【発明の詳細な説明】
雑音を非侵入的に連続的に監視する方法および装置
発明の技術分野
本発明は、センサ用の監視デバイスに関し、より詳細には、光ファイバ・ジャ
イロスコープの起こりうる故障を連続的に監視する装置および方法に関する。
発明の背景
機械的部品が殆どまたは全くない光ファイバ・ジャイロスコープ(FOG)が
初期の機械的ジャイロスコープの代わりにかなり使用されるようになった。光フ
ァイバ・ジャイロスコープにより信頼できない機械的構成要素の潜在的な故障を
監視する必要が実質上なくなったが、まだ信頼性を保証するために光ファイバ・
ジャイロスコープの性能を監視しなければならない。機械的ジャイロスコープ動
作を監視する従来技術の方法は現代のジャイロスコープ技術に有効ではなく、現
代の光ファイバ・ジャイロスコープの性能を監視する方法が必要である。
ジャイロスコープ姿勢読出しが正確であるかどうかを判定するために、一般的
な船のオペレータは複雑な妥当性テストを行う。妥当性テストを行うとき、オペ
レータは通常姿勢読出しごとに大きい変化が生じているか検査する。これは、例
えば0.001秒間隔の通常の姿勢読出しは大きく変化してはならないためであ
る。ジャイロスコープの性能をテストするために、パイロットは一般に大きい変
化が生じているかどうかを判定するために差動出力を読み取り、計算する。しか
しながら、姿勢表示を読み取る場合、問合せごとにコンピュータまたは計算機を
使用して、時間のかかる別個の分析を行う必要があることが多い。さらに、ジャ
イロスコープが完全に故障した場合、モニタはゼロ出力を表示することが多い。
ゼロ出力を読み取るとき、パイロットは読出しが正確に機能しているゼロ姿勢シ
フトを示しているのか、モニタが誤作動しているのか、という重大な区別が分か
らないことが多い。したがって、姿勢表示を読み取る必要が実質上ない故障モニ
タが必要である。
光ファイバ・ジャイロスコープは、一般に、よく知られているサニャック効果
を利用して軸を中心とする回転を検出する光慣性回転センサである。一般に、F
OGは外部光源から干渉計を起動し、光が閉じた光路(光ファイバ)を通過した
後の光波の位相シフトを直接測定する。光波は光ファイバ中を進行するので、ジ
ャイロスコープの有効感度はファイバを多数回巻くことにより増大する。
より具体的には、干渉計光ファイバ・ジャイロスコープでは、単一の光源から
の電磁波(光波)が分割され、コイル状光ファイバ中に互いに反対の方向へ進ま
せられて、その一対の波が最終的に光検出器に入射する。このビームの相対的な
特性は通常ファイバの特性(すなわち熱的特性、機械的特性など)の潜在的な変
化によって変化することはない。これは、相互性の原則により、両方のビームが
同じ環境的変更を受けた場合、両方のビームが実質上等しい影響を受けるためで
ある。一般相対性理論により、ジャイロスコープが回転すると一般に第1の光波
の有効光路長が一方の回転方向では長くなり、反対の回転方向では短くなる。第
2の光波では一般に有効光路長に対して反対の結果となる。一対の光波間の有効
光路長差はこれら波間に位相シフト(サニャック効果)を導入する。コイル状光
ファイバの長さが長くなれば2つのビーム間の位相シフトの差は大きくなる。こ
の結果生じた位相シフトは通常干渉パターンを形成する。この干渉パターンを干
渉計によって検出し、次いでこれを使用してジャイロスコープの角速度を決定す
る。
回転速度を正確に測定するために、光ビーム中に交流バイアス(ディザ)を機
械的または電気光学的に導入することが多く、その結果ビームの挙動が影響を受
ける。船のFOG読出し信号は一般に慣性速度情報(船が回転する速度)を含ん
でいるだけでなく、センサのディザリングに直接関係する信号成分をも含んでい
る。低雑音システム中で正確な結果を得るために、ディザ信号を最小限に抑える
かまたは低減することが多い。ジャイロスコープ・システムの雑音を分析するデ
バイスはディザの効果を実質上補償しなければならない。
ジャイロスコープの動作を監視する現在のシステムの大部分はジャイロスコー
プ機能を非侵入的に変更するものである。ジャイロスコープの機能の非侵入的変
更は通常ジャイロスコープの所期の動作の有効性を減少させる。従来技術のデバ
イスはジャイロスコープの個別の構成要素を監視することができるが、従来技術
のモニタはジャイロスコープの雑音(米国特許第5331404号、第5469
257号、第5416584号)、入力信号(米国特許第5204631号)、
ディザ(米国特許第5325173号、第5331401号および第53314
02号)、位相角(米国特許第5347359号)、または振幅(米国特許第5
452086号)に積極的に影響を及ぼすことが多い。さらに、上述の特許に記
載されているように、従来技術のデバイスはジャイロスコープ信号に積極的に影
響を及ぼすが、ジャイロスコープ雑音を分析することによってジャイロスコープ
の安定を監視するものではない。ジャイロスコープの構成要素の故障を連続的に
監視する非侵入的システムが必要である。
従来技術のデバイスの中には、実質上、ジャイロスコープがその動作中にジャ
イロスコープを連続的に監視することなしに安全に始動するようにするものもあ
る。これらの従来技術のデバイスの主要な目的は、実質上始動中の遅延が最小と
なり、悪影響が最小となる始動手順を提供することであるが、これらのデバイス
は動作中の故障についてFOGを監視しない。デバイスの定常状態動作中、すな
わち始動後に故障が起こった場合、監視機能が一般に使用できなくなる。例えば
、従来技術のモニタの場合、パイロットは一般に航空機の出力をオン・オフして
始動手順を再生し、ジャイロスコープを再テストしなければならず、これは明ら
かに望ましくない選択である。
Ki1lpartrick他の特許、米国特許第5363194号には、始動
制御方法および装置を提供することに限定されたレーザ・ジャイロスコープ・マ
イクロプロセッサが開示されている。この米国特許第5363194号ではレー
ザ・ジャイロスコープを安全かつ迅速に始動させるシステムが明らかにされてい
る。そのマイクロプロセッサはジャイロスコープに対してテストを実行し、タイ
ミング・シーケンス中に健全信号を与える。ジャイロスコープのすべてのシステ
ムが正確に始動した場合、システムは健全状態「OK」をプロセス・ブロックに
報告する。本発明は、容認できる場合、ジャイロスコープの状態を健全な状態に
設定する組込みテスト(BIT)機能を実行するものである。各BITルーチン
は、マイクロプロセッサによってテストされた特定の構成要素の状態を示す。こ
れらの組込みテスト機能には、読出し強度モニタを読み取る機能、光路長を検査
する機能、制御長コントローラを検査する機能、ディザ誤りを検査する機能、枝
電流を検査する機能、LIMを検査する機能、温度を検査する機能などが含まれ
る。これらの事象はすべてジャイロスコープ内のことであり、ある時間フレーム
の間に監視される。その時間フレームの終了時に、健全状態信号が送信される。
組込みテスト機能および自己テスト機能は周期的に実行される。さらに、各BI
Tの後、デバイスがジャイロスコープ機能を妨害するのでデータが失われる。こ
のシステムは始動プロセスが完了した後でジャイロスコープを引き続き監視する
ことはない。したがって、Killpartrickのデバイスは連続的な監視
機能を提供しない。
多くのデバイスはジャイロスコープ信号を実質上変更することによってジャイ
ロスコープ機能に非侵入的に影響を及ぼすが、他のデバイスはジャイロスコープ
の雑音を非侵入的に低減する。Blake他の特許、米国特許第5469257
号には、光学系からの出力信号中の雑音を低減する方法が開示されている。雑音
レジューサは雑音表示信号の振幅または位相を調整するデバイスを組み込んでい
る。また、光源から放出された波は光学系出力に到達した際に遅延される。また
、位相調整はバイアス変調信号の位相に非侵入的に影響を及ぼす。データ収集プ
ロセスの中断なしにジャイロスコープ信号を非侵入的に監視するシステムが必要
である。
Moeller他の特許、米国特許第5331404号には、過剰雑音減算を
含む低雑音ファイバ・ジャイロスコープ・システムが開示されている。この特許
には、高感度ジャイロスコープ・システムから過剰雑音を非侵入的に減算するシ
ステムおよび方法が開示されている。得られた信号は、さらに遅延される雑音信
号とともに偏波され、検出され、増幅される。増幅された雑音信号を増幅された
ジャイロスコープ信号の一部で変調し、増幅されたジャイロスコープ信号から振
幅変調された雑音信号を減算して、低減された雑音のジャイロスコープ信号を生
ずることによって、増幅されたジャイロスコープ信号中の過剰雑音成分が低減さ
れる。Moellerのデバイスはまた、増幅されたジャイロスコープ信号の雑
音成分を振幅変調することによってその雑音成分を非侵入的に低減する。
他のデバイスはジャイロスコープ・システムの様々な信号を非侵入的に導入ま
たは変更する。Kayの特許、米国特許第5416584号には、リング・レー
ザ・ジャイロスコープのディザ中に正弦波雑音を注入して動的ロックインを防ぐ
非侵入的システムが開示されている。Kayのデバイスはまた、リング・レーザ
・ジャイロスコープの光ビーム中に周波数バイアスを非侵入的に導入する。Ka
yのデバイスの主要な目的はリング・レーザ・ジャイロスコープ中でのロッタイ
ンを低減することであり、ジャイロスコープの監視ではない。
Ogawa他の特許、米国特許第5341210号にはデジタル・ランプ位相
タイプ光干渉ジャイロスコープが開示されている。ステップ値を繰り返し蓄積す
ることによってランプ信号を生成する。蓄積された値があるしきい値を超えるま
でステップ値を入力角速度に対応して連続的に生成する。ランプ信号を使用して
、光ビームの位相を変調して、ビーム間の位相差を相殺する。減算および比較ス
テップを行い、訂正信号を基準値に加えて、訂正されたしきい値および位相差を
生成する。したがって、Ogawaのデバイスはいくつかの値、すなわち非侵入
的監視機能を超えるしきい値および位相差を訂正する。
Negishiの特許、米国特許第5285257号には、AM雑音が最小限
に抑えられる位相での同期検出を行う光回転検知装置が開示されている。あるデ
バイスが検知ループ中を伝搬する光の位相を変調し、他のデバイスが検知ループ
中を伝搬する光の偏光を解消する。出力信号はさらに制御され処理される。信号
制御/処理手段は出力信号の位相を非侵入的に制御する。
Hobbsの特許、米国特許第5204631号には、ガウス雑音の存在下で
信号の自動しきい値化を行うシステムおよび方法が開示されている。入力信号お
よび所定の容認できる誤警報率に関する統計に基づいて、しきい値信号を設定し
調整するサブ回路が使用される。しきい値信号を入力信号と比較し、それらの差
に対応する信号を出力する第2のコンパレータが使用される。しきい値信号は誤
警報率を考慮するために非侵入的に調整される。誤警報率の頻度は電流に変換さ
れ、調整されたしきい値に対応する出力が与えられる。再び、この従来技術のデ
バイスはジャイロスコープ・データ、すなわちしきい値信号を非侵入的に変更す
る。発明の概要
本故障モニタは、連続的に動作しかつ使用しているシステムに対して透過的で
あるように、開ループおよび閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープの光回路お
よび電気回路をテストすることが好ましい。例えば、このモニタは故障した光源
、ファイバ・スプライス、光位相変調器または光検出器アセンプリを適切に報告
する。より詳細には、光ファイバ・ジャイロスコープは一般にその出力でスペク
トル的かつ時間的に連続的な雑音を示す。この雑音はジャイロスコープの帯域幅
全体にわたって存在することが多く、ジャイロスコープの帯域幅がその角度入力
を測定するために必要な帯域幅よりも大きい場合、ジャイロスコープの完全性を
決定するために余分の帯域幅を雑音モニタに適切に充てるられる。雑音モニタは
選択された周波数範囲内の雑音の振幅を決定する手段で構成することが好ましい
。好ましい実施態様では、適切な信号プロセッサが雑音の振幅を決定する。
動作中、雑音モニタは前の値からアキュムレータ出力の連続的な値を減算し、
それぞれの差の絶対値を形成し、アキュムレータ・レジスタに振幅合計を蓄積す
ることが好適である。次に、計算した振幅を事前に決定された時間間隔で事前に
確定された上側および下側雑音限界と比較することが好ましい。これらの限界外
の雑音の蓄積された量は一般に過度に高いかまたは過度に低いデータ偶然性を示
し、したがって故障したジャイロスコープを示す。雑音振幅がこれらの限界外に
ある場合、ジャイロスコープ故障が起こったことをフラグがシステム・プロセッ
サに通知することが好ましい。フラグは割込みを発生し、それをプロセッサに送
信することが好適であり、あるいはフラグはシステム・プロセッサによって周期
的にポーリングされる。
図面の簡単な説明
以下で本発明の好ましい例示的な実施形態について添付の図面に関して説明す
る。図中、同じ番号は同じ要素を示す。
第1図は、故障監視用の例示的な装置のブロック図である。
第2図は、故障監視用の詳細な例示的な装置のブロック図である。
第3図は、本発明に関する入力速度の関数として強度の応答曲線を表す概略的
なグラフである。
第4a図は、開ループ光ファイバ・ジャイロスコープ用の例示的な装置のブロ
ック図である。
第4b図は、閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープ用の例示的な装置のブロ
ック図である。
好ましい例示的な実施形態の詳細な説明
本発明の様々な様態による方法および装置は、光ファイバ・センサ5の完全性
を適切に決定するためにセンサ5から出力された雑音帯域幅の一部分を実質上連
続的に監視する。光ファイバ・センサ5は、開ループ光ファイバ・ジャイロスコ
ープおよび閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープを含めて、変化した信号を検
知するのに適したデバイスである。好ましい実施形態では、センサ5は閉ループ
