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JP2000055672A - 光ファイバジャイロ - Google Patents

光ファイバジャイロ

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Publication number
JP2000055672A
JP2000055672A JP10223492A JP22349298A JP2000055672A JP 2000055672 A JP2000055672 A JP 2000055672A JP 10223492 A JP10223492 A JP 10223492A JP 22349298 A JP22349298 A JP 22349298A JP 2000055672 A JP2000055672 A JP 2000055672A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
bit
converter
light
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10223492A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiyuki Ito
義幸 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority to JP10223492A priority Critical patent/JP2000055672A/ja
Publication of JP2000055672A publication Critical patent/JP2000055672A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相変調信号の切替周期τごとに複数のAD
変換を実行し、そのAD変換値を累積加算して平均値を
求め、この平均値を同期検波してノイズによる影響を低
減する型式の光ファイバジャイロの構成を簡素化し、コ
ストダウンを達する。 【解決手段】 位相変調信号の切替周期τごとに出力さ
れる複数のAD変換値を累積加算し、その平均値を求め
る平均化処理装置として累積加算した多ビットのデジタ
ル信号の下位側の所定ビットを除去するビット除去手段
を設け、このビット除去手段で所定のビットを除去する
ことにより平均化処理を施す構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は各種の移動体(自
動車、船舶、航空機等)に搭載されて使用される光ファ
イバジャイロに関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来から用いられている光ファイ
バジャイロの概略の構成を示す。従来から知られている
光ファイバジャイロは光源1と、この光源1から出射さ
れた光を2分するビームスプリッタ2と、このビームス
プリッタ2によって2分された光をそれぞれ右廻り光及
び左廻り光として入射されるコイル状に光ファイバを巻
回して構成したセンシングループ4と、このセンシング
ループ4から出射される右廻り光と左廻り光とを干渉さ
せる干渉手段(ビームスプリッタと同じ部品)2と、干
渉手段2の出力である干渉光を光の強度に比例した電気
信号に変換する光電変換器5と、センシングループ4の
一端とビームスプリッタ2との間に配置した光変調器3
と、この光変調器3にセンシングループ4を周回する光
の伝搬時間τのn倍の周期(図4に示す波形図ではn=
1の場合を示す)により左右両廻り光に±π/2の位相
バイアスを交互に矩形波状に与えるための位相変調信号
を発生する位相変調信号発生器9と、光電変換器5の光
電変換信号をデジタル信号に変換するAD変換器8と、
このAD変換器8の前段側に設けられ、光電変換信号を
必要レベルまで増幅する前置増幅器6と、この前置増幅
器6で増幅した信号の中からAD変換器8のサンプリン
グ周波数の1/2の周波数以上の周波数成分を除去する
アンチエリアシングフィルタ7と、AD変換器8でAD
変換されたデジタル信号を位相変調信号がnτごとに切
り替わる前後の変換信号の出力レベルを比較し、その差
を算出する同期検波器13と、この同期検波器13の同
期検波出力を時間nτごとに累積加算し、この累積加算
結果の絶対値が予め決めた2Pπ(P=1,2,3…)
に対応するしきい値を越えたとき(オーバーフローと称
す)にオーバーフローが生じたことを示すオーバーフロ
ー信号と、そのオーバーフローの極性を表すオーバーフ
