JP2780141B2 - 固有周波数位相シフトコントロールループ - Google Patents
固有周波数位相シフトコントロールループInfo
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- JP2780141B2 JP2780141B2 JP3155501A JP15550191A JP2780141B2 JP 2780141 B2 JP2780141 B2 JP 2780141B2 JP 3155501 A JP3155501 A JP 3155501A JP 15550191 A JP15550191 A JP 15550191A JP 2780141 B2 JP2780141 B2 JP 2780141B2
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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
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファイバー光学回転セ
ンサーに関し、特に、検出された回転速度信号を補正す
ることが可能なシステムに関する。
ンサーに関し、特に、検出された回転速度信号を補正す
ることが可能なシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ファイバー光学ジャイロ（ＦＯＧ）は、
例えば回転速度を検出する現代の誘導システムにおいて
使用される干渉式速度検知装置である。このＦＯＧの基
本的な原理はサニャック効果である。２つの光線がコイ
ル平面に対して垂直な軸の周りを回るファイバー光学コ
イル内を相反的に伝搬した時、光線の光学的伝搬時間は
コイルの回転速度と方向に依存する。２つの光線の間の
サニャック位相差は回転速度に比例し、すなわち、回転
速度の測定値となる。
例えば回転速度を検出する現代の誘導システムにおいて
使用される干渉式速度検知装置である。このＦＯＧの基
本的な原理はサニャック効果である。２つの光線がコイ
ル平面に対して垂直な軸の周りを回るファイバー光学コ
イル内を相反的に伝搬した時、光線の光学的伝搬時間は
コイルの回転速度と方向に依存する。２つの光線の間の
サニャック位相差は回転速度に比例し、すなわち、回転
速度の測定値となる。
【０００３】光線が干渉的に加えられると、全光線の強
度はサニャック位相差の余弦関数となる。このため、サ
ニャック位相差の測定は従来のＤＣ検出システムでは難
しく、特に、低い回転速度では難しい。これを解決すべ
く、ＡＣ光学位相ディザー、すなわち正弦波あるいは方
形波変調がコイルの一端に加えられる。このディザー変
調はＡＣディザーを２つの光線の間のサニャック位相差
に加えて小さな回転速度に対するＦＯＧの感度を改善す
る。ディザー変調は、コイル内における光学的伝搬時間
の遅れによって、それぞれの光線に対して異なる時間で
働く。ＦＯＧの動作は、ディザー周波数がコイル伝搬時
間の逆数、すなわちコイルの固有周波数の１／２倍の時
に最適となる。
度はサニャック位相差の余弦関数となる。このため、サ
ニャック位相差の測定は従来のＤＣ検出システムでは難
しく、特に、低い回転速度では難しい。これを解決すべ
く、ＡＣ光学位相ディザー、すなわち正弦波あるいは方
形波変調がコイルの一端に加えられる。このディザー変
調はＡＣディザーを２つの光線の間のサニャック位相差
に加えて小さな回転速度に対するＦＯＧの感度を改善す
る。ディザー変調は、コイル内における光学的伝搬時間
の遅れによって、それぞれの光線に対して異なる時間で
働く。ＦＯＧの動作は、ディザー周波数がコイル伝搬時
間の逆数、すなわちコイルの固有周波数の１／２倍の時
に最適となる。
【０００４】ＦＯＧは閉ループ構成で使用されるのが普
通であり、その場合、光線の全強度は、サニャック位相
差を零にするように、相反的に伝搬する光線に第２の位
相バイアスを加えるために使用される。速度と共に正弦
波状に変化する開ループ出力に対し、加えられた位相バ
イアスは、サニャック位相と同様、速度に対して直線的
に変わる。この第２のバイアスは、繰り返すリニアなラ
ンプ信号によって駆動されるセロダイン位相変調器に加
えられ、その信号のピークランプ値は２＊ＰＩラジアン
で一定に保たれ、ランプフライバック期間は基本的に極
めて短時間である。ランプ信号の傾斜（すなわち、その
周波数）は、検知された回転速度に従って変化する。零
にされたサニャック位相シフトによりランプ信号の周波
数は回転速度を示すこととなる。
通であり、その場合、光線の全強度は、サニャック位相
差を零にするように、相反的に伝搬する光線に第２の位
相バイアスを加えるために使用される。速度と共に正弦
波状に変化する開ループ出力に対し、加えられた位相バ
イアスは、サニャック位相と同様、速度に対して直線的
に変わる。この第２のバイアスは、繰り返すリニアなラ
ンプ信号によって駆動されるセロダイン位相変調器に加
えられ、その信号のピークランプ値は２＊ＰＩラジアン
で一定に保たれ、ランプフライバック期間は基本的に極
めて短時間である。ランプ信号の傾斜（すなわち、その
周波数）は、検知された回転速度に従って変化する。零
にされたサニャック位相シフトによりランプ信号の周波
数は回転速度を示すこととなる。
【０００５】すなわち、典型的なＦＯＧ動作において
は、光線は固有周波数で変調され、そして、復調されて
回転速度情報を得る。この情報は、回転により誘導され
た位相シフトを零にするためにセロダイン変調器に与え
られる。この変調は位相感応であることから、速度信号
を完全に変調しそして速度信号と直角に位相シフトした
好ましくない信号を取り除くという要求は、変調器の基
準信号が固有周波数における回転速度信号とちょうど位
相が合致するということである。
は、光線は固有周波数で変調され、そして、復調されて
回転速度情報を得る。この情報は、回転により誘導され
た位相シフトを零にするためにセロダイン変調器に与え
られる。この変調は位相感応であることから、速度信号
を完全に変調しそして速度信号と直角に位相シフトした
好ましくない信号を取り除くという要求は、変調器の基
準信号が固有周波数における回転速度信号とちょうど位
相が合致するということである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常、ディザー変調器
及び光学器は、セロダイン変調器の励起信号と速度信号
との間には位相シフトを殆ど生じない。しかしながら、
速度信号は振幅が小さく、変調される前に増幅されなけ
ればならない。変調前の増幅によって加えられた位相シ
フトにより、速度信号の位相がディザー変調器の励起信
号からシフトされる。位相シフトは、オペレーショナル
増幅器の限定されたゲインバンド幅によるものであり、
あるＦＯＧへ適用するにあたっては、大きなゲインと高
い固有周波数（すなわち、１００メータのコイルに対し
て約１ＭＨｚ）と組み合わされる。この位相シフトは比
較的大きく、典型的には、部品毎に、また、広い温度範
囲にわたって変化する。
及び光学器は、セロダイン変調器の励起信号と速度信号
との間には位相シフトを殆ど生じない。しかしながら、
速度信号は振幅が小さく、変調される前に増幅されなけ
ればならない。変調前の増幅によって加えられた位相シ
フトにより、速度信号の位相がディザー変調器の励起信
号からシフトされる。位相シフトは、オペレーショナル
増幅器の限定されたゲインバンド幅によるものであり、
あるＦＯＧへ適用するにあたっては、大きなゲインと高
い固有周波数（すなわち、１００メータのコイルに対し
て約１ＭＨｚ）と組み合わされる。この位相シフトは比
較的大きく、典型的には、部品毎に、また、広い温度範
囲にわたって変化する。
【０００７】本発明の目的は、測定された回転速度信号
における上記の好ましくない位相シフトに対して補償を
行うことである。
における上記の好ましくない位相シフトに対して補償を
行うことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ループ
内を相反的に伝搬する一対の光波を有するファイバー光
学回転速度センサーであり、ループ内を相反方向に伝搬
する一対の光線を有するファイバー光学回転センサー
は、第１の周波数で光波を変調する位相変調器を含んで
おり、ループを励起した時に光波が、回転速度を表す光
強度信号に結合され、そして検知され、第１の周波数信
号は低周波信号によって直角に位相がシフトされ、検知
された速度信号と加算され、増幅器が加算された信号を
増幅し、増幅器は、また、本来的に、検出された速度信
号と直角に位相シフトされた信号の両方に同じ量で好ま
しくない位相シフトを誘導し、直角に位相シフトされた
信号は、復調され、フィードバック方式で可変位相シフ
ターの位相を制御するために使用され、可変位相シフタ