光ファイバ・ジャイロスコープである。雑音監視を行う方法については以下で詳
細に説明するが、一般に、回転速度値の入力差の合計を固定の上側限界レベル9
0および下側限界レベル100と比較して、センサ5中の故障が存在するかどう
かを判定することが好ましい。少しの間第1図を参照すると、本発明の様々な様
態による雑音監視用の例示的な装置1は、振幅検出デバイス10、比較デバイス
20、および指示デバイス25を含んでいることが好ましい。少しの間第2図を
参照すると、以下でより詳細に説明するように、振幅検出デバイス10によって
受信された速度信号40を比較デバイス20中でプリセット限界90、100と
比較することが好適である。速度信号40がプリセット限界90、100外にあ
るときに指示デバイス25が作動することが好適である。
引き続き第2図を参照すると、振幅検出デバイス10は、信号プロセッサなど
、雑音信号の振幅を計算することができる検出器を含んでいる。本発明による例
示的な振幅検出デバイス10は、光検出器35、アキュムレータ50、減算器6
0、絶対値回路70、ビット・アキュムレータ80、アキュムレータ・レジスタ
85およびクリア回路87を含んでいることが望ましい。
検出器35は、フォトダイオードなど、光信号を検出しその信号をデジタル語
に変換することができる検出器を含んでいることが好適である。本発明の好まし
い実施形態によれば、検出器35はEpitaxxモデルETX300Tを含ん
でいる。アキュムレータ50は、ジャイロスコープ・アキュムレータなど、信号
を蓄積することができるデバイスを含んでいることが好適である。減算器60は
信号を減算することができるデバイスを含んでいることが好適である。絶対値回
路70は信号の絶対値を計算することができるデバイスを含んでいることが好適
である。ビット・アキュムレータ80は、信号のビットを蓄積することができる
デバイスを含んでいることが好適である。アキュムレータ・レジスタ85は、信
号を登録することができるデバイスを含んでいることが好適である。クリア回路
87は、アキュムレータをクリアすることができるデバイスを含んでいることが
好適である。振幅検出デバイス10の上述の構成要素は、ゲート・アレイ、特定
用途向け集積回路(ASIC)、または好ましくは上記で論じたそれぞれの機能
をアルゴリズム的に実装するマイクロプロセッサの形で実施される様々な回路を
含んでいる。
引き続き第2図を参照すると、比較デバイス20は、信号をプリセット・レベ
ルと比較することができるデバイスを含んでいる。本発明による例示的な比較デ
バイス20は、信号40が固定の上側限界レベル90および下側限界レベル10
0を超えるかどうかを判定する比較デバイス20を含んでいる。限界レベル90
、100は、固定積分レート雑音値など、比較のレベルを確定することができる
速度値を含んでいる。
引き続き第2図を参照すると、指示デバイス25は、事象が発生したときにシ
ステムに通知することができるデバイスを含んでいることが好適である。本発明
による例示的な指示デバイス25は故障フラグ120を含んでいることが好まし
い。
好ましい実施形態では、装置1はFOGを監視する。これは、FOGの電子回
路のために、FOGは一般に高い信号解像度を有しており、それによって測定で
きるほど大きい信号をセンサ5の使用可能な帯域幅から抽出することができるた
めである。この大きい出力信号中に雑音が存在するので、光ファイバ・ジャイロ
スコープはその出力でスペクトル的かつ時間的に連続的な雑音を示し、したがっ
てその雑音を使用してジャイロスコープの完全性を監視することができる。この
雑音はジャイロスコープの帯域幅全体にわたって存在し、したがってジャイロス
コープの帯域幅がその角度入力を測定するために必要な帯域幅よりも大きい場合
、余分の帯域幅をジャイロスコープの完全性を決定するために充てることができ
る。出力信号中の雑音は、一般に暗電流雑音(ショット雑音が発生しうる高い温
度にならなければFOG中で優勢にならないDC電流)、背景放射雑音(衛星で
なければ問題にならない)、ショット雑音(光検出プロセスの統計的性質による
雑音)、および熱雑音(フォトダイオードの2つのリード線間に同等に配置され
た負荷抵抗中で発生する雑音であり、光パワーが低いと優勢になる)を含んでい
る。
ジャイロスコープの他の動作の多くはジャイロスコープ雑音に寄与し、本発明
によるジャイロスコープを監視するために選択的に使用される。例えば、光ジャ
イロスコープは、監視用の顕著な雑音源として白色雑音(広帯域)である「過剰
」雑音を示す光源を含んでいることが多い。雑音により光源によって放出された
電磁波の振幅が変化するのでFOG中の光源雑音を制御することが好適である。
したがって、電磁波の振幅が変化すると光波間の位相シフトに明らかな変化が生
じる。したがって、過剰雑音によりデバイスの極限感度が制限され、また光源パ
ワーが増大するにつれてジャイロスコープ・システムの性能が改善するのではな
く飽和状態になる。
レイリー後方散乱およびカー効果を含めていくつかの理由でジャイロスコープ
中に広帯域光源が必要である。広帯域光源は互いに光学的に干渉する(うなりを
生ずる)異なる多数の周波数を有しており、したがって監視用の顕著な雑音源で
ある相対強度雑音(白色帯域雑音)を発生する。また、広帯域光源中の強度変動
により過剰雑音が生じることが多い。しかしながら、コヒーレントなレイリー後
方散乱雑音およびカー効果によるゼロ回転ドリフトを最小限に抑えるために光フ
ァイバ・ジャイロスコープ中に安定なスペクトルを有する広帯域光源が必要であ
る。例えば、強度雑音は一般に広帯域光源中で生じる。これは、光源中の発光体
が光周波数の光波を放出し、これが互いに混合して比較的低い周波数の強度変動
を残すためである。あるいは、システム中の過剰雑音(または相対強度雑音)に
はフリッカ雑音(1/f雑音)または光源の電気回路およびキャリア密度変動か
ら発生する電流雑音がある。
ジャイロスコープ中の雑音はバイアス安定度の欠如によっても増大する。これ
はしばしば偏光および後方散乱の誤りを生じ、また回転速度の誤った指示となる
。したがって、高性能ジャイロスコープは一般に(1/fパワー・スペクトルで
特徴づけられる)高いバイアス安定度を必要とする。例えば、姿勢機首基準シス
テムは1〜10度のバイアス精度を必要とし、最適安定度は0.01〜0.00
1度のバイアス精度と慣性航法で定義され、照準衛星は0.0001〜0.00
001度のバイアス精度を必要とし、海中航法は0.00001度以上のバイア
ス精度を必要とする。
第2図を参照すると、監視デバイス10は、選択された周波数範囲内の雑音の
振幅を見つけるための手段で構成されることが好ましい。この手段は、デジタル
信号処理集積回路を有する半導体処理電子回路を含んでいることが好ましい適切
な信号プロセッサから構成されることが好ましい。あるいはアナログ回路により
雑音の振幅を決定することが好適である。より具体的には、光ジャイロスコープ
のデジタル出力をアナログ電圧に変換することが好適であり、次いで選択された
雑音帯域幅の帯域通過フィルタに通すことが好適である。このようにして、振幅
の代わりにフィルタ出力の測定値を比較のために使用する。したがって、アナロ
グ・フィルタリングは一般に固有のアナログ出力を有する検出器35用のより簡
単な方法である。
次に第3図を参照すると、本発明に関する入力回転速度40の関数として強度
の応答曲線200が概略的なグラフで適切に表されている。位相シフトが入力回
転速度40とともに直線的に変化するように、y軸はフォトダイオード光強度2
05を表し、x軸は入力回転速度40を表すことが好ましい。しかしながらジャ
イロスコープ出力は直線的でない。これは、検出器の出力が2つのビーム間の位
相差のコサイン関数であり、したがって極小210および極大220を有するた
めである。
適切に動作するジャイロスコープは一般に定義可能な上限および下限内で予測
可能な雑音振幅を示す。しかしながら、雑音を監視することが好適である周波数
範囲はジャイロスコープ入力運動の影響を受けてはならない。雑音振幅を監視す
るために、ジャイロスコープの固有の帯域幅の上端またはその付近の周波数範囲
を選択することが好ましい。光ファイバ・ジャイロスコープの場合、帯域幅は、
電子回路設計によって決定し、また事実上起こりうるすべての機械的入力の周波
数範囲外にある応答スペクトルの高い端部の周波数の帯域を含むように選択する
ことが好ましい。
引き続き第3図を参照すると、検出器電流は、最大強度205であるゼロ入力
回転速度225付近の小さい位相シフト変化に鈍感であることが好ましい。入力
回転速度40が生じると、強度205の低下が起こる。応答曲線の勾配が領域2
50内でほぼ最小になるために、強度205の変化はゼロ入力回転速度225近
傍の入力回転速度40に対して最小になる。同様に、検出器35の電流は応答曲
線200の他の極小210および極大220に対応する入力回転速度40に鈍感
である。また、異なる2つの方向での入力回転速度40間の区別は応答曲線20
0の対称性のために困難である。
光波中にバイアスを注入する(バイアス変調)とジャイロスコープは応答曲線
200の有限の勾配240の近傍で動作するようになる。第4a図および第4b
図の復調器システム400を使用して、応答曲線200の最大傾斜240間で交
番することが好適である方形波でFOGを変調することが好ましい。さらに、ジ
ャイロスコープ入力回転速度40は動作点の近傍で対称的に離れており、それに
よって検出器35の感度が高くなることが好ましい。したがって、高い感度は応
答曲線200の有限の傾斜240の近傍で動作しているジャイロスコープの結果
であることが好ましい。
より具体的には、第4a図を参照すると、開ループ光ファイバ・ジャイロスコ
ープから回転速度出力40を決定する方法が概略図で示されている。光源405
からの光は従来のビーム・スプリッタによって分割されて、2つのビームがファ
イバ・コイル410の第1の端部に入り、2つのビームは反対の方向に進む。2
つのビームがファイバ・コイル410の第2の端部を出たとき、ファイバ・コイ
ル410の第2の端部にある変調器415が2つのビーム間の光位相シフトを変
調し、その後2つのビームは光検出器420で再結合する。変調器415は、バ
イアス変調発生器440とともに、選択された周波数のバイアス変調信号を発生
することによって光ビームを変調する。この周波数はファイバ・コイル410の
長さに関連することが好ましい。例えば、長さ1000mのファイバ・コイル4
10を有するシステムには100kHzが加えられることになる。さらに、好ま
しい実施形態では、バイアス変調発生器440はピークトゥピーク信号を有する
方形波の形の一定の電流を発生する。変調された2つのビームが再結合した後、
ビームは光検出器420に当たり、光検出器420がAC出力電流を発生し、し
たがってAC出力電流の強度は光検出器420に入射した光ビームの強度に基づ
く。光検出器420からの出力電流は前置増幅器425中で増幅され、次いで復
調器430に入る。
ジャイロスコープの方向および回転の決定は復調器430によって、すなわち
位相感知復調を使用して行われる。位相感知復調は、AC電圧の位相とともにA
C電圧のサイン関数の振幅を読み取る手順である。AC電圧が所定の基準信号に
対して同相または位相外れである場合、AC電圧の位相を決定する必要がある。
好ましい実施形態では、所定の基準はバイアス変調発生器440からの直接の出
力信号である。したがって、AC電圧の変調された振幅および位相をそれぞれ基
準バイアス変調信号の振幅および位相と比較することによって、回転の程度およ
び回転の方向が容易に決定される。
第4b図を参照すると、閉ループ光ファイバ・ジャイロスコープから回転速度
出力40を決定する方法が概略図で示されている。開ループ光ファイバ・ジャイ
ロスコープについて上述したものと同じ構成要素および手順が第4b図の閉ルー
プ光ファイバ・ジャイロスコープ中に含まれている。しかし、第4b図の閉ルー
プ光ファイバ・ジャイロスコープは追加の構成要素、すなわち第1の積分器45
0、第2の積分器460、およびフィードバック変調発生器470を追加してい
る。
手順上、第4b図を参照すると、復調器430からの変調器信号は第1の積分
器450に入り、次いで第2の積分器460およびフィードバック変調発生器に
入り、それによって定常状態でフィードバック変調波形が生じる。最後に、ラン
プ・フィードバック変調波形はバイアス変調発生器からの信号とともに変調器に
入る。
好ましい実施形態では、フィードバック変調波形はランプ「のこぎり」電圧波
形を表す可変量である。しかしながら、ランプは波形がそれ自体2ごとにリセッ
トするので無限に増大することはない。幸いに、2のリセットは相対的に全くリ
セットなしに等しく、また各リセット後にシステムが新しいサイクルの初めに始
動するのでシステムに気づかれない。電圧と位相シフトの程度との関係は一定で
あるので、光位相シフトで測定した波形の振幅は一般に2である。リセットする
前のランプ波形の周波数は入力速度の尺度である。好ましい実施形態では、ラン
プ電圧波形はセロダイン・ランプである。
開ループ・システム(第4a図)では、復調器430の出力は一般にゼロから
逸れる(例えばわずかに正になる)。しかしながら、閉ループ・システム(第4
b図)では、フィードバック変調発生器470は復調器430の出力のわずかな
増大に反応して、ランプ・フィードバック変調波形を発生し、上述の復調器プロ
セスにより復調器430の出力がゼロになるまで、言い換えれば定常状態になる
まで、ランプ・フィードバック変調波形を変調器415に送る。復調器430の
出力がゼロであれば第1の積分器450への入力がゼロになるので定常状態とな
り、したがって第1の積分器450は一定の有限のデジタル数を出力する。第1
の積分器450の出力は一定のデジタル数であり、したがって定数の時間積分は
ランプ波形になるので第2の積分器460の出力はランプ波形になる。したがっ
て、有限のデジタル数は閉ループFOGの回転速度出力40になる。例えば、ジ