ロー符号信号を出力する累積加算器14と、この累積加
算結果をアナログ信号に変換し、センシングループ4に
入力される角速度に比例して左右両廻り光間に生じるサ
ニャック位相差を打ち消すためにセンシングループ4の
一端とビームスプリッタ2との間に配置した位相変調器
3にランプ状の駆動信号として供給するDA変換器15
と、累積加算器14が出力するオーバーフロー符号信号
と極性を表すオーバーフロー符号信号とをジャイロ信号
として出力するジャイロパルス発生器16と、AD変換
器8とDA変換器15にサンプリングパルスと駆動パル
スを与えるタイミングクロック発生器17とによって構
成される。
【0003】ジャイロパルス発生器16からはセンシン
グループ4に入力された角速度の方向に対応した極性と
数を持つジャイロパルスが出力され、ジャイロパルスの
数と極性によってセンシングループ4に入力される角速
度と、その方向を測定することができる。光電変換器5
から得られる光電変換信号は図4Cに示すように微弱な
信号であり、白色雑音を多く含むSN比の悪い信号であ
る。従来は図4Bに示すように、AD変換動作は位相変
調信号φsの半周期τごとに1回ずつ行っている。この
ように1回のサンプリングによってAD変換値E1,E
2,E3,E4…を決定すると、このAD変換値E1,
E2,E3…は雑音の影響が大きく介入することになる
ため、E1,E2,E3,E4は多くの場合、E1<>
E2<>E3<>E4…の関係になる。このために、例
えば入力角速度が0の場合においての位相変調信号φs
の正と負の区間(位相変調信号φsの1周期)でAD変
換値が0に収束しないことになり、図4Eに示す残留ノ
イズが発生することになる。
【0004】この残留ノイズが存在することにより、残
留ノイズより小さいレベルの角速度を測定できなくな
り、光ファイバジャイロのダイナミックレンジを狭くし
ている原因となっている。この欠点を解消するために、
従来より図5に示すようにAD変換器8を伝搬時間τの
時間内に複数回AD変換動作を実行させると共に、AD
変換器8の出力側に平均化処理装置10を設け、AD変
換器8から出力される複数のAD変換値をこの平均化処
理装置10で平均化処理し、その平均化処理したAD変
換値を同期検波する構成が考えられている。
【0005】つまり、図6Bに示すようにAD変換器8
のAD変換動作を位相変調信号φsの周期τごとに複数
回実行させ、この複数回のAD変換動作によって得られ
た複数のAD変換値を期間τごとに累積加算(図6E)
し、その累積加算したAD変換値E1,E2,E3,E
4…を平均化処理装置10で平均化処理(図6F)して
平均値E11,E12,E13,E14…を求め、その
平均化処理した平均値E11,E12,E13,E14
…を同期検波器13に入力する方法を採っている。
【0006】このように複数のAD変換値を平均化する
ことにより、サンプリングのタイミングにおける雑音の
影響を平均化することができる。この結果、平均値E1
1,E12,E13,E14…はE11≒E12≒E1
3≒E14となり、これにより残留ノイズのレベルを低
減できる効果が得られる。つまり、τの期間にAD変換
する動作回数をNとすれば、残留ノイズは1/√Nに低
減できることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図5に示した従来の平
均化処理装置10は、例えばマイクロコンピュータ等の
数値演算手段を用いて構成されるものであるから、平均
化処理装置10の構成が複雑になり、光ファイバジャイ
ロ全体のコストが高価になる欠点がある。この発明の目
的はN倍の数のサンプル点の平均値を求めて雑音による
影響を軽減する構成とした光ファイバジャイロにおい
て、平均化処理を簡素な構成で実現する平均化装置を用
いた光ファイバジャイロを提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明ではAD変換器
から出力されるデジタル信号を位相変調信号の半周期τ
ごとに累積加算すると共に、この累積加算結果に得られ
る桁上げされた上位ビットを含む多ビットのデジタル信
号の中から下位の不要ビットを除去することにより平均
化処理を実行する平均化処理装置を提案するものであ
る。
【0009】つまり、この発明による平均化処理装置は
位相変調信号の周期τごとに累積加算する累積加算器
と、この累積加算器の加算結果を格納する多ビットのレ
ジスタと、この多ビットのレジスタに格納された上位ビ
ットから最下位ビットまでの多ビットのデータから下位
の所定ビットを除去するビット除去手段とによって構成
することができる。
【0010】この結果、平均化処理装置としては簡素な
構成とすることができ、しかも全体として安価な回路素
