit 4 and is branched by the second Y-branch 6 and propagates in the optical fiber loop 3 in opposite directions. Light propagating clockwise in the optical fiber loop 3 is phase-modulated at the exit of the optical fiber loop 3, and light propagating counterclockwise through the optical fiber loop 3 is phase-modulated at the entrance of the optical fiber loop 3.

【0148】光ファイバループ3を互いに反対方向に伝
播した2つの光は第2のY分岐6によって合成され、干
渉光は受光器2によって受光される。受光器2からの電
流信号は電流電圧変換器9によって電圧信号に変換され
る。電流電圧変換器9より出力された電圧信号即ち光の
強さを示す信号は数23の式によって表される。
The two lights having propagated in the optical fiber loop 3 in opposite directions are combined by the second Y branch 6, and the interference light is received by the light receiver 2. The current signal from the light receiver 2 is converted into a voltage signal by the current / voltage converter 9. The voltage signal output from the current-voltage converter 9, that is, the signal indicating the light intensity, is represented by the equation (23).

【0149】本例による光ファイバジャイロは、更に、
同期検波部53と信号発生部55と変調信号発生部57
と角速度/角度演算部59と変調度演算部61とを有す
る。尚、角速度/角度演算部59と変調度演算部61は
CPU65によって構成してよい。
The optical fiber gyro according to this embodiment further includes
Synchronous detector 53, signal generator 55, and modulated signal generator 57
And an angular velocity / angle calculator 59 and a modulation degree calculator 61. The angular velocity / angle calculation section 59 and the modulation degree calculation section 61 may be constituted by the CPU 65.

【0150】信号発生部55は位相変調器8によって位
相変調するための基準周波数fm の信号と発光器駆動器
11によって光源の光を振幅変調するための周波数fQ
の信号と中間周波数mfQ −nfm (但し、m、nは正
の整数。)の信号を発生する。同期検波部53は、電流
電圧変換器9より出力された電圧信号Iを同期検波して
数31の式によって表される変調信号N1 (=N1A、N
1B)、N2 、N4 を出力する。
[0150] The signal generating unit 55 frequency for amplitude modulating the light from the light source by a signal light emitter driver 11 of the reference frequency f m to phase modulation by the phase modulator 8 f Q
Signal and the intermediate frequency mf Q -nf m (where, m, n is a positive integer.) To generate a signal. The synchronous detector 53 synchronously detects the voltage signal I output from the current-voltage converter 9 and modulates the modulated signal N 1 (= N 1A , N 1) represented by the equation (31).
1B ), N 2 and N 4 are output.

【0151】角速度/角度演算部59は同期検波部53
より供給された変調信号N1 (=N 1A、N1B)、N2
りサグナック位相差Δθを演算し、更に角速度Ωを演算
してジャイロ出力として出力する。変調度演算部61は
同期検波部53より供給された変調信号N2 、N4 より
変調度xの補正値Δxを演算しそれを変調信号発生部5
7に供給する。
The angular velocity / angle calculation section 59 includes a synchronous detection section 53
Modulation signal N supplied from1(= N 1A, N1B), NTwoYo
Calculate the sagnac phase difference Δθ and further calculate the angular velocity Ω
And outputs it as a gyro output. The modulation factor calculation unit 61
Modulation signal N supplied from synchronous detection section 53Two, NFourThan
Calculates a correction value Δx of the modulation factor x and outputs the result to the modulation signal generator 5
7

【0152】変調信号発生部57は信号発生部55から
供給された基準周波数fm の信号を使用して位相変調器
8に供給する駆動電圧を発生する。変調信号発生部57
は変調度演算部61より供給された変調度xの補正値Δ
xによって位相変調器8に供給する駆動電圧を補正す
る。
[0152] Modulation signal generator 57 uses the signal of the reference frequency f m supplied from the signal generator 55 generates a driving voltage supplied to the phase modulator 8. Modulation signal generator 57
Is a correction value Δ of the modulation factor x supplied from the modulation factor calculator 61.
The drive voltage supplied to the phase modulator 8 is corrected by x.

【0153】図3に同期検波部53の構成例を示す。同
期検波部53は数23の式によって表される光の強さI
信号のうち、例えば、中間周波数(fQ −fm )、(f
Q −2fm )、(fQ −4fm )成分を復調する。中間
周波数(fQ −fm )、(f Q −2fm )の成分はサニ
ャック位相差Δθを求めるために使用し、(fQ
m )、(fQ −4fm )の成分は変調度xの補正値Δ
xを演算するために使用する。
FIG. 3 shows a configuration example of the synchronous detection unit 53. same
The phase detector 53 calculates the light intensity I expressed by the equation (23).
Of the signals, for example, the intermediate frequency (fQ−fm), (F
Q-2fm), (FQ-4fm) Demodulate the components. Middle
Frequency (fQ−fm), (F Q-2fmThe component of) is Sani
Used to determine the jack phase difference Δθ, (fQ
f m), (FQ-4fm) Is a correction value Δ of the modulation factor x.
Used to calculate x.