ーは、その位相が検知された速度信号の好ましくない位
相シフトに等しい量だけシフトされる第１周波数の信号
を出力し、この可変位相シフターの信号と検知された速
度信号は、検知された速度信号から回転速度情報を復調
するために復調器に出力される。
内を相反的に伝搬する一対の光波を有するファイバー光
学回転速度センサーであり、ループ内を相反方向に伝搬
する一対の光線を有するファイバー光学回転センサー
は、第１の周波数で光波を変調する位相変調器を含んで
おり、ループを励起した時に光波が、回転速度を表す光
強度信号に結合され、そして検知され、第１の周波数信
号は低周波信号によって直角に位相がシフトされ、検知
された速度信号と加算され、増幅器が加算された信号を
増幅し、増幅器は、また、本来的に、検出された速度信
号と直角に位相シフトされた信号の両方に同じ量で好ま
しくない位相シフトを誘導し、直角に位相シフトされた
信号は、復調され、フィードバック方式で可変位相シフ
ターの位相を制御するために使用され、可変位相シフタ
ーは、その位相が検知された速度信号の好ましくない位
相シフトに等しい量だけシフトされる第１周波数の信号
を出力し、この可変位相シフターの信号と検知された速
度信号は、検知された速度信号から回転速度情報を復調
するために復調器に出力される。
【０００９】
【作用】本発明は、ファイバー光学回転センサー内にお
ける測定された回転速度信号の好ましくなくかつ固有な
可変位相シフトを補償するのに有用であり、この可変な
シフトは一部は熱的に、そして、経年の要因によるもの
である。その結果は、より正確な回転速度の測定であ
る。また、本発明は、シフトされた固有周波数信号が直
角に位相シフトされて検知された速度信号に加えられ、
また、低周波の搬送波がセンサーの信号を処理する電子
回路のバンド幅を越えることから、検知された速度信号
の振幅を好ましくなく変化させることはない。
ける測定された回転速度信号の好ましくなくかつ固有な
可変位相シフトを補償するのに有用であり、この可変な
シフトは一部は熱的に、そして、経年の要因によるもの
である。その結果は、より正確な回転速度の測定であ
る。また、本発明は、シフトされた固有周波数信号が直
角に位相シフトされて検知された速度信号に加えられ、
また、低周波の搬送波がセンサーの信号を処理する電子
回路のバンド幅を越えることから、検知された速度信号
の振幅を好ましくなく変化させることはない。
【００１０】
【実施例】図１に、現在の干渉式のファイバー光学回転
センサー、特に、ハイブリッド型ファイバー／集積光学
器（ＩＯ）タイプのファイバー光学ジャイロ（ＦＯＧ）
１０が示されている。このＦＯＧはＩＯディバイス上に
直接に組み立てられた多数のシステムコンポーネントを
有しており、このシステムコンポーネントの残りはその
外部に組み立てられている。従来技術の全てのファイバ
ーＦＯＧの設計に比較すると、このＩＯディバイス１２
はＦＯＧシステムの閉ループ動作を改善している。
センサー、特に、ハイブリッド型ファイバー／集積光学
器（ＩＯ）タイプのファイバー光学ジャイロ（ＦＯＧ）
１０が示されている。このＦＯＧはＩＯディバイス上に
直接に組み立てられた多数のシステムコンポーネントを
有しており、このシステムコンポーネントの残りはその
外部に組み立てられている。従来技術の全てのファイバ
ーＦＯＧの設計に比較すると、このＩＯディバイス１２
はＦＯＧシステムの閉ループ動作を改善している。
【００１１】ＦＯＧ１０はコヒーレント光源１４、すな
わちガリウム砒素（ＧａＡｓ）レーザを有しており、こ
れは、例えば０．８ミクロンの波長で低いコヒーレント
光線をシングルモードの光ファイバー１６内へ与える。
この光はファイバー１６を通ってファイバー光学方向カ
ップラー１８へ伝搬する。このカップラー１８は、例え
ば５０％の結合効率を、すなわち光源１４からカップラ
ーへの光入力の半分が、極めて僅かなフィールドカップ
リングによって第２のファイバーに結合され、そして、
半分は光吸収ターミネータ２２によって無反射的に消滅
する。好適なファイバー光学方向カップラーとしては、
Ｐａｖｌａｔｈの米国特許第４，７３５，５０６号明細
書に記載されている。
わちガリウム砒素（ＧａＡｓ）レーザを有しており、こ
れは、例えば０．８ミクロンの波長で低いコヒーレント
光線をシングルモードの光ファイバー１６内へ与える。
この光はファイバー１６を通ってファイバー光学方向カ
ップラー１８へ伝搬する。このカップラー１８は、例え
ば５０％の結合効率を、すなわち光源１４からカップラ
ーへの光入力の半分が、極めて僅かなフィールドカップ
リングによって第２のファイバーに結合され、そして、
半分は光吸収ターミネータ２２によって無反射的に消滅
する。好適なファイバー光学方向カップラーとしては、
Ｐａｖｌａｔｈの米国特許第４，７３５，５０６号明細
書に記載されている。
【００１２】カップラー１８から失われなかった光の一
部はファイバー１６を通してＩＯディバイス１２のポー
ト２４に伝搬する。もし必要ならば、カップラーはＩＯ
ディバイスに直接的に接触し、すなわち、溶融スプライ
スを排除し、部品の結合とそれに伴う配線を減少させ
る。光学ファイバーをＩＯディバイスに取り付ける手段
及び方法は、Ｃｏｕｒｔｎｅｙ等の米国特許第４，８７
１，２２６号明細書中に開示されている。
部はファイバー１６を通してＩＯディバイス１２のポー
ト２４に伝搬する。もし必要ならば、カップラーはＩＯ
ディバイスに直接的に接触し、すなわち、溶融スプライ
スを排除し、部品の結合とそれに伴う配線を減少させ
る。光学ファイバーをＩＯディバイスに取り付ける手段
及び方法は、Ｃｏｕｒｔｎｅｙ等の米国特許第４，８７
１，２２６号明細書中に開示されている。
【００１３】このＩＯディバイスは、例えばリチウムニ
オブ酸塩（ＬｉＮｂ０3）あるいはリチウムタンタル酸
塩から構成され、そこにはウェーブガイド２６，２８，
３０が既知のチタンのインディフュージョン（ｉｎｄｉ
ｆｆｕｓｉｏｎ）あるいは陽子変換技術によって形成さ
れている。図１に示されるように、ＩＯディバイスの端
面３２，３４は、ＩＯディバイスとファイバーとの間の
界面反射を減少させるために、約１０度の角度に傾斜さ
れている。
オブ酸塩（ＬｉＮｂ０3）あるいはリチウムタンタル酸
塩から構成され、そこにはウェーブガイド２６，２８，
３０が既知のチタンのインディフュージョン（ｉｎｄｉ
ｆｆｕｓｉｏｎ）あるいは陽子変換技術によって形成さ
れている。図１に示されるように、ＩＯディバイスの端
面３２，３４は、ＩＯディバイスとファイバーとの間の
界面反射を減少させるために、約１０度の角度に傾斜さ
れている。
【００１４】ＩＯディバイス１２に入射した後、光はウ
ェーブガイドによって伝搬し、ここで偏光フィルター３
６によって偏光が行われる。偏光器３６は光の任意の偏
光状態を所望の偏光状態に変えるが、これはＦＯＧの動
作における相互作用を確実にするために要求されるもの
である。以下に記述されるように、光は、また、ファイ
バーコイルを通過した後に偏光器を通過する。光を偏光
器を通して移動の両方向に通過させることにより、２つ
の可能な偏光モードで伝搬する速度の差異により引き起
こされる双屈折位相差が取り除かれる。
ェーブガイドによって伝搬し、ここで偏光フィルター３
６によって偏光が行われる。偏光器３６は光の任意の偏
光状態を所望の偏光状態に変えるが、これはＦＯＧの動
作における相互作用を確実にするために要求されるもの
である。以下に記述されるように、光は、また、ファイ
バーコイルを通過した後に偏光器を通過する。光を偏光
器を通して移動の両方向に通過させることにより、２つ
の可能な偏光モードで伝搬する速度の差異により引き起
こされる双屈折位相差が取り除かれる。
【００１５】偏光器を離れると、光はウェーブガイド２
６に沿って伝搬し、２つの等しい光線に分かれる。それ
ぞれの光線は、対応するウェーブガイド２８，３０に沿
って、適当なポート３８，４０でＩＯディバイスから出
るまで伝搬する。それぞれのポート３８，４０には、フ
ァイバー光学ケーブルのコイル４２の一端が結合されて
おり、光線はこれを通してＩＯディバイス１２に再入射
する前に、相反方向に伝搬する。このコイル４２はＦＯ
Ｇ１０の回転速度検知ループを含んでいる。
６に沿って伝搬し、２つの等しい光線に分かれる。それ
ぞれの光線は、対応するウェーブガイド２８，３０に沿
って、適当なポート３８，４０でＩＯディバイスから出
るまで伝搬する。それぞれのポート３８，４０には、フ
ァイバー光学ケーブルのコイル４２の一端が結合されて
おり、光線はこれを通してＩＯディバイス１２に再入射
する前に、相反方向に伝搬する。このコイル４２はＦＯ
Ｇ１０の回転速度検知ループを含んでいる。
【００１６】周知のサニャック効果によれば、コイルの
平面に垂直な軸の周りでのいかなる回転も、相反方向に
伝搬している光線を互いに等しくない距離だけ移動させ
