JPH05288557A - Optical fiber gyroscope - Google Patents
Optical fiber gyroscopeInfo
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- JPH05288557A JPH05288557A JP11535292A JP11535292A JPH05288557A JP H05288557 A JPH05288557 A JP H05288557A JP 11535292 A JP11535292 A JP 11535292A JP 11535292 A JP11535292 A JP 11535292A JP H05288557 A JPH05288557 A JP H05288557A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は自動車、飛行機、船舶
など運動体の回転角速度を測定するための光ファイバジ
ャイロに関する。特に位相変調方式の光ファイバジャイ
ロにおいて発光素子の光量と位相変調器の位相変調度を
一定に制御するようにできる光ファイバジャイロに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro for measuring the rotational angular velocity of a moving body such as an automobile, an airplane or a ship. In particular, the present invention relates to an optical fiber gyro which can control the light quantity of a light emitting element and the degree of phase modulation of a phase modulator in a phase modulation type optical fiber gyro.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバジャイロはファイバコイルの
中を左廻り右廻りに伝搬する光の位相差がコイルの角速
度に比例することを利用して角速度を求めるものであ
る。位相変調方式というのは、ファイバコイルの一方の
端近くの光ファイバの一部を伸縮させてこの中を伝搬す
る光の位相を変調するものである。図５に位相変調方式
の光ファイバジャイロの概略の構成を示す。光源として
の発光素子１から単色光が出る。これが光ファイバ２、
第１ファイバカップラ３、光ファイバ４、第２ファイバ
カップラ５を通り、シングルモ−ドファイバを多数回巻
き回したファイバコイル６の両端に入射する。これはフ
ァイバコイル６の内部を左廻り光、右廻り光として伝搬
する。ファイバコイル６の一端には位相変調器７があり
ｂsin Ωｔというように光の位相を変調している。右廻
り光、左廻り光がファイバカップラ５で合流し、光ファ
イバ４、ファイバカップラ３を通り受光素子８に入射す
る。受光素子８は両者の干渉光強度を検出し電気信号に
変換する。プリアンプ９でこれを増幅しこれに含まれる
適当な高調波または基本波を同期検波回路１０によって
同期検波する。発振器１１が位相変調器に変調信号を与
え、同期検波信号（キャリヤ）を与える。勿論この間に
適当な分周器があり、元の発振器の周波数を逓減してい
る。2. Description of the Related Art An optical fiber gyro determines the angular velocity by utilizing the fact that the phase difference of light propagating counterclockwise and clockwise in a fiber coil is proportional to the angular velocity of the coil. The phase modulation method is a method in which a part of an optical fiber near one end of a fiber coil is expanded and contracted to modulate the phase of light propagating therein. FIG. 5 shows a schematic configuration of a phase modulation type optical fiber gyro. Monochromatic light is emitted from the light emitting element 1 as the light source. This is the optical fiber 2,
The light passes through the first fiber coupler 3, the optical fiber 4, and the second fiber coupler 5, and enters both ends of a fiber coil 6 in which a single mode fiber is wound many times. This propagates inside the fiber coil 6 as left-handed light and right-handed light. A phase modulator 7 is provided at one end of the fiber coil 6 to modulate the phase of light as bsin Ωt. The right-handed light and the left-handed light merge at the fiber coupler 5, pass through the optical fiber 4 and the fiber coupler 3, and enter the light receiving element 8. The light receiving element 8 detects the intensity of the interference light of both and converts it into an electric signal. The preamplifier 9 amplifies this and an appropriate harmonic or fundamental wave contained therein is synchronously detected by the synchronous detection circuit 10. The oscillator 11 supplies a modulation signal to the phase modulator and a synchronous detection signal (carrier). Of course there is a suitable divider in between to step down the frequency of the original oscillator.
【０００３】このように干渉光の強度を受光素子で検出
するが、この中には変調周波数及びその高調波信号がベ
ッセル函数を係数とする展開式の形で含まれる。そこで
変調周波数またはその整数倍の周波数で、位相が信号と
合致したキャリヤ信号を作り、受光素子出力をこれによ
って同期検波すれば基本波成分または任意の高調波成分
を得ることができる。同期検波した後の奇数次の（２ｍ
＋１）倍高調波（基本波を含む）は ２Ｐ0 Ｊ2m+1( ξ)sinΔθ （１） と書くことができる。同期検波した後の偶数次の２ｎ倍
高調波は、 ２Ｐ0 Ｊ2n( ξ）cos Δθ （２） ただしＰ0 は左廻り光、右廻り光の振幅が等しいとして
これの２乗を与えている。つまり光量である。Ｊ2m+1(
ξ) は（２ｍ＋１）次ベッセル函数、Ｊ2n( ξ) は２ｎ
次ベッセル函数である。Δθは右廻り光と左廻り光の位
相差でありこれが求めるべき対象である。回転体の角速
度をΩ0 とし右廻り光左廻り光の位相差をΔθとする
と、 Δθ＝４πＬａΩ0 ／ｃλ （３） という関係がある。Ｌはファイバコイルのファイバの全
長である。ａはファイバコイルの半径、ｃは真空中の光
速、λは真空中の波長である。In this way, the intensity of the interference light is detected by the light receiving element, and the modulation frequency and its harmonic signal are included in the form of expansion using the Bessel function as a coefficient. Therefore, a fundamental wave component or an arbitrary harmonic component can be obtained by creating a carrier signal whose phase matches the signal at the modulation frequency or an integral multiple thereof and synchronously detecting the output of the light receiving element. Odd order (2m
The +1) harmonics (including the fundamental wave) can be written as 2P 0 J 2m + 1 (ξ) sin Δθ (1). The even-order 2n times higher harmonic wave after synchronous detection is 2P 0 J 2n (ξ) cos Δθ (2) where P 0 is given as the square of the left-handed light and the right-handed light assuming that they have the same amplitude. .. In other words, it is the amount of light. J 2m + 1 (
ξ) is the (2m + 1) th order Bessel function, and J 2n (ξ) is 2n
This is the next Bessel function. Δθ is the phase difference between the clockwise light and the counterclockwise light, and this is the target to be obtained. When the angular velocity of the rotating body is Ω 0 and the phase difference between the clockwise light and the counterclockwise light is Δθ, there is a relationship of Δθ = 4πLaΩ 0 / cλ (3). L is the total length of the fiber of the fiber coil. a is the radius of the fiber coil, c is the speed of light in vacuum, and λ is the wavelength in vacuum.
【０００４】ξは変調の大きさを表し、 ξ＝２ｂsin （ＬｎΩ／２ｃ） （４） である。ｂは位相変調器に於ける位相変調の振幅、Ωは
位相変調角周波数、ｎはファイバの屈折率である。ξは
左廻り光右廻り光において位相変調を受けるタイミング
がＬｎ／２ｃだけ異なることによって発生する項であ
る。Ξ represents the magnitude of modulation, and ξ = 2bsin (LnΩ / 2c) (4). b is the amplitude of phase modulation in the phase modulator, Ω is the phase modulation angular frequency, and n is the refractive index of the fiber. ξ is a term that occurs when the timings of phase modulation in the left-handed light and the right-handed light differ by Ln / 2c.