【0154】例えば、位相変調器8による位相変調に使
用される基準周波数fm を625kHzとする。従っ
て、2fm =1250kHz、4fm =2500kH
z、となる。また、それに対応して振幅変調に使用され
る周波数fQ を、fQ =623kHz、1050kH
z、2480kHz、とする。このとき、次のような中
間周波数が得られる。
[0154] For example, the reference frequency f m to be used for phase modulation by the phase modulator 8 to 625 kHz. Therefore, 2f m = 1250kHz, 4f m = 2500kH
z. Further, the frequency f Q used for the amplitude modulation is f Q = 623 kHz, 1050 kHz.
z, 2480 kHz. At this time, the following intermediate frequency is obtained.

【0155】[0155]

【数42】 fQ −fm =623kHz−625kHz=−2kHz fQ −2fm =1050kHz−1250kHz=−2
00kHz fQ −4fm =2480kHz−2500kHz=−2
0kHz
Equation 42] f Q -f m = 623kHz-625kHz = -2kHz f Q -2f m = 1050kHz-1250kHz = -2
00kHz f Q -4f m = 2480kHz- 2500kHz = -2
0 kHz

【0156】同期検波部53はフィルタ53−1A、5
3−1B、53−1C、53−1Dと交流増幅器53−
2A、53−2B、53−2C、53−2Dと復調器5
3−3A、53−3B、53−3C、53−3Dとを有
する。フィルタ53−1A、53−1B、53−1C、
53−1Dは例えばバンドパスフィルタであってよい。
The synchronous detector 53 includes filters 53-1A and 53-1A.
3-1B, 53-1C, 53-1D and AC amplifier 53-
2A, 53-2B, 53-2C, 53-2D and demodulator 5
3-3A, 53-3B, 53-3C, and 53-3D. Filters 53-1A, 53-1B, 53-1C,
53-1D may be, for example, a bandpass filter.

【0157】フィルタ53−1A、53−1B、53−
1C、53−1Dは電流電圧変換器9より供給された光
の強さI信号を入力して不要な直流成分I0 及び高調波
成分を除去し、数24の式によって表される1倍波成分
1 、2倍波成分I2 、4倍波成分I4 を取り出す。第
1及び第2のフィルタ53−1A、53−1Bは、1倍
波成分I1 を取り出し、第3のフィルタ53−1Cは2
倍波成分I2 を取り出し、第4のフィルタ53−1Dは
4倍波成分I4 を取り出す。
Filters 53-1A, 53-1B, 53-
1C and 53-1D receive the light intensity I signal supplied from the current-to-voltage converter 9 to remove unnecessary DC components I 0 and harmonic components, and obtain a first harmonic represented by the equation (24). The component I 1 , the second harmonic component I 2 , and the fourth harmonic component I 4 are extracted. The first and second filters 53-1A and 53-1B take out the first harmonic component I 1 , and the third filter 53-1C takes 2
Removed harmonic component I 2, the fourth filter 53-1D retrieve fourth harmonic component I 4.

【0158】第1及び第2のフィルタ53−1A、53
−1Bによって出力された1倍波成分I1 はそれぞれ、
第1及び第2の増幅器53−2A、53−2Bによって
増幅される。第1の増幅器53−2Aは比較的大きい交
流ゲインを有し、第2の増幅器53−2Bは比較的小さ
い交流ゲインを有する。こうして、比較的大きい交流ゲ
インによって増幅された第1の1倍波成分I1Aと比較的
小さい交流ゲインによって増幅された第2の1倍波成分
1Bとが得られる。斯かる2つの1倍波成分I 1A、I1B
を求めた理由は後に説明する。
First and second filters 53-1A and 53-1
-1B, the first harmonic component I output by1Are respectively
By the first and second amplifiers 53-2A and 53-2B
Amplified. The first amplifier 53-2A has a relatively large
Current gain, and the second amplifier 53-2B is relatively small.
Has a high AC gain. Thus, a relatively large AC
First harmonic component I amplified by1AAnd relatively
2nd first harmonic component amplified by small AC gain
I1BIs obtained. Such two first harmonic components I 1A, I1B
The reason for the request will be described later.

【0159】復調器53−3A、53−3B、53−3
C、53−3Dは信号発生部55より供給された周波数
2kHz、200kHz、20kHzの信号を入力して
中間周波数2kHz、200kHz、20kHzの成分
を復調し、数31の式によって表される振幅N1A
1B、N2 、N4 を出力する。
The demodulators 53-3A, 53-3B, 53-3
C and 53-3D receive the signals of frequencies 2 kHz, 200 kHz and 20 kHz supplied from the signal generator 55 to demodulate the components of the intermediate frequencies 2 kHz, 200 kHz and 20 kHz, and the amplitude N 1A represented by the equation 31 ,
N 1B , N 2 and N 4 are output.

【0160】第1及び第2の復調器53−3A、53−
3Bは第1及び第2の増幅器53−2A、53−2Bの
出力信号I1A、I1Bより周波数2kHzの中間周波数成
分を復調し、振幅信号N1A、N1Bを出力する。第3の復
調器53−3Cは第3の増幅器53−2Cの出力信号I
2 より周波数200kHzの中間周波数成分を復調し、
振幅信号N2 を出力し、第4の復調器53−3Dは第4
の増幅器53−2Dの出力信号I4 より周波数20kH
zの中間周波数成分を復調し、振幅信号N4 を出力す
る。
The first and second demodulators 53-3A, 53-
3B demodulates an intermediate frequency component having a frequency of 2 kHz from output signals I 1A and I 1B of the first and second amplifiers 53-2A and 53-2B, and outputs amplitude signals N 1A and N 1B . The third demodulator 53-3C outputs the output signal I of the third amplifier 53-2C.
2. Demodulate the intermediate frequency component of frequency 200kHz from 2 ,
And outputs an amplitude signal N 2, fourth demodulator 53-3D fourth
Frequency 20kH from the output signal I 4 of the amplifier 53-2D of
demodulates the intermediate frequency component of z, it outputs an amplitude signal N 4.

