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JPH09280871A - Fiber optic gyro - Google Patents

Fiber optic gyro

Info

Publication number
JPH09280871A
JPH09280871A JP8546896A JP8546896A JPH09280871A JP H09280871 A JPH09280871 A JP H09280871A JP 8546896 A JP8546896 A JP 8546896A JP 8546896 A JP8546896 A JP 8546896A JP H09280871 A JPH09280871 A JP H09280871A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
reference voltage
voltage value
instantaneous interruption
angular velocity
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
JP8546896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Munehiro Akiyama
宗広 秋山
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
Hisao Sonobe
久雄 園部
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.)
Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Hitachi 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 Hitachi Cable Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP8546896A priority Critical patent/JPH09280871A/en
Publication of JPH09280871A publication Critical patent/JPH09280871A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically adjust zero without interrupting a measurement by regularly doing instantaneous discontinuity by a first and a second instantaneous discontinuity means, determining each reference voltage value from a power level of each signal component separated and acquired at that time, and detecting a turning angular velocity from the amount of the change from the obtained each reference voltage value. SOLUTION: A signal processing circuit 11 has a detecting circuit 13 to synchronously detect the signal from a preamplifier 12, A/D converter 14, CPU 15 to calculate and control a rotational angle velocity Ω, and an oscillator 16. The rotational angular velocity is outputted, by regularly doing instantaneous discontinuity by a first and a second instantaneous discontinuity means, determining each reference voltage value from a power level of each signal component separated and acquired at that time, and detecting a rotational angular velocity from the amount of the change from the obtained each reference voltage value. Namely, even if a signal input of the synchronous detection circuit and a time constant circuit of an integrator of the synchronous detection circuit are instantaneously discontinued, a source of light 1 and the signal processing circuit 11 can stably operate and the zero adjustment can automatically be done without stopping the measurement of the rotational angle velocity speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバジャイ
ロに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber gyro.

【0002】[0002]

【従来の技術】航空機や宇宙ロケット等の姿勢制御には
ジャイロが必要不可欠であるが、近年、光ファイバを用
いた光ファイバジャイロが多用されるようになってき
た。
2. Description of the Related Art A gyro is indispensable for controlling the attitude of an aircraft or a space rocket, but in recent years, an optical fiber gyro using an optical fiber has been widely used.

【0003】図6は本発明の前提となった光ファイバジ
ャイロの構成図である(特開平3−63517号公
報)。
FIG. 6 is a block diagram of an optical fiber gyro which is the premise of the present invention (Japanese Patent Laid-Open No. 3-63517).

【0004】同図に示す光ファイバジャイロにおいて、
光源としてのレーザ光源1から出射した光が光カプラ2
bで二分され、単一モード光ファイバからなる光ファイ
バセンシングループ5中を右回り及び左回りに伝搬す
る。両回り光は干渉した後、光カプラ2b、偏光子3、
光カプラ2aを介して受光器6で受光して電気信号に変
換され信号処理回路7に入力する。このとき、両回り光
間には光学系全体の慣性空間に対する回転角速度Ωに比
例した位相差(サグナック位相差)Δθが生じ(サグナ
ック効果)、信号処理回路7で検出される。尚、4は位
相変調器である。
In the optical fiber gyro shown in FIG.
The light emitted from the laser light source 1 as the light source is the optical coupler 2
It is bisected by b and propagates clockwise and counterclockwise in the optical fiber sensing loop 5 made of a single mode optical fiber. After the two-way light interferes, the optical coupler 2b, the polarizer 3,
The light is received by the light receiver 6 through the optical coupler 2a, converted into an electric signal, and input to the signal processing circuit 7. At this time, a phase difference (Sagnac phase difference) Δθ proportional to the rotational angular velocity Ω with respect to the inertial space of the entire optical system is generated between the two light beams (Sagnac effect), and is detected by the signal processing circuit 7. Incidentally, 4 is a phase modulator.

【0005】ところで、光ファイバジャイロに用いられ
る信号処理回路7からは入力信号を零としても種々の原
因によって出力が零とならないようなオフセット電圧が
出力されるため回転角速度Ωの測定値に誤差が生じる。
このためオフセット電圧を測定し除去する零点調整が必
要となる。更に、オフセット電圧は温度や時間と共に変
化するため零点調整を随時行う必要がある。
By the way, the signal processing circuit 7 used in the optical fiber gyro outputs an offset voltage such that the output does not become zero due to various causes even if the input signal is made to be zero, so that there is an error in the measured value of the rotational angular velocity Ω. Occurs.
Therefore, it is necessary to adjust the zero point to measure and remove the offset voltage. Furthermore, since the offset voltage changes with temperature and time, it is necessary to adjust the zero point at any time.

【0006】図6に示した従来の光ファイバジャイロに
おける零点調整方法としては、外部からの指令によって
レーザ光源1に印加する駆動電流を遮断するか、或いは
位相変調器4の動作を停止し、その時に分離取得された
各信号成分の出力レベルから各基準電圧値を求め、レー
ザ光源1及び位相変調器4の作動後、各基準電圧値から
の変化量から回転角速度Ωを検出する方法が知られてい
る。
As a method of adjusting the zero point in the conventional optical fiber gyro shown in FIG. 6, the drive current applied to the laser light source 1 is shut off by an external command, or the operation of the phase modulator 4 is stopped, and at that time. A method is known in which each reference voltage value is obtained from the output level of each signal component separated and acquired in step 1, and after the laser light source 1 and the phase modulator 4 are activated, the rotational angular velocity Ω is detected from the change amount from each reference voltage value. ing.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光源1を遮断したり、位相変調器4を停止させたりする
従来の零点調整方法では、レーザ光源1や位相変調器4
を再作動させる時に安定に動作するまでに長い時間を要
するため、その間回転角速度の測定を行うことができな
いという問題があった。
However, in the conventional zero-point adjusting method in which the laser light source 1 is shut off or the phase modulator 4 is stopped, the laser light source 1 and the phase modulator 4 are used.
Since it takes a long time to operate stably when reactivating, the rotational angular velocity cannot be measured during that time.

