JPH02300624A - 光干渉角速度計 - Google Patents
光干渉角速度計Info
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- JPH02300624A JPH02300624A JP1121862A JP12186289A JPH02300624A JP H02300624 A JPH02300624 A JP H02300624A JP 1121862 A JP1121862 A JP 1121862A JP 12186289 A JP12186289 A JP 12186289A JP H02300624 A JPH02300624 A JP H02300624A
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- light source
- gyrometer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- 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
- G01C19/721—Details
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、光源として半導体レーザやスーパールミネ
ッセントダイオードなどを用いた光干渉角速度計におい
て低消費電力化をはかり、適用温度範囲の拡大をはかっ
た光干渉角速度計に関する。
ッセントダイオードなどを用いた光干渉角速度計におい
て低消費電力化をはかり、適用温度範囲の拡大をはかっ
た光干渉角速度計に関する。
「従来の技術」
従来の光干渉角速度計を第４図に示す。光源１１からの
光は、光カプラ１２．偏光子１３．光カプラ１４を経て
光ファイバコイル１５の両端に入射され、右回り光およ
び左回り光となる。光ファイバコイル１５をそれぞれ反
対方向に伝搬したこれらの光は、光カブラ１４で結合さ
れ干渉し再び偏光子１３．光カブラ１２を通って受光器
１６へ到達し、光電変換される。
光は、光カプラ１２．偏光子１３．光カプラ１４を経て
光ファイバコイル１５の両端に入射され、右回り光およ
び左回り光となる。光ファイバコイル１５をそれぞれ反
対方向に伝搬したこれらの光は、光カブラ１４で結合さ
れ干渉し再び偏光子１３．光カブラ１２を通って受光器
１６へ到達し、光電変換される。
光ファイバコイル１５の周方向に角速度が印加されてな
い状態では、光ファイハコイル１５中における両光（右
回り光と左回り光）間の位相差は、は〈ゼロであるが、
光ファイハコ・イル１５の周力面に角速度Ωを印加する
と、この角速度ΩにまっていわゆるＳａｇｎａｃ効果が
生（六）■ファイハーフイル１５中における両光間に位
相差か発生ずる。この位相差ΔφΩは、周知のよ・）に Ｃλ で表される。、ｌＪ−でＲは光ファイハニ１イル１５の
半径で、１７は光ファイバコイル１５の光ファイバ長、
λは真空中における光の波長、Ｃ（、；ｌ光速、Ωは入
力角速度を示す。
い状態では、光ファイハコイル１５中における両光（右
回り光と左回り光）間の位相差は、は〈ゼロであるが、
光ファイハコ・イル１５の周力面に角速度Ωを印加する
と、この角速度ΩにまっていわゆるＳａｇｎａｃ効果が
生（六）■ファイハーフイル１５中における両光間に位
相差か発生ずる。この位相差ΔφΩは、周知のよ・）に Ｃλ で表される。、ｌＪ−でＲは光ファイハニ１イル１５の
半径で、１７は光ファイバコイル１５の光ファイバ長、
λは真空中における光の波長、Ｃ（、；ｌ光速、Ωは入
力角速度を示す。
さらに受光器１６に到達し７た干渉光の強度Ｉ。
は、
Ｉ ｍ ａ ｘ
■ｏ −−−−−・ （１＋ｃｏｓ ΔφΩ） ・・
・（２）となる。、−ごで１ｍａｘは、最大光量を示す
。
・（２）となる。、−ごで１ｍａｘは、最大光量を示す
。
従って干渉光の強度Ｉ。を測定することζ５、二よっ゛
Ｃ角速度Ωを検出するごとができろ。Ｕ７かしこの場合
、入力角速度Ωが小さい場合においてイ◇相差ΔφΩか
小さく 、ｃｏｓΔφΩの変化がわずかであり感度が極
端に低くなる。
Ｃ角速度Ωを検出するごとができろ。Ｕ７かしこの場合
、入力角速度Ωが小さい場合においてイ◇相差ΔφΩか
小さく 、ｃｏｓΔφΩの変化がわずかであり感度が極
端に低くなる。
このような点から従来より入力感度を最適化するため第
４図に示すように光ファイバコイル１５の一端と光カプ
ラ１４との間に位相変調器１７を挿入し、位相変調器駆
動回路１８からの駆動信号６．１より互いに逆方向に伝
搬する光を位相変調する方法がとられている。第５回は
位相変調信号に正弦波を用いた場合の位相変調信号と干
渉光との関係を示し、第６図は位相変調信号に矩形波を
用いた場合を小ず。
４図に示すように光ファイバコイル１５の一端と光カプ
ラ１４との間に位相変調器１７を挿入し、位相変調器駆
動回路１８からの駆動信号６．１より互いに逆方向に伝
搬する光を位相変調する方法がとられている。第５回は
位相変調信号に正弦波を用いた場合の位相変調信号と干
渉光との関係を示し、第６図は位相変調信号に矩形波を
用いた場合を小ず。
いずれの場合も、（Ｑ相変調の結実現れノコ「渉光の強
度Ｉ。には、 １、、−Ｋｓ−ｓｉｎΔφ−ｃｏｓ（ωｔ、 （θ）
−（３）の成分が含まれている。こごでに、は定数、