【０００５】奇数倍高調波はsin Δθの形でΔθを含む
から、その同期検波出力が分かれば位相差Δθを求める
ことができる。例えば基本波だけから位相差Δθを求め
ることができる。即ち基本波成分をＳ1 として、これを
（１）に等置し、 Δθ＝sin-1 （Ｓ1 ／（２Ｐ0 Ｊ2m+1( ξ) ）） （５） によって基本波成分から位相差Δθを求めることができ
る。あるいは基本波成分を偶数倍高調波で割ってtan Δ
θの形でΔθを求めることもできる。位相変調方式の光
ファイバジャイロについては、特願平１−５７６３４〜
３７、特願平１−２９１６２８〜３１、１−２９５５０
０、特願平２−３８０９、２−１００５５、２−２２５
６１１〜１９などの発明がなされている。Since the odd harmonics include Δθ in the form of sin Δθ, if the synchronous detection output is known, the phase difference Δθ can be obtained. For example, the phase difference Δθ can be obtained only from the fundamental wave. That is, the fundamental wave component is S 1 , and this is equally placed in (1), and Δθ = sin −1 (S 1 / (2P 0 J 2m + 1 (ξ))) (5) Δθ can be obtained. Alternatively, divide the fundamental wave component by the even harmonics and tan Δ
It is also possible to obtain Δθ in the form of θ. Regarding the phase modulation type optical fiber gyro, Japanese Patent Application No. 1-57634-
37, Japanese Patent Application No. 1-291628-31, 1-295550
0, Japanese Patent Application No. 2-3809, 2-10055, 2-225
Inventions such as 611 to 19 have been made.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】位相変調方式の光ファ
イバジャイロで位相差を正確に求めることができるため
には、発光素子の光の強さが一定でありしかも位相変調
器の変調度ξが一定でなければならない。発光素子の光
量を一定に保つためには、発光素子の光をモニタするた
めの受光素子を別に設けておきこの補助用の受光素子の
出力をモニタしこれを一定にするというものがある。こ
れはしかし受光素子を二つ必要とするし発光素子の光を
分割しなければならないという面倒な点がある。発光素
子の光量を一定にするためのより単純な構成が望まれ
る。In order to accurately obtain the phase difference with the phase modulation type optical fiber gyro, the light intensity of the light emitting element is constant and the modulation degree ξ of the phase modulator is large. Must be constant. In order to keep the light amount of the light emitting element constant, there is a method in which a light receiving element for monitoring the light of the light emitting element is separately provided and the output of this auxiliary light receiving element is monitored to make it constant. However, this requires two light receiving elements and has a troublesome point that the light of the light emitting element must be split. A simpler configuration for keeping the light amount of the light emitting element constant is desired.
【０００７】変調度ξは位相変調の振幅ｂに比例する。
位相変調器は例えば円筒形の圧電素子の端面または内外
周面に電極を付け周囲に光ファイバを巻き付けたもので
ある。電極に角周波数がΩの振動電圧を印加すると圧電
素子が内外に膨縮し光ファイバが伸び縮みするのでそこ
を通過する光の位相が変化する。位相変調器として電気
光学素子を用いることもできる。位相変調器の変調度を
一定にする機能を持たないものもあった。しかし温度に
よって位相変調器の変調振幅ｂが変動するのでこれに比
例してξも変動する。ξは光ファイバジャイロのスケ−
ルファクタを決める量であるから、位相変調度ξを一定
に保持する機能を持つ方が望ましい。変調度ξを一定に
保つためにはξをベッセル函数の特異な点に固定しなけ
ればならない。従来は２倍高調波の値が０になるよう
に、ξの値が決められることが多かった。つまりＪ
2(ξ) ＝０の点に決める。そうすると２次ベッセル函数
の最初の零点ξ＝５．２にξが固定されることになる。
ベッセル函数の零点に規定するのであるからξの安定性
には優れる。The modulation degree ξ is proportional to the amplitude b of the phase modulation.
The phase modulator is, for example, one in which an electrode is attached to the end surface or inner and outer peripheral surfaces of a cylindrical piezoelectric element and an optical fiber is wound around the electrode. When an oscillating voltage with an angular frequency of Ω is applied to the electrodes, the piezoelectric element expands and contracts inward and outward, and the optical fiber expands and contracts, so that the phase of light passing therethrough changes. An electro-optical element can also be used as the phase modulator. Some did not have the function of making the modulation factor of the phase modulator constant. However, since the modulation amplitude b of the phase modulator fluctuates depending on the temperature, ξ also fluctuates in proportion to this. ξ is the scale of the optical fiber gyro
Since it is a quantity that determines the factor, it is desirable to have a function of keeping the phase modulation degree ξ constant. To keep the modulation ξ constant, ξ must be fixed at a singular point of the Bessel function. In the past, the value of ξ was often determined so that the value of the second harmonic was 0. That is J
2 Set the point of (ξ) = 0. Then, ξ is fixed at the first zero point ξ = 5.2 of the quadratic Bessel function.
Since it is specified at the zero of the Bessel function, the stability of ξ is excellent.
【０００８】しかしξ＝５．２というのはかなり大きい
値である。圧電素子を駆動する電圧がかなり高いものに
なる。このように圧電素子の駆動電圧が高いと、圧電素
子の振動の振幅が大きいので位相変調以外の寄生的な変
調などが起こり、却ってスケ−ルファクタの安定性を損
なうことがあるということが分かってきた。例えばファ
イバの中を伝搬する光の偏波面が回転することがある。
また振幅も変調を受けることがある。偏波面回転、振幅
変調がおこると干渉光の強度が変化するので回転角速度
の変化と位相差Δθの比を決めるスケ−ルファクタが変
動するのである。また位相変調の電圧が大きいとこれか
ら出る電磁波の強度も大きくなりこれが電気回路に対し
てノイズとして働く。ノイズを減少させるためには位相
変調の電圧を減らすことが望まれる。However, ξ = 5.2 is a considerably large value. The voltage for driving the piezoelectric element becomes considerably high. It has been found that when the driving voltage of the piezoelectric element is high as described above, the amplitude of vibration of the piezoelectric element is large, so that parasitic modulation other than phase modulation or the like occurs and the stability of the scale factor may be impaired. It was For example, the plane of polarization of light propagating in the fiber may rotate.
The amplitude may also be modulated. When polarization plane rotation and amplitude modulation occur, the intensity of the interference light changes, so the scale factor that determines the ratio of the change in rotational angular velocity and the phase difference Δθ changes. When the phase modulation voltage is large, the intensity of the electromagnetic wave emitted from this also becomes large and this acts as noise on the electric circuit. In order to reduce noise, it is desired to reduce the voltage for phase modulation.