るようにする。回転速度は光線を干渉的に結合させ、そ
して、フォトディテクターによってそれらの位相の差量
を検知することによって決定される。光の強度は回転に
より、光線が互いに位相が異なることから、変化する。
平面に垂直な軸の周りでのいかなる回転も、相反方向に
伝搬している光線を互いに等しくない距離だけ移動させ
るようにする。回転速度は光線を干渉的に結合させ、そ
して、フォトディテクターによってそれらの位相の差量
を検知することによって決定される。光の強度は回転に
より、光線が互いに位相が異なることから、変化する。
【００１７】コイルの径及びファイバーの長さは適用に
よって特定されるものである。感度を得るためには、例
えば３インチの大きなコイル径が要求される。ファイバ
ー長は、価格、感度、そして電子信号処理を考慮しなが
ら相対的に決まるものである。ファイバー長が減少する
と、適当な固有周波数は増大し、それにより変調回路の
複雑さは増大する。一般的に、１００から３００メート
ルの長さのファイバーが普通である。
よって特定されるものである。感度を得るためには、例
えば３インチの大きなコイル径が要求される。ファイバ
ー長は、価格、感度、そして電子信号処理を考慮しなが
ら相対的に決まるものである。ファイバー長が減少する
と、適当な固有周波数は増大し、それにより変調回路の
複雑さは増大する。一般的に、１００から３００メート
ルの長さのファイバーが普通である。
【００１８】コイル４２を通して伝搬した後、光線はＩ
Ｏディバイスに入射し、対応するウェイブガイド２８，
３０内において、光源１４から最初に来た方向からは反
対の方向に伝搬する。光線はそれから一つの光線に再結
合され、偏光器３６を通過し、そして、ポート２４でＩ
Ｏディバイスから出る。この光線は、それから、ファイ
バー１６に沿ってカップラー１８まで伝搬し、このカッ
プラーは、すなわち、光線の５０％を第２のファイバー
２０に沿ってディテクター４４に連結する。
Ｏディバイスに入射し、対応するウェイブガイド２８，
３０内において、光源１４から最初に来た方向からは反
対の方向に伝搬する。光線はそれから一つの光線に再結
合され、偏光器３６を通過し、そして、ポート２４でＩ
Ｏディバイスから出る。この光線は、それから、ファイ
バー１６に沿ってカップラー１８まで伝搬し、このカッ
プラーは、すなわち、光線の５０％を第２のファイバー
２０に沿ってディテクター４４に連結する。
【００１９】ディテクター４４は、典型的には既知のＰ
ＩＮフォトダイオードあるいはアバランシェダイオード
（ＡＰＤ）を含んでいる。ＡＰＤによれば高い感度と小
信号に対する良好な信号／雑音（Ｓ／Ｎ）比が得られ
る。しかしながら、ＡＰＤは、安定な高電圧源を含むよ
り複雑な支援回路を必要とする。他方、ＰＩＮダイオー
ドは、単純な支援回路と低電圧源が要求され、比較的良
好な温度安定性と低価格を示す。
ＩＮフォトダイオードあるいはアバランシェダイオード
（ＡＰＤ）を含んでいる。ＡＰＤによれば高い感度と小
信号に対する良好な信号／雑音（Ｓ／Ｎ）比が得られ
る。しかしながら、ＡＰＤは、安定な高電圧源を含むよ
り複雑な支援回路を必要とする。他方、ＰＩＮダイオー
ドは、単純な支援回路と低電圧源が要求され、比較的良
好な温度安定性と低価格を示す。
【００２０】図１において、ディテクター４４は、一部
においてＰＩＮダイオード４６を有している。このＰＩ
Ｎダイオードはそれに衝突する光を検知し、その光を電
気信号に変換する。この電気信号は加算結合部５０への
ライン４８上に供給され、この加算結合部は典型的には
演算増幅器（オペアンプ）の反転入力を含んでいる。こ
の加算結合部の出力はディテクターのトランスインピー
ダンス増幅器５２に供給され、この増幅器は既知の増幅
器構造（図示せず）に接続された上述のオペアンプを含
んでいる。すなわち、抵抗が出力と反転入力との間に接
続され、非反転入力はグランドに接続されている。
においてＰＩＮダイオード４６を有している。このＰＩ
Ｎダイオードはそれに衝突する光を検知し、その光を電
気信号に変換する。この電気信号は加算結合部５０への
ライン４８上に供給され、この加算結合部は典型的には
演算増幅器（オペアンプ）の反転入力を含んでいる。こ
の加算結合部の出力はディテクターのトランスインピー
ダンス増幅器５２に供給され、この増幅器は既知の増幅
器構造（図示せず）に接続された上述のオペアンプを含
んでいる。すなわち、抵抗が出力と反転入力との間に接
続され、非反転入力はグランドに接続されている。
【００２１】ＦＯＧの典型的な回転速度の処理手順で
は、開放ループ及び閉鎖ループの双方の構成を使用する
ことが知られている。開放ループのＦＯＧでは、回転速
度信号は結合された光線信号の強度から決定される。閉
ループ構成では、開演速度信号は、ファイバーコイル内
で相反方向に伝搬する光線に位相バイアスを誘導するた
めに用いられている。この位相バイアスは、回転により
誘導されるサニャック位相シフトの負の成分に等しく、
そのサニャック位相シフトを零にする。すなわち、誘導
された位相シフトが回転速度の測定値である。
は、開放ループ及び閉鎖ループの双方の構成を使用する
ことが知られている。開放ループのＦＯＧでは、回転速
度信号は結合された光線信号の強度から決定される。閉
ループ構成では、開演速度信号は、ファイバーコイル内
で相反方向に伝搬する光線に位相バイアスを誘導するた
めに用いられている。この位相バイアスは、回転により
誘導されるサニャック位相シフトの負の成分に等しく、
そのサニャック位相シフトを零にする。すなわち、誘導
された位相シフトが回転速度の測定値である。
【００２２】開放ループシステムに比較して、閉ループ
システムは、周辺誤差に対する低い感度と、リニアなス
ケールファクターと、拡張されたダイナミックレンジを
有している。本発明は開ループあるいは閉ループのＦＯ
Ｇの何れにも適用され得る。閉ループのＦＯＧが図１に
示されている。
システムは、周辺誤差に対する低い感度と、リニアなス
ケールファクターと、拡張されたダイナミックレンジを
有している。本発明は開ループあるいは閉ループのＦＯ
Ｇの何れにも適用され得る。閉ループのＦＯＧが図１に
示されている。
【００２３】光線の位相シフトを零にすることを好適に
達成するために、位相変調器５４がＩＯディバイス上に
１つのウェイブガイド３０に沿って組み立てられてい
る。この位相変調器５４は、周期的にリニアなランプさ
れた、あるいは、階段状の電気信号によって駆動される
であろう。もしランプあるいは階段状のピーク値が２＊
ＰＩラジアンであり、それぞれのランプセグメントに続
くフライバックが基本的に即時であれば、相反方向に伝
搬する光線に異なる時間で作用するセロダイン変調は２
つの光線の間の位相差を実際上一定にする。位相バイア
スの大きさはランプのスロープ（すなわち、その周波
数）に比例しており、これにより、ＦＯＧによる簡単で
かつ正確な測定可能な回転速度の表示が行われる。
達成するために、位相変調器５４がＩＯディバイス上に
１つのウェイブガイド３０に沿って組み立てられてい
る。この位相変調器５４は、周期的にリニアなランプさ
れた、あるいは、階段状の電気信号によって駆動される
であろう。もしランプあるいは階段状のピーク値が２＊
ＰＩラジアンであり、それぞれのランプセグメントに続
くフライバックが基本的に即時であれば、相反方向に伝
搬する光線に異なる時間で作用するセロダイン変調は２
つの光線の間の位相差を実際上一定にする。位相バイア
スの大きさはランプのスロープ（すなわち、その周波
数）に比例しており、これにより、ＦＯＧによる簡単で
かつ正確な測定可能な回転速度の表示が行われる。
【００２４】セロダイン変調器５４は、マイクロ電子産
業において使用されているような既知のフォトリソグラ
フプロセスを利用して、金属電極５６を堆積する事によ
って形成される。セロダイン変調器を駆動する信号は、
典型的にはバイポーラの性質であり、既知のランプ信号
発生回路６０からライン５８上に供給される。このラン
プ回路は、また、バイポーラ信号の極性を決定するカウ
ンター回路を有しており、回転速度を表示するのに適し
た表示装置６６へのライン６１，６２上に一対の信号を
供給する。ライン６１上の第１の信号は正方向の回転を
表しており、一方、ライン６２上の第２の信号は負の回
転速度を表している。
業において使用されているような既知のフォトリソグラ
フプロセスを利用して、金属電極５６を堆積する事によ
って形成される。セロダイン変調器を駆動する信号は、
典型的にはバイポーラの性質であり、既知のランプ信号
発生回路６０からライン５８上に供給される。このラン
プ回路は、また、バイポーラ信号の極性を決定するカウ
ンター回路を有しており、回転速度を表示するのに適し
た表示装置６６へのライン６１，６２上に一対の信号を
供給する。ライン６１上の第１の信号は正方向の回転を
表しており、一方、ライン６２上の第２の信号は負の回