６）ば位相変調の角周波数、θは位相変調信号と１（５
・ｓｉｎΔφ成分との位相差を示す。
度Ｉ。には、 １、、−Ｋｓ−ｓｉｎΔφ−ｃｏｓ（ωｔ、 （θ）
−（３）の成分が含まれている。こごでに、は定数、
６）ば位相変調の角周波数、θは位相変調信号と１（５
・ｓｉｎΔφ成分との位相差を示す。
従って受光器１６で光電変換された信弓を、同１す１検
波回路１１）により位相変調信号に同期１−７た信号で
同期検波し−Ｃやると、同１υ１検波回路１９の出力■
は、 Ｖ−１＜・ｓｉｎ Δφ −（４１１
となる。ここでＩ（は定数てあイ）。
波回路１１）により位相変調信号に同期１−７た信号で
同期検波し−Ｃやると、同１υ１検波回路１９の出力■
は、 Ｖ−１＜・ｓｉｎ Δφ −（４１１
となる。ここでＩ（は定数てあイ）。
（４）式における位相Δφは、光ファイハニフイル１５
中における両光間の位相差で Δφ−ΔφΩ十Δφ、 ・・・（５）で表さ
れる。ここで位相差Δφ、は光ファイバごＩイル１５の
他端と光カブラ１４との間に挿入されたフィードハック
イウ相発生器２１により発生Ｕ７だ両光の位相差を示す
。この位相差Δφ、は、ノイードハンク位相発４Ｌ器２
するこよって光のイ〜）相を・定の割合て偏移さ・Ｕる
ことて生ｊ）さゼる、二とかできる。現実的には、フィ
ートハック位相光４に器２１に鋸歯状波発生器２２から
鋸歯状波を印加ｊ〜光の位相を偏移さ・υている。
中における両光間の位相差で Δφ−ΔφΩ十Δφ、 ・・・（５）で表さ
れる。ここで位相差Δφ、は光ファイバごＩイル１５の
他端と光カブラ１４との間に挿入されたフィードハック
イウ相発生器２１により発生Ｕ７だ両光の位相差を示す
。この位相差Δφ、は、ノイードハンク位相発４Ｌ器２
するこよって光のイ〜）相を・定の割合て偏移さ・Ｕる
ことて生ｊ）さゼる、二とかできる。現実的には、フィ
ートハック位相光４に器２１に鋸歯状波発生器２２から
鋸歯状波を印加ｊ〜光の位相を偏移さ・υている。
フィートハックイ９相発生器２１に鋸歯状波を印加する
よＣＷ光（右回り光）は、第７図（ａ）に実線て示Ｌ７
たように位相シフトか住じ、−力、ＣＣＷ光（左回り光
）は、破線で示したよ・しるこ光ファイバコイル１５を
伝搬する先の伝Ｉ１１時間τだしＪ遅れて同様の位相シ
フ１−を受ける。その結果、両光間の位相差Δφ、は、
第７図（１））に示したように生じる。ここで鋸歯状位
相シフ１−の最大偏移が２πｋ（ｋ：整数）となるよう
与えると両光間の位相差Δφ、は、鋸歯状波の周波数を
ｆとすると２πｎ Ｉ−７ Δφｆ −−””’−’−’−’−” −’ −・ｋ・
［・・・（６）で表される。Ｉｌｉ期検期間波回路１出
力を電気フィルタ２３へ供給し、電気フィルタ２３の出
力を鋸歯状波発生器２２に印加し、正および負の入力電
圧に対応した周波数の正および負の鋸歯状波を発生して
光ファイバコイル１５におけるＳａｇｎａｃ位相差Δφ
ΩをΔφ、て打ち消す、Ｊ、・うに鋸歯状波の周波数を
制御すると、クローズトループが達成され、鋸歯状波の
周波数ｆは、（１）、 （５）、 （６）式よりｎ λ
ｋ で表される。（７）式より鋸歯状波の周波数ｆを計測ｎ
λ ｋ 方角速度Ωを知ることができる。
よＣＷ光（右回り光）は、第７図（ａ）に実線て示Ｌ７
たように位相シフトか住じ、−力、ＣＣＷ光（左回り光
）は、破線で示したよ・しるこ光ファイバコイル１５を
伝搬する先の伝Ｉ１１時間τだしＪ遅れて同様の位相シ
フ１−を受ける。その結果、両光間の位相差Δφ、は、
第７図（１））に示したように生じる。ここで鋸歯状位
相シフ１−の最大偏移が２πｋ（ｋ：整数）となるよう
与えると両光間の位相差Δφ、は、鋸歯状波の周波数を
ｆとすると２πｎ Ｉ−７ Δφｆ −−””’−’−’−’−” −’ −・ｋ・
［・・・（６）で表される。Ｉｌｉ期検期間波回路１出
力を電気フィルタ２３へ供給し、電気フィルタ２３の出
力を鋸歯状波発生器２２に印加し、正および負の入力電
圧に対応した周波数の正および負の鋸歯状波を発生して
光ファイバコイル１５におけるＳａｇｎａｃ位相差Δφ
ΩをΔφ、て打ち消す、Ｊ、・うに鋸歯状波の周波数を
制御すると、クローズトループが達成され、鋸歯状波の
周波数ｆは、（１）、 （５）、 （６）式よりｎ λ
ｋ で表される。（７）式より鋸歯状波の周波数ｆを計測ｎ
λ ｋ 方角速度Ωを知ることができる。
光源１１は例えば第８図に示すように、ケース２４をカ
バー２５で蓋した内部に光源素子用ヒートシンク２６が
配され、ピー１〜シンク２６上に光源素子２７が固定さ
れ、先球光フアイバ固定台２８上に光ファイバの先端を
球状にした先球光ファイバ２９がハンダ３１で固定され
る。光源素子２７からの光が適切に先球光ファイバ２９
に入射するように８周芯されている。ヒートシンク２６
にはこれを冷却するためベルチェ素子３２が取り付けら
れ、また温度を検出するためにサーミスタ３３が取り付
けられている。光源素子２７の光を受光する光量モニタ
用フォトディテクタ３４が設けられている。光源素子２
７．’Ｊ゛−ミスタ３３．フ第１・ディテクタ３４など
はケース２４に取り付けられたハーメデック端子３５に
接続される。ケース２４は取付板３６に取り付けられる
。
バー２５で蓋した内部に光源素子用ヒートシンク２６が
配され、ピー１〜シンク２６上に光源素子２７が固定さ
れ、先球光フアイバ固定台２８上に光ファイバの先端を