【0161】こうして得られた変調信号N1A、N1B、N
2 、N4 のうち、信号N1A、N1B、N2 は角速度/角度
演算部59に供給されてサグナック位相差Δθが演算さ
れ、信号N2 、N4 は変調度演算部61に供給されて変
調度xの補正値Δxが演算される。
The modulation signals N 1A , N 1B , N
Of the signals N 2 and N 4 , the signals N 1A , N 1B and N 2 are supplied to an angular velocity / angle calculator 59 to calculate a Sagnac phase difference Δθ, and the signals N 2 and N 4 are supplied to a modulation calculator 61. Thus, the correction value Δx of the modulation factor x is calculated.

【0162】図4を参照して本例による角速度/角度演
算部59の構成及び動作を説明する。本例の角速度/角
度演算部59は同期検波部31より供給された2つの1
倍波成分信号N1A、N1Bと1つの2倍波成分信号N2
り位相差Δθ信号を演算する。
Referring to FIG. 4, the configuration and operation of the angular velocity / angle calculator 59 according to the present embodiment will be described. The angular velocity / angle calculation unit 59 of the present example includes two
A phase difference Δθ signal is calculated from the harmonic component signals N 1A and N 1B and one double harmonic component signal N 2 .

【0163】本例の角速度/角度演算部59は2つの1
倍波成分信号N1A、N1Bをそれぞれディジタル信号に変
換する第1及び第2の量子化回路、例えば、AD変換器
59−1、59−2と2倍波成分信号N2 をディジタル
信号に変換する第3の量子化回路、例えば、AD変換器
59−3と2つの入力信号の一方を選択的に出力する信
号切替え演算器59−4と斯かる信号切替え演算器59
−4の出力信号と第3の量子化回路59−3の出力信号
とを入力して位相差Δθ信号を演算するTAN -1演算器
59−6とを有する。角速度/角度演算部59は更にバ
イアス補正をするためのバイアス補正器59−7と加算
器59−5とを有する。
In this example, the angular velocity / angle calculation section 59 has two
Harmonic component signal N1A, N1BTo digital signals.
First and second quantizing circuits, for example, an AD converter
59-1 and 59-2 and the second harmonic component signal NTwoThe digital
A third quantization circuit for converting to a signal, for example, an AD converter
59-3 and a signal for selectively outputting one of the two input signals.
Signal switching calculator 59-4 and such a signal switching calculator 59
-4 and the output signal of the third quantization circuit 59-3
To calculate the phase difference Δθ signal by inputting -1Arithmetic unit
59-6. The angular velocity / angle calculator 59 further includes
Addition to bias corrector 59-7 for correcting bias
Device 59-5.

【0164】従って、第1及び第2のAD変換器59−
1、59−2より1倍波成分信号N 1A、N1Bのディジタ
ル値N1AD 、N1BD が出力され、第3のAD変換器59
−3より2倍波成分信号N2 のディジタル値N2Dが出力
される。尚、ディジタル信号であることを示すために添
字Dを付す。
Therefore, the first and second AD converters 59-
1, 59-2 to obtain the first harmonic component signal N 1A, N1BDigit of
Value N1AD, N1BDIs output, and the third AD converter 59 is output.
-3 from the second harmonic component signal NTwoDigital value N of2DIs output
Is done. Note that a digital signal is added to indicate
Letter D is attached.

【0165】ここで、信号切替え演算器59−4の機能
について説明する。2つの1倍波成分信号N1AD 、N
1BD の精度を考慮すると、一般に、交流ゲインが大きい
第1の交流増幅器の出力信号である第1の1倍波成分信
号N1AD は精度が高く、交流ゲインが小さい第2の交流
増幅器の出力信号である第2の1倍波成分信号N1BD
精度が低く、より大きな誤差を含む。
Here, the function of the signal switching calculator 59-4 will be described. Two first harmonic component signals N 1AD , N
In consideration of the accuracy of 1BD , generally, the first harmonic component signal N 1AD which is the output signal of the first AC amplifier having a large AC gain is high in accuracy and the output signal of the second AC amplifier having a small AC gain. Of the second harmonic component signal N 1BD is low in accuracy and includes a larger error.

【0166】入力角速度Ω(位相差Δθ)が小さいとき
は、より精度が高い第1の1倍波成分信号N1AD を使用
することができる。しかしながら、入力角速度Ω(位相
差Δθ)が大きくなると、第1の交流増幅器は飽和する
から、より精度が低い第2の1倍波成分信号N1BD を使
用しなければならない。
When the input angular velocity Ω (phase difference Δθ) is small, the first harmonic component signal N 1AD with higher accuracy can be used. However, when the input angular velocity Ω (phase difference Δθ) increases, the first AC amplifier saturates, so that the second harmonic component signal N 1BD with lower accuracy must be used.