【０００９】ξを５．２よりも小さい値に設定すれば良
い。しかしベッセル函数の零点にξを選ぶことにすれ
ば、これより小さい値とすることができない。ベッセル
函数は無限の零点を持つ。これの内最小の零点を問題に
する．最小零点は、ベッセル函数の次数の順に並んでい
る。０次、１次ベッセル函数を零点とするとξは５．２
より小さくなる筈である。しかし通常の位相変調法で
は，０次ベッセル函数のみの値を取り出すことができな
い。従ってこれを０にすることによってξを一定値にす
るということはできない。直流成分Ｄは、 Ｄ＝Ｐ0 （１＋Ｊ0(ξ)cosΔθ） （６） という形になり、光量Ｐ0 が未知数であるため、Ｊ
0(ξ) ＝０とするためにＤがいくらであればよいのか分
からないからである。１次ベッセル函数はsin Δθの形
で位相差を含み回転していないときこれは０であるの
で、１次ベッセル函数を０とするような制御法は採用で
きない。こういう訳でξを設定するための最低次が２次
になるのである。２次であるとξ＝５．２で大きすぎ
る。ベッセル函数の特異点を使うが、より小さい（ξ＜
５，２）値でξを固定できるようにした光ファイバジャ
イロを提供することが本発明の目的である。It is sufficient to set ξ to a value smaller than 5.2. However, if we choose ξ as the zero of the Bessel function, we cannot make it smaller. Bessel functions have infinite zeros. The smallest of these is the zero. The minimum zeros are arranged in order of the Bessel function order. If the zero-order and first-order Bessel functions are zero, ξ is 5.2.
It should be smaller. However, the ordinary phase modulation method cannot extract the value of only the 0th-order Bessel function. Therefore, it cannot be made a constant value by setting this to 0. The direct current component D has a form of D = P 0 (1 + J 0 (ξ) cos Δθ) (6), and the light amount P 0 is an unknown number.
This is because it is not known how much D should be to set 0 (ξ) = 0. Since the first-order Bessel function contains a phase difference in the form of sin Δθ and is 0 when it is not rotating, a control method for setting the first-order Bessel function to 0 cannot be adopted. For this reason, the lowest order for setting ξ is the second order. If it is quadratic, ξ = 5.2, which is too large. Use the singularity of the Bessel function, but smaller (ξ <
It is an object of the present invention to provide an optical fiber gyro in which ξ can be fixed by the 5,2) value.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に於いては位相変
調の振幅ｂを、位相変調周波数Ωよりも低い周波数Ωa
で変調する。つまり変調を二重にするのである。位相変
調と位相変調度の振幅変調である。位相変調の振幅をｂ
とすると、ｂ＝ｂ0 ＋ａsin Ωa ｔというふうに振幅変
調させる。振幅変調分ａはｂよりもずっと小さい。ａ＜
＜ｂ0 である。また振幅変調の周波数Ωa は位相変調の
周波数Ωよりもずっと小さい。Ωa ＜＜Ωである。そし
て受光素子の出力を同期検波して、直流成分、基本波成
分、高調波成分等を求める。この内、直流成分、２倍高
調波成分等をさらに振幅変調の周波数Ωa によって同期
検波し、この値を０にするようにξ（ｂ）を決める。つ
まり圧電素子の駆動電圧を制御するのである。これによ
りξ＜５．２のひとつの値にξを固定できる。In the present invention, the amplitude b of the phase modulation is set to a frequency Ω a lower than the phase modulation frequency Ω.
Modulate with. In other words, the modulation is doubled. Phase modulation and amplitude modulation of phase modulation degree. The amplitude of phase modulation is b
When, b = b 0 + asin Ω a t to be amplitude modulated Fu called. The amplitude modulation component a is much smaller than b. a <
<B 0 . The frequency Ω a for amplitude modulation is much smaller than the frequency Ω for phase modulation. Ω a << Ω. Then, the output of the light receiving element is synchronously detected to obtain a DC component, a fundamental wave component, a harmonic component, and the like. Of these, the DC component, the second harmonic component, and the like are further synchronously detected by the amplitude modulation frequency Ω a , and ξ (b) is determined so that this value becomes zero. That is, the drive voltage of the piezoelectric element is controlled. By this, ξ can be fixed to one value of ξ <5.2.
【００１１】角速度を求めるためには、基本波、３倍高
調波等を利用できる。これは従来と同じである。基本波
は２Ｐ0 Ｊ1(ξ)sinΔθの形で位相差Δθを含むのでこ
れからΔθを求めることができる。３倍高調波の場合も
同様で、２Ｐ0 Ｊ3(ξ)sinΔθの形でΔθを含むので、
これからΔθを求め得る。ξの値が決まっているので、
基本波と３倍高調波の和からもΔθを求め得る。これは
２Ｐ0 （Ｊ1(ξ) ＋Ｊ3(ξ) ）sin Δθであるからであ
る。光量を一定にするには、例えば２倍高調波を一定に
保つ。これは２Ｐ0 Ｊ2(ξ)cosΔθであるので、これを
一定に保つと、Ｐ0cosΔθが一定になり、基本波の出力
がsin Δθではなく、tan Δθになるが、これからΔθ
を求めることは容易である。In order to obtain the angular velocity, the fundamental wave, triple harmonic wave, etc. can be used. This is the same as the conventional one. Since the fundamental wave includes the phase difference Δθ in the form of 2P 0 J 1 (ξ) sin Δθ, Δθ can be obtained from this. The same applies to the case of the third harmonic, since Δθ is included in the form of 2P 0 J 3 (ξ) sin Δθ,
From this, Δθ can be obtained. Since the value of ξ is fixed,
Δθ can be obtained from the sum of the fundamental wave and the triple harmonic. This is because 2P 0 (J 1 (ξ) + J 3 (ξ)) sin Δθ. To keep the light quantity constant, for example, the second harmonic wave is kept constant. Since this is 2P 0 J 2 (ξ) cos Δθ, if this is kept constant, P 0 cos Δθ becomes constant and the output of the fundamental wave becomes tan Δθ instead of sin Δθ.
Is easy to find.
【００１２】[0012]
【作用】位相変調に於いて変調を二重にすることを提案
している。ξ＝ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔというふうにξが変
動する。Ａ＜＜ξ0 である。この場合振幅変調は小さい
摂動と考えることができる。摂動法を適用してこの動作
を解析することができる。周波数の高い位相変調の周波
数Ωで出力を同期検波することができる。同様に直流成
分、基本波成分、２倍高調波、３倍高調波等を定義でき
るし、同期検波によってこれを求めることもできる。こ
れはΩa ＜＜Ωであるからである。直流成分Ｄは、 Ｄ＝Ｐ0 （１＋Ｊ0(ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔ）cos Δθ） （７） 基本波成分Ｐは、 Ｐ＝２Ｐ0sinΔθＪ1(ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔ) （８） ２倍高調波Ｑは、 Ｑ＝２Ｐ0cosΔθＪ2(ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔ) （９） ３倍高調波Ｒは、 Ｒ＝２Ｐ0sinΔθＪ3(ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔ) （１０） となる。以下同様である。本発明では、直流成分、基本
波成分、または２倍高調波成分をさらにΩa で同期検波
し、この値を０とすることにより位相変調の変調度ξを
一定値に保持しようとする。図１にベッセル函数のグラ
フを示す。これは本発明でξの値を選ぶ際に有用であ
る。[Function] It is proposed to make the modulation double in the phase modulation. ξ fluctuates as ξ = ξ 0 + A sin Ω a t. A << ξ 0 . In this case the amplitude modulation can be considered as a small perturbation. The perturbation method can be applied to analyze this behavior. The output can be synchronously detected with the frequency Ω of high-frequency phase modulation. Similarly, a DC component, a fundamental wave component, a 2nd harmonic, a 3rd harmonic, etc. can be defined, and this can also be obtained by synchronous detection. This is because Ω a << Ω. DC component D, D = P 0 (1 + J 0 (ξ 0 + Asin Ω a t) cos Δθ) (7) the fundamental wave component P is, P = 2P 0 sinΔθJ 1 ( ξ 0 + Asin Ω a t) (8) 2 fold harmonic Q is, Q = 2P 0 cosΔθJ 2 ( ξ 0 + Asin Ω a t) (9) 3 harmonic R is, R = 2P 0 sinΔθJ 3 ( ξ 0 + Asin Ω a t) and becomes (10). The same applies hereinafter. In the present invention, the direct current component, the fundamental wave component, or the second harmonic component is further synchronously detected with Ω a , and the modulation degree ξ of the phase modulation is held at a constant value by setting this value to 0. Figure 1 shows a graph of the Bessel function. This is useful in choosing the value of ξ in the present invention.