転速度を表している。
【００２５】ＦＯＧが休止（すなわち、非回転）してい
る時、コイル４２の中を相互に逆方向に伝搬する光は同
じ旅程だけ進み、ディテクター４４では同位相であり、
図２は、ディテクターにおける光学的信号（すなわち、
結合された光線）の強度（Ｉ）と相反方向に伝搬する光
線の間のサニャック回転位相差（Ｓ）との間の余弦状の
関係のグラフ７０を示している。このサニャック位相差
は、ラジアンによって、次のように表される。
る時、コイル４２の中を相互に逆方向に伝搬する光は同
じ旅程だけ進み、ディテクター４４では同位相であり、
図２は、ディテクターにおける光学的信号（すなわち、
結合された光線）の強度（Ｉ）と相反方向に伝搬する光
線の間のサニャック回転位相差（Ｓ）との間の余弦状の
関係のグラフ７０を示している。このサニャック位相差
は、ラジアンによって、次のように表される。
【００２６】 Ｓ＝（（２＊ＰＩ＊Ｌ＊Ｄ）／ＷＬ＊Ｃ）＊ＲＲ （式１）
【００２７】ここで、Ｌはメートルで表されるファイバ
ーコイルの長さであり、Ｄはメートルで表されるファイ
バーコイルの直径であり、ＷＬはメートルで表されるコ
イル内での光の波長であり、Ｃはメートルで表される１
秒当たりの光の速度であり、ＲＲはラジアンで表される
１秒当たりの回転速度である。
ーコイルの長さであり、Ｄはメートルで表されるファイ
バーコイルの直径であり、ＷＬはメートルで表されるコ
イル内での光の波長であり、Ｃはメートルで表される１
秒当たりの光の速度であり、ＲＲはラジアンで表される
１秒当たりの回転速度である。
【００２８】ディテクター上に衝突する光線の強度Ｉ
は、以下に表されるように、光線間のサニャック位相差
の関数である。
は、以下に表されるように、光線間のサニャック位相差
の関数である。
【００２９】 Ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2＋２（Ｉ1＊Ｉ2）1/2＊ＣＯＳ（Ｓ） （式２）
【００３０】ここで、Ｉ1とＩ2は、コイル内での相反方
向に伝搬するそれぞれの光線の強度である。
向に伝搬するそれぞれの光線の強度である。
【００３１】図２は式２のグラフ７０である。すなわ
ち、ディテクターにおける光線の強度はサニャック位相
差が零の時に最大となる。しかしながら、この曲線は余
弦的な性質により、この信号強度は、相反方向に伝搬す
る光線間の位相差における変化には鈍感であり、それら
の小さな位相変化は対応する小さな回転速度によって生
じられる。かかる鈍感さにより、ディテクターでの強度
を、回転速度を表す正確な信号に変換することが困難に
なる。
ち、ディテクターにおける光線の強度はサニャック位相
差が零の時に最大となる。しかしながら、この曲線は余
弦的な性質により、この信号強度は、相反方向に伝搬す
る光線間の位相差における変化には鈍感であり、それら
の小さな位相変化は対応する小さな回転速度によって生
じられる。かかる鈍感さにより、ディテクターでの強度
を、回転速度を表す正確な信号に変換することが困難に
なる。
【００３２】図３を参照する。低い回転数でＦＯＧの感
度を最大にするために、付加的なディザー位相バイアス
を相反方向に伝搬する光線に誘導することは知られてい
る。このディザー位相バイアスは、例えば波形７２で示
されるようなファイバーコイルの一端に加えられる方形
波変調信号である。しかしながら、要求されるならば、
正弦波変調信号も使用し得ることが理解されるべきであ
る。図３は、回転が零でのＦＯＧを図示しており、直流
（ＤＣ）レベル出力波形７４を生じる。
度を最大にするために、付加的なディザー位相バイアス
を相反方向に伝搬する光線に誘導することは知られてい
る。このディザー位相バイアスは、例えば波形７２で示
されるようなファイバーコイルの一端に加えられる方形
波変調信号である。しかしながら、要求されるならば、
正弦波変調信号も使用し得ることが理解されるべきであ
る。図３は、回転が零でのＦＯＧを図示しており、直流
（ＤＣ）レベル出力波形７４を生じる。
【００３３】図４を参照する。回転期間中、方形波バイ
アス７２は余弦特性に対して非対象であり、出力波形７
４は変調周波数の成分を含んでいる。出力波形の振幅は
正弦波的に（余弦波的とは反対に）位相シフトに関係し
ている。これにより、低回転速度にいてほぼリニアに増
加するＦＯＧ感度が得られる。また、変調周波数信号
を、ループを介した光学的な伝搬時間（すなわち、固有
周波数）の１／２とすることにより、ダイナミックバイ
アス変調の効率が最適となり、エラー源（例えば、偶然
の振幅変調やデューティサイクルの非対称性）の影響が
最小にされ、全体としてのＦＯＧの性能が改善される。
既知の周期変調技術が、この方形波のディザー変調にも
用いることができる。
アス７２は余弦特性に対して非対象であり、出力波形７
４は変調周波数の成分を含んでいる。出力波形の振幅は
正弦波的に（余弦波的とは反対に）位相シフトに関係し
ている。これにより、低回転速度にいてほぼリニアに増
加するＦＯＧ感度が得られる。また、変調周波数信号
を、ループを介した光学的な伝搬時間（すなわち、固有
周波数）の１／２とすることにより、ダイナミックバイ
アス変調の効率が最適となり、エラー源（例えば、偶然
の振幅変調やデューティサイクルの非対称性）の影響が
最小にされ、全体としてのＦＯＧの性能が改善される。
既知の周期変調技術が、この方形波のディザー変調にも
用いることができる。
【００３４】図１を参照する。ディザー位相バイアス
は、光学的位相変調器８０をウェーブガイド２８に沿っ
て配置することによって誘導される。このディザー変調
器８０は、ＩＯディバイス１２上に、一対の同じ様な電
極８２を以前に述べたセロダイン変調器５４に使用する
ことによって製造される。このディザー変調器は、ライ
ン８４上の方形波発振器８６からの信号によって固有周
波数で駆動される。
は、光学的位相変調器８０をウェーブガイド２８に沿っ
て配置することによって誘導される。このディザー変調
器８０は、ＩＯディバイス１２上に、一対の同じ様な電
極８２を以前に述べたセロダイン変調器５４に使用する
ことによって製造される。このディザー変調器は、ライ
ン８４上の方形波発振器８６からの信号によって固有周
波数で駆動される。
【００３５】本発明によれば、ライン８４上の固有周波
数発振器の出力は、固有周波数信号をプラスあるいはマ
イナス９０度シフトする＋／−９０度位相シフター８８
に供給される。この位相のシフトは、ライン９０上の低
周波発振器９２からの方形波変調信号に応答している。
この変調信号は、例えば１０ＫＨｚの比較的低い周波数
で、１８０度のピーク・トゥ・ピーク振幅を有し、この
１０ＫＨｚの周波数はセンサー信号処理電子回路のバン
ド幅よりも高くなっている。ライン９４上の９０度位相
シフター８８からの９０度位相シフト信号は加算結合点
５０に与えられる。ディテクターのトランスインピーダ
ンス増幅器５２は、増幅された信号を復調増幅器９６に
供給する。
数発振器の出力は、固有周波数信号をプラスあるいはマ
イナス９０度シフトする＋／−９０度位相シフター８８
に供給される。この位相のシフトは、ライン９０上の低
周波発振器９２からの方形波変調信号に応答している。
この変調信号は、例えば１０ＫＨｚの比較的低い周波数
で、１８０度のピーク・トゥ・ピーク振幅を有し、この
１０ＫＨｚの周波数はセンサー信号処理電子回路のバン
ド幅よりも高くなっている。ライン９４上の９０度位相
シフター８８からの９０度位相シフト信号は加算結合点
５０に与えられる。ディテクターのトランスインピーダ
ンス増幅器５２は、増幅された信号を復調増幅器９６に
供給する。
【００３６】復調増幅器９６の出力は第１のミキサー９
８（すなわち、復調器）に与えられ、この第１のミキサ
ーの他の入力にはライン１００上の可変位相シフター１
０２からの信号が供給されている。この可変位相シフタ
ー１０２の入力は、ライン８４上の固有周波数発振器８
６の出力である。
８（すなわち、復調器）に与えられ、この第１のミキサ
ーの他の入力にはライン１００上の可変位相シフター１
０２からの信号が供給されている。この可変位相シフタ
ー１０２の入力は、ライン８４上の固有周波数発振器８
６の出力である。
【００３７】第１のミキサー９８の出力はライン８４上
で第１の積分器１０６に供給され、この積分器は第１の
ミキサーから生じる回転速度信号を積分し、積分された
速度信号をライン１０８上に、ランプ回路に対して供給
する。第１のミキサーの出力は、また、ライン１０４上
で第２のミキサー１１０（復調器）に対して供給され、
この第２のミキサーの他の入力はライン９０上の低周波
発振器９２の出力である。第２のミキサー１１０の出力
は、第２の積分器に与えられ、この積分器は第２のミキ
サーの出力信号を積分して、ライン１１４上に積分され
た信号を供給する。以上に述べた様に、この積分器の出