【0167】信号切替え演算器59−4は、入力角速度
Ω(位相差Δθ)が所定の値より小さいときには、交流
ゲインが大きい第1の交流増幅器によって得られた第1
の1倍波成分信号N1AD をTAN-1演算器59−6に供
給し、入力角速度Ω(位相差Δθ)が所定の値より大き
いか又は等しいときには、交流ゲインが小さい第2の交
流増幅器によって得られた第2の1倍波成分信号N1BD
をTAN-1演算器59−6に供給する。
When the input angular velocity Ω (phase difference Δθ) is smaller than a predetermined value, the signal switching calculator 59-4 outputs the first signal obtained by the first AC amplifier having a large AC gain.
1 harmonic component signal N 1AD supplied to TAN -1 calculator 59-6 of, when the input angular velocity Omega (phase difference [Delta] [theta]) is greater than or equal to a predetermined value, the second AC amplifier AC gain is small Obtained second first harmonic component signal N 1BD
Is supplied to the TAN- 1 computing unit 59-6.

【0168】TAN-1演算器59−6は第1又は第2の
1倍波成分信号N1AD 又はN1BD と2倍波成分信号N2D
より位相差Δθを演算する。位相差Δθは、数32の式
によって求められる。但し、本例では、数32の式の1
倍波成分信号N1 はディジタル値N1AD 又はN1BD を使
用し、2倍波成分信号N2 はディジタル値N2Dを使用す
る。従って、数32の式よりJ1 (x)/J2 (x)を
消去することによってtanΔθが求められる。
The TAN -1 computing unit 59-6 comprises a first or second first harmonic component signal N 1AD or N 1BD and a second harmonic component signal N 2D.
Then, the phase difference Δθ is calculated. The phase difference Δθ is obtained by Expression 32. However, in this example, 1 of Expression 32
The harmonic component signal N 1 uses a digital value N 1AD or N 1BD , and the second harmonic component signal N 2 uses a digital value N 2D . Therefore, tan Δθ is obtained by eliminating J 1 (x) / J 2 (x) from the equation (32).

【0169】J1 (x)/J2 (x)を消去するため
に、数32の式の右辺に既知の比J2(x)/J
1 (x)を掛け算してもよく、又は、従来例にて示した
ようにJ1 (x)=J2 (x)となるように、変調度x
=2.63としてもよい。こうして、得られたtanΔ
θの値より、サグナック位相差Δθが求められる。
To eliminate J 1 (x) / J 2 (x), the known ratio J 2 (x) / J
1 (x), or a modulation factor x such that J 1 (x) = J 2 (x) as shown in the conventional example.
= 2.63. Thus, the obtained tanΔ
From the value of θ, the sagnac phase difference Δθ is determined.

【0170】従って、TAN-1演算器59−6は次の式
によって位相差Δθを演算する。
Accordingly, the TAN -1 calculator 59-6 calculates the phase difference Δθ by the following equation.

【0171】[0171]

【数43】Δθ=Tan-1(N1AD /N2D) 又は、 Δθ=Tan-1(N1BD /N2DΔθ = Tan −1 (N 1AD / N 2D ) or Δθ = Tan −1 (N 1BD / N 2D )

【0172】次に、角速度/角度演算部59のバイアス
補正機能について説明する。上述のように、第2の1倍
波成分信号N1BD は、第1の1倍波成分信号N1AD と比
較して、精度が低く、より大きな誤差を含む。角速度/
角度演算部59の信号切替え演算器59−4は第2の1
倍波成分信号N1BD のバイアス誤差を補正するためのバ
イアス補正値ΔN1BD を演算する。斯かるバイアス補正
値ΔN1BD は次の式によって表される。
Next, the bias correction function of the angular velocity / angle calculator 59 will be described. As described above, the second first harmonic component signal N 1BD has lower accuracy and includes a larger error than the first first harmonic component signal N 1AD . angular velocity/
The signal switching calculator 59-4 of the angle calculator 59 is the second 1
Calculating a bias correction value .DELTA.N 1BD for correcting the bias error of the harmonic component signal N 1BD. Such a bias correction value ΔN 1BD is expressed by the following equation.

【0173】[0173]

【数44】ΔN1BD =N1AD −N1BD [ Equation 44] ΔN 1BD = N 1AD −N 1BD

【0174】上述のように、入力角速度Ω(位相差Δ
θ)が大きいと、第1の交流増幅器31−3は飽和し
て、第1の1倍波成分信号N1Aは得られない。従って、
数44の式によってバイアス補正値ΔN1BD が演算され
るのは、第1の1倍波成分信号N 1AD と第2の1倍波成
分信号N1BD の両者が得られる場合、即ち、入力角速度
Ω(位相差Δθ)が比較的小さいときである。
As described above, the input angular velocity Ω (phase difference Δ
θ) is large, the first AC amplifier 31-3 is saturated.
And the first first harmonic component signal N1ACannot be obtained. Therefore,
The bias correction value ΔN is calculated by the equation (44).1BDIs calculated
The first harmonic component signal N 1ADAnd the second 1st harmonic
Minute signal N1BDIs obtained, that is, the input angular velocity
Ω (phase difference Δθ) is relatively small.

