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JP2724081B2 - Phase modulation optical fiber gyro - Google Patents

Phase modulation optical fiber gyro

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Publication number
JP2724081B2
JP2724081B2 JP33021092A JP33021092A JP2724081B2 JP 2724081 B2 JP2724081 B2 JP 2724081B2 JP 33021092 A JP33021092 A JP 33021092A JP 33021092 A JP33021092 A JP 33021092A JP 2724081 B2 JP2724081 B2 JP 2724081B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
phase modulation
optical fiber
output
subtraction
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP33021092A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH06174478A (en
Inventor
久雄 園部
茂 於保
博 梶岡
達也 熊谷
幸夫 上杉
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.)
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP33021092A priority Critical patent/JP2724081B2/en
Publication of JPH06174478A publication Critical patent/JPH06174478A/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバを用いて角速
度を検出するようにした光ファイバジャイロに係わり、
特に自動車などの移動体に搭載し、方位等を検出するの
に好適な小型の光ファイバジャイロに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro for detecting an angular velocity using an optical fiber.
In particular, the present invention relates to a small-sized optical fiber gyro which is mounted on a moving body such as an automobile and is suitable for detecting an azimuth or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】角速度検出用のセンサとしては、従来か
らジャイロ(ジャイロスコープ)が知られているが、近
年、ソリッドステート化されたジャイロとして光ファイ
バジャイロが実用化されるようになり、その例として特
開昭63−314410号の記載を挙げることができる。
2. Description of the Related Art As a sensor for detecting an angular velocity, a gyro (gyroscope) has been conventionally known. In recent years, an optical fiber gyro has been put into practical use as a solid-state gyro. JP-A-63-314410 can be mentioned.

【0003】ここに示したものは、位相変調式光ファイ
バジャイロの基本構成であり、この場合、位相変調器の
駆動電圧の調節は掛け算器等の可変ゲイン特性を利用し
た電圧調整器を用いていたため、安価な掛け算器を使用
すると掛け算器部で交流の波形歪が発生する不具合があ
った。
What is shown here is a basic configuration of a phase modulation type optical fiber gyro. In this case, adjustment of a drive voltage of a phase modulator uses a voltage regulator using a variable gain characteristic such as a multiplier. Therefore, when an inexpensive multiplier is used, AC waveform distortion occurs in the multiplier unit.

【0004】また、特開の中では特に説明されていない
が、従来、可干渉性光源の光出力の調節は、可干渉性光
源の光出力を直接検出するか、または光ファイバに入射
した光量を光分岐器を介して検出し、その検出値が一定
になるように制御していた。
[0004] Further, although not particularly described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H07-157, conventionally, the light output of the coherent light source is adjusted by directly detecting the light output of the coherent light source or by adjusting the amount of light incident on the optical fiber. Has been detected via an optical splitter, and the detection value has been controlled to be constant.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は位相変
調器の駆動電圧の波形歪について配慮されておらず、こ
れが原因でセンサの出力にオフセットが発生したり、ス
ケール変動が発生する問題があった。
The above-mentioned prior art does not consider the waveform distortion of the driving voltage of the phase modulator, and this causes a problem that an offset occurs in the output of the sensor or a scale fluctuation occurs. Was.

【0006】また、可干渉性光源の出力または光ファイ
バの入射光量を一定に制御しているため、光分岐部の分
岐比の変動等の影響で光学系の真の出力である信号光が
一定にならず、その結果、駆動電圧に波形歪があった場
合と同様に、センサの出力のオフセット値が変動した
り、スケールが変動する問題があった。
In addition, since the output of the coherent light source or the amount of incident light on the optical fiber is controlled to be constant, the signal light, which is the true output of the optical system, is constant due to the fluctuation of the branching ratio of the optical branching section. However, as a result, there is a problem that the offset value of the output of the sensor fluctuates or the scale fluctuates as in the case where the drive voltage has waveform distortion.

【0007】本発明の目的は安価でかつ、高性能な位相
変調式光ファイバジャイロを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inexpensive and high-performance phase modulation type optical fiber gyro.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、位相変調器の駆動電圧の調節は、差引増幅器とアナ
ログスイッチ式の交流変換部を設けて位相変調器の波形
歪の発生を防止したものである。
In order to achieve the above object, the driving voltage of the phase modulator is adjusted by providing a subtracting amplifier and an analog switch type AC converter to prevent the occurrence of waveform distortion of the phase modulator. It was done.

【0009】可干渉性光源の出力調節では、信号光の光
電変換信号の交流振幅を検出してその値が一定になるよ
うに可干渉性光源の出力を調節したものである。
In adjusting the output of the coherent light source, the output of the coherent light source is adjusted so that the AC amplitude of the photoelectric conversion signal of the signal light is detected and its value becomes constant.

【0010】[0010]

【作用】位相変調器の駆動電圧の調節は、アナログスイ
ッチをデューティー50%の正確な方形波で駆動するこ
とによって駆動電圧に含まれる有害な偶数調波成分を0
にし、偶数調波成分の無い交流電圧で位相変調器を駆動
することにより、センサ出力のオフセット発生とスケー
ル変動を防止している。
The driving voltage of the phase modulator is adjusted by driving the analog switch with a precise square wave having a duty of 50% to reduce harmful even harmonic components contained in the driving voltage to zero.
By driving the phase modulator with an AC voltage having no even harmonic component, occurrence of an offset in the sensor output and scale fluctuation are prevented.

【0011】また、可干渉性光源の出力調節では、光電
変換信号の交流振幅値を一定に制御することによって信
号光を一定にして、センサ出力のオフセット変動とスケ
ール変動を防止している。
In adjusting the output of the coherent light source, the signal light is kept constant by controlling the AC amplitude value of the photoelectric conversion signal to be constant, thereby preventing offset fluctuation and scale fluctuation of the sensor output.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明による位相変調式光ファイバジ
ャイロについて、図示の実施例によって詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a phase modulation type optical fiber gyro according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0013】まず、構成について説明すると、図1は本
発明の一実施例であり、大きく分けて可干渉性光源1と
光分岐器2a,2b,偏光子3,光ファイバループ4,
位相変調器5からなる光学系と、それ以外の信号処理部
からなるものである。光学系は従来技術のものとほぼ同
じであり、従来技術と異なる部分は信号処理部である。
First, the structure will be described. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, which is roughly divided into a coherent light source 1, optical splitters 2a and 2b, a polarizer 3, an optical fiber loop 4,
The optical system comprises a phase modulator 5 and a signal processing unit other than the optical system. The optical system is almost the same as that of the related art, and a different part from the related art is a signal processing unit.

【0014】図において、光学系の可干渉性光源1は例
えば一般のレーザダイオードまたは超発光形ダイオード
であり、光分岐器2a,2bは光ファイバを用いたエバ
ネッセント結合によるビームスプリッタである。また、
偏光子3は特殊な光ファイバをコイル状に巻いて偏光特
性を持たせたものである。光ファイバループ4は全長数
百メートルの光ファイバをコイル状に巻いたものであ
る。位相変調器5はシリンダ状の電歪素子に全長数メー
トルの光ファイバを巻き付け、電気信号による電歪素子
の寸法変化に伴う光ファイバの長さの変化により光路長
を変え、位相変化を与えるものであり、交流的な光の位
相バイアス手段として機能する。なお、光ファイバは例
えば単一モードの偏波面保存光ファイバを用いている。
また、これらの部品は光ファイバどうしを融着すること
により接続されている。
In FIG. 1, the coherent light source 1 of the optical system is, for example, a general laser diode or a super-light emitting diode, and the optical splitters 2a and 2b are beam splitters by evanescent coupling using optical fibers. Also,
The polarizer 3 is obtained by winding a special optical fiber in a coil shape to have polarization characteristics. The optical fiber loop 4 is formed by winding an optical fiber having a total length of several hundred meters in a coil shape. The phase modulator 5 provides a phase change by winding an optical fiber having a length of several meters around a cylindrical electrostrictive element, and changing the optical path length by changing the length of the optical fiber in accordance with a dimensional change of the electrostrictive element due to an electric signal. And functions as AC light phase bias means. The optical fiber is, for example, a single-mode polarization maintaining optical fiber.
These components are connected by fusing optical fibers to each other.