子で構成できるため、従来より大幅にコストダウンが期
待できる効果が得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1にこの発明の一実施例を示
す。図5と対応する部分には同一符号を付して示す。図
1に示す20はこの発明で提案する平均化処理装置を示
す。この発明で提案する平均化処理装置20はAD変換
器でのAD変換出力をラッチするラッチ回路20Aと、
このラッチ回路20AにラッチしたAD変換値を周期τ
ごとに累積加算する累積加算器20Bと、この累積加算
器20Bで累積加算されるデジタル値の桁上げ信号を順
次格納する多ビットレジスタ20Cと、この多ビットレ
ジスタ20Cに格納した多ビットデータの下位ビット側
の所定ビットを除去し、上位側のビットのデータを同期
検波器13に送り込むビット除去手段20Dとによって
構成される。
【0012】平均化処理で必要な除去するビット数は累
積加算回数をM回とした場合、M=2n を満たすnが除
去するビット数となる。因みに簡単な例としてM=8と
した場合、8=23 となる。従って、この場合には8回
の加算結果を表す多ビットのデジタル値の下位3ビット
を除去すれば平均化処理した結果が得られる。具体的に
は次の如くである。
【0013】 上記した例では各加算ごとに「4」を表す「00000
100」を8回加算した場合を示す。合計値「32」を
表す「00100000」の下位3ビットを除去すれば
平均値「4」を表す「00100」が得られる。
【0014】従って、ビット除去手段20Dで除去する
ビット数は累積加算器20Bにおいて加算する加算回数
Mで決定され、その加算回数MはAD変換器8が周期τ
内においてAD変換動作する動作回数によって決定され
る。また、AD変換器8の動作回数はタイミングクロッ
ク発生器17からAD変換器8に与えるサンプリングパ
ルスの数によって決定される。
【0015】なお、図2に示す波形図では図2Dに示す
ように、位相変調信号が切り替わった直後は図2Cに示
す光電変換信号に大きいレベルのノイズ成分が発生す
る。このため、この部分でAD変換を行わないように例
えばタイミングクロック発生器17から図2Dに示す禁
止ゲート信号を出力させ、この禁止ゲート信号によって
AD変換器8の動作を禁止し、AD変換を行わないよう
にした例を示している。
【0016】このようにAD変換動作を位相変調信号の
切替えのタイミングの直後で禁止することにより、大き
いノイズ成分がAD変換出力側に混入することを阻止す
ることができるため、更に残留ノイズのレベルを低減で
きる利点が得られる。この場合、実質的に周期τごとに
実行されるAD変換動作回数はN−X(Xは禁止期間中
のサンプリングパルスの数)となり、平均化処理回数N
が減少するが、その代わりに大きいノイズ成分の混入を
阻止したから、平均化処理した図2Fに示す平均値E1
1,E12,E13,E14,…は略々E11=E12
=E13=E14=…となり、この点で残留ノイズを更
に一層低減できることになる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
実質的に累積加算器20Bとビット除去手段20Dとに
よって平均化処理装置を構成できるから、平均化処理装
置20の構成を簡素化することができる。従って、周期
τごとに複数のAD変換を実行してノイズによる影響を
低減した高精度型の光ファイバジャイロのコストダウン
を達することができる利点が得られる。
【0018】また、ゲート信号によってAD変換器8の
動作を位相変調信号の切替えのタイミング直後では禁止
させる構成を付加した場合には、大きなノイズによる影
響も除去できるから、残留ノイズのレベルを更に低減で
きる利点も得られ、微少な角速度入力に対しても測定が
可能な光ファイバジャイロを提供できる利点が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による光ファイバジャイロの一実施例
を説明するためのブロック図。
【図2】図1の動作を説明するための波形図。
【図3】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図4】図3の動作を説明するための波形図。
【図5】従来の技術の他の例を説明するためのブロック
図。
【図6】図5の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