ャイロスコープが約10度/秒の一定の回転速度を受けている場合、定常状態が
存在する。
好ましい実施形態では、変調器415、復調器430、バイアス変調発生器4
40、第1の積分器450、第2の積分器460、およびフィードバック変調発
生器470は、ゲート・アレイ、特定用途向け集積回路(ASIC)、または好
ましくは上記で論じたそれぞれの機能をアルゴリズム的に実装するマイクロプロ
セッサの形で実施される様々な回路を含んでいることが好適である。光検出器4
20は、光信号を検出し、その信号をフォトダイオード光検出器などアナログ回
路に変換することができる検出器を含んでいることが好適である。本発明の好ま
しい実施形態によれば、光検出器420はEpitaxxモデルETX300T
を含んでいる。さらに、好ましい実施形態では、知られている前置増幅器425
が復調器システム400中の光検出器420の後および復調器430の前に組み
込まれる。
第2図を参照すると、少なくとも8ビット幅のデジタル語の形をしていること
が好ましい回転速度信号40がジャイロスコープ・アキュムレータ50に送られ
ることが望ましく、それによってジャイロスコープ・アキュムレータ50がその
デジタル語を蓄積することが好適である。より大きい速度変化を表すより高いビ
ットは、速度変化が最小であるのでジャイロスコープ・アキュムレータ50によ
って実質上無視されることが好ましい。減算器60および絶対値回路70はそれ
ぞれアキュムレータ50の出力の連続的な速度値を互いから減算することが好適
であり、各差の絶対値を形成することが好適である。ビット・アキュムレータ8
0はアキュムレータ・レジスタ85中の速度値差の合計を蓄積することが好適で
ある。
アキュムレータ・レジスタ85のデータは比較デバイス20に送られることが
好ましい。比較デバイス20は所定の時間間隔でアキュムレータ・レジスタ85
からのデータを固定の上側境界レベル90および下側境界レベル100(固定積
分レート雑音値)と比較する。クリア回路87は、他の更新サイタルおよび新し
い速度信号40に基づく新しい比較を考慮するために、モニタ更新クロック11
0に基づいて約100ミリ秒ごとにビット・アキュムレータ80をクリアするこ
とが好ましい。さらに、クリア回路87は故障分析および後の起こりうる報告の
頻度を決定することが好適である。
限界レベル90、100の雑音の蓄積量は高いまたは低い信号偶然性を示し、
したがって故障したジャイロスコープを示すことが好適である。雑音振幅がこれ
らの限界外にある場合、信号が指示デバイス25に送られることが好ましい。指
示デバイス25は、ジャイロスコープ故障が起こったことをシステム・プロセッ
サに通知するジャイロスコープ故障フラグ120を含んでいることが好ましい。
システム・プロセッサはソフトウェア中で割込みを発生することが好適である。
フラグ120はプロセッサに対して割込みを発生することが好適であるが、ある
いはフラグ120はシステム・プロセッサによって周期的にポーリングされる。
上述のように、雑音モニタ1は実質上連続的に動作し、かつ使用しているシス
テムに対して透過的である。これは監視が外部変数の影響を受けない周波数領域
内で行われることが好ましいためである。したがって、本発明はセンサの雑音を
分析し、信号は分析しないので、測定可能な雑音振幅および定義可能な出力雑音
スペクトルを有するセンサ5を完全性監視することができる。好ましい実施形態
では、雑音を監視することによって、雑音モニタ1は、とりわけ故障した光源、
ファイバ・スプライス、ファイバ・カプラ、光位相変調器、光検出器アセンブリ
などを含めて光ファイバ・ジャイロスコープの光回路ならびに電子回路をテスト
することが好適である。より具体的には、雑音は光パワーにほぼ比例するので、
光源を減光すると一般に雑音が低減される。したがって、現代の光源は通常より
大きい雑音変化を受け、したがって故障したジャイロスコープを示す変更された
雑音の検出が簡単化される。
さらに、故障したスプライスは、本発明によって検出される雑音の損失を生ず
ることが多い。集積光チップまたはファイバを暗くすると一般にフォトダイオー
ドへの光が少なくなり、その結果雑音のかなりの損失が生じる。また、電極ワイ
ヤの破損および/または同様の故障により位相変調器がその所期の機能を果たす
ことができない場合、雑音値が変更され、したがってフォトダイオードが誤作動
した場合に、電子増幅器が実質上異なる(一般により多くの)雑音を受け取るこ
とになる。また、関連する電子回路が適切なバイアス変調振幅を発生することが
できない場合、一般に雑音が多くなるかまたは少なくなる。したがって、雑音の
監視は光ファイバ・ジャイロスコープの完全性を決定するためのかなり有効かつ
有用なツールとなる。
本発明の好ましい実施形態の以上の詳細な説明は本発明の範囲および趣旨の範
囲に含まれる連続的な雑音監視の方法および装置を表すことが当業者には明らか
であろう。さらに、本発明の範囲および精神から逸脱すくことなく様々な改変お
よび変更を行うことができることを当業者なら理解できよう。例えば、本発明に
ついては光ファイバ・ジャイロスコープに関して説明したが、本発明は任意の検
知デバイスに適用される。本発明は本明細書に示した詳細に限定されるものでは
なく、添付の請求の範囲に含まれる任意の形態または変更において請求されるこ
とを当業者なら理解できよう。そのため、本発明の範囲は以下の請求の範囲に記
載されている。Description: METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUSLY NON-INVASIVE MONITORING OF NOISE TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to monitoring devices for sensors, and more particularly, to an apparatus and method for continuously monitoring for possible failures of a fiber optic gyroscope. Background of the Invention Fiber optic gyroscopes (FOGs) with little or no mechanical components have become much used instead of earlier mechanical gyroscopes. Although fiber optic gyroscopes have virtually eliminated the need to monitor for potential failure of unreliable mechanical components, the performance of fiber optic gyroscopes must still be monitored to ensure reliability. Prior art methods of monitoring mechanical gyroscope operation are not effective with modern gyroscope technology and require a method of monitoring the performance of modern fiber optic gyroscopes. Typical ship operators perform complex validity tests to determine if the gyroscope attitude readout is accurate. When performing the validity test, the operator usually checks each time the posture is read out for a large change. This is because, for example, normal posture reading at 0.001 second intervals should not change significantly. To test the performance of the gyroscope, the pilot typically reads and calculates the differential output to determine if a large change has occurred. However, reading the attitude display often requires the use of a computer or calculator for each query to perform a separate, time-consuming analysis. In addition, if the gyroscope fails completely, the monitor often displays zero output. When reading the zero output, the pilot often does not know the critical distinction whether the readout indicates a correctly functioning zero attitude shift or the monitor is malfunctioning. Therefore, there is a need for a failure monitor that does not need to read the attitude display. Fiber optic gyroscopes are generally optical inertial rotation sensors that use the well-known Sagnac effect to detect rotation about an axis. Generally, the FOG activates an interferometer from an external light source and directly measures the phase shift of the lightwave after the light has passed through a closed optical path (optical fiber). As the light wave travels through the optical fiber, the effective sensitivity of the gyroscope increases with multiple turns of the fiber. More specifically, in an interferometer fiber optic gyroscope, an electromagnetic wave (light wave) from a single light source is split and made to travel in opposite directions through a coiled optical fiber, where the pair of waves is Finally, the light enters the photodetector. The relative properties of the beam usually do not change due to potential changes in fiber properties (ie, thermal, mechanical, etc.). This is because, due to the principle of reciprocity, if both beams are subjected to the same environmental change, both beams are affected substantially equally. According to general relativity, when the gyroscope rotates, the effective optical path length of the first light wave generally increases in one rotation direction and decreases in the opposite rotation direction. The second lightwave generally has the opposite effect on the effective optical path length. The effective optical path length difference between a pair of light waves introduces a phase shift (Sagnac effect) between these waves. The longer the length of the coiled optical fiber, the greater the phase shift difference between the two beams. The resulting phase shift usually forms an interference pattern. This interference pattern is detected by an interferometer, which is then used to determine the gyroscope angular velocity. In order to accurately measure the rotational speed, an