【0008】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、回転角速度の測定を中断することなく自動的に零点
調整を行うことができる光ファイバジャイロを提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an optical fiber gyro that can automatically adjust the zero point without interrupting the measurement of the rotational angular velocity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光源からの光を位相変調してセンシングル
ープに導き、センシングループを周回した光を受光して
電気信号に変換し、この電気信号を信号処理回路によっ
てセンシングループに加わる回転角速度を検出する光フ
ァイバジャイロにおいて、信号処理回路に設けられ電気
信号から各信号成分を分離する同期検波回路の信号入力
を瞬断する第1瞬断手段と、同期検波回路の積分器の時
定数回路を瞬断する第2瞬断手段とを備え、第1瞬断手
段及び第2瞬断手段によって定期的に瞬断を行い、その
時に分離取得した各信号成分の出力レベルから各基準電
圧値を求め、求めた各基準電圧値からの変化量から回転
角速度を検出して出力するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is to phase-modulate the light from a light source and guide it to a sensing loop, receive the light circulated in the sensing loop and convert it into an electric signal. In the optical fiber gyro that detects the rotational angular velocity of this electrical signal applied to the sensing loop by the signal processing circuit, the signal input of the synchronous detection circuit that separates each signal component from the electrical signal provided in the signal processing circuit is interrupted for the first moment. A disconnecting means and a second instantaneous disconnecting means for instantaneously disconnecting the time constant circuit of the integrator of the synchronous detection circuit are provided, and the first instantaneous disconnecting means and the second instantaneous disconnecting means periodically perform the instantaneous disconnection, and then separate Each reference voltage value is obtained from the obtained output level of each signal component, and the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change from each obtained reference voltage value.

【0010】上記構成に加え本発明は、第1瞬断手段及
び第2瞬断手段による瞬断が基本波成分を分離する同期
検波回路にのみ行われ、瞬断時に分離取得した基本波成
分の出力レベルから基本波成分の基準電圧値を求め、求
めた基本波成分の基準電圧値とその他の信号成分につい
ては初期に求めた基準電圧値とからの変化量から回転角
速度を検出して出力するようにしてもよい。
In addition to the above configuration, the present invention is such that the instantaneous interruption by the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means is performed only in the synchronous detection circuit for separating the fundamental wave component, and the fundamental wave component separated and acquired at the momentary interruption occurs. The reference voltage value of the fundamental wave component is obtained from the output level, and the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change from the obtained reference voltage value of the fundamental wave component and the reference voltage value obtained earlier for other signal components. You may do it.

【0011】上記構成に加え本発明は、第1瞬断手段及
び第2瞬断手段による瞬断時に分離取得した信号成分を
ソフトウェアローパスフィルタによって低域通過処理
し、濾波後に得られたデータから各基準電圧値を求め、
各基準電圧値の変化量から回転角速度を検出し出力する
ようにしてもよい。
In addition to the above structure, the present invention low-pass-processes the signal components separated and acquired at the time of the instantaneous interruption by the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means by a software low-pass filter, and extracts each data from the data obtained after filtering. Calculate the reference voltage value,
The rotational angular velocity may be detected and output from the amount of change in each reference voltage value.

【0012】次に作用について説明する。Next, the operation will be described.

【0013】従来の零点調整方法では、光源を遮断した
り、位相変調器の動作を停止した後行うので、光源や位
相変調器の再作動後、光源や信号処理回路が安定に動作
するまでの間に数十msecの時間を要する。このた
め、数十Hz以上の周波数応答性が必要とされるような
光ファイバジャイロでは回転角速度を測定しながら、定
期的に零点調整することは不可能である。
In the conventional zero-point adjusting method, the light source is shut off or the operation of the phase modulator is stopped, so that the light source and the signal processing circuit are stably operated after the light source and the phase modulator are restarted. It takes several tens of msec between them. For this reason, it is impossible to periodically adjust the zero point while measuring the rotational angular velocity in an optical fiber gyro that requires a frequency response of several tens Hz or more.

【0014】これに対して本発明は、同期検波回路の信
号入力の瞬断と同期検波回路の積分器の時定数回路とを
瞬断するが、これらの信号入力や時定数回路を瞬断して
も光源や信号処理回路が安定に動作することができるた
め、回転角速度の測定と基準電圧の測定とを同時に行う
ことができる。
On the other hand, according to the present invention, the signal input of the synchronous detection circuit is momentarily cut off and the time constant circuit of the integrator of the synchronous detection circuit is momentarily cut off, but these signal inputs and the time constant circuit are instantaneously cut off. However, since the light source and the signal processing circuit can operate stably, the measurement of the rotational angular velocity and the measurement of the reference voltage can be performed at the same time.