【００１３】直流成分をξの制御に用いる場合 直流成分を用いる場合について説明する。これは（７）
式である。これはＡによって展開できる。ξ0 ＞＞Ａで
あるので一次までとれば、 Ｄ＝Ｐ0 （１＋Ｊ0(ξ0)cos Δθ＋Ｊ0(ξ0)′Ａsin Ωa ｔcos Δθ）(11) となる。これをsin Ωa ｔの信号で同期検波するのであ
る。勿論ＤはＡに関して高次の項を含み、sin Ωa ｔで
同期検波する限り奇数時の高次の項が残るはずである。
しかしξ0 とＡの大小関係から高次の項を無視できる。
sin Ωa ｔで検波した後の結果Ｗは、 Ｗ＝Ｐ0 Ｊ0(ξ0)′Ａcos Δθ （１２） となる。これを０にするように圧電素子の駆動電圧を制
御する。つまりこれは Ｊ0(ξ0)′＝０ （１３） ということである。これの解はξ0 ＝３．８である。つ
まりξ0 ＝３．８となるように位相変調器の変調度を制
御するということである。これは５．２より小さい。位
相変調による、光の振幅変調、偏波面回転等を抑制でき
る。先程直流成分を制御できないということを述べた。
本発明ではこれが可能になっている。その理由を述べ
る。従来は変調が１重であるので（１＋Ｊ0(ξ)cosΔ
θ）の内の第１項と第２項を分離できなかった。しかし
本発明では変調が２重になっており，直流成分のＡsin
Ωa ｔで変化する部分が同期検波できるのである。であ
るから従来法よりも同期検波の対象に関して自由度が高
い訳である。When a DC component is used for controlling ξ A case where a DC component is used will be described. This is (7)
It is an expression. This can be expanded by A. Taking up the primary since it is ξ 0 >> A, D = P 0 (1 + J 0 (ξ 0) cos Δθ + J 0 (ξ 0) 'Asin Ω a tcos Δθ) becomes (11). This is the synchronous detection by a signal sin Ω a t. Of course D comprises higher order terms with respect to A, should higher order terms odd time remains as long as the synchronous detection by sin Ω a t.
However, higher-order terms can be ignored from the magnitude relation between ξ 0 and A.
sin Omega a t results after detection by W, W = P 0 J 0 ( ξ 0) becomes' Acos Δθ (12). The drive voltage of the piezoelectric element is controlled so that it becomes zero. So this means J 0 (ξ 0 ) ′ = 0 (13). The solution to this is ξ 0 = 3.8. That is, the modulation factor of the phase modulator is controlled so that ξ 0 = 3.8. This is less than 5.2. It is possible to suppress light amplitude modulation, polarization plane rotation, and the like due to phase modulation. I mentioned earlier that the DC component cannot be controlled.
The present invention makes this possible. I will explain the reason. Conventionally, the modulation is single, so (1 + J 0 (ξ) cos Δ
The first and second terms in θ) could not be separated. However, in the present invention, the modulation is doubled and the DC component Asin
Portion that changes Omega a t is able synchronous detection. Therefore, the degree of freedom in the target of synchronous detection is higher than that in the conventional method.
【００１４】しかし直流成分の内から、Ａsin Ωa ｔ成
分を求めてこれを０とすることによりξを３．８にする
方法にはひとつの欠点がある。それは０次ベッセル函数
の微分の零点は、１次ベッセル函数の零点であるという
ことである。 Ｊ0(ξ）′＝−Ｊ1(ξ) （１４） これにξを設定すると基本波成分が常に０となる。基本
波によって角速度をもとめることができない。この場合
は３倍高調波を用いるとよい。 Ｒ＝２Ｐ0sinΔθＪ3(ξ0) （１５） であるが、ξが３．８の時Ｊ3(ξ) ＝０．４程度で最大
値に近いから感度が良い筈である。[0014] However from among the DC component, the method of the ξ 3.8 by 0. This seeking Asin Omega a t component has one drawback. That is, the zero of the derivative of the 0th-order Bessel function is the zero of the 1st-order Bessel function. J 0 (ξ) ′ = − J 1 (ξ) (14) When ξ is set to this, the fundamental wave component is always 0. The angular velocity cannot be determined by the fundamental wave. In this case, it is preferable to use the triple harmonic. R = 2P 0 sin ΔθJ 3 (ξ 0 ) (15), but when ξ is 3.8, J 3 (ξ) is about 0.4, which is close to the maximum value, so the sensitivity should be good.
【００１５】２倍高調波をξの制御に用いる場合 次に２倍高調波Ｑを用いる場合を説明する。これは
（９）式であるがこれもＡによって展開できる。一次ま
で取ると、 Ｑ＝２Ｐ0cosΔθ（Ｊ2(ξ0 ）＋Ｊ2(ξ0 ）′Ａsin Ωa ｔ） （１６） となる。この２倍高調波を振幅変調の周波数Ωa で変化
するsin Ωa ｔで同期検波すると、高次の項はＡに関し
て高次になり無視できるから、結局一次の項のみが残
る。検波後の出力Ｕは、 Ｕ＝Ｐ0 Ｊ2(ξ0)′Ａcos Δθ （１７） となる。そこでこの値Ｕを０にするように位相変調の変
調度を制御する。つまりξ0 ＝３となるようにする。Ｊ
2(ξ) ′の値は、ξ＞ξ0 で負、ξ＜ξ0 で正であるか
ら、Ｕ＞０であれば、ξが小さすぎるのである。この場
合はξを増加させる。Ｕ＜０であれば、ξが大きすぎる
のである。この場合はξを減少させる。このような調整
によって、Ｕ＝０となるように制御できる。つまりξ0
＝３という値に固定しているのである。Case where Double Harmonic Wave is Used for Controlling ξ Next, the case where the double harmonic wave Q is used will be described. This is equation (9), but this can also be expanded by A. Taking to the primary, Q = 2P 0 cosΔθ (J 2 (ξ 0) + J 2 (ξ 0) 'Asin Ω a t) and made (16). When this double harmonic is synchronously detected with sin Ω a t which changes with the frequency Ω a of amplitude modulation, the higher-order terms become higher-order with respect to A and can be ignored, so that only the first-order terms remain. The output U after detection is U = P 0 J 2 (ξ 0 ) ′ Acos Δθ (17). Therefore, the modulation factor of the phase modulation is controlled so that this value U is set to zero. That is, ξ 0 = 3 is set. J
The value of 2 (ξ) ′ is negative when ξ> ξ 0 and positive when ξ <ξ 0. Therefore, if U> 0, ξ is too small. In this case, increase ξ. If U <0, ξ is too large. In this case, ξ is decreased. By such adjustment, control can be performed so that U = 0. So ξ 0
The value is fixed at = 3.