【0015】信号処理部の光電変換部6は主としてホト
ダイオードと電流電圧変換部からなるもであり、光学系
から出力される信号光を信号電圧E1に変換するもので
ある。同期検波器7aは例えばアナログスイッチと所定
の増幅度を有するローパスフィルタからなり、信号電圧
E1と信号発生器10の出力の同期信号E2aとを掛け
算し、信号電圧E1に含まれている位相変調器5の駆動
電圧E3の周波数と同一の交流成分(1次成分)を検波
平滑し、電圧Eout として出力するものである。同期検
波器7b,7cは7aと同様なものであり、同期検波器
7bは信号電圧E1に含まれる2次の交流成分を、同期
検波器7cは信号電圧E1に含まれる4次の交流成分を
それぞれ検波平滑して電圧E4,E5を出力するもので
ある。ここで、電圧Eout は本実施例の唯一の出力であ
り、電圧Eout を常に入力角速度Ωinに比例させるこ
とができれば本発明の目的を達成することができる。
The photoelectric conversion section 6 of the signal processing section mainly comprises a photodiode and a current-voltage conversion section, and converts signal light output from the optical system into a signal voltage E1. The synchronous detector 7a is composed of, for example, an analog switch and a low-pass filter having a predetermined amplification degree. The synchronous detector 7a multiplies the signal voltage E1 by a synchronous signal E2a output from the signal generator 10, and generates a phase modulator included in the signal voltage E1. The AC component (primary component) having the same frequency as the frequency of the drive voltage E3 of No. 5 is detected and smoothed and output as a voltage Eout. The synchronous detectors 7b and 7c are the same as the synchronous detector 7a. The synchronous detector 7b detects a secondary AC component included in the signal voltage E1, and the synchronous detector 7c detects a fourth AC component included in the signal voltage E1. The signals are detected and smoothed to output voltages E4 and E5. Here, the voltage Eout is the only output of this embodiment, and the object of the present invention can be achieved if the voltage Eout can always be made proportional to the input angular velocity Ωin.

【0016】信号発生器10は同期信号E2a,E2
b,E2cを出力する発振器であり、本実施例の場合、
同期信号E2a,E2b,E2cの波形はデューティー
50%の方形波が好ましい。同期信号E2aの基本周波
数は駆動電圧E3の基本周波数と等しく、同期信号E2
bは駆動電圧E3の基本周波数の2倍、同期信号E2c
は駆動電圧E3の基本周波数の4倍である。差引部8a
と増幅部9aは、電圧E5からE4を差し引いて得られ
た差引値E6を増幅し、電圧E7を出力するものであ
る。アナログスイッチ11は同期信号E2aに同期して
開閉するものであり、例えばCMOSスイッチのような
ものである。アナログスイッチ11は直流的な電圧E7
を断続して方形波の電圧E8に変換するものである。波
形整形部12は方形波の電圧E8の高調波成分を除去し
て、極力1次成分のみの所定の位相の正弦波を得るため
のものであり、例えばローパスフィルタやノッチフィル
タ(帯域消去フィルタ)と位相調整器などからなり、位
相変調器5の駆動電圧E3を出力するものである。
The signal generator 10 generates synchronization signals E2a and E2.
b, E2c are output. In the case of this embodiment,
The waveforms of the synchronization signals E2a, E2b, E2c are preferably square waves with a duty of 50%. The fundamental frequency of the synchronization signal E2a is equal to the fundamental frequency of the drive voltage E3,
b is twice the fundamental frequency of the drive voltage E3, and the synchronization signal E2c
Is four times the fundamental frequency of the drive voltage E3. Subtracting part 8a
The amplifier 9a amplifies a subtraction value E6 obtained by subtracting E4 from the voltage E5, and outputs a voltage E7. The analog switch 11 opens and closes in synchronization with the synchronization signal E2a, and is, for example, a CMOS switch. The analog switch 11 has a DC voltage E7.
Is intermittently converted to a square wave voltage E8. The waveform shaping unit 12 removes the harmonic components of the square wave voltage E8 and obtains a sine wave having a predetermined phase of only the first-order component as much as possible. For example, a low-pass filter or a notch filter (band elimination filter) And a phase adjuster for outputting a drive voltage E3 for the phase modulator 5.

【0017】以上の信号処理部において、同期検波器7
aを除いた他の部分は、位相変調器5を所定の変調度で
駆動する役目を果たす部分であり、第一の発明の位相変
調制御手段の一実施例である。
In the above signal processing section, the synchronous detector 7
The other part except a serves to drive the phase modulator 5 at a predetermined modulation factor, and is an embodiment of the phase modulation control means of the first invention.

【0018】交流振幅検出器13は信号電圧E1の交流
振幅を検出して直流に変換して電圧E9を出力するもの
であり、例えば波高値検出器、半波および全波整流器の
ようなものである。差引部8bは目標値E10から電圧
E9を差し引いて差引値E11を得るものである。増幅部
9bは差引値E11を増幅して電圧E12を出力するも
のである。ここで、増幅部9a,9bは例えば積分特
性,微分特性、または比例増幅特性、あるいはこれらの
特性を適当に兼ね備えたものである。電力増幅部14は
単なるインピーダンス変換器であり、電圧E12を可干
渉性光源1の駆動電流E13に変換するものである。
The AC amplitude detector 13 detects the AC amplitude of the signal voltage E1 and converts it to DC to output a voltage E9. For example, a peak value detector, a half-wave and full-wave rectifier are used. is there. The subtraction unit 8b subtracts the voltage E9 from the target value E10 to obtain a subtraction value E11. The amplifier 9b amplifies the subtraction value E11 and outputs a voltage E12. Here, the amplifiers 9a and 9b have, for example, an integral characteristic, a differential characteristic, a proportional amplification characteristic, or a combination of these characteristics. The power amplification unit 14 is a simple impedance converter, and converts the voltage E12 into a drive current E13 of the coherent light source 1.

【0019】この交流振幅検出器13,差引部8b,増
幅部9b,電力増幅部14は、光学系の出力の信号光が
一定になるように可干渉性光源1の駆動電流E13を制
御する部分であり、第二の発明の光出力制御手段の一実
施例である。
The AC amplitude detector 13, the subtracting unit 8b, the amplifying unit 9b, and the power amplifying unit 14 control the drive current E13 of the coherent light source 1 so that the signal light output from the optical system becomes constant. This is an embodiment of the light output control means of the second invention.

【0020】さらに、詳しく説明すると、差引部8a,
増幅部9a,アナログスイッチ11および波形整形部1
2の部分をアナログ部品で構成した場合の一例を示す
と、図2のようになる。図において、抵抗器R1,R2
とコンデンサC1,オペアンプOA1からなる積分器の
部分は、図1の差引部8aと増幅部9aに対応し、増幅
特性を積分特性にした場合の構成である。この場合、電
圧E5とE4の電圧の極性は互いに逆向きの方が具合が
よく、この積分器は電圧E5とE4の差引値を積分して
電圧E7を出力する。アナログスイッチ11は位相が互
いに反転している同期信号E2aとE2aaによってオ
ンオフするスイッチSW1,SW2からなり、スイッチ
SW1,SW2が交互にオンすることによって直流的な
電圧E7はデューティー50%の方形波に変換される。
インバータIN1は単に同期信号E2aを反転して同期
信号E2aaを作るものである。信号発生器10は図1
のものと同じである。波形整形部12は、前述したよう
に例えば電圧E8の基本周波数の2倍,3倍,4倍のノ
ッチフィルタと、カットオフ周波数が基本周波数の2倍
程度のローパスフィルタと、良く知られている一定ゲイ
ン移相器と、低出力インピーダンスの増幅器などからな
り、方形波の電圧E8の高調波成分を取り除いて正弦波
状の駆動電圧E3を出力するものである。また、同期信
号E2aの位相に対して駆動電圧E3の位相をずらし
て、同期信号E2a,E2b,E2cの位相と信号電圧
E1の位相を同相にする位相調整器の役目も果たす。
More specifically, the subtraction sections 8a,
Amplifying section 9a, analog switch 11, and waveform shaping section 1
FIG. 2 shows an example of a case where the part 2 is constituted by analog parts. In the figure, resistors R1, R2
The integrator portion including the capacitor C1 and the operational amplifier OA1 corresponds to the subtracting unit 8a and the amplifying unit 9a in FIG. 1, and has a configuration in which the amplification characteristic is an integration characteristic. In this case, it is better if the polarities of the voltages E5 and E4 are opposite to each other, and this integrator integrates the difference between the voltages E5 and E4 to output the voltage E7. The analog switch 11 includes switches SW1 and SW2 that are turned on and off by synchronous signals E2a and E2aa whose phases are inverted with each other. When the switches SW1 and SW2 are turned on alternately, the DC voltage E7 becomes a square wave with a duty of 50%. Is converted.
The inverter IN1 simply inverts the synchronization signal E2a to generate a synchronization signal E2aa. The signal generator 10 is shown in FIG.
Is the same as As described above, the waveform shaping unit 12 is, for example, a notch filter whose frequency is twice, three times, or four times the fundamental frequency of the voltage E8, and a low-pass filter whose cutoff frequency is about twice the fundamental frequency. It comprises a constant gain phase shifter, an amplifier with low output impedance, etc., and outputs a sine-wave drive voltage E3 by removing harmonic components of the square wave voltage E8. Further, the phase of the drive voltage E3 is shifted with respect to the phase of the synchronization signal E2a, so that the phase of the synchronization signals E2a, E2b, and E2c and the phase of the signal voltage E1 become the same.