力信号は、回転速度信号の好ましくない位相シフト量に
応じて可変位相シフター１０２の出力の位相を調整す
る。
で第１の積分器１０６に供給され、この積分器は第１の
ミキサーから生じる回転速度信号を積分し、積分された
速度信号をライン１０８上に、ランプ回路に対して供給
する。第１のミキサーの出力は、また、ライン１０４上
で第２のミキサー１１０（復調器）に対して供給され、
この第２のミキサーの他の入力はライン９０上の低周波
発振器９２の出力である。第２のミキサー１１０の出力
は、第２の積分器に与えられ、この積分器は第２のミキ
サーの出力信号を積分して、ライン１１４上に積分され
た信号を供給する。以上に述べた様に、この積分器の出
力信号は、回転速度信号の好ましくない位相シフト量に
応じて可変位相シフター１０２の出力の位相を調整す
る。
【００３８】動作において、本発明は、ディテクター・
トランスインピーダンス増幅器５２及び復調増幅器９６
の双方によって生じる、検知された速度信号に対する好
ましくない位相シフトを計測し、速度信号をランプ回路
に加えながら、これを補正する。まず、ライン９４上の
変調された方形波信号が直角に位相シフトされてライン
４８上の計測された速度信号に加えられる。それから、
ディテクター・トランスインピーダンス増幅器と復調増
幅器が、方形波信号と速度信号とを同じ量だけ好ましく
なくシフトする。
トランスインピーダンス増幅器５２及び復調増幅器９６
の双方によって生じる、検知された速度信号に対する好
ましくない位相シフトを計測し、速度信号をランプ回路
に加えながら、これを補正する。まず、ライン９４上の
変調された方形波信号が直角に位相シフトされてライン
４８上の計測された速度信号に加えられる。それから、
ディテクター・トランスインピーダンス増幅器と復調増
幅器が、方形波信号と速度信号とを同じ量だけ好ましく
なくシフトする。
【００３９】第１のミキサー９８を通過するのは、シフ
トされた変調方形波信号の低周波成分であり、その振幅
はループが閉じている場合には、理想的には零であり、
そして、位相が好ましくなく直角だけシフトされた信号
は、可変的に位相がシフトされた基準信号と直角だけ隔
たっている。この信号の低周波成分は、第２のミキサー
１１０において、低周波発振器９２からの基準方形波変
調信号で変調される。この結果の大きさ及び符号は、必
然的に、速度信号に対する好ましくない位相シフトの量
と本質とを表す。差は第２の積分器１１２により積分さ
れ、可変位相シフターに加えられ、この可変位相シフタ
ーはライン８４上の固有周波数信号の位相を、第１のミ
キサーに加えられる速度信号の位相に正確に適合させ
る。速度信号における好ましくない位相シフトは、すな
わち、第１のミキサーにおいて取り除かれ、結果として
の光学的に復調された速度情報が第１の積分器に与えら
れている。
トされた変調方形波信号の低周波成分であり、その振幅
はループが閉じている場合には、理想的には零であり、
そして、位相が好ましくなく直角だけシフトされた信号
は、可変的に位相がシフトされた基準信号と直角だけ隔
たっている。この信号の低周波成分は、第２のミキサー
１１０において、低周波発振器９２からの基準方形波変
調信号で変調される。この結果の大きさ及び符号は、必
然的に、速度信号に対する好ましくない位相シフトの量
と本質とを表す。差は第２の積分器１１２により積分さ
れ、可変位相シフターに加えられ、この可変位相シフタ
ーはライン８４上の固有周波数信号の位相を、第１のミ
キサーに加えられる速度信号の位相に正確に適合させ
る。速度信号における好ましくない位相シフトは、すな
わち、第１のミキサーにおいて取り除かれ、結果として
の光学的に復調された速度情報が第１の積分器に与えら
れている。
【００４０】図５において図示されている（ａ）〜
（ｊ）は、図１のＦＯＧの種々の点で測定されたバイナ
リー（正と負）の論理状態電気信号の波形である。図５
（ａ）は、ライン８４上の固有周波数発振器８６からの
固有周波数信号の波形を示している。図５（ｂ）は、ラ
イン９０上の低周波数発振器９２からの方形波変調信号
の波形を示している。この信号は、例えば固有周波数の
１／１００倍の周波数である。
（ｊ）は、図１のＦＯＧの種々の点で測定されたバイナ
リー（正と負）の論理状態電気信号の波形である。図５
（ａ）は、ライン８４上の固有周波数発振器８６からの
固有周波数信号の波形を示している。図５（ｂ）は、ラ
イン９０上の低周波数発振器９２からの方形波変調信号
の波形を示している。この信号は、例えば固有周波数の
１／１００倍の周波数である。
【００４１】図５（ｃ）は、ライン９４上の直角位相シ
フター８８の出力における固有周波数信号の波形を示し
ている。この信号は、交互にその位相をシフトし、固有
周波数信号の波形１２０を方形波変調信号波形１２２の
論理状態に対応して９０度だけ進めあるいは遅らせてい
る。図５（ｄ）は、ライン４８上のＰＩＮダイオード４
６から検出された回転速度信号の波形１２６を示してい
る。本発明の理想的な動作においては、回転信号波形１
２６は固有周波数信号波形と同位相である。図示されて
はいないが、回転信号は固有周波数信号と直角に位相が
シフトした成分を含んでおり、この成分は回転ファイバ
ーコイルによって検知された固有の誤差を表している。
フター８８の出力における固有周波数信号の波形を示し
ている。この信号は、交互にその位相をシフトし、固有
周波数信号の波形１２０を方形波変調信号波形１２２の
論理状態に対応して９０度だけ進めあるいは遅らせてい
る。図５（ｄ）は、ライン４８上のＰＩＮダイオード４
６から検出された回転速度信号の波形１２６を示してい
る。本発明の理想的な動作においては、回転信号波形１
２６は固有周波数信号波形と同位相である。図示されて
はいないが、回転信号は固有周波数信号と直角に位相が
シフトした成分を含んでおり、この成分は回転ファイバ
ーコイルによって検知された固有の誤差を表している。
【００４２】図５（ｅ）は、回転信号（図５（ｄ））の
ディテクター・トランスインピーダンス増幅器及び復調
増幅器によって引き起こされる固有の好ましくない位相
シフト後の波形を示している（時間Ｔ1−Ｔ2）。この実
施例においては、位相のシフトは４５度である。しかし
ながら、好ましくない位相シフトの量は上述の増幅器の
成分特性に従属していることが理解されるべきである。
図５（ｆ）は、直角位相シフターの出力であり、固有周
波数信号（図５（ｃ））の、増幅器による４５度の位相
シフト後の波形を示している（時間Ｔ4〜Ｔ5）。
ディテクター・トランスインピーダンス増幅器及び復調
増幅器によって引き起こされる固有の好ましくない位相
シフト後の波形を示している（時間Ｔ1−Ｔ2）。この実
施例においては、位相のシフトは４５度である。しかし
ながら、好ましくない位相シフトの量は上述の増幅器の
成分特性に従属していることが理解されるべきである。
図５（ｆ）は、直角位相シフターの出力であり、固有周
波数信号（図５（ｃ））の、増幅器による４５度の位相
シフト後の波形を示している（時間Ｔ4〜Ｔ5）。
【００４３】図５（ｇ）は可変位相シフターの出力信号
の波形１３２を示している。以前にも述べたように、第
１及び第２のミキサー９８，１１０と第２の積分器１１
２は可変位相シフター出力１３２の位相を制御し、好ま
しくなく位相がシフトされた回転信号（図５（ｅ））の
位相と同じにする。図５（ｈ）は、可変位相シフターの
出力と混合された後の、好ましくなく位相がシフトされ
た回転信号の波形を示している。図示されていないが、
図５（ｈ）の信号のＤＣレベルは、この信号が一定の正
の論理レベルにあることから、その最大値にある。すな
わち、図５（ｈ）の信号がバイナリーの負の論理状態へ
飛び出すと、その信号のＤＣレベルはその最大値よりも
小さなものとなる。これらの負への飛び出しは、可変位
相シフターの出力の位相が、好ましくなく位相がシフト
された回転信号の位相と等しくない場合に生じる。すな
わち、図５（ｈ）の信号は本発明によって得られる論理
的な制御状態を示しており、この信号は、続いて、第１
の積分器１０６によって積分され、そしてランプ回路６
０へ与えられる。
の波形１３２を示している。以前にも述べたように、第
１及び第２のミキサー９８，１１０と第２の積分器１１
２は可変位相シフター出力１３２の位相を制御し、好ま
しくなく位相がシフトされた回転信号（図５（ｅ））の
位相と同じにする。図５（ｈ）は、可変位相シフターの
出力と混合された後の、好ましくなく位相がシフトされ
た回転信号の波形を示している。図示されていないが、
図５（ｈ）の信号のＤＣレベルは、この信号が一定の正
の論理レベルにあることから、その最大値にある。すな
わち、図５（ｈ）の信号がバイナリーの負の論理状態へ
飛び出すと、その信号のＤＣレベルはその最大値よりも
小さなものとなる。これらの負への飛び出しは、可変位
相シフターの出力の位相が、好ましくなく位相がシフト