【００１６】さてこの場合は、何によって角速度を求め
るべきかということが問題になる。このときＪ1(ξ) ＝
０．３、Ｊ3(ξ) ＝０．３であって１次、３次のベッセ
ル函数の値が等しいので、どちらを用いても同等の感度
を期待できる。であるから、基本波Ｐ、３倍高調波Ｒ、
それにこれらの和Ｐ＋Ｒを角速度測定のために用いるこ
とができる。 Ｐ＝２Ｐ0sinΔθＪ1(ξ0 ) （１８） Ｒ＝２Ｐ0sinΔθＪ3(ξ0 ) （１９） Ｐ＋Ｒ＝２Ｐ0sinΔθ（Ｊ1(ξ0 ) ＋Ｊ3(ξ）） （２０）In this case, the problem is how to obtain the angular velocity. At this time J 1 (ξ) =
Since 0.3 and J 3 (ξ) = 0.3 and the values of the first and third order Bessel functions are equal, the same sensitivity can be expected regardless of which one is used. Therefore, the fundamental wave P, triple harmonic wave R,
Moreover, the sum P + R of these can be used for angular velocity measurement. P = 2P 0 sin ΔθJ 1 (ξ 0 ) (18) R = 2P 0 sin ΔθJ 3 (ξ 0 ) (19) P + R = 2P 0 sin Δθ (J 1 (ξ 0 ) + J 3 (ξ)) (20)
【００１７】基本波をξの制御に用いる場合 本発明で最も特徴的なのは基本波成分をもξの制御に使
うことができるということである。このようなことは２
重に変調を掛ける本発明であって初めてなされることで
ある。（８）をＡに関して展開し一次まで取ると、 Ｐ＝２Ｐ0sinΔθＪ1(ξ0 ＋Ａsin Ωa ｔ) （２１） となるが、これをsin Ωa ｔで同期検波すると、一次に
対応する部分Ｘだけが求まり、 Ｘ＝Ｐ0 Ｊ1(ξ0)′Ａsin Δθ （２２） これを０にするよう（Ｊ1(ξ0)′＝０）に圧電素子の駆
動電圧を制御する。ξ0＝１．８に設定するということ
である。Ｊ1(ξ) ′は、ξ＞ξ0 で負、ξ＜ξ0で正で
ある。基本波はsin Δθの形でΔθを含むので，Ｘと０
とを比較しても駄目である。Ｘと基本波の主要部Ｐ（Ｐ
＝２Ｐ0sinΔθＪ1(ξ0 ））の積ＸＰの正負を考えると
良い。ＸＰ＞０であればξが小さすぎるのである。この
場合はξを増加させる。ＸＰ＜０であればξが大きすぎ
るのであるからξを減少させる。こうして常にＸ＝０に
保つ。つまりξ0 ＝１．８にするということである。When the fundamental wave is used for controlling ξ The most characteristic feature of the present invention is that the fundamental wave component can also be used for controlling ξ. This is 2
This is the first to be made in the present invention in which heavy modulation is applied. Taking (8) to the primary expand respect A, partial P = 2P 0 sinΔθJ 1 (ξ 0 + Asin Ω a t) (21) and becomes, when this synchronous detection by sin Omega a t, corresponding to the primary Only X is obtained, and X = P 0 J 1 (ξ 0 ) ′ A sin Δθ (22) The drive voltage of the piezoelectric element is controlled so that it becomes 0 (J 1 (ξ 0 ) ′ = 0). It means that ξ 0 = 1.8 is set. J 1 (ξ) ′ is negative when ξ> ξ 0 and positive when ξ <ξ 0 . Since the fundamental wave contains Δθ in the form of sin Δθ, X and 0
It is useless to compare with. X and the main part of the fundamental wave P (P
= 2P 0 sin ΔθJ 1 (ξ 0 )) It is good to consider the positive or negative of the product XP. If XP> 0, ξ is too small. In this case, increase ξ. If XP <0, since ξ is too large, ξ is decreased. Thus, always keep X = 0. That is, ξ 0 = 1.8.
【００１８】従来基本波をξの制御のためには使うこと
ができなかったが、それはＪ1(ξ)＝０にしてしまう
と、基本波成分が常に０になってしまうので角速度のも
のを求めることができなくなるからである。しかし本発
明では２重に変調を掛けているので、基本波をさらにsi
n Ωa ｔで同期検波してＸを求め、これを０としている
のである。一次ベッセル函数その物ではなく、一次ベッ
セル函数の微分を０としているから、基本波成分が０に
はならない。むしろＪ1(ξ0)′＝０となる点ξ0で、一
次ベッセル函数は極大（Ｊ1(ξ) ＝０．５８）を取るか
ら、基本波を用いる場合は感度が最大になる。角速度測
定のためには、基本波を用いると良い。 Ｐ＝２Ｐ0sinΔθＪ1(ξ0 ) （２３） ξ0 ＝１．８で３次ベッセル函数は小さい値しかとらな
いので、３倍高調波を用いるのは得策でない。ただし基
本波を制御に用いる場合は特別の問題がある。基本波で
ありこれはsin Δθを含むので回転しているときは有限
の値があるが、回転していないときは基本波は０であ
る。この時ξを制御できない。しかし回転はかなりの頻
度で起こるのであるから、実際には基本波Ｐが０でない
時も多くこの時にξの制御をすることができる。ただし
この時にΔθの正負が分かっていなければならない。こ
れは前述のようにＸの正負ではなく、ＰＸの正負で考え
ればよいことである。困難が増すわけではない。Conventionally, the fundamental wave could not be used for controlling ξ, but if J 1 (ξ) = 0 is set, the fundamental wave component will always be 0. Because you can't ask. However, in the present invention, since the modulation is doubled, the fundamental wave is further si
seeking X by synchronous detection with n Ω a t, which with each other to zero. The fundamental wave component does not become 0 because the derivative of the first-order Bessel function is set to 0, not the original Bessel function itself. Rather, at the point ξ 0 where J 1 (ξ 0 ) ′ = 0, the first-order Bessel function takes a maximum (J 1 (ξ) = 0.58), so that the sensitivity becomes maximum when the fundamental wave is used. A fundamental wave may be used to measure the angular velocity. Since P = 2P 0 sin ΔθJ 1 (ξ 0 ) (23) ξ 0 = 1.8 and the third-order Bessel function takes a small value, it is not a good idea to use the third harmonic. However, there is a special problem when the fundamental wave is used for control. Since it is a fundamental wave and this includes sin Δθ, it has a finite value when rotating, but the fundamental wave is 0 when not rotating. At this time, ξ cannot be controlled. However, since the rotation occurs at a fairly high frequency, in many cases the fundamental wave P is not 0 in many cases, and ξ can be controlled at this time. However, at this time, the sign of Δθ must be known. This means that the positive / negative of PX may be considered instead of the positive / negative of X as described above. The difficulty does not increase.