【0021】なお、図1の差引部8bと増幅部9bの部
分をアナログ部品で構成すると、差引部8aと増幅部9
aの場合と同様になり、図2に示した抵抗器R1,R
2,コンデンサC1,オペアンプOA1の回路になる。
When the subtraction section 8b and the amplification section 9b in FIG. 1 are constituted by analog parts, the subtraction section 8a and the amplification section 9
a, and the resistors R1 and R2 shown in FIG.
2, a circuit of the capacitor C1 and the operational amplifier OA1.

【0022】また、交流振幅検出器13をアナログ部品
で構成した場合の一例を示すと、図3のようになる。図
に示したものは、交流振幅検出器13を半波整流回路に
した場合の一例である。図において、抵抗器R3,R4
とオペアンプOA2とダイオードD1の部分は信号電圧
E1の片振幅を検出して交流を脈流にするものであり、
抵抗器R5,R6とコンデンサC2の部分は脈流を平滑
して直流にする回路である。ここで、電圧E9は信号電
圧E1の振幅に比例した負の直流電圧になる。なお、抵
抗器R3,R4はそれぞれの抵抗器の抵抗値を調節して
増幅度を変えるものであり、例えば抵抗器R4を0Ω、
抵抗器R3をオープンした場合、増幅度は1になる。
FIG. 3 shows an example in which the AC amplitude detector 13 is constituted by analog parts. The figure shows an example in which the AC amplitude detector 13 is a half-wave rectifier circuit. In the figure, resistors R3 and R4
The operational amplifier OA2 and the diode D1 detect the one-sided amplitude of the signal voltage E1 and make the alternating current a pulsating current.
The portions of the resistors R5 and R6 and the capacitor C2 are circuits for smoothing the pulsating current to make it DC. Here, the voltage E9 is a negative DC voltage proportional to the amplitude of the signal voltage E1. The resistors R3 and R4 adjust the resistance value of each resistor to change the amplification. For example, the resistor R4 is set to 0Ω,
When the resistor R3 is opened, the amplification becomes 1.

【0023】以下、実施例の動作について詳しく説明す
る。ここで、位相変調式光ファイバジャイロの基本的な
動作について説明すると、まず、位相変調器5の特性、
光ファイバループ4の光ファイバ全長などを考慮して駆
動電圧E3の周波数と振幅を所定の値にしたとき、光学
系の全体または光ファイバループ4の部分に入力角速度
Ωinが加わると、サグナック効果によって信号光に含
まれる各種の周波数のそれぞれの振幅が変化する。その
信号光を光電変換した信号、すなわち、光電変換部6の
出力の信号電圧E1に含まれる各種の周波数成分は次式
のようになる。 A1=Kp・sinKsΩin・J1(Km)・cosω(t−τ/2) …(数1) A2=Kp・cosKsΩin・J2(Km)・cos2ω(t−τ/2) …(数2) A3=−Kp・sinKsΩin・J3(Km)・cos3ω(t−τ/2)…(数3) A4=−Kp・cosKsΩin・J4(Km)・cos4ω(t−τ/2)…(数4) A5=Kp・sinKsΩin・J5(Km)・cos5ω(t−τ/2) …(数5) A6=Kp・cosKsΩin・J6(Km)・cos6ω(t−τ/2) …(数6) ここで、A1〜A6は角周波数成分毎の振幅、Kpは信
号光の大きさ及び光電変換率などに関する変数、Ksは
サグナック効果、すなわち光学系の感度に関する定数、
Ωinは入力角速度、J1(Km)〜J6(Km)はベ
ッセル関数、ωは駆動電圧E3の基本周波数の角速度、
tは時間、τは光が光ファイバループを通過するのに必
要な時間である。
Hereinafter, the operation of the embodiment will be described in detail. Here, the basic operation of the phase modulation type optical fiber gyro will be described.
When the frequency and amplitude of the drive voltage E3 are set to predetermined values in consideration of the entire length of the optical fiber of the optical fiber loop 4, if the input angular velocity Ωin is applied to the entire optical system or the portion of the optical fiber loop 4, the Sagnac effect is generated. The amplitude of each of various frequencies included in the signal light changes. A signal obtained by photoelectrically converting the signal light, that is, various frequency components included in the signal voltage E1 output from the photoelectric conversion unit 6 are represented by the following equations. A1 = Kp · sinKsΩin · J1 (Km) · cosω (t−τ / 2) (Equation 1) A2 = Kp · cosKsΩin · J2 (Km) · cos2ω (t−τ / 2) (Equation 2) A3 = −Kp · sinKsΩin · J3 (Km) · cos3ω (t−τ / 2) ··· (Equation 3) A4 = −Kp · cosKsΩin · J4 (Km) · cos4ω (t−τ / 2) ··· (Equation 4) A5 = Kp · sinKsΩin · J5 (Km) · cos5ω (t−τ / 2) (Equation 5) A6 = Kp · cosKsΩin · J6 (Km) · cos6ω (t−τ / 2) (Equation 6) Here, A1 A6 is the amplitude for each angular frequency component, Kp is a variable related to the magnitude and photoelectric conversion rate of the signal light, Ks is a Sagnac effect, that is, a constant related to the sensitivity of the optical system,
Ωin is the input angular velocity, J1 (Km) to J6 (Km) are Bessel functions, ω is the angular velocity of the fundamental frequency of the drive voltage E3,
t is time, and τ is the time required for light to pass through the optical fiber loop.

【0024】さらに、数1〜数6について説明すると、
数1は信号電圧E1に含まれる駆動電圧E3の基本周波
数の1倍、すなわち1次成分と等しい1次調波成分の大
きさを表す数式、数2は信号電圧E1に含まれる駆動電
圧E3の基本周波数の2倍、すなわち2次成分と等しい
2次調波成分の大きさを表す数式、以下同様に、数3は
信号電圧E1に含まれる3次調波成分、数4は信号電圧
E1に含まれる4次調波成分、数5は信号電圧E1に含
まれる5次調波成分、数6は信号電圧E1に含まれる6
次調波成分の大きさを表す数式である。なお、実際には
無限の数の数式で表されるものである。
Further, Equations 1 to 6 will be described.
Equation 1 is a mathematical expression representing one time the fundamental frequency of the drive voltage E3 included in the signal voltage E1, ie, the magnitude of the primary harmonic component equal to the primary component, and Equation 2 is the equation of the drive voltage E3 included in the signal voltage E1. A mathematical expression representing twice the fundamental frequency, that is, the magnitude of the secondary harmonic component equal to the secondary component. Similarly, Equation 3 represents the third harmonic component contained in the signal voltage E1, and Equation 4 represents the signal voltage E1. The fourth harmonic component included, Equation 5 is the fifth harmonic component included in the signal voltage E1, and Equation 6 is 6 included in the signal voltage E1.
This is a mathematical expression representing the magnitude of the next harmonic component. Note that the number is actually represented by an infinite number of mathematical expressions.

【0025】なお、同期検波器7aの出力の電圧Eout
を数式で表した場合、数7に示すように数1の右辺にK
a・cosω(t−τ/2)を乗じて、交流的な項を取り去
った(ローパスフィルタの作用)ようになる。同様に、
同期検波器7b,7cの出力の電圧E4,E5を数式で
表した場合、数8,数9のようになる。
The output voltage Eout of the synchronous detector 7a
Is expressed by an equation, as shown in Equation 7, K
By multiplying by a · cosω (t−τ / 2), the AC term is removed (the effect of the low-pass filter). Similarly,
When the voltages E4 and E5 of the outputs of the synchronous detectors 7b and 7c are expressed by equations, they are as shown in Expressions 8 and 9.