【0015】位相変調器は入力回転角速度が零の時に第
2次高調波成分や第4次高調波成分等の偶数次(第2
次、第4次等)高調波成分の出力が最大となるように位
相調整されており、零点ドリフトが偶数次高調波成分に
与える影響は非常に小さいものとなる。このため、零点
ドリフトの影響が比較的大きい基本波成分についてのみ
上述した本発明の零点調整を行うことによって回路規模
を小さくすることができ、製造工数や部品数を減少させ
ることが可能となる。
The phase modulator has an even-order (second-order harmonic component, second-order harmonic component, etc.) when the input rotational angular velocity is zero.
The phase is adjusted so that the output of the higher harmonic components (next, fourth, etc.) is maximized, and the influence of the zero-point drift on the even harmonic components is very small. Therefore, the circuit scale can be reduced by performing the zero point adjustment of the present invention described above only for the fundamental wave component that is relatively affected by the zero point drift, and the number of manufacturing steps and the number of parts can be reduced.

【0016】また、瞬断時に分離取得した信号成分には
高周波数領域に誤差を多く含んでいるため、ローパスフ
ィルタによって低域通過処理させることにより、より高
精度な基準電圧の測定が可能となる。
Further, since the signal components separated and acquired at the time of instantaneous interruption include many errors in the high frequency region, it is possible to measure the reference voltage with higher accuracy by performing the low pass processing by the low pass filter. .

【0017】ところで、このようなローパスフィルタを
アナログ回路で構成すると、回路の規模が大きくなり、
かつ、複雑化し、製造工数や部品数が増大してしまう。
また回路が複雑になると故障の原因となり信頼性の低下
につながる。そこで、時間領域でデータを処理するソフ
トウェアローパスフィルタを用いるのが好ましい。
By the way, if such a low-pass filter is composed of an analog circuit, the scale of the circuit becomes large,
At the same time, it becomes complicated and the number of manufacturing steps and the number of parts increase.
Further, if the circuit becomes complicated, it may cause a failure and lead to a decrease in reliability. Therefore, it is preferable to use a software low-pass filter that processes data in the time domain.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1は本発明の光ファイバジャイロの一実
施の形態を示す構成図である。尚、図6に示した従来例
と同様の部材には共通の符号を用いた。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber gyro of the present invention. The same members as those in the conventional example shown in FIG.

【0020】図1に示す光ファイバジャイロは光学系1
0と信号処理回路11とで構成されている。光学系10
は、レーザ光を発生するレーザ光源1と、レーザ光源1
に光ファイバで接続された光カプラ2aと、光カプラ2
aに偏光子3を介して光ファイバで接続された光カプラ
2bと、光カプラ2bに位相変調器4を介して接続され
た光ファイバセンシングループ5と、光カプラ2aに接
続された受光器6と、受光器6に接続されたプリアンプ
12とを有している。
The optical fiber gyro shown in FIG. 1 has an optical system 1
0 and the signal processing circuit 11. Optical system 10
Is a laser light source 1 for generating laser light, and a laser light source 1
Optical coupler 2a connected to the optical fiber with an optical coupler 2a
a, an optical coupler 2b connected to the optical fiber via a polarizer 3, an optical fiber sensing loop 5 connected to the optical coupler 2b via a phase modulator 4, and a light receiver 6 connected to the optical coupler 2a. And a preamplifier 12 connected to the light receiver 6.

【0021】信号処理回路11は、プリアンプ12から
の信号の同期検波を行う検波回路13と、アナログ信号
をデジタル信号に変換するA/D変換器14と、デジタ
ル信号に基づいて回転角速度Ωの算出や制御等を行うC
PU15と、CPU15からの指令により位相変調器4
に変調信号を送る発振器16とを有している。
The signal processing circuit 11 includes a detection circuit 13 that performs synchronous detection of the signal from the preamplifier 12, an A / D converter 14 that converts an analog signal into a digital signal, and a rotational angular velocity Ω based on the digital signal. C that controls and controls
PU15 and the phase modulator 4 according to a command from the CPU 15
And an oscillator 16 for transmitting a modulation signal to the.

【0022】図2は図1に示した検波回路13の周辺部
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a peripheral portion of the detection circuit 13 shown in FIG.

【0023】検波回路13は、一方の入力端がプリアン
プ12の出力側に接続された複数(図では3つであるが
限定されない)の同期検波回路17a,17b,17c
と、各同期検波回路17a,17b,17cの他方の入
力端に接続された同期信号発生回路18と、各入力端が
各同期検波回路17a,17b,17cの出力端に接続
されたマルチプレクサ19とで構成されている。
The detection circuit 13 has a plurality of (three in the figure, but not limited to) synchronous detection circuits 17a, 17b, 17c, one input terminal of which is connected to the output side of the preamplifier 12.
A synchronous signal generating circuit 18 connected to the other input end of each synchronous detection circuit 17a, 17b, 17c, and a multiplexer 19 having each input end connected to the output end of each synchronous detection circuit 17a, 17b, 17c. It is composed of.

【0024】同期信号発生回路18は、基本波成分S
1、第2次高調波成分S2及び第4次高調波成分S4を
検波するための3種類の同期信号fr,2fr,4fr
を発信する。
The synchronizing signal generating circuit 18 has a fundamental wave component S
Three types of synchronization signals fr, 2fr, 4fr for detecting the first, second harmonic component S2 and fourth harmonic component S4
To send.