【0175】入力角速度Ω(位相差Δθ)が比較的小さ
いとき、即ち、第1の1倍波成分信号N1AD と第2の1
倍波成分信号N1BD の両者が得られる場合には、より精
度が高い第1の1倍波成分信号N1AD を使用して位相差
Δが演算されるから、バイアス補正をする必要がない。
バイアス補正をする必要があるのは、より精度が低い第
2の1倍波成分信号N1BD を使用して位相差Δを演算す
る場合、即ち、入力角速度Ω(位相差Δθ)が比較的大
きいときである。
When the input angular velocity Ω (phase difference Δθ) is relatively small, that is, when the first harmonic component signal N 1AD and the second 1
When both the harmonic component signals N 1BD are obtained, the phase difference Δ is calculated using the first higher harmonic component signal N 1AD with higher accuracy, so that it is not necessary to correct the bias.
It is necessary to perform the bias correction when the phase difference Δ is calculated by using the second harmonic component signal N 1BD with lower accuracy, that is, the input angular velocity Ω (phase difference Δθ) is relatively large. It is time.

【0176】従って、信号切替え演算器59−4によっ
て演算されたバイアス補正値ΔN1Bはバイアス補正器5
9−7に供給されて一時的に保持される。信号切替え演
算器59−4の出力が、第1の1倍波成分信号N1AD
ら第2の1倍波成分信号N1B D に切替えられたとき、バ
イアス補正値ΔN1BD は加算器59−5に供給される。
それによって第2の量子化回路59−3より出力された
第2の1倍波成分信号N1BD は補正される。
Accordingly, the bias correction value ΔN 1B calculated by the signal switching calculator 59-4 is applied to the bias corrector 5
9-7 and temporarily stored. When the output of the signal switching operation unit 59-4 is switched from the first 1 harmonic component signal N 1AD the second 1 harmonic component signal N 1B D, the bias correction value .DELTA.N 1BD the adder 59-5 Supplied to
Thereby, the second first harmonic component signal N 1BD output from the second quantization circuit 59-3 is corrected.

【0177】[0177]

【数45】N1BDS=N1BD −ΔN1BD [ Equation 45] N 1BDS = N 1BD -ΔN 1BD

【0178】バイアス補正値ΔN1BD は、第2の量子化
回路59−3より出力された第2の1倍波成分信号N
1BD に含まれるバイアス誤差を表しているから、数45
の式によって得られた補正後の第2の1倍波成分信号N
1BDSはバイアス誤差を含まない正確な値となる。
The bias correction value ΔN 1BD is equal to the second first harmonic component signal N output from the second quantization circuit 59-3.
Since it represents the bias error included in 1BD , Equation 45
The second harmonic component signal N after correction obtained by the equation
1BDS is an accurate value that does not include a bias error.

【0179】次に図5を参照して変調度演算部61の構
成と機能を説明する。本例の変調度演算部61は同期検
波部53からの出力信号より数12の式及び数13の式
を演算するように構成されている。ここでは、変調度演
算部61は数12の式の第2式によってD2 (x)を演
算し、数13の式の第2式によってΔD2 (x)を演算
する場合について説明する。
Next, the configuration and function of the modulation factor calculator 61 will be described with reference to FIG. The modulation degree calculating section 61 of the present example is configured to calculate the equations (12) and (13) from the output signal from the synchronous detection section 53. Here, a case will be described in which the modulation factor calculation unit 61 calculates D 2 (x) by the second expression of Expression 12, and calculates ΔD 2 (x) by the second expression of Expression 13.

【0180】変調度演算部61は除算器61−1と加算
器61−2と積分器61−3とを有してよい。除算器6
1−1は同期検波部53より供給された2倍波成分信号
2と4倍波成分信号N4 とを入力して数12の式の除
算をして、比D2 (x)を演算する。
The modulation degree calculator 61 may include a divider 61-1, an adder 61-2, and an integrator 61-3. Divider 6
1-1 by the expression division of supplied from the synchronous detector 53 second harmonic component signal N 2 and fourth harmonic component signal N 4 Number Enter the 12, calculating the ratio D 2 (x) I do.

【0181】加算器61−2は除算器61−1より供給
された比D2 (x)と例えば手動で設定された最適変調
度比D2 (x0 )より数13の式の演算を行い、変調度
比の偏倚量ΔD2 (x)を出力する。積分器61−3は
斯かる偏倚量ΔD2 (x)を入力して変調度補正値Δx
を出力する。積分器61−3は斯かる偏倚量ΔD
2 (x)が零となるように積分動作によって変調度補正
値Δxを求める。この変調度補正値Δxは変調信号発生
部57に供給される。
The adder 61-2 calculates the equation (13) from the ratio D 2 (x) supplied from the divider 61-1 and, for example, the optimum modulation ratio D 2 (x 0 ) set manually. , And outputs a deviation amount ΔD 2 (x) of the modulation ratio. The integrator 61-3 receives the deviation amount ΔD 2 (x) and receives the modulation degree correction value Δx
Is output. The integrator 61-3 calculates the deviation amount ΔD
The modulation degree correction value Δx is obtained by an integration operation so that 2 (x) becomes zero. This modulation factor correction value Δx is supplied to the modulation signal generator 57.