【0026】 Eout=Ka・Kp・sinKsΩin・J1(Km) …(数7) E4=Kb・Kp・cosKsΩin・J2(Km) …(数8) E5=−Kc・Kp・cosKsΩin・J4(Km) …(数9) ここで、Ka,Kb,Kcは同期検波器7a,7b,7
cの増幅度である。
Eout = Ka · Kp · sinKsΩin · J1 (Km) (Equation 7) E4 = Kb · Kp · cosKsΩin · J2 (Km)… (Equation 8) E5 = −Kc · Kp · cosKsΩin · J4 (Km) (Equation 9) Here, Ka, Kb, and Kc are synchronous detectors 7a, 7b, and 7 respectively.
c is the degree of amplification.

【0027】したがって、数1によると、入力角速度Ω
inのsin に比例した正確な電圧Eout を得るために
は、Ka,Kp,Ks,J1(Km)をそれぞれ一定に
する必要があることが分かる。KaとKsはもともと変
化しにくい定数であるため、制御する必要は全くない
が、Kpは光出力に関する変数、J1(Km)は位相変
調度に関する関数であり、両方とも非常に変化しやすい
ものであるため、何らかの制御をする必要がある。J1
(Km)を一定に保つ部分が第一の発明の位相変調制御
手段、Kpを一定に保つ部分が第二の発明の光出力制御
手段である。
Therefore, according to equation (1), the input angular velocity Ω
It can be seen that it is necessary to keep Ka, Kp, Ks, and J1 (Km) constant in order to obtain an accurate voltage Eout proportional to sin of in. Since Ka and Ks are inherently hard-to-change constants, there is no need to control them at all, but Kp is a variable related to optical output, J1 (Km) is a function related to the degree of phase modulation, and both are very variable. Therefore, some control is required. J1
The part for keeping (Km) constant is the phase modulation control means of the first invention, and the part for keeping Kp constant is the light output control means of the second invention.

【0028】まず、第一の発明の位相変調制御手段の一
実施例について詳しく説明する。前述したように、ベッ
セル関数J1(Km)の変数Kmは位相変調度に関係す
る変数であり、位相変調度を変化させることによってJ
1(Km)の値を調節することができる。したがって、
位相変調度を一定に保つことによってKmが一定にな
り、J1(Km)の値が一定になる。Kmを一定に保つ
一つの方法として、Kmが変化したときに数8と数9の
J2(Km)およびJ4(Km)の変化の度合いが一致
しないことに着目し、J2(Km)とJ4(Km)を比
較して比率が一定になるように位相変調器5の駆動電圧
E3を調節する方法がある。
First, an embodiment of the phase modulation control means of the first invention will be described in detail. As described above, the variable Km of the Bessel function J1 (Km) is a variable related to the degree of phase modulation, and is changed by changing the degree of phase modulation.
The value of 1 (Km) can be adjusted. Therefore,
By keeping the phase modulation constant, Km becomes constant, and the value of J1 (Km) becomes constant. As one method of keeping Km constant, paying attention to the fact that the degree of change of J2 (Km) and J4 (Km) in Equations 8 and 9 does not match when Km changes, J2 (Km) and J4 ( Km), there is a method of adjusting the drive voltage E3 of the phase modulator 5 so that the ratio becomes constant.

【0029】J2(Km)とJ4(Km)を比較して比
率を求める方法として、除算器を用いるのが一般的であ
るが、アナログ式の高精度な除算器は高価なため、本実
施例では除算器の代わりに引き算器を用いている。
As a method of comparing J2 (Km) and J4 (Km) to obtain a ratio, a divider is generally used. However, since a high-precision analog type divider is expensive, the present embodiment Uses a subtractor instead of a divider.

【0030】次に、引き算器を用いる方法について図2
によって説明する。まず、数8と数9において、Kpを
何らかの方法で一定に制御できたと仮定し、さらに、入
力角速度Ωinを0、Kmを2.5〜2.7と仮定する
と、数8の電圧E4は数9の電圧E5の絶対値のほぼ5
倍になる。したがって、Kcの値をKbの5倍にするこ
とによって電圧E4とE5の絶対値はほぼ等しくなる。
この関係は入力角速度Ωinが0でない場合も成立する
ため、この正電圧の電圧E4と負電圧のE5を差引部8
aすなわち、図2の抵抗器R1とR2に加えることによ
って異符号の信号の引き算を容易に実現できる。その引
き算結果がオペアンプOA2部で積分され、電圧E7が
出力される。電圧E7の極性はこの場合常に負にする必
要があり、抵抗器R1とR2の値が等しいと仮定する
と、電圧E4の値は電圧E5の絶対値よりわずかに大き
な値になることが不可欠の条件である。本発明装置を起
動する際などに電圧E7の極性が正になると、正側の安
定点に移行して駆動電圧E3の位相が反転するなどの不
具合が発生するため、オペアンプOA1部に起動回路な
どを付けて電圧E7の極性を常に負または常に正にする
工夫が必要である。
Next, a method using a subtractor will be described with reference to FIG.
It will be explained by. First, in Equations 8 and 9, it is assumed that Kp can be controlled to be constant by some method, and further, assuming that the input angular velocity Ωin is 0 and Km is 2.5 to 2.7, the voltage E4 in Equation 8 becomes 9 of the absolute value of the voltage E5
Double. Therefore, by making the value of Kc five times Kb, the absolute values of the voltages E4 and E5 become almost equal.
Since this relationship is satisfied even when the input angular velocity Ωin is not 0, the voltage E4 of the positive voltage and the voltage E5 of the negative voltage are subtracted by the subtractor 8.
a In other words, subtraction of signals having different signs can be easily realized by adding the resistors to the resistors R1 and R2 in FIG. The result of the subtraction is integrated by the operational amplifier OA2, and the voltage E7 is output. The polarity of the voltage E7 must always be negative in this case, and assuming that the values of the resistors R1 and R2 are equal, it is essential that the value of the voltage E4 be slightly larger than the absolute value of the voltage E5. It is. If the polarity of the voltage E7 becomes positive, for example, when starting the device of the present invention, a problem occurs such that the phase shifts to the positive-side stable point and the drive voltage E3 is inverted. To make the polarity of the voltage E7 always negative or positive.

【0031】前述したように、直流的な電圧E7はアナ
ログスイッチ11のスイッチSW1とSW2が交互にオ
ンオフすることによってデューティー50%の方形波の
電圧E8に変換される。電圧E8は波形整形部12で所
定の位相の正弦波に整形され、駆動電圧E3が出力され
る。ここで、同期信号E2a,E2aaの波形はデュー
ティー50%の方形波であり、基本波を含む奇数調波成
分のみで成り立つため、もともとオフセットの発生原因
となる有害な偶数調波成分が全くない。したがって、ア
ナログスイッチ11にデューティーを狂わす様なオンオ
フ非対称な遅れがない限り、電圧E8の波形は同期信号
E2a,E2aaと時間的に相似な方形波になり、この
電圧E8に有害な偶数調波成分が含まれることはない。
また、波形処理部12のフィルタ,移相器などに高周波
域でも直線性の良好な増幅器を用いることにより、波形
整形部12で偶数調波が発生するようなことはなく、位
相変調器5の駆動電圧E3を有害な偶数調波成分の無い
ほぼ正弦波に近い波形にすることが出来る。なお、駆動
電圧E3に少々の奇数次高調波成分が含まれた場合、変
調が基本波を含む奇数調波の多重変調になり、信号電圧
E1に含まれる各周波数毎の振幅が数1〜数6のように
成らないが、入力角速度Ωinが0のときに数1,数
3,数5の振幅A1,A3,A5が0で無くなる現象、
すなわち、オフセットが発生するようなことはない。ま
た、同期信号7a,7b,7cの波形をデューティー5
0%の方形波にすることは簡単であり、一例をあげる
と、出力部に高速ディジタルICのフリップフロップ形
分周器を設けるのみでよい。
As described above, the DC voltage E7 is converted to a square wave voltage E8 with a duty of 50% by turning on and off the switches SW1 and SW2 of the analog switch 11 alternately. The voltage E8 is shaped into a sine wave having a predetermined phase by the waveform shaping unit 12, and the driving voltage E3 is output. Here, the waveforms of the synchronization signals E2a and E2aa are square waves having a duty of 50%, and are composed of only odd harmonic components including the fundamental wave. Therefore, there is no harmful even harmonic component that originally causes an offset. Therefore, unless the analog switch 11 has an on-off asymmetric delay that changes the duty, the waveform of the voltage E8 becomes a square wave similar in time to the synchronization signals E2a and E2aa, and an even harmonic component harmful to the voltage E8. Is not included.
Further, by using an amplifier having good linearity even in a high frequency band for the filter, the phase shifter, and the like of the waveform processing unit 12, even harmonics do not occur in the waveform shaping unit 12, and the phase modulator 5 The drive voltage E3 can have a waveform close to a sine wave with no harmful even harmonic components. When the drive voltage E3 contains a small number of odd-order harmonic components, the modulation is multiplex modulation of odd harmonics including the fundamental wave, and the amplitude of each frequency included in the signal voltage E1 is expressed by the following equation. 6, but when the input angular velocity Ωin is 0, the amplitudes A1, A3, and A5 of Equations 1, 3, and 5 become non-zero.
That is, no offset occurs. Further, the waveforms of the synchronization signals 7a, 7b, 7c are
It is easy to make a square wave of 0%. For example, it is only necessary to provide a flip-flop type frequency divider of a high-speed digital IC at the output part.

