JPH0293319A

JPH0293319A - 光ファイバジャイロ

Info

Publication number: JPH0293319A
Application number: JP24590888A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Kinoshita; 智哉木下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JP2619015B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の目的】（産業上の利用分野）この発明は、光ファイバループ内を互いに逆方向に伝播
する光の位相差を検出して、例えば回転体の回転角速度
を検出する光フアイバジャイロに関する。（従来の技術）光フアイバジャイロは、例えば回転体の回転角速度を検
出する方式のひとつであり、回転体に固定された光ファ
イバループを互いに逆方向に伝播する光のサニヤック（
Ｓａｇｎａｅ）の位相差を検出する。この光ファイバル
ープを用いた光フアイバジャイロは、光源の出力端から
干渉光の検出側までの光の伝播路をすべて光ファイバで
構成することも可能であり、精度が高く寿命も長い。この光フアイバジャイロには、例えば第２図のように構
成された位相変調方式のものがある。まず、光源（例えばレーザーダイオード）１２の出力光
は光ファイバー０１に導入された後、光方向性結合器（
カプラ）１３１に供給される。光方向性結合器１３１は
、例えば２本の光コアイノ（のコアを接近させて接合し
たものであり、光ファイバー０１から光方向性結合器１
３１に入射した光は、エバネセント波の作用によって光
コアイノ（１０２に透過するものと光ファイバー０３に
結合するものとに分離される。光ファイバー０２に透過
した光は、さらに光方向性結合ＷＡ１３２によって光フ
ァイバループ１４を互いに逆方向に伝搬する二つの光に
分けられる。一方、発振器１９は周波数ｆ　の位相変調
信号を出力するものであり、位相変調信号は増幅ｒＡ２
１で増幅された後、位相変調器１５を駆動する。上記光
ファイバループ１４を伝播する両光には光位相変調器１
５により位相変調がかけられる。この光ファイバループを伝播しかつ位相変調された二つ
の光は、光方向性結合器１３２により光ファイバ１０２
へ進む光と光ファイバ１０４に進む光に分けられるが、
光方向性結合ｒＡ１３２からの光は光ファイバループ１
４を互いに逆方向に伝播した二つの光の干渉光となる。尚、光ファイバ１０３．１０４の端部は無反射終端であ
る。光ファイバ１０２からの干渉光は光方向性結合器１３１
により光ファイバ１０５に結合され、光検出器１６で電
気信号に変換される。この際、光検出器１６の入射光は
位相変調器１５で位相変調がかけられているため、光検
出器１６からは第４図に示すような出力電気信号が得ら
れる。この信号は増幅器１７で増幅された後、同期検波
器１８に導かれる。同期検波器１８は、増幅器１８からの電気信号と共に位
相変調器１５の変調周波数ｆ　を発生する発振器１９の
出力も導入し、発振器１９の発振周波数ｆ　の成分を抽
出する。この同期検波器１８の出力は低域フィルタ２０
に供給される。この低域フィルタ２０の出力はＤＣ成分
であり、第１次のベッセル関数ＪｌとｓｉｎΔφ（Δφ
：サニャックの位相差）の積Ｊ−８ＩｎΔφに比例する
。ベッセル関数は位相変２１量の関数であり、位相変調量
を第１次のベッセル関数値が大きく変化しない安定な点
に設定すれば、このフィルタ２０の出力のＪ　　−５ｉ
ｎΔφはΔφの正弦関数であるから、第３図に示される
ように出力とΔφの直線的関係部分ｇをＩＩ用すればそ
の出力からΔφを一意的に決めることができる。しかしながら、上記の方法では、ｓｉｎΔφの直線的関
係部分を利用するため、測定可能なΔφとしては小さな
値でかつ狭い範囲でしかなく、ダイナミックレンジが狭
いという問題がある。この問題を改善するために、例え
ばｒ　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣａｌｌｅｒｓ　　１Ｏ
Ｌｈ　　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　　ｌＨ３Ｖｏｌ、１９　　
Ｎａ２３　　Ｐ、９９７Ｊに記載された方法がある。以
下にこの方法を説明する。まず、位相変調方式の出力信号Ｐには、変調周波数ｆ　
とその高周波成分（２ｆ　　、３ｆ　　。ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０　