AC bias (dither) is often introduced mechanically or electro-optically into the light beam, which affects the behavior of the beam. A ship's FOG readout signal generally contains not only inertial speed information (the speed at which the ship is rotating) but also signal components that are directly related to sensor dithering. To obtain accurate results in low noise systems, dither signals are often minimized or reduced. Devices that analyze gyroscope system noise must substantially compensate for the effects of dither. Most current systems for monitoring gyroscope operation modify the gyroscope function non-invasively. Non-intrusive changes in gyroscope functionality usually reduce the effectiveness of the intended operation of the gyroscope. Prior art devices can monitor individual components of the gyroscope, whereas prior art monitors use gyroscope noise (US Pat. Nos. 5,331,404, 5,469,257, 5,416,584) and input signals (US). No. 5,204,631), dither (US Pat. Nos. 5,325,173, 5,331,401 and 5,331,402), phase angle (US Pat. No. 5,347,359), or amplitude (US Pat. No. 5,452,862). Often affects. Further, as described in the above-mentioned patents, prior art devices positively affect the gyroscope signal, but do not monitor gyroscope stability by analyzing gyroscope noise. There is a need for a non-intrusive system for continuously monitoring gyroscope components for failure. Some prior art devices substantially allow the gyroscope to safely start during its operation without continuously monitoring the gyroscope. The primary purpose of these prior art devices is to provide a start-up procedure that substantially minimizes delays during start-up and has minimal adverse effects, but these devices do not monitor the FOG for faults during operation. . If a failure occurs during steady-state operation of the device, i.e. after startup, the monitoring function is generally unavailable. For example, in the case of prior art monitors, the pilot would typically have to turn the power of the aircraft on and off to replay the starting procedure and retest the gyroscope, which is clearly an undesirable choice. US Pat. No. 5,363,194 to KiIlpartrick et al. Discloses a laser gyroscope microprocessor limited to providing start-up control methods and apparatus. U.S. Pat. No. 5,363,194 discloses a system for safely and quickly starting a laser gyroscope. The microprocessor performs tests on the gyroscope and provides a health signal during the timing sequence. If all systems in the gyroscope start correctly, the system will report a healthy state "OK" to the process block. The present invention, when acceptable, performs a built-in test (BIT) function that sets the state of the gyroscope to a healthy state. Each BIT routine indicates the status of a particular component that has been tested by the microprocessor. These built-in test functions include a read intensity monitor reading function, an optical path length inspection function, a control length controller inspection function, a dither error inspection function, a branch current inspection function, a LIM inspection function, It includes a function to check the temperature. These events are all in the gyroscope and are monitored during a certain time frame. At the end of that time frame, a health signal is transmitted. The built-in test function and the self-test function are periodically executed. Further, after each BIT, data is lost as the device interferes with gyroscope function. The system does not continue to monitor the gyroscope after the startup process has been completed. Thus, Killpartrick's devices do not provide continuous monitoring. Many devices non-invasively affect gyroscope function by substantially modifying the gyroscope signal, while other devices non-invasively reduce gyroscope noise. Blake et al., U.S. Pat. No. 5,469,257, discloses a method for reducing noise in an output signal from an optical system. The noise reducer incorporates a device that adjusts the amplitude or phase of the noise indicating signal. The wave emitted from the light source is delayed when it reaches the output of the optical system. Further, the phase adjustment non-invasively affects the phase of the bias modulation signal. There is a need for a system that non-invasively monitors gyroscope signals without interrupting the data acquisition process. Moeller et al., U.S. Pat. No. 5,331,404, discloses a low noise fiber gyroscope system that includes excess noise subtraction. This patent discloses a system and method for non-invasively subtracting excess noise from a sensitive gyroscope system. The resulting signal is polarized, detected and amplified with a further delayed noise signal. By modulating the amplified noise signal with a portion of the amplified gyroscope signal and subtracting the amplitude modulated noise signal from the amplified gyroscope signal to produce a reduced noise gyroscope signal; Excess noise components in the amplified gyroscope signal are reduced. Moeller's device also non-invasively reduces the noise component of the amplified gyroscope signal by amplitude modulating the noise component. Other devices non-invasively introduce or modify various signals of the gyroscope system. No. 5,416,584 to Kay discloses a non-intrusive system that injects sinusoidal noise into the dither of a ring laser gyroscope to prevent dynamic lock-in. Kay's device also non-invasively introduces a frequency bias into the light beam of the ring laser gyroscope. The primary purpose of Kay's device is to reduce lottery in ring laser gyroscopes, not gyroscope monitoring. Ogawa et al., U.S. Pat. No. 5,341,210, discloses a digital ramp phase type interferometric gyroscope. A ramp signal is generated by repeatedly storing step values. A step value is continuously generated corresponding to the input angular velocity until the accumulated value exceeds a certain threshold. The ramp signal is used to modulate the phase of the light beam to cancel the phase difference between the beams. Perform subtraction and comparison steps to add the corrected signal to a reference value to generate a corrected threshold and phase difference. Thus, Ogawa's device corrects several