【0025】同期検波回路17a,17b,17cは、
各信号成分を検波する回路であり、プリアンプ12で増
幅された検出信号S(S1,S2,S3)を同期信号発
生回路18からの同期信号によってそれぞれ検波して出
力する。マルチプレクサ19は、各同期検波回路17
a,17b,17cの検波出力を順次A/D変換器14
に出力し、A/D変換器14でデジタル信号形式に変換
された検波出力はCPU15に入力される。
The synchronous detection circuits 17a, 17b and 17c are
This is a circuit that detects each signal component, and detects the detection signal S (S1, S2, S3) amplified by the preamplifier 12 by the synchronization signal from the synchronization signal generation circuit 18, and outputs the detected signal. The multiplexer 19 includes each synchronous detection circuit 17
The detection outputs of a, 17b, and 17c are sequentially converted into the A / D converter 14
To the digital signal format by the A / D converter 14, and the detected output is input to the CPU 15.

【0026】図3は図2に示した同期検波回路を詳細に
示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing in detail the synchronous detection circuit shown in FIG.

【0027】同期検波回路17は、基本的には積分器2
0と積分器20の入力端側に接続された単極双投接点型
のアナログスイッチ21からなっているが、さらに第1
瞬断手段としての単極単投接点型のアナログスイッチ2
2をアナログスイッチ21の入力側に接続し、第2瞬断
手段としての単極単投接点型のアナログスイッチ23を
積分器20の時定数回路(コンデンサCと抵抗器R1)
にそれぞれ接続した構成となっている。尚、アナログス
イッチ22,23は通常はオン状態のブレーク接点型で
ある。これによって本発明の零点調整を可能にしてい
る。
The synchronous detection circuit 17 is basically an integrator 2
0 and a single-pole double-throw contact type analog switch 21 connected to the input end side of the integrator 20.
Single pole single throw contact type analog switch 2
2 is connected to the input side of the analog switch 21, and the single pole single throw contact type analog switch 23 as the second instantaneous interruption means is connected to the time constant circuit (capacitor C and resistor R1) of the integrator 20.
It is configured to be connected to each. Incidentally, the analog switches 22 and 23 are normally break contact type in the ON state. This enables the zero point adjustment of the present invention.

【0028】同期検波回路17は、積分器20の入力端
に接続されたアナログスイッチ21が同期信号によって
接地側か或いはアナログスイッチ22側へ切り替わるよ
うになっている。このアナログスイッチ21がアナログ
スイッチ22側に接続された状態をオンとし、アナログ
スイッチ21が接地側に接続された状態をオフとする。
すなわち、同期信号がHレベル(図ではON)のときは
アナログスイッチ21がオンとなって信号を検波し、積
分器20を通して検波信号が出力される。同期信号がL
レベル(図ではOFF)のときはアナログスイッチ21
がオフとなり同期検波回路17が停止する。
The synchronous detection circuit 17 is configured so that the analog switch 21 connected to the input end of the integrator 20 is switched to the ground side or the analog switch 22 side according to the synchronous signal. The state where the analog switch 21 is connected to the analog switch 22 side is turned on, and the state where the analog switch 21 is connected to the ground side is turned off.
That is, when the synchronization signal is at the H level (ON in the figure), the analog switch 21 is turned on to detect the signal, and the detection signal is output through the integrator 20. Sync signal is L
Analog switch 21 when level (OFF in the figure)
Turns off and the synchronous detection circuit 17 stops.

【0029】一方、アナログスイッチ22,23は、C
PU15からの指令によってオン/オフが制御されるよ
うになっており、回転角速度Ωを測定する場合には各ア
ナログスイッチ22,23をオンにして同期検波回路1
7を動作させて回転角速度Ωを測定するようになってい
る。
On the other hand, the analog switches 22 and 23 are C
ON / OFF is controlled by a command from the PU 15, and when measuring the rotational angular velocity Ω, the analog switches 22 and 23 are turned on and the synchronous detection circuit 1 is turned on.
7 is operated to measure the rotational angular velocity Ω.

【0030】零点調整を行う場合には各アナログスイッ
チ22,23を瞬間的にオフ(瞬断)にし、同期検波回
路17の信号入力を遮断すると共に積分器20を切り離
して基準電圧(抵抗器R1の両端にかかる電圧)を測定
する。尚、本発明の零点調整を基本波成分にのみ行う場
合には同期検波回路17aにのみアナログスイッチ2
2,23を付加すればよい。
When adjusting the zero point, the analog switches 22 and 23 are momentarily turned off (instantaneous disconnection), the signal input to the synchronous detection circuit 17 is cut off, and the integrator 20 is disconnected to remove the reference voltage (resistor R1). (Voltage across both ends) is measured. When the zero adjustment of the present invention is performed only on the fundamental wave component, the analog switch 2 is provided only on the synchronous detection circuit 17a.
2, 23 may be added.

【0031】ここで零点調整について詳細に説明する。Here, the zero point adjustment will be described in detail.

【0032】図2において同期検波回路17a,17
b,17cによって検出された基本波成分、第2次、第
4次高調波成分をそれぞれS1,S2,S4とすると、
S1は式(1),S2は(2),S4は(3)でそれぞ
れ表される。
In FIG. 2, the synchronous detection circuits 17a, 17
If the fundamental wave component, the second and fourth harmonic components detected by b and 17c are S1, S2 and S4 respectively,
S1 is represented by equation (1), S2 is represented by (2), and S4 is represented by (3).