【0032】次に、駆動電圧E3が図1の位相変調器5
に加わることによって、光ファイバループ4を互いに逆
方向に一巡する光に対して交流的なバイアスすなわち、
位相変調が加えられ、その結果、同期検波器7a,7
b,7cの出力の電圧Eout 、E4,E5は数7,数
8,数9に示すように変調度に関する変数Kmの変化に
伴って増減する。
Next, the driving voltage E3 is changed to the phase modulator 5 of FIG.
Is applied to the optical fiber loop 4 in a direction opposite to each other in an AC bias, that is,
Phase modulation is applied, and as a result, the synchronous detectors 7a, 7
The voltages Eout, E4, and E5 of the outputs b and 7c increase and decrease as the variable Km related to the modulation factor changes as shown in Expressions 7, 8, and 9.

【0033】さらに具体的に説明すると、変数Kmが
2.5〜2.7の範囲では、駆動電圧E3の増加に伴って
変数Kmが大きくなると、電圧E4と電圧E5の絶対値
は共に増加するが、電圧E4の増加率に比べて電圧E5
の絶対値の増加率が大きいため、差引値が負になって電
圧E7の絶対値が減少する。これは、正に負帰還作用で
あり、これによって電圧4の値が電圧5の絶対値より極
くわずかに大きくなるように位相変調器5の駆動電圧E
3が自動的に調節され、位相変調度が所定の値に保たれ
る。最終的に、変数Kmは入力角速度Ωinの大きさに
無関係に常に一定に保たれる。
More specifically, when the variable Km is in the range of 2.5 to 2.7, when the variable Km increases with an increase in the drive voltage E3, the absolute values of the voltage E4 and the voltage E5 both increase. Is higher than the increase rate of the voltage E4.
Is large, the subtraction value becomes negative, and the absolute value of the voltage E7 decreases. This is a positive negative feedback effect, whereby the driving voltage E of the phase modulator 5 is adjusted so that the value of the voltage 4 becomes extremely slightly larger than the absolute value of the voltage 5.
3 is automatically adjusted, and the phase modulation degree is kept at a predetermined value. Finally, the variable Km is always kept constant irrespective of the magnitude of the input angular velocity Ωin.

【0034】したがって、変数Kmが一定になれば、数
7の電圧Eout すなわち、位相変調式光ファイバジャイ
ロの出力電圧は常にsinKsΩin比例するため、電圧
Eoutの値からsinの逆関数を使って正確な入力角
速度Ωinを求めることができる。ここで、KsΩin
の絶対値が小さい範囲では、sinKsΩinとΩinが
ほぼ比例関係にあるため、sinの逆関数を使用する必要
がないことはもちろんのことである。
Therefore, if the variable Km becomes constant, the voltage Eout of the equation (7), that is, the output voltage of the phase modulation type optical fiber gyro is always proportional to sinKsΩin. The input angular velocity Ωin can be obtained. Where KsΩin
In a range where the absolute value of is small, sinKsΩin and Ωin are almost in a proportional relationship, so that it is not necessary to use the inverse function of sin.

【0035】以上のように、本実施例によれば、数値演
算部を全く使用しない比較的簡単な構成であるにも係わ
らず、位相変調度を常に一定に保つことができ、入力と
出力の関係、すなわち、スケールを一定にする効果があ
る。また、位相変調の制御に掛け算器などを使用しない
ため、位相変調器5の駆動電圧E3に含まれる有害な高
調波成分の影響による出力のオフセット発生を防止する
効果がある。また、信号処理部に、高価な数値演算部や
掛け算器などを使用しないため、装置を小形でかつ、安
価にする効果がある。
As described above, according to the present embodiment, the degree of phase modulation can always be kept constant and the input and output levels can be kept constant, despite the relatively simple configuration not using any numerical operation unit. This has the effect of making the relationship, that is, the scale constant. Further, since a multiplier or the like is not used for controlling the phase modulation, there is an effect of preventing the occurrence of an output offset due to the influence of harmful harmonic components included in the drive voltage E3 of the phase modulator 5. In addition, since an expensive numerical operation unit, multiplier, or the like is not used in the signal processing unit, there is an effect that the device can be reduced in size and inexpensive.

【0036】次に、第一の発明の他の実施例について説
明する。まず、以上の説明において、差引部8aで2次
調波成分の電圧E4と4次調波成分の電圧E5の大きさ
を比較しているが、これに限らず、変数Kmが約5.1
の場合にベッセル関数J2(Km)の値、すなわち、2
次調波成分の電圧E4が0になることを利用して、目標
値0と電圧E4を差引部8aで差引、電圧E4の値が0
になるように位相変調器5の駆動電圧E3を制御しても
よい。この場合、前述した効果と4次調波成分を検出す
る同期検波器7cを省略できる効果がある。
Next, another embodiment of the first invention will be described. First, in the above description, the magnitude of the voltage E4 of the second harmonic component and the magnitude of the voltage E5 of the fourth harmonic component are compared in the subtracting unit 8a. However, the present invention is not limited to this, and the variable Km is about 5.1.
, The value of the Bessel function J2 (Km), ie, 2
Using the fact that the voltage E4 of the next harmonic component becomes 0, the target value 0 and the voltage E4 are subtracted by the subtraction unit 8a, and the value of the voltage E4 becomes 0.
The driving voltage E3 of the phase modulator 5 may be controlled so that In this case, there is an effect that the above-described effect and the synchronous detector 7c for detecting the fourth harmonic component can be omitted.

【0037】 E4/E5=−KC/Kb・J4(Km)/J2(Km) …(数10) また、数10に示すように電圧E4と電圧E5の比をと
ると、ベッセル関数J2(Km)とJ4(Km)の比が
求まるため、例えば、アナログ式の割算器または数値演
算によって電圧E4と電圧E5の比を求め、その比に比
例した電圧と目標値を差引部8aで差引、電圧E4と電
圧E5の比が一定になるように制御してもよい。この実
施例によると、部品が多少増えるが、数10に示される
ように理論上、電圧E4と電圧E5の比が信号光の大小
すなわち、変数Kpの変動の影響を受けないため、変数
Kmを高精度で制御することができ、その結果、スケー
ルをよりいっそう安定化する効果がある。
E4 / E5 = −KC / Kb · J4 (Km) / J2 (Km) (Equation 10) Further, as shown in Equation 10, when the ratio between the voltage E4 and the voltage E5 is obtained, the Bessel function J2 (Km ) And J4 (Km), the ratio between the voltage E4 and the voltage E5 is determined by, for example, an analog divider or a numerical operation, and the voltage proportional to the ratio and the target value are subtracted by the subtractor 8a. Control may be performed so that the ratio between the voltage E4 and the voltage E5 is constant. According to this embodiment, although the number of components increases slightly, the ratio between the voltage E4 and the voltage E5 is theoretically not affected by the magnitude of the signal light, that is, the variation of the variable Kp, as shown in Expression 10, so that the variable Km is Control can be performed with high accuracy, and as a result, there is an effect of further stabilizing the scale.