【0182】尚、変調度演算部61によって数12の式
の第2式及び数13の式の第2式を演算する場合につい
て説明したが、変調度演算部61によって数12の式の
第1式及び数13の式の第1式も演算することができる
ように構成してもよい。
The case has been described where the modulation degree calculating section 61 calculates the second equation of the equation (12) and the second equation of the equation (13), but the modulation degree calculating section 61 calculates the first equation of the equation (12). It may be configured such that the first expression of the expression and Expression 13 can also be calculated.

【0183】次に図6を参照して変調信号発生部57の
構成と機能を説明する。変調信号発生部57は例えば精
密直流電源の如き基準電圧発生器57−1と加算器57
−2と変調器57−3と波形整形器57−4とを有す
る。加算器57−2は基準電圧発生器57−1より出力
された変調度信号xと変調度演算部61より供給された
変調度補正値Δxとを加算して、補正された変調度信号
x’=x−Δxを生成する。
Next, the configuration and function of the modulation signal generator 57 will be described with reference to FIG. The modulation signal generator 57 includes a reference voltage generator 57-1 such as a precision DC power supply and an adder 57.
-2, a modulator 57-3, and a waveform shaper 57-4. The adder 57-2 adds the modulation factor signal x output from the reference voltage generator 57-1 and the modulation factor correction value Δx supplied from the modulation factor calculator 61, and the corrected modulation factor signal x ′ = X-Δx.

【0184】変調器57−3は補正された変調度信号
x’を信号発生部55より供給された角周波数fm の信
号によって交流変調する。波形整形器57−4は変調器
57−5より供給された矩形波の交流信号を波形整形し
て正弦波信号に変換し、それを位相変調器8に供給す
る。
[0184] Modulator 57-3 AC modulated by the corrected signal supplied angular frequency f m from the modulation degree signal x 'signal generator 55. The waveform shaper 57-4 shapes the waveform of the rectangular AC signal supplied from the modulator 57-5, converts it into a sine wave signal, and supplies it to the phase modulator 8.

【0185】次に図7を参照して本例の信号発生部55
の構成と機能を説明する。信号発生部55は高速のクロ
ック発生器55−1と2つの分周器55−2A、55−
2Bと3つのディジタルミキサ55−3A、55−3
B、55−3Cを有する。ディジタルミキサは例えばフ
リップフロップ等のディジタルICであってよい。
Next, referring to FIG. 7, signal generating section 55 of the present example will be described.
The configuration and function of will be described. The signal generator 55 includes a high-speed clock generator 55-1 and two frequency dividers 55-2A, 55-.
2B and three digital mixers 55-3A, 55-3
B, 55-3C. The digital mixer may be, for example, a digital IC such as a flip-flop.

【0186】第1の分周器55−2Aによって周波数f
m 、2fm 、4fm の信号が生成され、第2の分周器5
5−2Bによって周波数fQ の信号が生成される。これ
らの信号は3つのディジタルミキサ55−3A、55−
3B、55−3Cに供給され、第1のディジタルミキサ
55−3Aより中間周波数fm −fQ の信号が生成さ
れ、第2のディジタルミキサ55−3Bより中間周波数
m −2fQ の信号が生成され、第3のディジタルミキ
サ55−3Cより中間周波数fm −4fQ の信号が生成
される。
The frequency f is set by the first frequency divider 55-2A.
m, 2f m, signal 4f m is generated, the second frequency divider 5
Signal of the frequency f Q is generated by 5-2b. These signals are supplied to three digital mixers 55-3A and 55-A.
3B, is supplied to 55-3C, intermediate frequency f m -f Q signal from the first digital mixer 55-3A is generated, the signal of the intermediate frequency f m -2f Q is than the second digital mixer 55-3B is generated, the signal of the intermediate frequency f m -4f Q is generated from the third digital mixer 55-3C.

【0187】一般に、本例の信号発生部55は上述の振
幅変調にて説明した多数の中間周波数mfQ −nfm
得るように構成することもできる。例えば、第1の分周
器55−2Aによって周波数nfm (n=1、2、4、
・・)の信号を生成し、第2の分周器55−2Bによっ
て周波数mfQ (m=1、2、4、・・)の信号fQ
生成し、n×m個のディジタルミキサによって中間周波
数mfQ −nfm を生成してよい。
[0187] In general, the signal generator 55 of the present embodiment can also be configured to obtain a plurality of intermediate frequency mf Q -nf m explained in the above-mentioned amplitude modulation. For example, the frequency by a first frequency divider 55-2A nf m (n = 1,2,4,
..), a signal f Q having a frequency mf Q (m = 1, 2, 4,...) By the second frequency divider 55-2B, and n × m digital mixers the intermediate frequency mf Q -nf m may generate.

【0188】更に、数41の式によって表される振幅変
調の場合では、多数の中間周波数mfQi−nfm (iは
正の整数。)が必要となる。斯かる場合には、周波数f
Qi(iは正の整数。)の信号を生成する分周器を用意す
ればよい。
[0188] Further, in the case of amplitude modulation represented by the numerical formula 41, a number of intermediate frequency mf Qi -nf m (i is a positive integer.) Is required. In such a case, the frequency f
What is necessary is just to prepare a frequency divider for generating a signal of Qi (i is a positive integer).