　　　　　０４【　、・・・）がそれぞれサニャ・ツク
の位相差Δφ（Δφは検出レートに比例）を係数に含ん
だ状態で、次のように現れる。Ｐ−Ｐｏ　［Ｊｌ　（φ、）・ｓｉｎΔφ・５ｌｎ２π
ｆｏｔ１次十Ｊ２　（φ、）・ｅＯ８Δφ・５ｌｎ４πｆｏｔ２次＋」３　（φ、）−ｓｉｎΔφｌｌ５１ｎ６π【８１３
次＋Ｊ４　（φ、）ｅｃｏｓΔφ・５Ｉｎ８πｆ０ｔ４次＋・・・・・・・・弓　　　　　　　　　　　・・・（
１）但し、Ｊ　は０次のべ・ソセル関数、 φ　は変調口鳳である。この出力Ｐのうち、変調周波数の１成域分Ｓ１．２次成
分Ｓ２を同期検波し、比をとると、Ｊ２　（φ、）ｅＯ８Δ　ψ の関係が成立する。このため、サニヤックの位相差Δφ
は、となる。したがってサニヤックの位相差（レート）は出
力信号Ｐに含まれる変調周波数の１次成分Ｓ　及び２次
成分Ｓ２から検出できる。このとき、Ｊ　　（φ　）／
Ｊ、（φ、）、すなわちφ、をコ２　　　　　　ｍンスタントにするため、４次成分Ｓ４も検出し、が一定
値となるよう変調量φ　をコントロール（一定値に保つ
）して、精度を向上させる。すなわち、この方法では、
二つの変調周波数成分の比ｓ　１／　Ｓ　２を用いるこ
とで光量変動の影響を除去し、ｔａｎ　”−’の計算で
ダイナミックレンジを広げている。しかしながら、−に記文献の方法では、第５図に示すよ
うに、ベッセル関数のＪ１１次の感度が良好な変調量φ
　を選定すると、ベッセル関数の膳Ｊ２及びＪ４４次の感度が低くなる。すなわち、回転角
速度に対する感度を高くするためには、できるだけ大き
な出力振幅を得る必要があるが、そのために第５図に示
すように１１を最大にする変調量φ１に選定すると、１
２及び」４に対する感度が低くなって変調量φ　を一定
にコントロールし難くなり、結果としてＪ２　（φ、）／Ｊ、（φ、）が安定せず、検出精度が低下するという欠点を有する。［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためにこの発明に係る光フアイバジ
ャイロは、光を送出する光源と、この光源の送出光を２
分配する分配手段と、この分配手段の各分配光が互いに
逆方向まわりに導かれる光ファイバループと、この光フ
ァイバループ内を伝播する２つの光に対して位相変調を
かける変調手段と、前記光ファイバループから送出され
る干渉光を受光して電気信号に変換する光検出手段と、
この光検出手段の出力信号が供給され、該信号から前記
変調手段の位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周波数
成分Ｓ＋＋　　５２．５４を抽出する抽出手段と、この
抽出手段で抽出された周波数成分Ｓ２．Ｓ４が供給され
、その成分比Ｓ　２　／　ｂ　４をもとに１次と２次の
ベッセル関数が等しくなるように前記変調手段の変調量
を調節する調整手段と、前記抽出手段で抽出された周波
数成分Ｓ　ｔ　、　　Ｓ　２が供給され、を求めて前記光ファイバループ内を伝播する互いに逆ま
オ）りの２つの光の位相差を導出する位相差導出手段と
を具偏して構成される。（作用）上記構成による先ファイバジャイロは、光検出手段の１
−ル出力から位相変調周波数の１倍、２倍、４　（：’
、の周波数成分Ｓ　＞　、Ｓ　２　、　　Ｓ　４を抽出
する。そして、このうちの２次と４次の周波数成分の比
Ｓ　２　／　ｓ　４を求め、これをもとに１次と２次の
ベッセル関数が等しくなるように変調量φ　を、２！Ｊ
整し、１次と２次の周波数成分ｓ　　、ｓ　　がらサニ
ヤックの位相差Δφをで求める。（実施例）以下、第１図を参照してこの発明の一実施例を説明する
。第１図はその構成を示すブロック図である。但し、第１
図において、説明の重複を避けるために、第２図と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、第２図と
は異なる部分を主体に説明する。第１図を第２図と比較しても明らかなようにこの実施例
では、光源１２、先ファイバ１０１〜１０５、光ファイ
バループ１４、位相変調器１５、発振器１９（増幅器を
含んでもよい）、光検出器１６（増幅器を含んでもよい
）、光方向性結合器１３１．１３２は第２図と同様であ
り、以下に述べる点が第２図とは異なり、この発明の特
徴をなす部分である。まず、光検出４１６の出力は同期検波器３０に送出され
る。同期検波器３０には発振器１９の位相変調周波数出
力も供給される。同期検波器３０の出力は演算回路４０
に送出される。演算回路４０は同期検波器３０の出力か
らサニヤックの位相差Δφを導出し、また位相変調ｍが