された回転信号の位相と等しくない場合に生じる。すな
わち、図５（ｈ）の信号は本発明によって得られる論理
的な制御状態を示しており、この信号は、続いて、第１
の積分器１０６によって積分され、そしてランプ回路６
０へ与えられる。
【００４４】図５（ｉ）は好ましくなくシフトされた直
角位相シフト信号の、可変位相シフターの出力信号と混
合された後の波形を示している。図５（ｊ）は、図５
（ｉ）の信号の、第２のミキサー１００内での方形波変
調信号１２２（図５（ｂ））と混合した後の波形１３６
を示している。図５（ｊ）の信号は第２の積分器１１２
へ与えられ、積分された信号が可変位相シフター１０２
へ供給される。図には示していないが、図５（ｊ）のＤ
Ｃレベルは、図５の実施例においてはほぼ零であり、本
発明が回転速度信号とセロダイン変調器の励起信号との
間の位相差を零とする好適な制御状態を達成しているこ
とを示している。
角位相シフト信号の、可変位相シフターの出力信号と混
合された後の波形を示している。図５（ｊ）は、図５
（ｉ）の信号の、第２のミキサー１００内での方形波変
調信号１２２（図５（ｂ））と混合した後の波形１３６
を示している。図５（ｊ）の信号は第２の積分器１１２
へ与えられ、積分された信号が可変位相シフター１０２
へ供給される。図には示していないが、図５（ｊ）のＤ
Ｃレベルは、図５の実施例においてはほぼ零であり、本
発明が回転速度信号とセロダイン変調器の励起信号との
間の位相差を零とする好適な制御状態を達成しているこ
とを示している。
【００４５】好ましくなくシフトされた直角位相シフト
信号の位相は、可変位相シフターの出力の位相に対して
直角でなく（すなわち、第１のミキサーへの２つの入
力）、そこで第２のミキサーの出力は図５（ｊ）に示す
ような５０％のデューティサイクルを有してはいない。
代わりに、第２のミキサーの出力信号は、より非対称な
デューティサイクルを有することとなり、非対称の程度
は第１のミキサーでの２つの入力信号間の位相差の大き
さに従属している。このことは、すなわち、図５（ｊ）
の非対称信号のＤＣレベルは零ではなく、むしろ代わり
に、非対称性に比例した大きさの正あるいは負の値であ
るということである。このＤＣレベルは、それから、積
分されて可変位相シフターへ加えられ、もって、第２の
積分器の出力の大きさが第２の位相シフターに位相を、
従って、好ましくなく位相がシフトされた回転速度信号
の位相に適合するようにシフトさせる。結果は、それ
故、図５（ｊ）の５０％デューティサイクル信号であ
る。
信号の位相は、可変位相シフターの出力の位相に対して
直角でなく（すなわち、第１のミキサーへの２つの入
力）、そこで第２のミキサーの出力は図５（ｊ）に示す
ような５０％のデューティサイクルを有してはいない。
代わりに、第２のミキサーの出力信号は、より非対称な
デューティサイクルを有することとなり、非対称の程度
は第１のミキサーでの２つの入力信号間の位相差の大き
さに従属している。このことは、すなわち、図５（ｊ）
の非対称信号のＤＣレベルは零ではなく、むしろ代わり
に、非対称性に比例した大きさの正あるいは負の値であ
るということである。このＤＣレベルは、それから、積
分されて可変位相シフターへ加えられ、もって、第２の
積分器の出力の大きさが第２の位相シフターに位相を、
従って、好ましくなく位相がシフトされた回転速度信号
の位相に適合するようにシフトさせる。結果は、それ
故、図５（ｊ）の５０％デューティサイクル信号であ
る。
【００４６】図１において破線で示されているのは、ラ
イン９０上の低周波数発振器からの信号が与えられる光
学的開ループ位相シフター１５０である。このシフター
１５０はライン９０上の信号に、それが第２のミキサー
１１０に加えられる前に、数度の位相シフトを加える。
加えられた位相シフトは、シフトされた速度信号（図５
（ｅ））と速度信号（図（ｄ））との間の位相差を、第
１のミキサー９８でシフトされた速度信号とライン１０
０上の可変位相シフター１０２からの信号との間の残留
位相誤差を補償することによって、本質的に零にする。
この残留位相誤差はほぼシフトされた速度信号（図５
（ｅ））と速度信号（図５（ｄ））との間の位相シフト
に等しく、固有周波数信号（図５（ａ））の周波数比に
よって低周波数発振器信号（図５（ｂ））に分割され
る。すなわち、低周波数発振器信号の周波数が低くなる
程、残留位相シフト量は低くなる。
イン９０上の低周波数発振器からの信号が与えられる光
学的開ループ位相シフター１５０である。このシフター
１５０はライン９０上の信号に、それが第２のミキサー
１１０に加えられる前に、数度の位相シフトを加える。
加えられた位相シフトは、シフトされた速度信号（図５
（ｅ））と速度信号（図（ｄ））との間の位相差を、第
１のミキサー９８でシフトされた速度信号とライン１０
０上の可変位相シフター１０２からの信号との間の残留
位相誤差を補償することによって、本質的に零にする。
この残留位相誤差はほぼシフトされた速度信号（図５
（ｅ））と速度信号（図５（ｄ））との間の位相シフト
に等しく、固有周波数信号（図５（ａ））の周波数比に
よって低周波数発振器信号（図５（ｂ））に分割され
る。すなわち、低周波数発振器信号の周波数が低くなる
程、残留位相シフト量は低くなる。
【００４７】本発明は、ファイバー光学回転センサーに
おける計測された回転速度信号での好ましくない固有の
可変な位相シフトを補正するために有用であり、その可
変シフトは、一部は、熱と経年の要因とによる。その結
果、回転速度をより正確に測定する。また、本発明は、
シフトされた固有周波数信号が検知された速度信号に対
して直角に加えられることから、検知された速度信号の
振幅を好ましくなく変化させることはない。
おける計測された回転速度信号での好ましくない固有の
可変な位相シフトを補正するために有用であり、その可
変シフトは、一部は、熱と経年の要因とによる。その結
果、回転速度をより正確に測定する。また、本発明は、
シフトされた固有周波数信号が検知された速度信号に対
して直角に加えられることから、検知された速度信号の
振幅を好ましくなく変化させることはない。
【００４８】本発明は閉ループのＦＯＧで使用されるも
のとして示されている。しかしながら、本発明は、もし
も要求されるならば、開ループのＦＯＧにも、あるい
は、他のタイプのファイバー光学回転センサーにも、こ
こで教示された内容から明かとなるであろう方法によっ
て、使用し得るものである。また、本発明は、それ自体
は固有周波数であるいはその近くの周波数で変調される
回転速度情報を後に復調するために、コイル固有周波数
の信号の位相を可変的にシフトするものとして示されて
いる。典型的には、この変調器はＦＯＧの性能の理由の
ため、コイル周波数に設定されている。回転速度情報を
完全に復調するため、復調基準信号（すなわち、可変位
相シフターからの出力）もまた固有周波数である。しか
しながら、本発明にとっては、変調及び復調周波数が同
じでも十分である。最も広義の本発明としては、ループ
内を相反方向に伝搬する一対の光線を有するファイバー
光学回転センサーが第１周波数の光波を変調するための
位相変調器を含んでおり、ループを励起すると共に光波
が回転速度を表す光強度信号と結合されて検知され、第
１周波数の信号が低周波信号によって直角に位相がシフ
トされて検知された速度信号と加算され、増幅器が加算
された信号を増幅し、この増幅器は、また、検知された
速度信号と直角に位相がシフトされた信号との両者にお
いて同量の好ましくない位相シフトを本来的に含んでお
り、直角に位相シフトされた信号は復調されてフィード
バック方式で使用され、検知された速度信号の好ましく
ない位相シフトに等しい量だけその位相がシフトされる
第１の周波数の信号を供給する可変位相シフターの信号
と検知された速度信号が、検知された速度信号から回転
速度情報を復調するために復調器に供給される。
のとして示されている。しかしながら、本発明は、もし
も要求されるならば、開ループのＦＯＧにも、あるい
は、他のタイプのファイバー光学回転センサーにも、こ
こで教示された内容から明かとなるであろう方法によっ
て、使用し得るものである。また、本発明は、それ自体
は固有周波数であるいはその近くの周波数で変調される
回転速度情報を後に復調するために、コイル固有周波数
の信号の位相を可変的にシフトするものとして示されて
いる。典型的には、この変調器はＦＯＧの性能の理由の
ため、コイル周波数に設定されている。回転速度情報を
完全に復調するため、復調基準信号（すなわち、可変位
相シフターからの出力）もまた固有周波数である。しか
しながら、本発明にとっては、変調及び復調周波数が同
じでも十分である。最も広義の本発明としては、ループ
内を相反方向に伝搬する一対の光線を有するファイバー
光学回転センサーが第１周波数の光波を変調するための
位相変調器を含んでおり、ループを励起すると共に光波