【0033】 S1=P0 ・J1(m)・sinΔθ ……(1) S2=P0 ・J2(m)・sinΔθ ……(2) S4=P0 ・J4(m)・sinΔθ ……(3) となる。但し、P0 はパワー、J( )はベッセル関
数、mは変調度である。
S1 = P 0 · J1 (m) · sin Δθ (1) S2 = P 0 · J2 (m) · sin Δθ (2) S4 = P 0 · J4 (m) · sin Δθ (3) ). However, P 0 is power, J () is Bessel function, and m is modulation factor.

【0034】一方、回転角速度Ωはサグナック位相差Δ
θを用いて、式(4)で求められる。
On the other hand, the rotational angular velocity Ω is the Sagnac phase difference Δ
It is calculated by the equation (4) using θ.

【0035】[0035]

【数1】 [Equation 1]

【0036】よって、式(1)〜(4)により式(5)
が求まる。
Therefore, according to the equations (1) to (4), the equation (5) is obtained.
Is found.

【0037】[0037]

【数2】 [Equation 2]

【0038】しかし、同期検波回路17a,17b,1
7cからは、その特性等によって入力信号が零でも出力
が零にならないようなバイアス成分B1,B2,B4が
それぞれ出力されるため、S1,S2,S4はそれぞれ
式(6)、(7)、(8)となり、 S1=P0 ・J1(m)・sinΔθ+B1 ……(6) S2=P0 ・J2(m)・sinΔθ+B2 ……(7) S4=P0 ・J4(m)・sinΔθ+B4 ……(8) 零点バイアスを測定しなければ回転角速度Ωが求まらな
いか或いは求まっても誤差を含んでしまう。
However, the synchronous detection circuits 17a, 17b, 1
7c outputs bias components B1, B2, and B4 such that the output does not become zero even if the input signal is zero due to their characteristics, respectively. Therefore, S1, S2, and S4 are respectively expressed by equations (6), (7), (8), S1 = P 0 · J1 (m) · sin Δθ + B1 …… (6) S2 = P 0 · J2 (m) · sin Δθ + B2 …… (7) S4 = P 0 · J4 (m) · sin Δθ + B4 …… (8) If the zero-point bias is not measured, the rotational angular velocity Ω cannot be obtained, or even if it is obtained, an error is included.

【0039】本発明は、上記バイアス成分B1,B2,
B4を除去する零点調整に関するものである。
In the present invention, the bias components B1, B2,
The present invention relates to zero adjustment for removing B4.

【0040】図4(a)〜図4(c)は、信号処理回路
による時間と検出信号との関係を示す図であり、横軸が
時間軸であり、縦軸が検出信号軸である。
FIGS. 4A to 4C are diagrams showing the relationship between the time and the detection signal by the signal processing circuit, where the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the detection signal axis.

【0041】図4(a)は、一定レベルの信号が入力さ
れた状態で、零点バイアスが時間と共に増加したときの
検出信号(同期検出信号)を示している。図4(b)
は、図4(a)の検出信号に従来の方法による零点調整
を行った結果を示している。図4(c)は、図4(a)
の検出信号に本発明の零点調整を行った結果を示してい
る。すなわち、従来方式では、零点調整中は回転角速度
Ωの測定ができないため、回転角速度Ωを測定していな
いときに零点調整を行った結果、図4(b)に示すよう
な鋸歯のような特性となる。これに対して本発明では回
転角速度Ωを測定しながら零点調整を行うことができる
ため、図4(c)に示すようなフラットな特性が得られ
る。
FIG. 4A shows a detection signal (synchronization detection signal) when the zero-point bias increases with time in the state where a signal of a constant level is input. Figure 4 (b)
4 shows the result of performing zero point adjustment by the conventional method on the detection signal of FIG. FIG. 4C shows FIG.
The result of performing the zero point adjustment of the present invention on the detection signal of is shown. That is, in the conventional method, the rotational angular velocity Ω cannot be measured during the zero point adjustment. Therefore, as a result of performing the zero point adjustment when the rotational angular velocity Ω is not measured, a characteristic like a saw tooth as shown in FIG. Becomes On the other hand, in the present invention, the zero point adjustment can be performed while measuring the rotational angular velocity Ω, so that the flat characteristic as shown in FIG. 4C is obtained.

【0042】次にCPU15で行われる処理を図5に示
したフローチャートを用いて説明する。尚、図5は図1
に示した光ファイバジャイロの信号処理を示すフローチ
ャートである。
Next, the processing performed by the CPU 15 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 5 is shown in FIG.
4 is a flowchart showing signal processing of the optical fiber gyro shown in FIG.

【0043】本発明の零点調整を基本波成分にのみ行う
場合は、初めに初期零点調整が必要となる。
When the zero point adjustment of the present invention is performed only on the fundamental wave component, the initial zero point adjustment is required first.

【0044】光源を駆動する電流を遮断するか或いは位
相変調器を停止させる(ステップA)。
The current for driving the light source is cut off or the phase modulator is stopped (step A).

【0045】同期検波回路の信号入力の遮断と積分器の
分離とを行う2つのアナログスイッチを同時にオフにす
る(ステップB)。
Two analog switches for interrupting the signal input to the synchronous detection circuit and separating the integrator are simultaneously turned off (step B).

【0046】回路が安定動作するまで待機する(ステッ
プC)。
Wait until the circuit operates stably (step C).