【0038】次に、第二の発明の光出力制御手段の一実
施例の動作について図1を用いて説明する。発明の構成
は前述したとおりであり、ここで、説明を容易にするた
めに、位相変調器5の駆動電圧E3は何らかの方法によ
って制御され、変調度に関する変数Kmの値が所定の
値、例えば、常にKm=2.6 に保たれていると仮定す
る。
Next, the operation of one embodiment of the light output control means of the second invention will be described with reference to FIG. The configuration of the invention is as described above. Here, in order to facilitate the description, the drive voltage E3 of the phase modulator 5 is controlled by some method, and the value of the variable Km related to the modulation is set to a predetermined value, for example, It is assumed that Km = 2.6 is always maintained.

【0039】まず、光電変換部6に入る信号光の大きさ
が不十分な場合、信号電圧E1が小さく、交流振幅検出
器13の出力の電圧E9は目標値E10より小さく、差
引部8bの出力の電圧E11は正の値になる。増幅部9
bに正の電圧E11が入力されると、増幅部9bの出力
の電圧E12は電力増幅部14で駆動電流E13に変換
される。駆動電流E13は可干渉性光源1に加わって可
干渉性光源1が発光し、駆動電流E13が大きくなると
光出力も大きくなる。可干渉性光源1の光出力が大きく
なると、それに比例して信号電圧E1および電圧E9が
大きくなる。電圧E9は差引部8bに負の信号すなわ
ち、負帰還として入力される。したがって、信号電圧E
1の値は電圧E9と目標値E10がほぼ等しくなるまで
(増幅部9bの増幅度が無限大の場合にはE9=E10
になる)増加し、以後、目標値E10よりわずかに電圧
E9が小さくなる様に自動的に制御され、最終的に、信
号電圧E1の交流振幅は一定に制御される。
First, when the magnitude of the signal light entering the photoelectric conversion unit 6 is insufficient, the signal voltage E1 is small, the voltage E9 of the output of the AC amplitude detector 13 is smaller than the target value E10, and the output of the subtraction unit 8b is small. Has a positive value. Amplifier 9
When a positive voltage E11 is input to b, the voltage E12 output from the amplifier 9b is converted into a drive current E13 by the power amplifier 14. The driving current E13 is applied to the coherent light source 1, and the coherent light source 1 emits light. As the driving current E13 increases, the optical output also increases. As the light output of the coherent light source 1 increases, the signal voltage E1 and the voltage E9 increase in proportion thereto. The voltage E9 is input to the subtraction unit 8b as a negative signal, that is, a negative feedback. Therefore, the signal voltage E
The value of 1 is maintained until the voltage E9 becomes substantially equal to the target value E10 (E9 = E10 when the amplification of the amplifier 9b is infinite).
), And thereafter, the voltage E9 is automatically controlled to be slightly smaller than the target value E10, and finally, the AC amplitude of the signal voltage E1 is controlled to be constant.

【0040】ここで、仮に、可干渉性光源1の電流を何
らかの方法で一定に保ったとしたとき、信号電圧E1の
交流振幅は大きな入力角速度Ωinが加わった場合や、
位相変調度に関する変数Kmが2.6 に対して大幅に変
わった場合に小さくなる方向に変化するが、変数Kmの
値が2.6 程度でかつ、Ks・Ωinの絶対値がπ/2
ラジアン以下の場合、交流振幅はほとんど変化しない。
Here, assuming that the current of the coherent light source 1 is kept constant by some method, the AC amplitude of the signal voltage E1 becomes large when the large input angular velocity Ωin is applied,
When the variable Km related to the degree of phase modulation greatly changes with respect to 2.6, the value changes in the direction of decreasing, but the value of the variable Km is about 2.6 and the absolute value of Ks · Ωin is π / 2.
At radians or less, the AC amplitude hardly changes.

【0041】したがって、信号電圧E1を一定に制御す
ることによって光学系の光出力すなわち、信号光の大き
さが一定になり、数1から数9の変数Kpが一定にな
る。よって、数7からも分かるようにKa,Kp,J1
(Km)を常に一定に保てるため、常に入力角速度Ωi
nに見合った正確な電圧Eout を得ることができる。ま
た、逆に、この電圧Eout から入力角速度Ωinを正確
に求めることができる。本実施例によると、制御の本当
の対象点と検出点が一致しているため、制御の対象点で
ある信号電圧E1を最も正確に一定にする効果がある。
また、負帰還用の光出力検出部を別に設ける必要がな
く、装置を安価にする効果がある。
Therefore, by controlling the signal voltage E1 to be constant, the optical output of the optical system, that is, the magnitude of the signal light becomes constant, and the variable Kp in the formulas 1 to 9 becomes constant. Therefore, as can be seen from Equation 7, Ka, Kp, J1
(Km) can always be kept constant, so that the input angular velocity Ωi
An accurate voltage Eout corresponding to n can be obtained. Conversely, the input angular velocity Ωin can be accurately obtained from the voltage Eout. According to this embodiment, since the true target point of the control coincides with the detection point, there is an effect that the signal voltage E1, which is the target point of the control, is most accurately made constant.
In addition, there is no need to separately provide an optical output detection unit for negative feedback, which has the effect of reducing the cost of the device.

【0042】なお、前述したように、差引部8bと増幅
部9bの部分をアナログ回路で構成した場合の一例を示
すと、図2に示した抵抗R1,R2とオペアンプOA
1,コンデンサC1からなる異符号の差引回路付きの積
分器になる。この様にしても実施例の効果が変わること
はない。
As described above, an example in which the subtraction unit 8b and the amplification unit 9b are configured by analog circuits is shown in FIG. 2. The resistors R1 and R2 and the operational amplifier OA shown in FIG.
1, an integrator with a subtraction circuit of a different sign composed of the capacitor C1. This does not change the effect of the embodiment.

【0043】以上の実施例の説明では、交流振幅検出器
13はアナログ式としているが、これに限らず、例え
ば、信号電圧E1の波形をA/D変換器で数値化し、そ
の数値を数値演算部で処理して信号電圧E1の交流振幅
を求め、その値をD/A変換して電圧E9を作り、この
電圧E9を差引部8bに加えてもよい。この方法は複雑
で意味がないように思えるが、既に数値演算部を有する
方式、例えば、高速A/D変換器とディジタルシグナル
プロセッサーを用いて信号電圧E1の波形解析を実行
し、その解析結果から入力角速度Ωinを算出する方式
などの場合、新たに数値演算部を追加する必要が無く、
比較的簡単な構成で信号電圧E1の交流振幅を常に正確
に一定に保つ効果がある。
In the above description of the embodiment, the AC amplitude detector 13 is of the analog type. However, the present invention is not limited to this. For example, the waveform of the signal voltage E1 is digitized by an A / D converter and the numerical value is calculated. The AC voltage amplitude of the signal voltage E1 may be obtained by processing in the section, the value may be D / A converted to generate a voltage E9, and this voltage E9 may be applied to the subtraction section 8b. Although this method seems complicated and meaningless, a waveform analysis of the signal voltage E1 is performed using a method already having a numerical operation unit, for example, using a high-speed A / D converter and a digital signal processor, and from the analysis result, In the case of a method of calculating the input angular velocity Ωin, there is no need to add a new numerical operation unit,
The relatively simple configuration has the effect of always keeping the AC amplitude of the signal voltage E1 accurately and constant.

【0044】また、交流振幅検出器13の他の変形例を
説明する。ここで、再度、数7と数8を詳しく見ると、
数7の右辺にはsinKs・Ωin、数8の右辺にはcosK
s・Ωinの項が有るため、数学の三角関数の公式 si
nθ・sinθ+cosθ・cosθ=1から考えて、変数Kp,
Kmおよび定数Ka,Kbを一定とすると、数7の右辺
に二乗した値と数8の右辺に二乗した値を加えた値(E
zとする)は一定に成るはずである。すなわち、Ezは
入力角速度Ωinの大小の影響を全く受けずに一定にな
り、Ezの値は変数Kp,Kmが変化したときのみ変わ
ることが分かる。よって、変数Kmを何らかの手段で一
定にした場合、Ezの値は信号光の大小に関する変数K
pが変化すると変わることになる。
Another modification of the AC amplitude detector 13 will be described. Here, looking again at Equations 7 and 8 in detail,
The right side of Equation 7 is sinKs · Ωin, and the right side of Equation 8 is cosK
Since there is a term of s · Ωin, the mathematical trigonometric formula si
Considering nθ · sinθ + cosθ · cosθ = 1, the variables Kp,
Assuming that Km and the constants Ka and Kb are constant, a value obtained by adding the value squared to the right side of Equation 7 and the value squared to the right side of Equation 8 (E
z) should be constant. That is, it can be seen that Ez becomes constant without being affected by the magnitude of the input angular velocity Ωin at all, and that the value of Ez changes only when the variables Kp and Km change. Therefore, when the variable Km is made constant by some means, the value of Ez becomes the variable K regarding the magnitude of the signal light.
It will change as p changes.