【0189】再び、図1を参照してフィルタ71の機能
を説明する。信号発生器55より出力される信号は矩形
波であってよい。本発明による光の振幅変調は上述のよ
うに矩形波によってディジタル的になされてよく、又は
正弦波によってアナログ的になされてよい。光の振幅変
調を正弦波によって行う場合には、信号発生器55より
出力された基準周波数fQ の信号はフィルタ71によっ
て正弦波に波形整形される。こうして、フィルタ71を
経由した基準周波数fQ の信号は発光器駆動器11に供
給される。
The function of the filter 71 will be described again with reference to FIG. The signal output from the signal generator 55 may be a rectangular wave. The amplitude modulation of the light according to the invention may be done digitally by means of a square wave as described above, or it may be made analogously by means of a sine wave. When the amplitude modulation of light is performed by a sine wave, the signal of the reference frequency f Q output from the signal generator 55 is shaped into a sine wave by the filter 71. Thus, the signal of the reference frequency f Q passed through the filter 71 is supplied to the light emitting device driver 11.

【0190】次に図8を参照して本発明による光ファイ
バジャイロの第2の例を説明する。本例の光ファイバジ
ャイロはセロダイン方式である。本例のセロダイン方式
の光ファイバジャイロを図11に示した従来の光ファイ
バジャイロと比較すると、本例のセロダイン方式の光フ
ァイバジャイロでは発光器1からの光が振幅変調される
ように構成されている点が異なる。光の振幅変調は図1
及び図2を参照して説明したものと同様であってよい。
Next, a second example of the optical fiber gyro according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical fiber gyro of this example is of a cellodyne type. Comparing the cellodyne type optical fiber gyro of this example with the conventional optical fiber gyro shown in FIG. 11, the cellodyne type optical fiber gyro of this example is configured so that the light from the light emitter 1 is amplitude-modulated. Are different. Figure 1 shows the amplitude modulation of light.
And the same as described with reference to FIG.

【0191】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention. It will be easily understood.

【0192】[0192]

【発明の効果】本発明によると、スーパーヘテロダイン
と同様に、光源の光を振幅変調することによって、干渉
光の強さIの信号に多数の中間周波数成分を生成し、そ
れによって所望の変調成分を容易に取り出すことができ
るから、簡単な構成で正確な角速度を検出することがで
きる利点がある。
According to the present invention, as in the case of superheterodyne, by modulating the amplitude of the light from the light source, a number of intermediate frequency components are generated in the signal of the intensity I of the interference light, whereby the desired modulation component is obtained. Can be easily taken out, and there is an advantage that an accurate angular velocity can be detected with a simple configuration.

【0193】本発明によると、スーパーヘテロダインと
同様に、光源の光を振幅変調することによって、干渉光
の強さIの信号に多数の中間周波数成分を生成し、それ
によって所望の変調成分を容易に取り出すことができる
から、従来のように2倍波成分除去器を設ける必要がな
い利点がある。
According to the present invention, as in the case of superheterodyne, a large number of intermediate frequency components are generated in the signal of the intensity I of the interference light by amplitude-modulating the light from the light source, thereby facilitating the desired modulation component. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to provide a second harmonic wave component remover as in the related art.

【0194】本発明によると、スーパーヘテロダインと
同様に、光源の光を振幅変調することによって、干渉光
の強さIの信号に多数の中間周波数成分を生成し、それ
によって所望の変調成分を容易に取り出すことができる
から、位相変調方式及びセロダイン方式の両者の光ファ
イバに適用して正確な角速度を検出することができる利
点がある。
According to the present invention, as in the case of superheterodyne, a large number of intermediate frequency components are generated in the signal of the intensity I of the interference light by amplitude-modulating the light of the light source, thereby facilitating the desired modulation component. Therefore, there is an advantage that an accurate angular velocity can be detected by applying to both optical fibers of the phase modulation system and the serrodyne system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光ファイバジャイロにおいて、光の振
幅変調に使用する矩形波の例を示す波形図である。
FIG. 1 is a waveform diagram showing an example of a rectangular wave used for amplitude modulation of light in an optical fiber gyro of the present invention.

【図2】本発明による光ファイバジャイロ(位相変調方
式)の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an optical fiber gyro (phase modulation system) according to the present invention.

【図3】本発明による同期検波部の構成例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronous detection unit according to the present invention.

【図4】本発明による角速度/角度演算部の構成例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an angular velocity / angle calculation unit according to the present invention.

【図5】本発明による変調度演算部の構成例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a modulation factor calculating unit according to the present invention.

【図6】本発明による変調信号発生部の構成例を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a modulation signal generation unit according to the present invention.

【図7】本発明による信号発生部の構成例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a signal generation unit according to the present invention.

【図8】本発明による光ファイバジャイロ(セロダイン
方式)の例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an optical fiber gyro (serodyne method) according to the present invention.

【図9】従来の光ファイバジャイロ(位相変調方式)の
例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical fiber gyro (phase modulation system).

【図10】ベッセル関数のグラフを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a graph of a Bessel function.

【図11】従来の光ファイバジャイロ(セロダイン方
式)の例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional optical fiber gyro (serodyne method).