【0047】基本波成分と第2次高調波成分及び第4次
高調波成分の各基準電圧値を測定する(ステップD)。
The reference voltage values of the fundamental wave component, the second harmonic component and the fourth harmonic component are measured (step D).

【0048】測定後、ステップBでオフした2つのアナ
ログスイッチをそれぞれオンにする(ステップE)。
After the measurement, the two analog switches that were turned off in step B are turned on (step E).

【0049】ステップAで停止した光源か或いは位相変
調器を動作させる(ステップF)。
Either the light source stopped in step A or the phase modulator is operated (step F).

【0050】再び回路が安定動作するまで待機し、初期
零点調整が終了する(ステップG)。
The process waits until the circuit operates stably again, and the initial zero point adjustment ends (step G).

【0051】本発明の零点調整をすべての信号成分にお
いて実施する場合はステップAからステップGまでの処
理は必要ない。
When the zero adjustment of the present invention is carried out for all signal components, the processing from step A to step G is not necessary.

【0052】次に通常動作での信号処理について説明す
る。
Next, signal processing in normal operation will be described.

【0053】基準電圧値の測定は、ステップHで零点調
整を行う同期検波回路17の信号入力の遮断と積分器2
0の分離とを行う2つのアナログスイッチ22,23を
同時にオフにし、ステップIでその基準電圧値を測定
し、ステップJにおいてステップIで測定した基準電圧
値のデータをローパス処理することにより行う。ローパ
ス処理を行わない場合にはステップJは必要ない。
The reference voltage value is measured by shutting off the signal input to the synchronous detection circuit 17 for adjusting the zero point in step H and integrator 2
The two analog switches 22 and 23 for separating 0 are simultaneously turned off, the reference voltage value thereof is measured in step I, and the data of the reference voltage value measured in step I in step J is low-pass processed. Step J is not necessary when low-pass processing is not performed.

【0054】回転角速度Ωの測定は、ステップKにおい
てステップHでオフした2つのアナログスイッチ22,
23をそれぞれオンし、ステップLにおいてステップI
及びステップJで得られた基準電圧値と、ステップDで
得られた偶数次の高調波成分の基準電圧値とを用いて行
う(但し、零点調整を基本波成分にのみ行う場合)。得
られた回転角速度ΩのデータはステップMで出力され、
再びステップHからステップMまでの処理が繰り返され
る。
The rotation angular velocity Ω is measured by measuring the two analog switches 22 turned off in step H in step K,
23 is turned on, and in step L, step I
And the reference voltage value obtained in step J and the reference voltage value of the even-order harmonic component obtained in step D (provided that zero adjustment is performed only on the fundamental wave component). The obtained rotational angular velocity Ω data is output in step M,
The processing from step H to step M is repeated again.

【0055】ここで、ステップJで行われるローパス処
理について詳細に説明する。
Here, the low-pass processing performed in step J will be described in detail.

【0056】まず、データ系列をXi(i=1,2,
…,n,…∞)と仮定し、カットオフ周波数をfcr
(Hz)、サンプリングインターバルをτs(se
c)、時間軸ローパスフィルタ処理関数をLPi((X
1,X2,…,Xi),fcr,τs)と定義する。
First, the data sequence is set to Xi (i = 1, 2,
, N, ... ∞), and the cutoff frequency is fcr
(Hz), the sampling interval is τs (se
c), the time-axis low-pass filtering function is LPi ((X
, X2, ..., Xi), fcr, τs).

【0057】(1) 算術移動平均を使用する場合、一般
に、式(9)で表されるので、
(1) When the arithmetic moving average is used, it is generally expressed by the equation (9).

【0058】[0058]

【数3】 (Equation 3)

【0059】式(9)を用いてソフトウェアローパスフ
ィルタを構成してローパスフィルタ処理を行う。
A software low-pass filter is constructed using the equation (9) and low-pass filter processing is performed.

【0060】(2) 一次フィルタを使用する場合、一般
に、式(10)、(11)
(2) When using a first-order filter, in general, equations (10) and (11) are used.

【0061】[0061]

【数4】 (Equation 4)

【0062】[0062]

【数5】 (Equation 5)

【0063】とすると、式(12)が得られるので、Then, since the equation (12) is obtained,

【0064】[0064]

【数6】 (Equation 6)

【0065】式(12)を用いてソフトウェアローパス
フィルタを構成してローパスフィルタ処理を行う。
A software low-pass filter is constructed using the equation (12) and low-pass filter processing is performed.

【0066】(3) 二次フィルタを使用する場合、一般
に、pを式(13)とし、qを式(14)とすると、
(3) When a secondary filter is used, generally, if p is the equation (13) and q is the equation (14),

【0067】[0067]

【数7】 (Equation 7)

【0068】[0068]

【数8】 (Equation 8)

【0069】(但し、Dはダンピングファクタであり、
通常0.6程度である)式(15)が得られる(カット
オフ周波数は実験値を使用する)ので、
(However, D is a damping factor,
Since equation (15) is obtained (usually about 0.6) (the experimental value is used as the cutoff frequency),

【0070】[0070]

【数9】 [Equation 9]

【0071】式(15)を用いてソフトウェアローパス
フィルタを構成してローパスフィルタ処理を行う。
A software low-pass filter is constructed using equation (15) and low-pass filter processing is performed.