values: threshold and phase differences beyond the non-intrusive monitoring capabilities. The Negishi patent, US Pat. No. 5,285,257, discloses an optical rotation detection device that performs synchronization detection in a phase in which AM noise is minimized. One device modulates the phase of light propagating in the sensing loop, and another device depolarizes the light propagating in the sensing loop. The output signal is further controlled and processed. The signal control / processing means non-invasively controls the phase of the output signal. Hobbs, US Pat. No. 5,204,631, discloses a system and method for automatic thresholding of a signal in the presence of Gaussian noise. A sub-circuit is used to set and adjust the threshold signal based on statistics regarding the input signal and a predetermined acceptable false alarm rate. A second comparator is used that compares the threshold signal with the input signal and outputs a signal corresponding to their difference. The threshold signal is adjusted non-invasively to account for false alarm rates. The frequency of the false alarm rate is converted to a current and an output corresponding to the adjusted threshold is provided. Again, this prior art device changes the gyroscope data, the threshold signal, non-invasively. Summary of the Invention The fault monitor preferably tests the optical and electrical circuits of open-loop and closed-loop fiber optic gyroscopes so that they operate continuously and are transparent to the system in use. For example, the monitor properly reports a failed light source, fiber splice, optical phase modulator, or photodetector assembly. More specifically, fiber optic gyroscopes generally exhibit spectrally and temporally continuous noise at their output. This noise is often present throughout the gyroscope's bandwidth, and if the gyroscope's bandwidth is larger than the bandwidth required to measure its angular input, extra noise is needed to determine the gyroscope's integrity. Can be appropriately allocated to the noise monitor. Preferably, the noise monitor comprises means for determining the amplitude of the noise within the selected frequency range. In a preferred embodiment, a suitable signal processor determines the amplitude of the noise. In operation, the noise monitor preferably subtracts the successive values of the accumulator output from the previous value to form the absolute value of each difference and stores the amplitude sum in an accumulator register. Next, it is preferable to compare the calculated amplitude with predetermined upper and lower noise limits at predetermined time intervals. Accumulated amounts of these out-of-limit noises generally indicate excessively high or excessively low data contingency, and thus indicate a failed gyroscope. If the noise amplitude is outside these limits, a flag preferably notifies the system processor that a gyroscope failure has occurred. The flag preferably generates an interrupt and sends it to the processor, or the flag is periodically polled by the system processor. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Preferred exemplary embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same numbers indicate the same elements. FIG. 1 is a block diagram of an exemplary device for fault monitoring. FIG. 2 is a block diagram of a detailed exemplary device for fault monitoring. FIG. 3 is a schematic graph showing an intensity response curve as a function of input speed for the present invention. FIG. 4a is a block diagram of an exemplary device for an open loop fiber optic gyroscope. FIG. 4b is a block diagram of an exemplary device for a closed loop fiber optic gyroscope. Detailed Description of Preferred Exemplary Embodiments The method and apparatus according to various aspects of the present invention monitor substantially continuously a portion of the noise bandwidth output from the sensor 5 to properly determine the integrity of the fiber optic sensor 5. The fiber optic sensor 5 is a device suitable for detecting a changed signal, including an open loop fiber optic gyroscope and a closed loop fiber optic gyroscope. In a preferred embodiment, sensor 5 is a closed loop fiber optic gyroscope. The method of performing the noise monitoring is described in detail below, but in general, the sum of the input differences of the rotational speed values is compared to a fixed upper limit level 90 and a lower limit level 100 to determine if a fault in the sensor 5 has occurred. Preferably, it is determined whether it is present. Referring briefly to FIG. 1, an exemplary apparatus 1 for noise monitoring according to various aspects of the present invention preferably includes an amplitude detection device 10, a comparison device 20, and an indication device 25. Referring briefly to FIG. 2, it is preferred to compare the speed signal 40 received by the amplitude detection device 10 with the preset limits 90, 100 in the comparison device 20, as described in more detail below. . Preferably, the indicating device 25 is activated when the speed signal 40 is outside the preset limits 90,100. With continued reference to FIG. 2, the amplitude detection device 10 includes a detector, such as a signal processor, capable of calculating the amplitude of a noise signal. An exemplary amplitude detection device 10 according to the present invention preferably includes a photodetector 35, an accumulator 50, a subtractor 60, an absolute value circuit 70, a bit accumulator 80, an accumulator register 85, and a clear circuit 87. . Detector 35 preferably includes a detector, such as a photodiode, capable of detecting an optical signal and converting the signal to a digital word. According to a preferred embodiment of the present invention, detector 35 comprises an Epitax model ETX300T. Accumulator 50 preferably includes a device capable of accumulating signals, such as a gyroscope accumulator. Preferably, the subtractor 60 includes a device capable of subtracting the signal. The magnitude circuit 70 preferably includes a device capable of calculating the magnitude of the signal. Bit accumulator 80 preferably includes a device capable of storing bits of the