球状にした先球光ファイバ２９がハンダ３１で固定され
る。光源素子２７からの光が適切に先球光ファイバ２９
に入射するように８周芯されている。ヒートシンク２６
にはこれを冷却するためベルチェ素子３２が取り付けら
れ、また温度を検出するためにサーミスタ３３が取り付
けられている。光源素子２７の光を受光する光量モニタ
用フォトディテクタ３４が設けられている。光源素子２
７．’Ｊ゛−ミスタ３３．フ第１・ディテクタ３４など
はケース２４に取り付けられたハーメデック端子３５に
接続される。ケース２４は取付板３６に取り付けられる
。
第９図に示すように光量モニタ用フォトディテクタ３４
の出力は自動光量制御回路３７に入力され、自動光量制
御回路３７は光源素子２７の発光光量を一定に制御する
。サーミスタ３３ば温度制御回路３８内のブリッジ回路
３９に接続され、ブリッジ回路３９からヒートシンク２
６の検出温度の設定温度に対する誤差信号が検出され、
その誤差信号は誤差信号増幅回路４１で増幅され、ベル
チェ素子駆動電流発生回路４２へ供給され、ヒートシン
ク２６の温度が設定温度になるようにベルチェ素子３２
の駆動電流が制御される。
の出力は自動光量制御回路３７に入力され、自動光量制
御回路３７は光源素子２７の発光光量を一定に制御する
。サーミスタ３３ば温度制御回路３８内のブリッジ回路
３９に接続され、ブリッジ回路３９からヒートシンク２
６の検出温度の設定温度に対する誤差信号が検出され、
その誤差信号は誤差信号増幅回路４１で増幅され、ベル
チェ素子駆動電流発生回路４２へ供給され、ヒートシン
ク２６の温度が設定温度になるようにベルチェ素子３２
の駆動電流が制御される。
光源１１で使用する光源素子２７は、光ファイバコイル
１５中における後方レイリー散乱、偏光モード間のカッ
プリングおよびカー効果等によるノイズの影響を小さく
抑える目的のため光源出射光のスペクトル幅の広いスー
パールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が光干渉角速
度計の高精度化のため良く用いられる。しかしごのＳＬ
Ｄは、ＳＬＤのヒートシンク２６の温度で駆動電流が大
きく変化する。第１０図はＳＬＤモジュールのＳＬＤヒ
ートシンク２６の温度に対するＳＬＤ駆動電流の関係を
示す実測データである。
１５中における後方レイリー散乱、偏光モード間のカッ
プリングおよびカー効果等によるノイズの影響を小さく
抑える目的のため光源出射光のスペクトル幅の広いスー
パールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が光干渉角速
度計の高精度化のため良く用いられる。しかしごのＳＬ
Ｄは、ＳＬＤのヒートシンク２６の温度で駆動電流が大
きく変化する。第１０図はＳＬＤモジュールのＳＬＤヒ
ートシンク２６の温度に対するＳＬＤ駆動電流の関係を
示す実測データである。
ここでＳＬＤモジュールの先球光ファイバ２９からの出
射光量を最大光量の１／２の光量即ち５００μＷに設定
したとすると、ＳＬＤのヒートシンク２６に印加できる
温度は、せいぜい４５°Ｃ程度で、ＭＩＬ等で例えば要
求される＋８５°Ｃの雰囲気中では、使用が不可能であ
る。
射光量を最大光量の１／２の光量即ち５００μＷに設定
したとすると、ＳＬＤのヒートシンク２６に印加できる
温度は、せいぜい４５°Ｃ程度で、ＭＩＬ等で例えば要
求される＋８５°Ｃの雰囲気中では、使用が不可能であ
る。
そこで通常ベルチェ素子３２を使ってＳＬＤヒートシン
ク２６の温度を例えば４０°Ｃ一定に制御される。第８
図に示した光源モジュールに使用しているベルチェ素子
３２は、第１１図に示す特性を有している。
ク２６の温度を例えば４０°Ｃ一定に制御される。第８
図に示した光源モジュールに使用しているベルチェ素子
３２は、第１１図に示す特性を有している。
第１１図においてＱは、ベルチェ素子の冷却側における
くみ出し熱量で冷却面に取りイ」ける光源素子２７の発
熱量に対応させることができる。光源素子２７の冷却面
におけるくみ出し熱量は厳密には、光源素子２７の発熱
以外に先球光ファイバ２９を伝わってくる熱量や、光源
モジュール内部における放射、対流による熱量が加算さ
れ、第１１図に示したペルチェ単体の性能に比べ効率を
滅じて考える必要がある。第１１図から明らかなように
ペルチェ駆動電流がＩＡ以上になると吸熱効率が悪くな
る。そのためペルチェ電流は、ＩＡ以下で使うのが望ま
しい。
くみ出し熱量で冷却面に取りイ」ける光源素子２７の発
熱量に対応させることができる。光源素子２７の冷却面
におけるくみ出し熱量は厳密には、光源素子２７の発熱
以外に先球光ファイバ２９を伝わってくる熱量や、光源
モジュール内部における放射、対流による熱量が加算さ
れ、第１１図に示したペルチェ単体の性能に比べ効率を
滅じて考える必要がある。第１１図から明らかなように
ペルチェ駆動電流がＩＡ以上になると吸熱効率が悪くな
る。そのためペルチェ電流は、ＩＡ以下で使うのが望ま
しい。
先に述べたように先球光ファイバ２９の出射光５００μ
Ｗとすると第１２図の連続動作時のデータよりペルチェ
電流がＩＡを越える環境温度は、８１°Ｃ近辺であり、
要求の＋８５°Ｃ以下である。
Ｗとすると第１２図の連続動作時のデータよりペルチェ
電流がＩＡを越える環境温度は、８１°Ｃ近辺であり、
要求の＋８５°Ｃ以下である。