【００１９】[0019]
【実施例】２倍高調波を用いる場合についての実施例を
図２に示す。図５と共通するところは同じ番号を付し
た。ここでは位相変調のためのΩの角周波数を発生する
第一の発振器１１の他に、位相変調の振幅を少し振幅変
調するための第２の発振器１２（Ωa ）がある。両方の
発振器１１、１２の積演算１４がなされる。これは（ｂ
0 ＋ａsin Ωa ）sin Ωｔという圧電素子制御電圧を与
える。ＰＺＴ動作点制御１３がなされこれが位相変調器
７に与えられる。光源である発光素子１から出た光が受
光素子８に至る経路は従来のものと同じである。発光素
子１から単色光が出る。これが光ファイバ２、第１ファ
イバカップラ３、デポラライザ２２、偏光子２３、光フ
ァイバ４、第２ファイバカップラ５を通り、シングルモ
−ドファイバを多数回巻き回したファイバコイル６の両
端に入射する。これは第２のデポラライザ２４を通過し
て、ファイバコイル６の内部を左廻り光、右廻り光とし
て伝搬する。ファイバコイル６の一端には位相変調器７
がありｂsin Ωｔというように光の位相を変調してい
る。右廻り光、左廻り光がファイバカップラ５で合流
し、光ファイバ４、ファイバカップラ３を通り受光素子
８に入射する。受光素子８は両者の干渉光強度を検出し
電気信号に変換する。プリアンプ９でこれを増幅する。EXAMPLE FIG. 2 shows an example of using the second harmonic. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Here, in addition to the first oscillator 11 that generates an angular frequency of Ω for phase modulation, there is a second oscillator 12 (Ω a ) for slightly modulating the amplitude of phase modulation. A product operation 14 of both oscillators 11 and 12 is performed. This is (b
0 + asin Ω a) providing a piezoelectric element control voltage of sin .OMEGA.t. The PZT operating point control 13 is performed and this is given to the phase modulator 7. The path of the light emitted from the light emitting element 1 which is the light source to the light receiving element 8 is the same as the conventional one. Monochromatic light is emitted from the light emitting element 1. This light passes through the optical fiber 2, the first fiber coupler 3, the depolarizer 22, the polarizer 23, the optical fiber 4, and the second fiber coupler 5, and enters both ends of a fiber coil 6 in which a single mode fiber is wound many times. This passes through the second depolarizer 24 and propagates inside the fiber coil 6 as left-handed light and right-handed light. The phase modulator 7 is provided at one end of the fiber coil 6.
The phase of light is modulated like bsin Ωt. The right-handed light and the left-handed light merge at the fiber coupler 5, pass through the optical fiber 4 and the fiber coupler 3, and enter the light receiving element 8. The light receiving element 8 detects the intensity of the interference light of both and converts it into an electric signal. The preamplifier 9 amplifies this.
【００２０】この例では基本波を求めて位相差Δθを、
２倍高調波を求めてξの制御をしている。さきに説明し
たものの内に該当する。プリアンプの出力を、２Ωの
中心周波数を有する第１のバンドパスフィルタ１５と、
Ωの中心周波数を有する第２のバンドパスフィルタ２０
に通す。第１バンドパスフィルタ１５を通過したものは
２倍高調波Ｑであるから、これを、振幅変調の遅い周波
数Ωa により同期検波１６する。これは Ｑ＝２Ｐ0cosΔθ（Ｊ2(ξ0 ）＋Ｊ2(ξ0 ）′Ａsin Ωa ｔ） （２４） をsin Ωa ｔで同期検波するということである。この結
果をロ−パスフィルタ１７に通す。これは、Ｕ＝Ｐ0 Ｊ
2(ξ0)′Ａcos Δθを求めるということである。これと
０とを比較しＵ＞０ならξを増やし、Ｕ＜０ならξを減
らすようにする。これがＰＺＴ動作点制御である。結局
Ｊ2(ξ0 ）′＝０つまりξ＝３となるようにξが制御さ
れる。In this example, the fundamental wave is obtained and the phase difference Δθ is
The second harmonic is calculated and ξ is controlled. It corresponds to the one explained above. The output of the preamplifier is a first bandpass filter 15 having a center frequency of 2Ω,
Second bandpass filter 20 having a center frequency of Ω
Pass through. The second harmonic wave Q that has passed through the first bandpass filter 15 is subjected to synchronous detection 16 using the frequency Ω a having a slow amplitude modulation. This is that synchronous detection at Q = 2P 0 cosΔθ (J 2 (ξ 0) + J 2 (ξ 0) 'Asin Ω a t) to (24) sin Ω a t. The result is passed through the low pass filter 17. This is U = P 0 J
This means that 2 (ξ 0 ) 'Acos Δθ is calculated. This is compared with 0, and if U> 0, ξ is increased, and if U <0, ξ is decreased. This is PZT operating point control. After all, ξ is controlled so that J 2 (ξ 0 ) ′ = 0, that is, ξ = 3.
【００２１】一方２倍高調波Ｑは、Ωを２倍に逓倍した
２Ωのキャリヤ信号sin ２Ωで同期検波１８される。こ
れはＱ＝２Ｐ0cosΔθＪ2(ξ0 ）を求めているのであ
る。これを予め定めた値Ｃ0 と比較してＱ＞Ｃ0 ならば
発光素子の駆動電流を減らし、Ｑ＜Ｃ0 ならば発光素子
の駆動電流を増やす。これは光源駆動部１９によって行
う。角速度測定は基本波でも３倍高調波でも良い。ここ
ではΩの中心周波数の第２のバンドパスフィルタ２０を
通したものをΩで同期検波して基本波を求め、これをロ
−パスフィルタ２１に通す。これで、Ｐ＝２Ｐ0sinΔθ
Ｊ1(ξ0 ) を求めるから、sin Δθの値が分かり、Δθ
を求め、角速度Ωc が分かる。そうではなくて３Ωの中
心周波数のバンドパスフィルタを通して３Ωで同期検波
し、３倍高調波Ｒ＝２Ｐ0sinΔθＪ3(ξ0 ) を求めても
良い。また両者の和（Ｐ＋Ｒ）を求めても良い。いずれ
にしてもΔθを求めることができる。On the other hand, the double harmonic wave Q is synchronously detected 18 with a carrier signal sin 2Ω of 2Ω which is obtained by multiplying Ω by 2 times. This is to find Q = 2P 0 cos ΔθJ 2 (ξ 0 ). This is compared with a predetermined value C 0, and if Q> C 0 , the drive current of the light emitting element is reduced, and if Q <C 0 , the drive current of the light emitting element is increased. This is performed by the light source drive unit 19. The angular velocity measurement may be either the fundamental wave or the triple harmonic. In this case, what is passed through the second bandpass filter 20 having a center frequency of Ω is synchronously detected by Ω to obtain a fundamental wave, which is passed through a lowpass filter 21. With this, P = 2P 0 sin Δθ
Since J 1 (ξ 0 ) is obtained, the value of sin Δθ is known, and Δθ
And the angular velocity Ω c is found. Alternatively, the third harmonic R = 2P 0 sin ΔθJ 3 (ξ 0 ) may be obtained by synchronous detection with 3Ω through a bandpass filter having a center frequency of 3Ω. Alternatively, the sum (P + R) of both may be obtained. In any case, Δθ can be obtained.