signal. Accumulator register 85 preferably includes a device that can register signals. The clear circuit 87 preferably includes a device that can clear the accumulator. The aforementioned components of the amplitude detection device 10 may be implemented in the form of a gate array, an application specific integrated circuit (ASIC), or various microprocessors preferably implemented in a microprocessor that algorithmically implements each of the functions discussed above. Includes circuitry. With continued reference to FIG. 2, the comparison device 20 includes a device that can compare the signal to a preset level. An exemplary comparison device 20 according to the present invention includes a comparison device 20 that determines whether the signal 40 exceeds a fixed upper limit level 90 and a lower limit level 100. The limit levels 90, 100 include velocity values at which the level of comparison can be determined, such as a fixed integration rate noise value. With continued reference to FIG. 2, the indicating device 25 preferably includes a device that can notify the system when an event occurs. An exemplary pointing device 25 according to the present invention preferably includes a fault flag 120. In a preferred embodiment, device 1 monitors FOG. This is because, due to the electronics of the FOG, the FOG generally has a high signal resolution, so that a measurably large signal can be extracted from the available bandwidth of the sensor 5. Because of the presence of noise in this large output signal, the fiber optic gyroscope will exhibit spectrally and temporally continuous noise at its output, and therefore use that noise to monitor gyroscope integrity. Can be. This noise is present throughout the gyroscope's bandwidth, so if the gyroscope's bandwidth is greater than the bandwidth required to measure its angular input, extra bandwidth will determine the gyroscope's integrity. Can be devoted to The noise in the output signal generally includes dark current noise (a DC current that does not become dominant in the FOG unless it is at a high temperature where shot noise can occur), background radiation noise (which is not a problem except for satellites), Noise due to the statistical nature of the photodetection process), and thermal noise (noise generated in a load resistor equally positioned between the two leads of the photodiode, which predominates at low optical power). In. Many of the other operations of the gyroscope contribute to gyroscope noise and are optionally used to monitor the gyroscope according to the present invention. For example, optical gyroscopes often include light sources that exhibit "excess" noise, which is white noise (broadband) as a significant noise source for monitoring. Since the amplitude of the electromagnetic wave emitted by the light source changes due to the noise, it is preferable to control the light source noise in the FOG. Therefore, when the amplitude of the electromagnetic wave changes, a clear change occurs in the phase shift between the light waves. Thus, excess noise limits the ultimate sensitivity of the device and saturates rather than improves the performance of the gyroscope system as the source power increases. A broadband light source is required in a gyroscope for several reasons, including Rayleigh backscattering and the Kerr effect. Broadband light sources have a number of different frequencies that optically interfere with each other (cause beats) and therefore generate relative intensity noise (white band noise), which is a significant noise source for monitoring. Excess noise often occurs due to intensity fluctuations in a broadband light source. However, there is a need for a broadband light source with a stable spectrum in a fiber optic gyroscope to minimize zero rotation drift due to coherent Rayleigh backscatter noise and Kerr effect. For example, intensity noise generally occurs in broadband light sources. This is because the illuminants in the light source emit light waves of optical frequency, which mix with each other to leave relatively low frequency intensity fluctuations. Alternatively, excess noise (or relative intensity noise) in the system may include flicker noise (1 / f noise) or current noise resulting from electrical circuit and carrier density variations of the light source. Noise in the gyroscope is also increased by the lack of bias stability. This often results in polarization and backscatter errors, and is also an incorrect indication of rotational speed. Therefore, high performance gyroscopes generally require high bias stability (characterized by the 1 / f power spectrum). For example, the attitude nose reference system requires a bias accuracy of 1 to 10 degrees, the optimal stability is defined by a bias accuracy of 0.01 to 0.001 degrees and inertial navigation, and the aiming satellite is 0.0001 to 0 degrees. 0.001 degree bias accuracy is required, and undersea navigation requires a bias accuracy of 0.00001 degree or more. Referring to FIG. 2, the monitoring device 10 is preferably configured with means for finding the amplitude of noise within a selected frequency range. This means preferably comprises a suitable signal processor, which preferably comprises semiconductor processing electronics with digital signal processing integrated circuits. Alternatively, it is preferable to determine the amplitude of the noise using an analog circuit. More specifically, it is preferable to convert the digital output of the optical gyroscope to an analog voltage, and then to pass it through a bandpass filter of a selected noise bandwidth. In this way, the measured value of the filter output instead of the amplitude is used for comparison. Thus, analog filtering is generally a simpler method for detector 35 with its own analog output. Referring now to FIG. 3, an intensity response curve 200 as a function of input rotational speed 40 for the present invention is suitably depicted in a schematic graph. Preferably, the y-axis represents photodiode light intensity 205 and the x-axis represents input rotation speed 40 so that the phase shift varies linearly with input rotation speed 40. However, the gyroscope output is not