が回転速度を表す光強度信号と結合されて検知され、第
１周波数の信号が低周波信号によって直角に位相がシフ
トされて検知された速度信号と加算され、増幅器が加算
された信号を増幅し、この増幅器は、また、検知された
速度信号と直角に位相がシフトされた信号との両者にお
いて同量の好ましくない位相シフトを本来的に含んでお
り、直角に位相シフトされた信号は復調されてフィード
バック方式で使用され、検知された速度信号の好ましく
ない位相シフトに等しい量だけその位相がシフトされる
第１の周波数の信号を供給する可変位相シフターの信号
と検知された速度信号が、検知された速度信号から回転
速度情報を復調するために復調器に供給される。
【００４９】本発明は、その詳細な実施例に関して示さ
れ、かつ、述べられたが、当業者にとっては、種々の形
状やその詳細部分の変更が、特許請求の範囲に請求され
た本発明の精神や範囲を越えることなく、行われ得るで
あろうことが理解されるであろう。
れ、かつ、述べられたが、当業者にとっては、種々の形
状やその詳細部分の変更が、特許請求の範囲に請求され
た本発明の精神や範囲を越えることなく、行われ得るで
あろうことが理解されるであろう。
【００５０】
【発明の効果】上記の詳細な説明からも明かな様に、本
発明は、ファイバー光学回転センサー内における測定さ
れた回転速度信号の好ましくなくかつ固有な可変位相シ
フトを補償するのに有用であり、この可変なシフトは一
部は熱的に、そして、経年の要因によるものである。そ
の結果、より正確な回転速度が測定され、また、検知さ
れた速度信号の振幅を好ましくなく変化させることもな
い、という優れた効果を発揮する。
発明は、ファイバー光学回転センサー内における測定さ
れた回転速度信号の好ましくなくかつ固有な可変位相シ
フトを補償するのに有用であり、この可変なシフトは一
部は熱的に、そして、経年の要因によるものである。そ
の結果、より正確な回転速度が測定され、また、検知さ
れた速度信号の振幅を好ましくなく変化させることもな
い、という優れた効果を発揮する。
【図１】本発明の装置を含んだハイブリッド型のファイ
バー／集積型の光学ファイバージャイロを示す概略ブロ
ック図である。
バー／集積型の光学ファイバージャイロを示す概略ブロ
ック図である。
【図２】図１のファイバー光学ジャイロで測定される回
転速度位相差に対する光強度のグラフを示す。
転速度位相差に対する光強度のグラフを示す。
【図３】方形波変調信号と共に、ジャイロの回転してい
ない場合の図１のファイバー光学ジャイロが生じる出力
を示している。
ない場合の図１のファイバー光学ジャイロが生じる出力
を示している。
【図４】方形波変調信号と共に、ジャイロが回転してい
る間の、図１のファイバー光学ジャイロが生じる出力を
示している。
る間の、図１のファイバー光学ジャイロが生じる出力を
示している。
【図５】図１のファイバー光学ジャイロの種々の場所に
おいて測定される信号の波形を示している。
おいて測定される信号の波形を示している。
１０ ＦＯＧ １２ ＩＯディバイス １４ コヒーレント光源 １６，２０ 光ファイバー １８ ファイバー光学方向カップラー ２２ 光吸収ターミネータ ２６，２８，３０ ウェーブガイド ３２，３４ 端面 ３６ 偏光器 ３８，４０ ポート ４２ コイル ４４ ディテクター ４６ ＰＩＮダイオード ４８，６１，６２ ライン ５０ 加算結合部 ５２ ディテクターのトランスインピーダンス増幅器 ５４ 位相変調器 ５６ 金属電極 ６０ ランプ信号発生回路 ６６ 表示装置 ７０ 式２のグラフ ７２ 方形波バイアス波形 ７４ 直流（ＤＣ）レベル出力波形 ８０ 光学的位相変調器 ８２ 電極 ８４，９０，９４，１００，１０４ ライン ８６ 方形波発振器 ８８ ＋／−９０度位相シフター ９２ 低周波発振器 ９６ 復調増幅器 ９８，１１０ ミキサー １０２ 可変位相シフター １０６ 積分器 １２０ 固有周波数波形 １２２ 方形波変調信号波形 １２６ 回転速度信号波形 １３２ 可変位相シフター出力信号波形 １５０ 光学的開ループ位相シフター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−305363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−9214（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 19/72
Claims (10)
- 【請求項１】 ファイバー光学回転センサーであり、第
１の周波数信号を与えると共に、上記第１周波数信号上
に変調され、かつセンサーの回転速度を表わす速度信号
を与えるための速度手段、低周波信号を与えるための発
振手段、上記低周波信号に応答して、上記第１周波数信
号の位相をシフトすると共に、上記速度信号と直角に位
相がシフトした信号を与えるための第１の位相シフト手
段、上記速度信号を上記直角に位相シフトした信号と加
算すると共に、それを表す加算された信号を与えるため
の加算手段、上記加算された信号を増幅すると共に、そ
れを表す増幅された信号を与えるための増幅手段であっ
て、上記速度信号と直角位相シフト信号の両者に等量の
好ましくない位相シフトを本来的に導くところの上記増
幅手段、上記第１周波数信号に応答して、可変シフト信
号を与える可変位相シフト手段、上記加算された信号を
上記可変的にシフトされた信号によって復調すると共
に、センサーの回転速度を示す復調された速度信号を与
える第１の復調手段、及び上記直角に位相シフトした信
号を上記低周波信号で復調すると共に、それを表す復調
されたシフト信号を与える第２の復調手段、とから成
り、上記第１の復調手段は、上記直角に位相シフトした
信号を上記第１の復調手段の出力に与え、上記可変位相
シフト手段は上記可変位相のシフトされた信号を与える
ための上記復調されたシフト信号に応答し、上記可変的
に位相がシフトされた信号は速度信号の好ましくない位
相シフトの量を表していることを特徴とするファイバー
光学回転センサー。 - 【請求項２】 請求項１の回転センサーにおいて、上記
速度手段は、さらに、光信号を発生するための光源手
段、上記光信号を２つの光信号に分ける手段、上記２つ
の光信号を上記第１の周波数信号で変調する手段、上記
２つの光信号が当該ループ内を反対方向に逆伝搬するフ
ァイバー光学ケーブルのループ、上記２つの光信号が上
記ループ内を相反方向に伝搬した後に、上記２つの光信
号を１つの光強度信号に混合する手段、及び上記光強度
信号を検知し、それに応答して上記速度信号を与える検
出手段、を有し、上記光強度信号の強度は、上記２つの
光信号が上記ループ内を相反方向に伝搬した後に、上記
２つの光信号間の位相関係に比例して変化し、該位相関
係はセンサーのいかなる回転速度にも比例していること
を特徴とするファイバー光学回転センサー。 - 【請求項３】 請求項２の回転センサーにおいて、上記
第１周波数信号の周波数は、上記ループの上記固有周波
数に等しいことを特徴とするファイバー光学回転センサ
ー。 - 【請求項４】 請求項１の回転センサーにおいて、さら
に、上記低周波信号に応答し、上記低周波信号の位相を
所定の量だけシフトさせ、それを表すシフトされた低周
波信号を与える固定された位相シフト手段で、上記第２
の復調手段は上記直角に位相シフトされた信号を変調す
るためのシフトされた低周波信号に応答し、もって、上
記所定の位相シフト量が上記加算された信号の位相と上
記可変的に位相シフトされた信号との間の残留位相誤差
を補正することを特徴とするファイバー光学回転センサ
ー。 - 【請求項５】 請求項２の回転センサーにおいて、さら
に、 上記復調された速度信号に応答し、変調信号を与える手
段、及び、 上記変調信号に応答し、上記ループ内を相反方向に伝搬
する２つの光信号を、上記ループの回転速度によって生
起された上記２つの光信号の間のシフトを零にするよう
な位相シフトを生じる変調量で変調するための変調手
段、 を有することを特徴とするファイバー光学回転センサ
ー。 - 【請求項６】 請求項５の回転センサーにおいて、さら
に、上記変調信号に応答してセンサーの回転速度を表す
信号を与える手段、及び回転信号の上記速度に応じてセ
ンサーの回転速度の表示を与える表示手段、を有するこ
とを特徴とするファイバー光学回転センサー。 - 【請求項７】 請求項５の回転センサーにおいて、上記
変調信号は、ファイバー光学センサーの正又は負の回転
速度を表わす極性をもったバイポーラ信号を含むことを
特徴とするファイバー光学回転センサー。 - 【請求項８】 請求項７の回転センサーにおいて、変調
信号を与えるための上記手段は、さらに上記バイポーラ
信号に応答し、一方はセンサーの正の回転速度を示す信
号を、他方はセンサーの負の回転速度を示す一対の信号
を発生する手段を含んでいることを特徴とするファイバ