一方ＳＬＤモジュールの温度制御によって生じる消費電
力は、第９同温度制御回路３８とベルチェ素子３２の消
費電力の合計で表される。ブリッジ回路３９および誤差
信号増幅回路４１はベルチェ素子駆動電流発生回路４２
およびベルチェ素子３２の最大電力に比べると小さいの
で、ベルチェ素子駆動電流発生回路４２およびベルチェ
素子３２の消費電力について求める。ここでベルチェ素
子駆動電流発生回路４２の電源電圧を、ベルチェ素子３
２による温度制御が安定動作可能な電圧でかつ光干渉角
速度計を使用するシステムから比較的供給可能な電圧５
■を考えると、ペルチェ素子３２に流れる最大電流を１
Δに制御ＥＩｄ したとすると、’！Ａ７（速制御によ
る消費電力は５Ｗとなり、伯の電気回路の消費電力と合
ね・已て考えると従来の＝ｌリオリの効果を利用したシ
ャイ１−１スコープに比べ大きなものになる。
力は、第９同温度制御回路３８とベルチェ素子３２の消
費電力の合計で表される。ブリッジ回路３９および誤差
信号増幅回路４１はベルチェ素子駆動電流発生回路４２
およびベルチェ素子３２の最大電力に比べると小さいの
で、ベルチェ素子駆動電流発生回路４２およびベルチェ
素子３２の消費電力について求める。ここでベルチェ素
子駆動電流発生回路４２の電源電圧を、ベルチェ素子３
２による温度制御が安定動作可能な電圧でかつ光干渉角
速度計を使用するシステムから比較的供給可能な電圧５
■を考えると、ペルチェ素子３２に流れる最大電流を１
Δに制御ＥＩｄ したとすると、’！Ａ７（速制御によ
る消費電力は５Ｗとなり、伯の電気回路の消費電力と合
ね・已て考えると従来の＝ｌリオリの効果を利用したシ
ャイ１−１スコープに比べ大きなものになる。
［発明か解決しようとする課題−１
以上述べたように、従来の光−干渉角速度計は、高精度
化のためＳｌ、［〕累子を用い１、さらに使用温度範囲
の拡大のためベルチェ素子によるＳ Ｌ Ｄ素子の温度
制御を行っていた。また光源上ジュールは温度制御によ
る消費電力をできるだけ小ざく抑えるためと光源千シＪ
、−ルの小型化のため小型のベルチエ素子を通常用いて
いる。
化のためＳｌ、［〕累子を用い１、さらに使用温度範囲
の拡大のためベルチェ素子によるＳ Ｌ Ｄ素子の温度
制御を行っていた。また光源上ジュールは温度制御によ
る消費電力をできるだけ小ざく抑えるためと光源千シＪ
、−ルの小型化のため小型のベルチエ素子を通常用いて
いる。
そのため高温側の使用最大温度で作動さ−ｌＪるごとが
できず、ざらに小型ベルチエ素子を使用しているにかか
わらず、最大消費電力は、温度制御のめて５Ｗもあり、
これだりで従来のコリオリの効果を利用したジャイロス
コープの消費電力より同等または多少太き目である。
できず、ざらに小型ベルチエ素子を使用しているにかか
わらず、最大消費電力は、温度制御のめて５Ｗもあり、
これだりで従来のコリオリの効果を利用したジャイロス
コープの消費電力より同等または多少太き目である。
この発明の目的は、従来の欠点を除去し、使用温度範囲
を８５゛Ｃ以上に拡大し、かつ消費電力を小さく抑えた
光干渉角速度計を提供することにある。
を８５゛Ｃ以上に拡大し、かつ消費電力を小さく抑えた
光干渉角速度計を提供することにある。
［課題を解決するだめの手段」
この発明は、光干渉角速度５１において、光源を断続的
に作動さ一ロる手段を設けるごとによって光干渉角速度
計とｊ〜での機能、性能を満たｊ、９つ使用温度範囲を
＋８５°Ｃ以トに拡大し、かつ消費電力の低減を行った
ものである。光干渉角速度計の精度を高く保持する場合
は同期検波回路の前段またｔ、Ｊ後段るこゲート回路を
設りて光源の作動時におし」る同期検波回１洛の出力を
利用する。
に作動さ一ロる手段を設けるごとによって光干渉角速度
計とｊ〜での機能、性能を満たｊ、９つ使用温度範囲を
＋８５°Ｃ以トに拡大し、かつ消費電力の低減を行った
ものである。光干渉角速度計の精度を高く保持する場合
は同期検波回路の前段またｔ、Ｊ後段るこゲート回路を
設りて光源の作動時におし」る同期検波回１洛の出力を
利用する。
「実施例」
次にこの発明の実施例を図面を参照して説明Ｊる。第１
図にこの発明による光干渉角速度計の機能ブロンク図を
示し、第４図よ対応する部分に同一符号を（＝Ｊけであ
る。光ファイバ刀イル１５を伝搬する両光の干渉光が受
光器１６に到達し受光器１Ｇで光電変換されるまでの機
能は、第４図の従来例で示した通りである。ここで光源
１１は第ε（図で示したよ・うにモジ１−ル化しである
。
図にこの発明による光干渉角速度計の機能ブロンク図を
示し、第４図よ対応する部分に同一符号を（＝Ｊけであ
る。光ファイバ刀イル１５を伝搬する両光の干渉光が受
光器１６に到達し受光器１Ｇで光電変換されるまでの機
能は、第４図の従来例で示した通りである。ここで光源
１１は第ε（図で示したよ・うにモジ１−ル化しである
。
光源１１からの出力光は、自動光濱制御回路、′１７に
よってその平均値が一定となるように調整されるか、ロ
ジック回路４３からのＡパルスによってスイッチ４４が
開閉されて光源駆動電流がオンオフされ、出射、非出射
を交互に繰り返す。
よってその平均値が一定となるように調整されるか、ロ
ジック回路４３からのＡパルスによってスイッチ４４が
開閉されて光源駆動電流がオンオフされ、出射、非出射
を交互に繰り返す。
その結果、干渉光■。は、第２図Δに示すように、Ａパ