linear. This is because the detector output is a cosine function of the phase difference between the two beams, and thus has a minimum 210 and a maximum 220. A properly operating gyroscope will generally exhibit predictable noise amplitude within definable upper and lower limits. However, the frequency range in which it is preferable to monitor noise should not be affected by gyroscope input motion. To monitor the noise amplitude, it is preferable to select a frequency range at or near the upper end of the gyroscope's inherent bandwidth. For fiber optic gyroscopes, the bandwidth is determined by the electronics design and selected to include the high end frequency band of the response spectrum that is outside the frequency range of virtually all possible mechanical inputs Is preferred. With continued reference to FIG. 3, the detector current is preferably insensitive to small phase shift changes near the quiescent rotational speed 225 where the maximum intensity 205 is. When the input rotational speed 40 occurs, the intensity 205 decreases. Because the slope of the response curve is substantially minimal within region 250, the change in intensity 205 is minimal for input rotational speed 40 near zero input rotational speed 225. Similarly, the current of the detector 35 is insensitive to the input rotational speed 40 corresponding to the other minima 210 and maxima 220 of the response curve 200. Also, distinguishing between the input rotational speeds 40 in the two different directions is difficult due to the symmetry of the response curve 200. Injecting a bias into the lightwave (bias modulation) causes the gyroscope to operate near the finite slope 240 of the response curve 200. Preferably, the demodulator system 400 of FIGS. 4a and 4b is used to modulate the FOG with a square wave, preferably alternating between the maximum slopes 240 of the response curve 200. Further, the gyroscope input rotational speeds 40 are preferably symmetrically spaced near the operating point, thereby increasing the sensitivity of the detector 35. Therefore, the high sensitivity is preferably the result of a gyroscope operating near the finite slope 240 of the response curve 200. More specifically, referring to FIG. 4a, a method for determining a rotational speed output 40 from an open loop fiber optic gyroscope is schematically illustrated. Light from light source 405 is split by a conventional beam splitter such that the two beams enter the first end of fiber coil 410 and the two beams travel in opposite directions. When the two beams exit the second end of the fiber coil 410, a modulator 415 at the second end of the fiber coil 410 modulates the optical phase shift between the two beams, then The beams recombine at photodetector 420. The modulator 415, together with the bias modulation generator 440, modulates the light beam by generating a bias modulation signal at a selected frequency. This frequency is preferably related to the length of the fiber coil 410. For example, a system having a 1000 m long fiber coil 410 would add 100 kHz. Further, in a preferred embodiment, bias modulation generator 440 generates a constant current in the form of a square wave having a peak-to-peak signal. After the two modulated beams recombine, the beam strikes photodetector 420, which generates an AC output current, and thus the intensity of the AC output current is the intensity of the light beam incident on photodetector 420. based on. The output current from photodetector 420 is amplified in preamplifier 425 and then enters demodulator 430. The gyroscope direction and rotation determination is made by demodulator 430, ie, using phase sensitive demodulation. Phase sensing demodulation is a procedure that reads the amplitude of the sine function of the AC voltage along with the phase of the AC voltage. If the AC voltage is in phase or out of phase with respect to a given reference signal, the phase of the AC voltage needs to be determined. In the preferred embodiment, the predetermined reference is an output signal directly from bias modulation generator 440. Thus, by comparing the modulated amplitude and phase of the AC voltage with the amplitude and phase of the reference bias modulation signal, respectively, the degree and direction of rotation is easily determined. Referring to FIG. 4b, a method for determining the rotational speed output 40 from a closed loop fiber optic gyroscope is schematically illustrated. The same components and procedures described above for the open loop fiber optic gyroscope are included in the closed loop fiber optic gyroscope of FIG. 4b. However, the closed loop fiber optic gyroscope of FIG. 4b adds additional components, a first integrator 450, a second integrator 460, and a feedback modulation generator 470. Operationally, referring to FIG. 4b, the modulator signal from demodulator 430 enters first integrator 450 and then to second integrator 460 and a feedback modulation generator, thereby providing steady state feedback modulation. Waveforms occur. Finally, the ramp feedback modulation waveform enters the modulator with the signal from the bias modulation generator. In a preferred embodiment, the feedback modulation waveform is a variable representing a ramp "saw" voltage waveform. However, the ramp does not increase indefinitely since the waveform resets itself every two. Fortunately, a reset of two is relatively equal to no reset at all, and the system goes unnoticed since after each reset the system starts at the beginning of a new cycle. Since the relationship between the voltage and the degree of the phase shift is constant, the amplitude of the waveform measured by the optical phase shift is generally 2. The frequency of the ramp waveform before resetting is a measure of the input speed. In a preferred embodiment, the ramp voltage waveform is a serrodyne ramp. In an open loop system (FIG. 4a), the output of demodulator 430 will generally deviate from zero (eg, become slightly positive). However, in a closed loop system (FIG. 4b), the feedback modulation generator 470 generates a ramp feedback modulation waveform in response to a slight increase in the output of the demodulator 430, and