【００２２】図３には基本波をξの制御に用いる場合を
示す。これは基本波をξの制御と位相差の検出の両方に
利用している。このためバンドパスフィルタ２０で基本
波を取り出し、Ωの周波数で同期検波している。これが
位相差Δθを与える。これをさらにΩa で同期検波しξ
の制御に使っている。図４は直流成分をξの制御に使う
ものである。ロ−パスフィルタ２６を通して直流成分を
取り出す。これをΩa で同期検波し、ξの制御に用い
る。Δθの検出のためには３倍高調波を用いる。FIG. 3 shows a case where the fundamental wave is used for controlling ξ. This uses the fundamental wave for both ξ control and phase difference detection. Therefore, the bandpass filter 20 extracts the fundamental wave and synchronously detects it at a frequency of Ω. This gives the phase difference Δθ. This is further synchronously detected with Ω a and ξ
It is used to control. In FIG. 4, the DC component is used to control ξ. The DC component is extracted through the low pass filter 26. This is synchronously detected with Ω a and used for controlling ξ. A triple harmonic is used to detect Δθ.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明に於いては、位相変調の振幅をさ
らに変調し、この変調による直流成分、基本波成分、２
倍高調波成分に現れる変化分を０にすることにより位相
変調度ξを制御している。２倍高調波を０にする制御は
ξ＝５．２にするものであるが、本発明によるとこれよ
りも小さいξの値を用いることができる。従って、位相
変調器を通過する際光が振幅変調や偏波面回転などの悪
影響を受けない。スケ−ルファクタが安定するので、信
頼性の高い角速度測定が可能になる。According to the present invention, the amplitude of the phase modulation is further modulated, and the direct current component, the fundamental wave component, 2
The phase modulation degree ξ is controlled by setting the amount of change appearing in the double harmonic component to 0. The control for setting the second harmonic to 0 is ξ = 5.2, but according to the present invention, a smaller value of ξ can be used. Therefore, when passing through the phase modulator, the light is not adversely affected by amplitude modulation, polarization plane rotation, and the like. The stable scale factor enables reliable angular velocity measurement.
【図１】０次、１次、２次、３次ベッセル函数のグラ
フ。FIG. 1 is a graph of 0th, 1st, 2nd and 3rd order Bessel functions.
【図２】本発明の第１の実施例に係り２倍高調波を位相
変調度の制御に用いる光ファイバジャイロの概略構成
図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical fiber gyro that uses a second harmonic to control the degree of phase modulation according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例に係り基本波を位相変調
度の制御に用いる光ファイバジャイロの概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical fiber gyro that uses a fundamental wave to control the degree of phase modulation according to the second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施例に係り直流成分を位相変
調度の制御に用いる光ファイバジャイロの概略構成図。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical fiber gyro that uses a DC component for controlling the degree of phase modulation according to the first embodiment of the present invention.
【図５】従来例に係る位相変調方式の光ファイバジャイ
ロの概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a phase modulation type optical fiber gyro according to a conventional example.
１ 発光素子 ６ ファイバコイル ７ 位相変調器 ８ 受光素子 ９ プリアンプ １０ 同期検波回路 １１ 発振器 １２ 発振器 １３ ＰＺＴ動作点制御 １５ バンドパスフィルタ １６ 同期検波回路 1 Light emitting element 6 Fiber coil 7 Phase modulator 8 Light receiving element 9 Preamplifier 10 Synchronous detection circuit 11 Oscillator 12 Oscillator 13 PZT operating point control 15 Band pass filter 16 Synchronous detection circuit
Claims (4)
を伝搬させ、両廻り光の位相差からファイバコイルの回
転角速度を求めることを原理とする光ファイバジャイロ
であって、光源としての単色光又は準単色光を生ずる発
光素子と、シングルモ−ド光ファイバを多数回巻回した
ファイバコイルと、ファイバコイルの両端を結合し発光
素子と受光素子に結合するファイバカップラと、ファイ
バコイルの中を左廻り右廻りに伝搬した光を干渉させ干
渉光の強度を検出する受光素子と、ファイバコイルの一
端に設けられ伝搬光に対して角周波数Ωの正弦波状の位
相変調を与える位相変調器とを含み、発光素子の光をフ
ァイバコイルの両端に入射しファイバコイルを右廻り光
左廻り光として伝搬させこれを合一し干渉光の強度を受
光素子で検出し、受光素子の出力を位相変調と同じ周波
数の基本波成分またはそのｎ倍高調波成分によって同期
検波して、基本波成分またはｎ倍高調波成分が１次また
はｎ次のベッセル函数を係数として含むことを利用して
回転角速度を求める位相変調方式の光ファイバジャイロ
において、位相変調器の変調振幅をΩよりも低い角周波
数Ωa で振幅変調し、受光素子出力の直流成分、基本波
成分、高調波成分を求め、これらの成分の内、２倍高調
波成分を、さらに振幅変調の角周波数Ωa で同期検波
し、この成分を一定値にするように位相変調器の変調度
を決定し、基本波、３倍高調波または基本波と３倍高調
波の和によって位相差Δθを求めるようにしたことを特
徴とする光ファイバジャイロ。1. An optical fiber gyro having a principle of propagating light in the fiber coil clockwise and counterclockwise, and obtaining a rotational angular velocity of the fiber coil from a phase difference between the two lights, which is a monochromatic light source. A light-emitting element that generates light or quasi-monochromatic light, a fiber coil in which a single-mode optical fiber is wound many times, a fiber coupler that connects both ends of the fiber coil to a light-emitting element and a light-receiving element, and the inside of the fiber coil A light-receiving element that interferes with light that propagates counterclockwise and detects the intensity of the interference light, and a phase modulator that is provided at one end of the fiber coil and that applies sinusoidal phase modulation of angular frequency Ω to the propagated light. The light from the light emitting element is made incident on both ends of the fiber coil and propagates as a right-handed light and a left-handed light in the fiber coil, which is combined and detected by the light-receiving element to detect the intensity of the interference light. The output of the element is synchronously detected by the fundamental wave component of the same frequency as the phase modulation or its n-fold harmonic component, and the fundamental wave component or the n-fold harmonic component includes the 1st or nth order Bessel function as a coefficient. In a phase-modulation optical fiber gyroscope that determines the rotational angular velocity by using the phase modulator, the modulation amplitude of the phase modulator is amplitude-modulated with an angular frequency Ω a lower than Ω, and the DC component, fundamental wave component, and harmonic component of the photodetector output Of these components, the second harmonic component is synchronously detected at the angular frequency Ω a of amplitude modulation, and the modulation factor of the phase modulator is determined so that this component becomes a constant value. An optical fiber gyro characterized in that a phase difference Δθ is obtained by a triple harmonic or a sum of a fundamental wave and a triple harmonic.