ルス（第２図Ｂ）がＯＮｆ、、光源１１が作動している
時のみ現れ、ＡパルスがＯＦ Ｆの非動作の時にはゼロ
となる。
ルス（第２図Ｂ）がＯＮｆ、、光源１１が作動している
時のみ現れ、ＡパルスがＯＦ Ｆの非動作の時にはゼロ
となる。
この干渉光Ｉ。は、受光器１６によって光電変換され、
直流成分除去回路４５の入力端ｆ４６に入力される。こ
の直流成分除去回路４５は、例えば第３図に示゛す機能
を有するものである。即ち、端子４７を通じて供給され
るＡパルスによりスイッチ４８が制御され、端子４Ｇに
入力された干渉光Ｉ。の光電変換信号は、光源】１の光
源素子２７の作動と非作動を制御したＡパルスと同じタ
イミングでスイッチ４８が制御され、光源素Ｙ−２゛ｌ
が動作した時に低周波し、や断フィルタ４１〕とリーン
プルホールド回路５１に入射される。低周波しゃ断フィ
ルタ４つに入射された信号は、直流分を除去し交流成分
のみが直流成分除去回路４５の出力端子５２に出力され
る。
直流成分除去回路４５の入力端ｆ４６に入力される。こ
の直流成分除去回路４５は、例えば第３図に示゛す機能
を有するものである。即ち、端子４７を通じて供給され
るＡパルスによりスイッチ４８が制御され、端子４Ｇに
入力された干渉光Ｉ。の光電変換信号は、光源】１の光
源素子２７の作動と非作動を制御したＡパルスと同じタ
イミングでスイッチ４８が制御され、光源素Ｙ−２゛ｌ
が動作した時に低周波し、や断フィルタ４１〕とリーン
プルホールド回路５１に入射される。低周波しゃ断フィ
ルタ４つに入射された信号は、直流分を除去し交流成分
のみが直流成分除去回路４５の出力端子５２に出力され
る。
一方ザンブルホールド回路５１は、その間データのサン
プリングを実行する。
プリングを実行する。
次にＡパルスが■、′″レヘルなり光源素子２７が非動
作になるとスイッチ４８は、■接点側に倒れるので低周
波しゃ断フィルタ４９には、サンプルホールド回路５１
の出力が入力される。サンプルボールド回路５１はＡパ
ルスが“Ｉ７”レベルの時は、ボールド中であるので、
△パルスが’Ｈ”レベル中にサンプリングしたデータの
平均値を送出する。
作になるとスイッチ４８は、■接点側に倒れるので低周
波しゃ断フィルタ４９には、サンプルホールド回路５１
の出力が入力される。サンプルボールド回路５１はＡパ
ルスが“Ｉ７”レベルの時は、ボールド中であるので、
△パルスが’Ｈ”レベル中にサンプリングしたデータの
平均値を送出する。
このようにリンプルホールド回路５１を設りたことによ
り、光源素子２７の作動と非作動による直流レベルの変
動を小さくすることができる。その結果、低周波しゃ断
フィルタ４９の出力は、第５図Ｃに示ｔよ・うに、光源
素子２７の作動と非作動の境弄での過大な過渡現象（ス
パイクノイス）を防止することができる。
り、光源素子２７の作動と非作動による直流レベルの変
動を小さくすることができる。その結果、低周波しゃ断
フィルタ４９の出力は、第５図Ｃに示ｔよ・うに、光源
素子２７の作動と非作動の境弄での過大な過渡現象（ス
パイクノイス）を防止することができる。
続いて直流成分除去回路４５からの出力は、同期検波回
路１９において位相変調周波数と同じ成分がＢパルスに
よって同期検波される。この同期検波出力はゲート回路
としてのスイッチ５３により光源１１の作動期間取り出
される。この場合、光源素子の作動、非作動の結果生し
るスパイクノイズを除去するため、スイッチ５３を制御
するＣパルスはＡパルスよりもＯＮ期間を狭くする。同
期検波回路１９からの信号の内、位相変調周波数の□
（Ｎ＋］）（Ｎ＝０．１．２・・・）の周期分の信号が
除去され、例えばＰｊＤ（比例微分積分）フィルタなど
の電気フィルタ２３に人力される。電気フィルタ２３の
出力は鋸歯状波発生器２２に印加され、そこで正および
負の入力電圧に対応した周波数の正および負の鋸歯状波
を発生ずる。
路１９において位相変調周波数と同じ成分がＢパルスに
よって同期検波される。この同期検波出力はゲート回路
としてのスイッチ５３により光源１１の作動期間取り出
される。この場合、光源素子の作動、非作動の結果生し
るスパイクノイズを除去するため、スイッチ５３を制御
するＣパルスはＡパルスよりもＯＮ期間を狭くする。同
期検波回路１９からの信号の内、位相変調周波数の□
（Ｎ＋］）（Ｎ＝０．１．２・・・）の周期分の信号が
除去され、例えばＰｊＤ（比例微分積分）フィルタなど
の電気フィルタ２３に人力される。電気フィルタ２３の
出力は鋸歯状波発生器２２に印加され、そこで正および
負の入力電圧に対応した周波数の正および負の鋸歯状波
を発生ずる。
鋸歯状波発生器２２からの鋸歯状波は、フィードバック
位相発生器２１に印加される。
位相発生器２１に印加される。
フィードバック位相発生器２１は、従来よりニオブ酸す
チューム（ＬｉＮｂｏ３）の光学結晶の電気光学効果を
利用した位相変調器が利用されており、鋸歯状波の入力
を受けて光ファイバコイル１５の両光に位相変化を与え
る。以下光干渉角速度計のクローズトループ型零位法の
説明は、第４図について従来例で示した通りである。な
お、Ａパルス、Ｂパルス、Ｃパルスは、クロック発生器
５４からクロックがロジック回路４３へ供給され、ロジ
ック回路４３で作られる。
チューム（ＬｉＮｂｏ３）の光学結晶の電気光学効果を
利用した位相変調器が利用されており、鋸歯状波の入力