1 光源 2 ビームスプリッタ兼干渉手段 3 光変調器 4 センシングループ 5 光電変換器 6 前置増幅器 7 アンチエリアシングフィルタ 8 AD変換器 9 位相変調信号発生器 13 同期検波器 14 累積加算器 15 DA変換器 16 ジャイロパルス発生器 17 タイミングクロック発生器 20 平均化処理装置 20A ラッチ回路 20B 累積加算器 20C 多ビットレジスタ 20D ビット除去手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 A.光源と、 その光源よりの光をビームスプリッタにより2分された
    光をそれぞれ右廻り光及び左廻り光として入射されるコ
    イル状に光ファイバを巻回して構成したセンシングルー
    プと、 このセンシングループから出射される右廻り光と左廻り
    光とを干渉させる干渉手段と、 この干渉手段の出力である干渉光を光の強度に比例した
    電気信号に変換する光電変換器と、 上記センシングループの一端と、上記ビームスプリッタ
    との間に配置した光変調器と、 この光変調器に上記センシングループを周回する光の伝
    搬時間τに等しい周期により、上記左右廻り光に正と負
    の位相バイアスを交互に与えるための位相変調信号を供
    給する位相変調信号発生器と、 上記光電変換器が出力する光電変換信号をデジタル信号
    に変換するAD変換器と、 このAD変換器で変換されたデジタル信号を上記位相変
    調信号がnτごとに切り替わる前後の変換信号の出力レ
    ベルを比較しその差を算出する同期検波器と、 この同期検波器の同期検波出力を上記位相変調信号の周
    期τごとに累積加算し、その累積加算結果の絶対値が予
    め決めた2Pπ(P=1,2,3…)に対応するしきい
    値を越えてオーバーフローするとオーバーフローが生じ
    たことを示すオーバーフロー信号と、オーバーフローの
    極性を示すオーバーフロー符号信号とを出力する累積加
    算器と、 この累積加算結果をアナログ信号に変換し、上記センシ
    ングループに入力される角速度に比例して左右両廻り光
    間に生じるサニャック位相差を打ち消すために上記光変
    調器にランプ状の駆動信号として供給するDA変換器
    と、 このDA変換器が出力する駆動信号のフライバック時に
    ジャイロパルスを出力するジャイロパルス発生器とによ
    って構成される光ファイバジャイロにおいて、 B.上記AD変換器を上記位相変調信号の周期τごとに
    複数回AD変換動作させるタイミングクロック発生器
    と、 C.このAD変換器が上記周期τごとに複数回出力する
    AD変換値の平均値を上記同期検波器に出力する平均化
    処理装置と、を付加した構成としたことを特徴とする光
    ファイバジャイロ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の平均化処理装置は、上記
    AD変換器が上記周期τの範囲内で出力する複数のAD
    変換値を累積加算する加算器と、この加算器が加算した
    結果を格納する多ビットレジスタと、この多ビットレジ
    スタに格納した多ビットデータの中の下位ビット側の所
    望のビットを除去して平均値を出力するビット除去手段
    とによって構成したことを特徴とする光ファイバジャイ
    ロ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光ファイバジャイロにお
    いて、上記AD変換器の動作を上記位相変調信号の周期
    τの切替え直後は禁止させる制御を行わせる構成とした
    ことを特徴とする光ファイバジャイロ。
JP10223492A 1998-08-07 1998-08-07 光ファイバジャイロ Pending JP2000055672A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132941A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Honeywell Internatl Inc 光ファイバ・ジャイロスコープの非同期復調
JP2009092382A (ja) * 2007-10-03 2009-04-30 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 閉ループ型光干渉角速度計
CN109974684A (zh) * 2019-04-03 2019-07-05 北京航空航天大学 一种超高精度干涉式光纤陀螺仪的信号处理方法及装置

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Effective date: 20030415