【0045】したがって、数値演算部で電圧Eout と電
圧E4のそれぞれに適当な係数を掛けて二乗し、それら
の値を合計し、その合計値を変換して電圧E9としても
よい。この実施例によると、入力角速度Ωinおよび変
数Kmの大きさなどの制約がなく、電圧E9は信号光に
関する変数Kpの変化のみによって変わるため、電圧E
9を一定に保つことによって信号電圧E1を一定に保つ
ことができ、最終的に、入力角速度Ωinをより正確に
検出できる効果がある。
Therefore, the voltage calculation unit may multiply each of the voltage Eout and the voltage E4 by an appropriate coefficient, square the sum, sum the values, and convert the sum to obtain the voltage E9. According to this embodiment, there is no restriction on the input angular velocity Ωin and the magnitude of the variable Km, and the voltage E9 changes only by the change of the variable Kp related to the signal light.
By keeping 9 constant, the signal voltage E1 can be kept constant, and finally, the input angular velocity Ωin can be detected more accurately.

【0046】以上の実施例の説明において、差引部8
a,8bと増幅部9a,9bはアナログ回路を使用した
場合について説明しているが、これに限らず、図4に示
すように数値演算部とアナログ回路を組み合わせてもよ
い。以下、図4について詳しく説明する。
In the above description of the embodiment, the subtraction unit 8
Although the description has been given of the case where analog circuits are used for the amplifiers a and 8b and the amplifiers 9a and 9b, the present invention is not limited to this, and a numerical calculation unit and an analog circuit may be combined as shown in FIG. Hereinafter, FIG. 4 will be described in detail.

【0047】図において、A/D変換部15はアナログ
信号の切り換え器とA/D変換器からなり、例えば電圧
E4とE5を切り換え器で所定の時間間隔で切り換え、
それぞれの電圧をディジタル信号Dnに変換するもので
ある。数値演算部16は電圧E4およびE5をディジタ
ル信号Dnとして取込み、この2つの信号を比較して判
別信号としてアップ信号(UP信号)またはダウン信号
(DWN信号)を出力するものである。アナログスイッ
チ17は数値演算部16のアップ信号またはダウン信号
によってスイッチSW3,SW4の何れかがオンし、抵
抗R7,R8とオペアンプOA1とコンデンサC1から
なる積分器に正または負の電流を流すものである。抵抗
R7,R8は電流の制限抵抗である。アップ信号および
ダウン信号は例えばパルス幅を変えるか、あるいはパル
ス幅を固定してパルス数を変える形で出力され、一種の
積分形のD/A変換器が形成されている。
In the figure, an A / D converter 15 comprises an analog signal switch and an A / D converter. For example, the switches E4 and E5 are switched at predetermined time intervals by switches.
Each voltage is converted into a digital signal Dn. The numerical operation unit 16 takes in the voltages E4 and E5 as a digital signal Dn, compares these two signals, and outputs an up signal (UP signal) or a down signal (DWN signal) as a discrimination signal. The analog switch 17 turns on one of the switches SW3 and SW4 in response to an up signal or a down signal from the numerical operation unit 16, and causes a positive or negative current to flow through an integrator including the resistors R7 and R8, the operational amplifier OA1, and the capacitor C1. is there. The resistors R7 and R8 are current limiting resistors. The up signal and the down signal are output, for example, by changing the pulse width or by changing the number of pulses while fixing the pulse width to form a kind of integral D / A converter.

【0048】次に、この回路を第一の発明である位相変
調制御手段に実施した場合の動作について説明する。ま
ず、数8,数9の定数KcがKbの約5倍と仮定する
と、位相変調度が小さく、数8,数9の変数Kmが目標
値より小さい場合、電圧E5の絶対値は電圧E4より小
さく、このとき数値演算部16は判別信号としてアップ
信号を出し、スイッチSW3が閉じてオペアンプOA1
とコンデンサC1から成る積分器部に正の電流が流れて
積分され、電圧E7は負の方向に大きくなる。電圧E7
が大きくなると図1の位相変調器5の駆動電圧E3が大
きくなって位相変調度が大きくなる。位相変調度が大き
くなると変数Kmが大きくなり、ベッセル関数J2(K
m),J4(Km)が共に増加する。増加の度合いは前
述したようにJ2(Km)よりJ4(Km)の方が大き
く、例えば、変数Kmが目標値の約2.6 になると電圧
E5の絶対値と電圧E4の値がほぼ等しくなり、数値演
算部16から出ていたアップ信号が0になり、スイッチ
SW3がオフ、すなわち、ホールド状態になり、電圧E
7は負のある値に保持される。一方、位相変調度が大き
くなりすぎて変数Kmが2.6 を越えると、電圧E4よ
り電圧E5の絶対値が大きくなるため、数値演算部16
は判別信号としてダウン信号を出し、スイッチSW4が
オンになる。スイッチSW4が閉じると積分器部に負の
信号が流れ、変数Kmが2.6 になるまで電圧E7の絶
対値が小さくなる。
Next, the operation when this circuit is applied to the phase modulation control means of the first invention will be described. First, assuming that the constant Kc in Equations 8 and 9 is about five times Kb, if the phase modulation factor is small and the variable Km in Equations 8 and 9 is smaller than the target value, the absolute value of the voltage E5 is smaller than the voltage E4. At this time, the numerical operation unit 16 outputs an up signal as a discrimination signal, the switch SW3 is closed, and the operational amplifier OA1
A positive current flows through the integrator unit including the capacitor C1 and the capacitor C1, and the voltage is integrated and the voltage E7 increases in the negative direction. Voltage E7
Increases, the driving voltage E3 of the phase modulator 5 in FIG. 1 increases, and the degree of phase modulation increases. As the degree of phase modulation increases, the variable Km increases, and the Bessel function J2 (K
m) and J4 (Km) both increase. As described above, the degree of the increase is larger in J4 (Km) than in J2 (Km). For example, when the variable Km reaches the target value of about 2.6, the absolute value of the voltage E5 becomes substantially equal to the value of the voltage E4. , The up signal output from the numerical operation unit 16 becomes 0, the switch SW3 is turned off, that is, the switch SW3 enters the hold state, and the voltage E
7 is kept at a negative value. On the other hand, if the degree of phase modulation becomes too large and the variable Km exceeds 2.6, the absolute value of the voltage E5 becomes larger than the voltage E4.
Outputs a down signal as a determination signal, and the switch SW4 is turned on. When the switch SW4 is closed, a negative signal flows to the integrator section, and the absolute value of the voltage E7 decreases until the variable Km becomes 2.6.

【0049】この実施例によると、数値演算部16とア
ナログ回路の接続部に設けるD/A変換部とその後の差
引部8a,増幅部9aが、アナログスイッチ17と抵抗
R7,R8,コンデンサC1,オペアンプOA1などの
一般的な部品のみで構成されるため、装置が安価にな
り、また、位相変調度を精密に制御できるため、最も正
確に入力角速度Ωinを求められる効果がある。
According to this embodiment, the D / A converter provided at the connection between the numerical operation unit 16 and the analog circuit, and the subsequent subtractor 8a and amplifier 9a are composed of the analog switch 17 and the resistors R7, R8, the capacitor C1, Since it is composed of only general parts such as the operational amplifier OA1, the device is inexpensive, and the degree of phase modulation can be precisely controlled, so that the input angular velocity Ωin can be obtained most accurately.

【0050】また、上記実施例では、数値演算部16で
電圧E4とE5の大きさを比較しているが、これに限ら
ず、電圧E4とE5の比とその比の目標値(必ずしも外
部から入力する必要はない)とを比較して判別信号を出
してもよい。また、変数Kmが特定の値になったときに
電圧E4または電圧E5が0になることを利用し、電圧
E4または電圧E5が0であるか否かを判別し、その結
果によって判別信号を出してもよい。判定方法をこの様
に変えても実施例の効果は上記実施例の効果と同様であ
る。
Also, in the above embodiment, the magnitudes of the voltages E4 and E5 are compared by the numerical calculation unit 16, but the present invention is not limited to this, and the ratio between the voltages E4 and E5 and the target value of the ratio (necessarily from outside) (It is not necessary to input.) To output a discrimination signal. Utilizing that the voltage E4 or the voltage E5 becomes 0 when the variable Km reaches a specific value, it is determined whether the voltage E4 or the voltage E5 is 0, and a determination signal is output based on the result. You may. Even if the determination method is changed in this way, the effect of the embodiment is the same as the effect of the above embodiment.