ー光学回転センサー。 - 【請求項９】 請求項８の回転センサーにおいて、さら
に、上記一対の信号に応答し、センサーの回転速度を表
示する表示手段を有することを特徴とするファイバー光
学回転センサー。 - 【請求項１０】 請求項１の回転センサーにおいて、さ
らに、上記復調された速度信号に応答し、センサーの回
転速度を表示する手段を有することを特徴とするファイ
バー光学回転センサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/533,189 US5131750A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Eigenfrequency phase shift control loop |
| US533,189 | 1990-06-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04232418A JPH04232418A (ja) | 1992-08-20 |
| JP2780141B2 true JP2780141B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=24124872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3155501A Expired - Fee Related JP2780141B2 (ja) | 1990-06-04 | 1991-05-31 | 固有周波数位相シフトコントロールループ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5131750A (ja) |
| EP (1) | EP0532699B1 (ja) |
| JP (1) | JP2780141B2 (ja) |
| CA (1) | CA2083964C (ja) |
| DE (1) | DE69102642T2 (ja) |
| FR (1) | FR2662805A1 (ja) |
| WO (1) | WO1991019166A2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459680A (en) * | 1993-10-20 | 1995-10-17 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for spur-reduced digital sinusoid synthesis |
| EP0830570B1 (en) * | 1995-06-07 | 2001-08-16 | Honeywell Inc. | Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil |
| US6469753B1 (en) | 1996-05-03 | 2002-10-22 | Starsight Telecast, Inc. | Information system |
| US5752370A (en) * | 1996-11-13 | 1998-05-19 | Triangle Package Machinery Company | Continuous motion drive for form, fill and seal machine |
| US6687906B1 (en) | 1996-12-19 | 2004-02-03 | Index Systems, Inc. | EPG with advertising inserts |
| US9113107B2 (en) | 2005-11-08 | 2015-08-18 | Rovi Guides, Inc. | Interactive advertising and program promotion in an interactive television system |
| US7633626B2 (en) * | 2006-12-13 | 2009-12-15 | Northrop Grumman Guidance and Electronics Co., Inc. | Fiber optic gyroscope deadband circumvention apparatus and method |
| JP4996411B2 (ja) * | 2007-10-03 | 2012-08-08 | 日本航空電子工業株式会社 | 閉ループ型光干渉角速度計 |
| US9568318B2 (en) | 2015-04-22 | 2017-02-14 | Honeywell International Inc. | Rotationally biased fiber optic gyroscope |
| US10358244B2 (en) | 2015-10-26 | 2019-07-23 | Triangle Package Machinery Co. | Rotatable sealing jaw assembly for a form, fill and seal machine |
| FR3052859B1 (fr) * | 2016-06-20 | 2018-11-23 | Ixblue | Systeme de mesure et gyrometre comportant un tel systeme |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555739B1 (fr) * | 1980-11-07 | 1986-04-04 | Thomson Csf | Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau |
| US4874244A (en) * | 1987-06-30 | 1989-10-17 | Sachs/Freeman Associates, Inc. | Method and apparatus for increasing the unambiguous sensing range in an interferometric fiber gyroscope |
-
1990
- 1990-06-04 US US07/533,189 patent/US5131750A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-24 DE DE69102642T patent/DE69102642T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-24 WO PCT/US1991/003678 patent/WO1991019166A2/en active IP Right Grant
- 1991-05-24 CA CA002083964A patent/CA2083964C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-24 EP EP91914078A patent/EP0532699B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-31 JP JP3155501A patent/JP2780141B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-04 FR FR9106736A patent/FR2662805A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04232418A (ja) | 1992-08-20 |
| US5131750A (en) | 1992-07-21 |
| EP0532699B1 (en) | 1994-06-22 |
| WO1991019166A3 (en) | 1992-01-09 |
| FR2662805A1 (fr) | 1991-12-06 |
| CA2083964C (en) | 1998-11-03 |
| DE69102642D1 (de) | 1994-07-28 |
| CA2083964A1 (en) | 1991-12-05 |
| WO1991019166A2 (en) | 1991-12-12 |
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| EP0532699A1 (en) | 1993-03-24 |
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|---|---|---|---|
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