を受けて光ファイバコイル１５の両光に位相変化を与え
る。以下光干渉角速度計のクローズトループ型零位法の
説明は、第４図について従来例で示した通りである。な
お、Ａパルス、Ｂパルス、Ｃパルスは、クロック発生器
５４からクロックがロジック回路４３へ供給され、ロジ
ック回路４３で作られる。
ここで例えば、光干渉角速度計の高精度化が必要でない
用途の場合、ゲート回路であるスイッチ５３を省いても
所定の機能を達成することができる。また上記実施例で
は、スイッチ５３を同期検波回路１９の後段に配置した
が、同期検波回路１９の前段に置いても可能である。同
期検波回路１９の機能として、スイッチ５３の機能を含
むことも可能である。直流成分除去回路４５は、第３図
に示したようにザンブルホールド回路５１、スイッチ４
８および低域しゃ断フィルタ４９を組み合わせたもので
あったが、光干渉角速度計の高精度化が要求されない用
途の場合、単に低域しゃ断フィルタ４９だけでもよい。
用途の場合、ゲート回路であるスイッチ５３を省いても
所定の機能を達成することができる。また上記実施例で
は、スイッチ５３を同期検波回路１９の後段に配置した
が、同期検波回路１９の前段に置いても可能である。同
期検波回路１９の機能として、スイッチ５３の機能を含
むことも可能である。直流成分除去回路４５は、第３図
に示したようにザンブルホールド回路５１、スイッチ４
８および低域しゃ断フィルタ４９を組み合わせたもので
あったが、光干渉角速度計の高精度化が要求されない用
途の場合、単に低域しゃ断フィルタ４９だけでもよい。
ただしこの場合、前述のスパイクノイズが大きく現れて
くる。また実施例では、クローズトループ型零位法につ
いて述べたが、この発明の光干渉角速度計ば、基本的に
（４）式で達成可能であるので、（４）式で示した信号
を直接読み取って与えられた入力角速度を検知するオー
ブンループ型の光干渉角速度計にも適用できる。もらろ
ん、（４）式で示した信号を使用した別の方式の光干渉
角速度計にも容易に応用可能である。さらに実施例では
、位相変調信号に正弦波信号を使っているが、第６回に
示すように矩形波の゛変調信号を使っても（４）式の結
果を得ることかでき、この発明に適用可能である。
くる。また実施例では、クローズトループ型零位法につ
いて述べたが、この発明の光干渉角速度計ば、基本的に
（４）式で達成可能であるので、（４）式で示した信号
を直接読み取って与えられた入力角速度を検知するオー
ブンループ型の光干渉角速度計にも適用できる。もらろ
ん、（４）式で示した信号を使用した別の方式の光干渉
角速度計にも容易に応用可能である。さらに実施例では
、位相変調信号に正弦波信号を使っているが、第６回に
示すように矩形波の゛変調信号を使っても（４）式の結
果を得ることかでき、この発明に適用可能である。
ここで光源の作動と非作動を同時間間隔で繰り返すとＳ
Ｌ Ｄを使用した光源モジュールの特性は、第１２図
の×印で示したものとなる。このグラフによれば、先球
光フアイバ出射光を５００μＷ、ＳＬＤヒートシンク温
度４０°Ｃの条件で光源モジュールの使用温度範囲は、
要求の８５°Ｃ以上を十分満足する。また温度制御に要
する消費電力も、８０°Ｃの環境温度で比較すると光源
の連続作動時は、約４．７Ｗ （＃５ ＶＸｏ、９３Ａ
）であるが、５０％の間欠動作の時は、約２．９ｗ（＝
５ Ｖ ｘＯ，５７Ａ）となり、１．６倍の改善とな
る。
Ｌ Ｄを使用した光源モジュールの特性は、第１２図
の×印で示したものとなる。このグラフによれば、先球
光フアイバ出射光を５００μＷ、ＳＬＤヒートシンク温
度４０°Ｃの条件で光源モジュールの使用温度範囲は、
要求の８５°Ｃ以上を十分満足する。また温度制御に要
する消費電力も、８０°Ｃの環境温度で比較すると光源
の連続作動時は、約４．７Ｗ （＃５ ＶＸｏ、９３Ａ
）であるが、５０％の間欠動作の時は、約２．９ｗ（＝
５ Ｖ ｘＯ，５７Ａ）となり、１．６倍の改善とな
る。
また当然のこととして、Ｓ、ＬＤの駆動に要する電力（
含駆動回路の電力）も電源電圧を５■とすると、従来で
は第１０図より５００ μＷ、ヒートシンク温度４０°
Ｃで約１８８ｍＡであるから約ＩＷとなるが、５０％間
欠勤作では０．５ Ｗは低減できることとなり、温度制
御とＳＬＤ駆動合わせて１．７倍程度改善が計れる。
含駆動回路の電力）も電源電圧を５■とすると、従来で
は第１０図より５００ μＷ、ヒートシンク温度４０°
Ｃで約１８８ｍＡであるから約ＩＷとなるが、５０％間
欠勤作では０．５ Ｗは低減できることとなり、温度制
御とＳＬＤ駆動合わせて１．７倍程度改善が計れる。
「発明の効果」
以上説明したようにこの発明は、光源を断続的に作動状
態と非作、動状態に繰り返す手段を設けることにより、
使用温度範囲を８５°Ｃ以上に拡大することができ、か
つ光源の温度制御に要する消費電力を１．６倍近く改善
することができる。
態と非作、動状態に繰り返す手段を設けることにより、
使用温度範囲を８５°Ｃ以上に拡大することができ、か
つ光源の温度制御に要する消費電力を１．６倍近く改善
することができる。
第１図はこの発明による光干渉角速度計の機能構成例を
示すブロック図、第２図は第１図の各部の信号を示す図
、第３図は直流成分除去回路４５の具体例を示すブロッ
ク図、第４図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図
