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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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
向に伝搬するそれぞれの光線の強度である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
転速度位相差に対する光強度のグラフを示す。
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。
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。
おいて測定される信号の波形を示している。
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。
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