【0072】以上において本実施の形態によれば、信号
処理回路に設けられ電気信号から各信号成分を分離する
同期検波回路の信号入力を瞬断する第1瞬断手段と、上
記同期検波回路の積分器の時定数回路を瞬断する第2瞬
断手段とを備え、第1瞬断手段及び第2瞬断手段によっ
て定期的に瞬断を行い、その時に分離取得した各信号成
分の出力レベルから各基準電圧値を求め、求めた各基準
電圧値からの変化量から回転角速度を検出して出力す
る。すなわち、同期検波回路の信号入力の瞬断と同期検
波回路の積分器の時定数回路とを瞬断するが、これらの
信号入力や時定数回路瞬断しても光源や信号処理回路が
安定に動作することができるため、以下のような効果が
得られる。
As described above, according to the present embodiment, the first instantaneous interruption means for instantaneously interrupting the signal input of the synchronous detection circuit which is provided in the signal processing circuit and separates each signal component from the electric signal, and the synchronous detection circuit. A second momentary interruption means for momentarily interrupting the time constant circuit of the integrator, and the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means periodically perform the instantaneous interruption, and the output level of each signal component separated and acquired at that time Each reference voltage value is obtained from the above, and the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change from each obtained reference voltage value. That is, a momentary interruption of the signal input of the synchronous detection circuit and a time constant circuit of the integrator of the synchronous detection circuit are momentarily interrupted, but even if these signal inputs and the time constant circuit are momentarily interrupted, the light source and the signal processing circuit are stable. Since it can operate, the following effects can be obtained.

【0073】(1) 回転角速度の測定を停止することなく
いつでも零点調整が行える。
(1) The zero point adjustment can be performed at any time without stopping the measurement of the rotational angular velocity.

【0074】(2) 零点調整が自動で行える。(2) Zero adjustment can be performed automatically.

【0075】(3) 比較的簡単な構成で安価に実現でき
る。
(3) It can be realized at a low cost with a relatively simple structure.

【0076】(4) 回転角速度の測定と基準電圧の測定と
を同時に行うことができる。
(4) It is possible to simultaneously measure the rotational angular velocity and the reference voltage.

【0077】尚、本実施の形態では、基準電圧値の測定
を回転角速度の測定と同じ周期で行ったが、零点ドリフ
トは長い周期で発生するため、回転角速度の測定よりも
っと長い周期で基準電圧値の測定を行ってもよい。
In this embodiment, the reference voltage value is measured at the same cycle as the rotation angular velocity measurement. However, since the zero point drift occurs at a long cycle, the reference voltage value is measured at a longer cycle than the rotation angular velocity measurement. The value may be measured.

【0078】また、本発明は、位相変調方式の光ファイ
バジャイロにおいて、広く応用可能であり、特に温度変
動の激しい環境や、長時間にわたって動作させるような
場合に非常に有効である。
Further, the present invention can be widely applied to a phase modulation type optical fiber gyro, and is very effective particularly in an environment where the temperature fluctuates drastically or when it is operated for a long time.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0080】信号処理回路に設けられ電気信号から各信
号成分を分離する同期検波回路の信号入力を瞬断する第
1瞬断手段と、上記同期検波回路の積分器の時定数回路
を瞬断する第2瞬断手段とを備え、第1瞬断手段及び第
2瞬断手段によって定期的に瞬断を行い、その時に分離
取得した各信号成分の出力レベルから各基準電圧値を求
め、求めた各基準電圧値からの変化量から回転角速度を
検出して出力するので、回転角速度の測定を中断するこ
となく自動的に零点調整を行うことができる光ファイバ
ジャイロを実現することができる。
The first instantaneous interruption means for interrupting the signal input of the synchronous detection circuit for separating each signal component from the electric signal provided in the signal processing circuit and the time constant circuit of the integrator of the synchronous detection circuit are instantaneously disconnected. A second instantaneous interruption means is provided, and instantaneous interruption is periodically performed by the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means, and each reference voltage value is obtained and obtained from the output level of each signal component separated and acquired at that time. Since the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change from each reference voltage value, it is possible to realize an optical fiber gyro that can automatically adjust the zero point without interrupting the measurement of the rotational angular velocity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光ファイバジャイロの一実施の形態を
示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an optical fiber gyro of the present invention.

【図2】図1に示した検波回路の周辺部を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a peripheral portion of the detection circuit shown in FIG.

【図3】図2に示した同期検波回路を詳細に示した図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing in detail the synchronous detection circuit shown in FIG.

【図4】(a)〜(c)は、信号処理回路による時間と
検出信号との関係を示す図である。
4A to 4C are diagrams showing a relationship between time and a detection signal by the signal processing circuit.

【図5】図1に示した光ファイバジャイロの信号処理を
示すフローチャートである。
5 is a flowchart showing signal processing of the optical fiber gyro shown in FIG.