、第５図、第６図はそれぞれ正弦波および矩形波による
位相変調の結実現れる干渉光Ｄこついて説明する図、第
７図は第４図で示した光干渉角速度計のフィ・−ドハッ
ク信号について示す図、第８図は光源モジュールの構造
を示す図、第９図は光源モジュールの温度制御および光
世自動制御のｍ能構成を示すブ「！シフ図、第１０図は
Ｓ Ｌ Ｄのヒー用・シンクの温度対Ｓ Ｉ−Ｄの駆動
電流の関係を示す図、第１１図はペルチェ素子の特性図
、第１２図ばＳ Ｔ−１［）モジュールの環境温度に対
するペルチェ素子駆動？■Σ流の関係を示す図である。
示すブロック図、第２図は第１図の各部の信号を示す図
、第３図は直流成分除去回路４５の具体例を示すブロッ
ク図、第４図は従来の光干渉角速度計を示すブロック図
、第５図、第６図はそれぞれ正弦波および矩形波による
位相変調の結実現れる干渉光Ｄこついて説明する図、第
７図は第４図で示した光干渉角速度計のフィ・−ドハッ
ク信号について示す図、第８図は光源モジュールの構造
を示す図、第９図は光源モジュールの温度制御および光
世自動制御のｍ能構成を示すブ「！シフ図、第１０図は
Ｓ Ｌ Ｄのヒー用・シンクの温度対Ｓ Ｉ−Ｄの駆動
電流の関係を示す図、第１１図はペルチェ素子の特性図
、第１２図ばＳ Ｔ−１［）モジュールの環境温度に対
するペルチェ素子駆動？■Σ流の関係を示す図である。
Claims (3)
- （１）光源と、少なくとも一周する光ファイバコイルと
、そのコイルに対して上記光源から右回り光および左回
り光を通す手段と、そのコイルを通った右回り光および
左回り光の干渉手段と、上記光ファイバコイルの一端と
上記干渉手段との間にこれらに縦続的に配されて右回り
光と左回り光に位相変調を与える位相変調手段と、上記
干渉光の光強度を電気信号として検出する光電変換手段
と、その光電変換手段からの信号の内上記位相変調周波
数成分を同期検波する同期検波回路とを有する光干渉角
速度計において、上記光源を断続的に作動と非作動を繰
り返す手段を設けたことを特徴とする光干渉角速度計。 - （２）上記光源の作動時における上記同期検波回路から
の信号を選択的に取り出すゲート回路を有する請求項１
記載の光干渉角速度計。 - （３）上記光源作動時における上記光電変換手段からの
信号を選択的に取り出して上記同期検波回路へ供給する
ゲート回路を有する請求項１記載の光干渉角速度計。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1121862A JPH02300624A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光干渉角速度計 |
| US07/520,410 US5054923A (en) | 1989-05-15 | 1990-05-08 | Fiber optic gyro using a pulsed light source |
| CA002016302A CA2016302C (en) | 1989-05-15 | 1990-05-08 | Fiber optic gyro |
| EP90108736A EP0398144B1 (en) | 1989-05-15 | 1990-05-09 | Fiber optic gyro |
| DE69007668T DE69007668T2 (de) | 1989-05-15 | 1990-05-09 | Faseroptischer Kreisel. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1121862A JPH02300624A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光干渉角速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02300624A true JPH02300624A (ja) | 1990-12-12 |
Family
ID=14821772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1121862A Pending JPH02300624A (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光干渉角速度計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5054923A (ja) |
| EP (1) | EP0398144B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02300624A (ja) |
| CA (1) | CA2016302C (ja) |
| DE (1) | DE69007668T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0814492B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1996-02-14 | 日本航空電子工業株式会社 | 光ファイバジャイロ |