を伝搬させ、両廻り光の位相差からファイバコイルの回
転角速度を求めることを原理とする光ファイバジャイロ
であって、光源としての単色光又は準単色光を生ずる発
光素子と、シングルモ−ド光ファイバを多数回巻回した
ファイバコイルと、ファイバコイルの両端を結合し発光
素子と受光素子に結合するファイバカップラと、ファイ
バコイルの中を左廻り右廻りに伝搬した光を干渉させ干
渉光の強度を検出する受光素子と、ファイバコイルの一
端に設けられ伝搬光に対して角周波数Ωの正弦波状の位
相変調を与える位相変調器とを含み、発光素子の光をフ
ァイバコイルの両端に入射しファイバコイルを右廻り光
左廻り光として伝搬させこれを合一し干渉光の強度を受
光素子で検出し、受光素子の出力を位相変調と同じ周波
数の基本波成分またはそのｎ倍高調波成分によって同期
検波して、基本波成分またはｎ倍高調波成分が１次また
はｎ次のベッセル函数を係数として含むことを利用して
回転角速度を求める位相変調方式の光ファイバジャイロ
において、位相変調器の変調振幅をΩよりも低い角周波
数Ωa で振幅変調し、受光素子出力の直流成分、基本波
成分、高調波成分を求め、これらの成分の内、直流成分
を、さらに振幅変調の角周波数Ωa で同期検波し、この
成分を一定値にするように位相変調器の変調度を決定
し、３倍高調波によって位相差Δθを求めるようにした
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。2. An optical fiber gyro having a principle of propagating light in the fiber coil counterclockwise and clockwise and obtaining the rotational angular velocity of the fiber coil from the phase difference between the two lights, which is a monochromatic light source. A light-emitting element that generates light or quasi-monochromatic light, a fiber coil in which a single-mode optical fiber is wound many times, a fiber coupler that connects both ends of the fiber coil to a light-emitting element and a light-receiving element, and the inside of the fiber coil A light-receiving element that interferes with light that propagates counterclockwise and detects the intensity of the interference light, and a phase modulator that is provided at one end of the fiber coil and that applies sinusoidal phase modulation of angular frequency Ω to the propagated light. The light from the light emitting element is made incident on both ends of the fiber coil and propagates as a right-handed light and a left-handed light in the fiber coil, which is combined and detected by the light-receiving element to detect the intensity of the interference light. The output of the element is synchronously detected by the fundamental wave component of the same frequency as the phase modulation or its n-fold harmonic component, and the fundamental wave component or the n-fold harmonic component includes the 1st or nth order Bessel function as a coefficient. In a phase-modulation optical fiber gyroscope that determines the rotational angular velocity by using the phase modulator, the modulation amplitude of the phase modulator is amplitude-modulated with an angular frequency Ω a lower than Ω, and the DC component, fundamental wave component, and harmonic component of the photodetector output Then, the DC component of these components is synchronously detected at the angular frequency Ω a of amplitude modulation, and the modulation factor of the phase modulator is determined so that this component becomes a constant value. An optical fiber gyro characterized in that a phase difference Δθ is obtained.
を伝搬させ、両廻り光の位相差からファイバコイルの回
転角速度を求めることを原理とする光ファイバジャイロ
であって、光源としての単色光又は準単色光を生ずる発
光素子と、シングルモ−ド光ファイバを多数回巻回した
ファイバコイルと、ファイバコイルの両端を結合し発光
素子と受光素子に結合するファイバカップラと、ファイ
バコイルの中を左廻り右廻りに伝搬した光を干渉させ干
渉光の強度を検出する受光素子と、ファイバコイルの一
端に設けられ伝搬光に対して角周波数Ωの正弦波状の位
相変調を与える位相変調器とを含み、発光素子の光をフ
ァイバコイルの両端に入射しファイバコイルを右廻り光
左廻り光として伝搬させこれを合一し干渉光の強度を受
光素子で検出し、受光素子の出力を位相変調と同じ周波
数の基本波成分またはそのｎ倍高調波成分によって同期
検波して、基本波成分またはｎ倍高調波成分が１次また
はｎ次のベッセル函数を係数として含むことを利用して
回転角速度を求める位相変調方式の光ファイバジャイロ
において、位相変調器の変調振幅をΩよりも低い角周波
数Ωa で振幅変調し、受光素子出力の直流成分、基本波
成分、高調波成分を求め、これらの成分の内、基本波成
分を、さらに振幅変調の角周波数Ωa で同期検波し、こ
の成分を一定値にするように位相変調器の変調度を決定
し、基本波によって位相差Δθを求めるようにしたこと
を特徴とする光ファイバジャイロ。3. A fiber optic gyro having a principle that a light is propagated counterclockwise in a fiber coil clockwise and a rotational angular velocity of the fiber coil is obtained from a phase difference between the light circulated and a monochromatic light source. A light-emitting element that generates light or quasi-monochromatic light, a fiber coil in which a single-mode optical fiber is wound many times, a fiber coupler that connects both ends of the fiber coil to a light-emitting element and a light-receiving element, and the inside of the fiber coil A light-receiving element that interferes with light that propagates counterclockwise and detects the intensity of the interference light, and a phase modulator that is provided at one end of the fiber coil and that applies sinusoidal phase modulation of angular frequency Ω to the propagated light. The light from the light emitting element is made incident on both ends of the fiber coil and propagates as a right-handed light and a left-handed light in the fiber coil, which is combined and detected by the light-receiving element to detect the intensity of the interference light. The output of the element is synchronously detected by the fundamental wave component of the same frequency as the phase modulation or its n-fold harmonic component, and the fundamental wave component or the n-fold harmonic component includes the 1st or nth order Bessel function as a coefficient. In a phase-modulation optical fiber gyroscope that determines the rotational angular velocity by using the phase modulator, the modulation amplitude of the phase modulator is amplitude-modulated with an angular frequency Ω a lower than Ω, and the DC component, fundamental wave component, and harmonic component of the photodetector output Then, of these components, the fundamental wave component is synchronously detected at the angular frequency Ω a of amplitude modulation, and the modulation factor of the phase modulator is determined so that this component is a constant value. An optical fiber gyro characterized in that a phase difference Δθ is obtained.
請求項１〜３の光ファイバジャイロ。4. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the constant value is 0.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11535292A JPH05288557A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Optical fiber gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11535292A JPH05288557A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Optical fiber gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288557A true JPH05288557A (en) | 1993-11-02 |
Family
ID=14660404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11535292A Pending JPH05288557A (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Optical fiber gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05288557A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980077130A (en) * | 1996-04-19 | 1998-11-16 | 마틴 키츠 반 하이닝겐 | Minimal, Minimal Configuration Fiber Optic Gyroscope with Simplified Signal Processing |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP11535292A patent/JPH05288557A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980077130A (en) * | 1996-04-19 | 1998-11-16 | 마틴 키츠 반 하이닝겐 | Minimal, Minimal Configuration Fiber Optic Gyroscope with Simplified Signal Processing |
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