【図6】本発明の前提となった光ファイバジャイロの構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical fiber gyro that is a premise of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源(レーザ光源) 10 光学系 11 信号処理回路 13 検波回路 17、17a、17b、17c 同期検波回路 20 積分器 22 第1瞬断手段(アナログスイッチ) 23 第2瞬断手段(アナログスイッチ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source (laser light source) 10 optical system 11 signal processing circuit 13 detection circuit 17, 17a, 17b, 17c synchronous detection circuit 20 integrator 22 first instantaneous interruption means (analog switch) 23 second instantaneous interruption means (analog switch)

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年5月13日[Submission date] May 13, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0033[Correction target item name] 0033

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0033】 S1=P0 ・J1(m)・sinΔθ ……(1) S2=P0 ・J2(m)・cosΔθ ……(2) S4=P0 ・J4(m)・cosΔθ ……(3) となる。但し、P0 はパワー、J( )はベッセル関
数、mは変調度である。
S1 = P 0 · J1 (m) · sin Δθ …… (1) S2 = P 0 · J2 (m) · cos Δθ …… (2) S4 = P 0 · J4 (m) · cos Δθ …… (3) However, P 0 is power, J () is Bessel function, and m is modulation factor.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0038[Correction target item name] 0038

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0038】しかし、同期検波回路17a,17b,1
7cからは、その特性等によって入力信号が零でも出力
が零にならないようなバイアス成分B1,B2,B4が
それぞれ出力されるため、S1,S2,S4はそれぞれ
式(6)、(7)、(8)となり、 S1=P0 ・J1(m)・sinΔθ+B1 ……(6) S2=P0 ・J2(m)・cosΔθ+B2 ……(7) S4=P0 ・J4(m)・cosΔθ+B4 ……(8) 零点バイアスを測定しなければ回転角速度Ωが求まらな
いか或いは求まっても誤差を含んでしまう。
However, the synchronous detection circuits 17a, 17b, 1
7c outputs bias components B1, B2, and B4 such that the output does not become zero even if the input signal is zero due to their characteristics, respectively. Therefore, S1, S2, and S4 are respectively expressed by equations (6), (7), (8), S1 = P 0 · J1 (m) · sin Δθ + B1 …… (6) S2 = P 0 · J2 (m) · cos Δθ + B2 …… (7) S4 = P 0 · J4 (m) · cos Δθ + B4 (8) If the zero-point bias is not measured, the rotational angular velocity Ω cannot be obtained, or even if it is obtained, an error is included.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園部 久雄 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Hisao Sonobe 7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を位相変調してセンシング
ループに導き、センシングループを周回した光を受光し
て電気信号に変換し、この電気信号を信号処理回路によ
ってセンシングループに加わる回転角速度を検出する光
ファイバジャイロにおいて、上記信号処理回路に設けら
れ電気信号から各信号成分を分離する同期検波回路の信
号入力を瞬断する第1瞬断手段と、上記同期検波回路の
積分器の時定数回路を瞬断する第2瞬断手段とを備え、
上記第1瞬断手段及び第2瞬断手段によって定期的に瞬
断を行い、その時に分離取得した各信号成分の出力レベ
ルから各基準電圧値を求め、求めた各基準電圧値からの
変化量から上記回転角速度を検出して出力することを特
徴とする光ファイバジャイロ。
1. The light from a light source is phase-modulated and guided to a sensing loop, the light circulated in the sensing loop is received and converted into an electrical signal, and the electrical angular velocity applied to the sensing loop by a signal processing circuit is controlled. In an optical fiber gyro for detection, a first momentary interruption means for momentarily interrupting a signal input of a synchronous detection circuit provided in the signal processing circuit for separating each signal component from an electric signal, and a time constant of an integrator of the synchronous detection circuit. A second instantaneous interruption means for instantaneously interrupting the circuit,
The first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means periodically perform instantaneous interruption, obtain each reference voltage value from the output level of each signal component separated and acquired at that time, and change amount from each obtained reference voltage value. An optical fiber gyro characterized by detecting and outputting the rotational angular velocity from the.
【請求項2】 上記第1瞬断手段及び上記第2瞬断手段
による瞬断が基本波成分を分離する同期検波回路にのみ
行われ、瞬断時に分離取得した基本波成分の出力レベル
から基本波成分の基準電圧値を求め、求めた基本波成分
の基準電圧値とその他の信号成分については初期に求め
た基準電圧値とからの変化量から上記回転角速度を検出
して出力する請求項1記載の光ファイバジャイロ。
2. The instantaneous interruption by the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means is performed only in a synchronous detection circuit that separates the fundamental wave component, and the basic level is determined from the output level of the fundamental wave component separated and acquired during the instantaneous interruption. The reference angular velocity value of the wave component is obtained, and the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change from the obtained reference voltage value of the fundamental wave component and other signal components from the initially obtained reference voltage value. The described fiber optic gyro.
【請求項3】 上記第1瞬断手段及び上記第2瞬断手段
による瞬断時に分離取得した信号成分をソフトウェアロ
ーパスフィルタによって低域通過処理し、濾波後に得ら
れたデータから各基準電圧値を求め、各基準電圧値の変
化量から上記回転角速度を検出し出力する請求項1記載
の光ファイバジャイロ。
3. A low-pass process is performed on a signal component separately acquired at the time of the instantaneous interruption by the first instantaneous interruption means and the second instantaneous interruption means, and each reference voltage value is obtained from data obtained after filtering. 2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the rotational angular velocity is detected and output from the amount of change in each reference voltage value.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100454059C (en) * 2006-05-19 2009-01-21 北京航空航天大学 A device for increasing the closed-loop bandwidth of an optical fiber gyroscope by triple frequency modulation
CN100458367C (en) * 2006-05-19 2009-02-04 北京航空航天大学 Four-state modulation and demodulation method for automatically tracking optical fiber gyro 2pai voltage
CN101975584A (en) * 2010-09-03 2011-02-16 北京航空航天大学 Open loop measuring method applicable to detection circuit system error of interference optical fiber gyroscope

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