the demodulator process described above. The ramp feedback modulation waveform is sent to modulator 415 until the output of 430 goes to zero, in other words, to a steady state. If the output of the demodulator 430 is zero, the input to the first integrator 450 becomes zero, so that the first integrator 450 outputs a steady finite digital number. The output of the first integrator 450 is a constant digital number, and thus the output of the second integrator 460 is a ramp since the time integral of the constant is a ramp. Thus, the finite digital number is the rotational speed output 40 of the closed loop FOG. For example, if the gyroscope is undergoing a constant rotational speed of about 10 degrees / second, a steady state exists. In a preferred embodiment, modulator 415, demodulator 430, bias modulation generator 440, first integrator 450, second integrator 460, and feedback modulation generator 470 are a gate array, application specific integration. Suitably, it includes various circuits implemented in the form of circuits (ASICs) or, preferably, microprocessors that algorithmically implement each of the functions discussed above. The photodetector 420 preferably includes a detector that can detect an optical signal and convert the signal to an analog circuit, such as a photodiode photodetector. According to a preferred embodiment of the present invention, photodetector 420 includes an Epitax model ETX300T. Further, in a preferred embodiment, a known preamplifier 425 is incorporated after the photodetector 420 in demodulator system 400 and before demodulator 430. Referring to FIG. 2, a rotational speed signal 40, preferably in the form of a digital word that is at least 8 bits wide, is preferably sent to a gyroscope accumulator 50, which causes the gyroscope accumulator 50 to It is preferable to store words. The higher bits representing the greater velocity change are preferably substantially ignored by the gyroscope accumulator 50 since the velocity change is minimal. Preferably, the subtractor 60 and the absolute value circuit 70 each subtract successive speed values of the output of the accumulator 50 from each other, and preferably form the absolute value of each difference. Preferably, bit accumulator 80 stores the sum of the speed value differences in accumulator register 85. The data in accumulator register 85 is preferably sent to comparison device 20. The comparison device 20 compares the data from the accumulator register 85 at fixed time intervals with a fixed upper boundary level 90 and a lower boundary level 100 (fixed integration rate noise value). The clear circuit 87 preferably clears the bit accumulator 80 about every 100 milliseconds based on the monitor update clock 110 to account for other updates and new comparisons based on the new speed signal 40. Further, the clear circuit 87 preferably determines the frequency of failure analysis and possible future reporting. It is preferred that the accumulation of noise at the critical levels 90, 100 indicates a high or low signal contingency, and thus indicates a failed gyroscope. If the noise amplitude is outside these limits, a signal is preferably sent to the indicating device 25. The pointing device 25 preferably includes a gyroscope fault flag 120 that notifies a system processor that a gyroscope fault has occurred. The system processor preferably generates an interrupt in software. The flag 120 preferably generates an interrupt to the processor, or alternatively, the flag 120 is periodically polled by the system processor. As mentioned above, the noise monitor 1 operates substantially continuously and is transparent to the system in use. This is because monitoring is preferably performed in a frequency domain that is not affected by external variables. Thus, since the present invention analyzes the sensor noise and not the signal, it is possible to monitor the integrity of the sensor 5 with a measurable noise amplitude and a definable output noise spectrum. In a preferred embodiment, by monitoring the noise, the noise monitor 1 allows the light of the fiber optic gyroscope to include, among other things, a failed light source, fiber splice, fiber coupler, optical phase modulator, photodetector assembly, etc. It is preferred to test circuits as well as electronic circuits. More specifically, dimming the light source generally reduces noise, since noise is approximately proportional to optical power. Thus, modern light sources are typically subject to larger noise variations, thus simplifying detection of altered noise indicative of a failed gyroscope. Further, a failed splice often results in a loss of noise detected by the present invention. Darkening an integrated optical chip or fiber generally results in less light to the photodiode, resulting in a significant loss of noise. Also, if the phase modulator is unable to perform its intended function due to broken electrode wires and / or similar failures, the noise value will be altered, and thus, if the photodiode malfunctions, the electronic amplifier will be substantially disconnected. You will receive different (generally more) noise. Also, if the associated electronics are unable to generate the proper bias modulation amplitude, the noise will generally be higher or lower. Thus, monitoring noise is a fairly effective and useful tool for determining the integrity of a fiber optic gyroscope. It will be apparent to those skilled in the art that the above detailed description of the preferred embodiment of the invention represents a method and apparatus for continuous noise monitoring that falls within the scope and spirit of the invention. Further, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes can be made without departing from the scope and spirit of the invention. For example, while the invention has been described with reference to a fiber optic gyroscope, the invention applies to any sensing device. Those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to the details shown herein, but is claimed in any form or modification that falls within the scope of the appended claims. Therefore, the scope of the invention is set forth in the following claims.