一定になるよう発振器１９も制御する。次に、上記構成によるジャイロの動作について説明する
。第２図の場合と同様に、発振器１９の出力を位相変調
器１５に送り、光ファイバループ１４を互いに逆方向に
伝播する光に位相変調をかける。このとき、位相変調周
波数信号の振幅（変調量φ　）は、ベッセル関数龍Ｊ　　（φ　）−Ｊ２　（φ、）ｌ鴎を満足する近くに設定される。この位相変調を受けた光
は光方向性結合器１３２により光ファイバー０２へ進む
光と光ファイバー０４へ進む光に分けられるが、光方向
性結合器１３２からの光は光ファイバループ１４を互い
に逆方向に伝播した二つの光の干渉光となる。光ファイバ１０２からの干渉光は、先方向性結合器１３
１により光ファイバ１０５に結合された後、光検出器１
６で検出され、電気信号となって同期検波器３０に送ら
れる。この同期検波器３０は光検出器１６の出力を発振
器１９の位相変調波出力の整数倍の周波数で同期検波し
、周波数が位相変調周波数の整数倍の信号成分ｓ　　、
ｓ　　。Ｓ　を抽出する。この信号成分ｓ　　、ｓ　　、ｓ４　
　　　　　　　　　　　　　ｌ　　２　４は演算回路４
０に供給され、この演算回路４０によりサニヤックの位
相差Δφが、により求められる。同時に、ｓ　　、ｓ　　の値から変
、２！Ｊ量φ　が求められ、Ｊ　　（φ　）−Ｊ２　（φ、）ｌ會となるよう位相変調器１５の変調口φ　がフィードパツ
ク制御される。すなわち、Ｓ２／Ｓ４−Ｊ２　（φ、）／Ｊ４　（φ１．ｌ）であ
るから、Ｊ　　／Ｊ４の値から変調口φ、が第５図に示
す特性により求められる。これはＪ２／Ｊ４の値に対応
した変調量φ、の値を記憶したメモリからφ　を読み出
すことにより求められる。この変調口φ　はＪ　　−Ｊ
２における変調量φ　′になるように制御される。尚、
第５図のφ。′においてＪ　／Ｊ４はｍへ的に決まるの
で、Ｊ　　／Ｊ　　の値（Ｓ　２　／　Ｓ　４の値）が
、φ。（Ｊ　　−Ｊ２）における値になるようにφ、を制御御する方法でもよい。このようにしてサニヤックの位相差Δφを求める第１の
（１点は、ｊ　（φ　）−Ｊ２　（φｌ）とｌ　　　　
　　ｒｉなるように位相変調器１５の振幅（変調量φ　）を設定
することにより、従来（３）式より求めていたサニヤッ
クの位相差が（５）式に示されるようにより簡１ｉな式
で求められ、これによって演算速度が向卜する点にあり
、第２の利点は位相変調周波数の２次、４次成分が高感
度で求められるため、位相変調量φ　のフィードバック
制御が安定して行える点にあり、結果として従来の欠点
を補うことがロー能である。［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、安定したスケール
ファクタが得られ、高性能化を実現できる光フアイバジ
ャイロを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る先ファイバジャイロの一実施例
の構成を示すブロック図、第２図は従来の光フアイバジ
ャイロの構成を示すブロック図、第３図は従来の光フア
イバジャイロの出力特性図、第４図は位相変調方式の光
フアイバジャイロにおける位相変調波と光検出器出力の
関係を示す特性図、第５図は従来及びこの発明の光フア
イバジャイロを説明するためのベッセル関数曲線を示す
図である。１２・・・光源、１４・・・光ファイバループ、１５・
・・位相変調器、１６・・・光検出器、１９・・・発振
器、３０・・・同期検波器、４０・・・演算回路、１０
１〜５・・・先ファイバ、３１゜２・・・光方向性結合器。

Claims

【特許請求の範囲】

光を送出する光源と、この光源の送出光を２分配する分
配手段と、この分配手段の各分配光が互いに逆方向まわ
りに導かれる光ファイバループと、この光ファイバルー
プ内を伝播する２つの光に対して位相変調をかける変調
手段と、前記光ファイバループから送出される干渉光を
受光して電気信号に変換する光検出手段と、この光検出
手段の出力信号が供給され、該信号から前記変調手段の
位相変調周波数の１倍、２倍、４倍の周波数成分ｓ＿１
，ｓ＿２，ｓ＿４を抽出する抽出手段と、この抽出手段
で抽出された周波数成分ｓ＿２，ｓ＿４が供給され、そ
の成分比ｓ＿２／ｓ＿４をもとに１次と２次のベッセル
関数が等しくなるように前記変調手段の変調量を調節す
る調整手段と、前記抽出手段で抽出された周波数成分ｓ
＿１，ｓ＿２が供給され、ｔａｎ＾−１（Ｋｓ＿２／ｓ
＿１）（Ｋは定数）を求めて前記光ファイバループ内を
伝播する互いに逆まわりの２つの光の位相差を導出する
位相差導出手段とを具備する光ファイバジャイロ。