【図12】従来のセロダイン方式の位相変調を説明する
説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a conventional serrodyne phase modulation.

【図13】従来の光ファイバジャイロ(セロダイン方
式)のCPUの構成例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional optical fiber gyro (serodyne method) CPU.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光器 2 受光器 3 光ファイバループ 4 光集積回路 5、6 Y分岐 8、8’ 位相変調器 9 電流−電圧変換器 11 発光器駆動器 53 同期検波部 55 信号発生部 57 変調信号発生部 59 角速度/角度演算部 61 変調度演算部 63 2π制御部 65 CPU 67 セロダイン変調信号発生部 Reference Signs List 1 light emitter 2 light receiver 3 optical fiber loop 4 optical integrated circuit 5, 6 Y branch 8, 8 'phase modulator 9 current-voltage converter 11 light emitter driver 53 synchronous detector 55 signal generator 57 modulated signal generator 59 angular velocity / angle calculation unit 61 modulation degree calculation unit 63 2π control unit 65 CPU 67 serrodyne modulation signal generation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 貫志 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 平3−118415(JP,A) 特開 平5−18763(JP,A) 特開 平9−94464(JP,A) 特開 昭60−60513(JP,A) 特開 平7−294264(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/64 - 19/72 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kanji Yamamoto 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Inside Tokimec Co., Ltd. (56) References JP-A-3-118415 (JP, A) JP-A-5-18763 (JP, A) JP-A-9-94464 (JP, A) JP-A-60-60513 (JP, A) JP-A-7-294264 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) G01C 19/64-19/72

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源である発光器と、該発光器からの光
を振幅変調する振幅変調手段と、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播する第1
の伝播光及び第2の伝播光を位相変調する位相変調器
と、前記第1の伝播光及び第2の伝播光の干渉光を検出
する受光器と、前記光ファイバループがループの中心軸
線周りに角速度Ωにて回転するとき、前記第1の伝播光
及び第2の伝播光の間に発生するサグナック位相差Δθ
を求めるための同期検波部と、該同期検波部によって得
られた出力より前記角速度Ωを演算するための角速度/
角度演算部とを有する光ファイバジャイロにおいて、 前記発光器からの光の振幅変調に使用する基準周波数f
Q は複数の基準周波数fQ1、fQ2、fQ3等を含み、該複
数の基準周波数の信号と前記位相変調のための基準周波
数fm の信号とによって前記干渉光の強さIの信号に中
間周波数mfQi−nfm (m、n、iは正の整数)の信
号を発生するようになし、前記同期検波部は前記mfQi
−nfm の信号のうち所望の周波数の信号のみを同期検
波するようにしたことを特徴とする光ファイバジャイ
ロ。
A light emitting device serving as a light source; an amplitude modulation means for amplitude modulating light from the light emitting device; an optical fiber loop;
First propagating in opposite directions in the optical fiber loop;
A phase modulator that modulates the phase of the propagating light and the second propagating light, a photodetector that detects interference light of the first propagating light and the second propagating light, and the optical fiber loop is arranged around a central axis of the loop. When rotating at an angular velocity Ω, a sagnac phase difference Δθ generated between the first propagating light and the second propagating light.
And an angular velocity for calculating the angular velocity Ω from the output obtained by the synchronous detection section.
An optical fiber gyro having an angle calculation unit, wherein a reference frequency f used for amplitude modulation of light from the light emitter is used.
Q is a plurality of reference frequency f Q1, f Q2, include f Q3 or the like, the signal strength I of the interference light by the signal of the reference frequency f m for the phase modulation and the signal of the reference frequency of the plurality of A signal having an intermediate frequency mf Qi −nf m (m, n, and i are positive integers) is generated, and the synchronous detection unit is configured to generate the mf Qi
Optical fiber gyro, characterized in that so as to synchronously detect only the signal of a desired frequency among -nf m signal.
【請求項2】 請求項1記載の光ファイバジャイロにお
いて、 前記発光器からの光の振幅変調は、周期T=1/fQi
矩形波を使用してなされることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。
2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the amplitude modulation of the light from the light emitting device is performed using a rectangular wave having a period T = 1 / f Qi. .
【請求項3】 請求項1記載の光ファイバジャイロにお
いて、 前記発光器からの光の振幅変調は、周期T=1/fQi
正弦波を使用してなされることを特徴とする光ファイバ
ジャイロ。
3. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the amplitude modulation of the light from the light emitter is performed using a sine wave having a period T = 1 / f Qi. .
【請求項4】 請求項1、2又は3記載の光ファイバジ
ャイロにおいて、 前記光ファイバループ内を互いに反対方向に伝播する第
1の伝播光及び第2の伝播光をそれぞれセロダイン位相
変調するセロダイン位相変調器を設け、セロダイン方式
によって前記サグナック位相差Δθを演算し、更に前記
角速度Ωを演算するように構成したことを特徴とする光
ファイバジャイロ。
4. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the first and second propagating lights propagating in opposite directions in the optical fiber loop are subjected to serrodyne phase modulation. An optical fiber gyro comprising a modulator, wherein the sagnac phase difference Δθ is calculated by a serrodyne method, and the angular velocity Ω is further calculated.
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