| US5187757A (en) * | 1991-06-28 | 1993-02-16 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Fiber optic gyro |
| US5339055A (en) * | 1992-12-18 | 1994-08-16 | Honeywell Inc. | Serrodyne phase modulator having ramp generated by combining two oscillator signals |
| RU2495376C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Источник излучения с низким уровнем шумов интенсивности для волоконно-оптического гироскопа |
| FR3011632B1 (fr) * | 2013-10-04 | 2016-07-01 | Thales Sa | Gyrometre optique passif resonant a trois faisceaux |
| US11656080B1 (en) * | 2022-08-23 | 2023-05-23 | Anello Photonics, Inc. | Silicon nitride waveguide based integrated photonics front-end chip for optical gyroscope |
| CN116045945A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-05-02 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 光纤陀螺旋转调制的光电控制方法及装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2409518A1 (fr) * | 1977-11-22 | 1979-06-15 | Thomson Csf | Gyrometre interferometrique a laser |
| US4283144A (en) * | 1979-04-16 | 1981-08-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of fiber interferometry zero fringe shift referencing using passive optical couplers |
| DE2936285A1 (de) * | 1979-09-07 | 1981-03-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ringinterferometer |
| DE3140110A1 (de) * | 1981-10-09 | 1983-04-28 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "verfahren und anordnung zur messung absoluter drehungen" |
| FR2616538B1 (fr) * | 1987-06-11 | 1989-09-01 | Alsthom | Systeme interferometrique a fibre optique de type sagnac |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP1121862A patent/JPH02300624A/ja active Pending
-
1990
- 1990-05-08 US US07/520,410 patent/US5054923A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-08 CA CA002016302A patent/CA2016302C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-09 DE DE69007668T patent/DE69007668T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-09 EP EP90108736A patent/EP0398144B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2016302C (en) | 1994-10-18 |
| EP0398144A3 (en) | 1991-11-27 |
| DE69007668T2 (de) | 1994-08-25 |
| CA2016302A1 (en) | 1990-11-15 |
| EP0398144A2 (en) | 1990-11-22 |
| EP0398144B1 (en) | 1994-03-30 |
| DE69007668D1 (de) | 1994-05-05 |
| US5054923A (en) | 1991-10-08 |
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