【0051】次に、図4に示した回路を第二の発明であ
る光出力制御手段に実施した場合について説明する。こ
の回路は図1に示した実施例の差引部8bと増幅部9b
の部分に相当するものであり、回路の基本的な動作は前
述したとおりである。異なる部分は制御目標と負帰還の
信号であり、図4のかっこ内に示したように、目標値は
電圧E10(必ずしも外部より入力する必要はない)、
負帰還の信号は交流振幅検出器13の出力の電圧E9で
ある。まず、信号電圧E1の大きさが不十分で目標値E
10より電圧E9の絶対値が小さい場合、数値演算部1
6はダウン信号を出し、スイッチSW4がオンして積分
器に負の電流が流れ、その電流が積分されて電圧E12
は正の方向に上昇する。電圧E12が上昇すると図1の
駆動電流E13が大きくなり、可干渉性光源1の光出力
が増大し、信号電圧E1が大きくなる。目標値E10と
電圧E9の絶対値が等しくなった時点で信号電圧E1の
値が目標値に達し、ダウン信号が0になってスイッチS
W4がオフしてホールド状態になる。信号電圧E1が目
標値より大きくなると、目標値E10より電圧E9の絶
対値が大きくなり、数値演算部16からアップ信号が出
されて信号電圧E1が小さくなるように作用する。この
実施例によると、比較的簡単な構成であるにも係わらず
信号電圧E1の交流振幅を正確に一定に保つ効果があ
る。
Next, the case where the circuit shown in FIG. 4 is applied to the light output control means of the second invention will be described. This circuit includes the subtraction unit 8b and the amplification unit 9b of the embodiment shown in FIG.
And the basic operation of the circuit is as described above. The different parts are the control target and the signal of the negative feedback. As shown in the parentheses in FIG. 4, the target value is the voltage E10 (not necessarily input from the outside),
The signal of the negative feedback is the voltage E9 of the output of the AC amplitude detector 13. First, the target voltage E1 is not sufficient because the magnitude of the signal voltage E1 is insufficient.
When the absolute value of the voltage E9 is smaller than 10, the numerical operation unit 1
6 outputs a down signal, the switch SW4 is turned on, a negative current flows through the integrator, and the current is integrated to generate a voltage E12.
Rises in the positive direction. When the voltage E12 increases, the driving current E13 in FIG. 1 increases, the light output of the coherent light source 1 increases, and the signal voltage E1 increases. When the absolute value of the target value E10 becomes equal to the absolute value of the voltage E9, the value of the signal voltage E1 reaches the target value, the down signal becomes 0, and the switch S
W4 turns off and enters the hold state. When the signal voltage E1 becomes larger than the target value, the absolute value of the voltage E9 becomes larger than the target value E10, and an up signal is output from the numerical operation unit 16 to make the signal voltage E1 smaller. According to this embodiment, there is an effect that the AC amplitude of the signal voltage E1 is accurately kept constant despite the relatively simple configuration.

【0052】また、前述した交流振幅検出器13の変形
例で詳しく説明したように、図4の数値演算部16で電
圧Eout および電圧E4のそれぞれに所定の係数を掛け
てそれぞれを二乗して合計し、その合計値が一定になる
ように図1の駆動電流E13を制御して、信号電圧E1
の交流振幅を一定に保ってもよい。この実施例による
と、上記実施例と同様の効果の他に交流振幅検出器13
を省略できる効果がある。
As described in detail in the above-described modification of the AC amplitude detector 13, the numerical operation unit 16 of FIG. 4 multiplies each of the voltage Eout and the voltage E4 by a predetermined coefficient, squares each of them, and sums them. Then, the driving current E13 in FIG. 1 is controlled so that the total value is constant, and the signal voltage E1 is controlled.
May be kept constant. According to this embodiment, in addition to the same effect as the above embodiment, the AC amplitude detector 13
Has the effect of being able to omit.

【0053】また、前述したように、比較的高速のA/
D変換器を用いて信号電圧E1の波形を数値化して図4
の数値演算部16に取込み、その数値を数値演算部16
で演算して信号電圧E1の交流振幅を求め、その交流振
幅が一定になるように図1の駆動電流E13を制御して
もよい。この実施例によると、信号電圧E1の交流振幅
を直接検出し、それを一定に保っているため、信号電圧
E1の交流振幅を最も正確に一定に保つ効果がある。
As described above, the relatively high speed A /
The waveform of the signal voltage E1 is digitized using a D converter, and FIG.
And the numerical value is taken into the numerical operation unit 16.
To calculate the AC amplitude of the signal voltage E1, and control the drive current E13 in FIG. 1 so that the AC amplitude becomes constant. According to this embodiment, since the AC amplitude of the signal voltage E1 is directly detected and kept constant, there is an effect that the AC amplitude of the signal voltage E1 is most accurately kept constant.

【0054】以上の説明のように、2つの発明は別々に
実施してもそれなりの効果を発揮するものであるが、2
つの発明を同時に実施した場合、位相変調制御手段およ
び光出力制御手段のそれぞれに設けたA/D変換部,数
値演算部などを共用することによって装置を簡略化でき
る効果、また、相乗効果によってそれぞれの目標値に対
してより正確に制御できる効果、また、図1に示した基
本構成のように数値演算部が全く無い全アナログ式にで
きる効果などがある。
As described above, the two inventions can exert their effects even if they are implemented separately.
When the two inventions are implemented at the same time, the A / D converter, the numerical operation unit, and the like provided in each of the phase modulation control unit and the optical output control unit are shared, and the apparatus can be simplified. There is an effect that the control can be performed more accurately with respect to the target value, and an effect that an all-analog type having no numerical operation unit as in the basic configuration shown in FIG.

【0055】また、数値演算部を設けた実施例の場合、
その数値演算部で位相変調制御および光出力制御の処理
を実行するのは云うまでもないが、これ以外の処理を行
っても何の支障もない。例えば、数7から分かるよう
に、図1の電圧Eout をそのまま出力しないで、sin の
逆関数を介して直線化し、入力角速度Ωinの検出値と
して数値化して出力してもよい。また、数7と数8から
分かるように、電圧Eout と電圧E4の比はsinKsΩ
in/cosKsΩin=tanKsΩin に比例した値に
なるため、この値をtan の逆関数で処理することによっ
て信号光の大きさの変動の影響を取り除くことができ
る。この実施例によると、直線性が良好になり、入力角
速度Ωinを正確に検出して数値化して出力できる効果
がある。
Further, in the case of the embodiment provided with the numerical operation unit,
It goes without saying that the numerical operation unit executes the processes of the phase modulation control and the light output control, but there is no problem even if other processes are performed. For example, as can be seen from Expression 7, the voltage Eout in FIG. 1 may not be output as it is, but may be linearized via an inverse function of sin, and may be output as a numerical value as a detected value of the input angular velocity Ωin. As can be seen from Equations 7 and 8, the ratio between the voltage Eout and the voltage E4 is sinKsΩ.
in / cosKsΩin = tanKsΩin Since the value is proportional to tan, the value can be processed by the inverse function of tan to remove the influence of the fluctuation of the magnitude of the signal light. According to this embodiment, the linearity is improved, and there is an effect that the input angular velocity Ωin can be accurately detected, digitized, and output.

【0056】以上の実施例の説明において、実施の対象
にしている光学系は全光ファイバ式の位相変調式光ファ
イバジャイロの最も基本的な構成にしているが、これに
限らず、例えば、図1の光分岐器2aを省略した光学
系、または、光分岐器2bと位相変調器5の部分を導波
路型の位相変調器付き光分岐器に置き換えた光学系、ま
たは、光分岐器2a,2bおよび偏光子3の部分を光フ
ァイバ形でない個別部品で構成した光学系であっても何
の支障もない。
In the above description of the embodiment, the optical system to be implemented has the most basic configuration of the all-optical fiber type phase modulation type optical fiber gyro, but is not limited thereto. An optical system in which the first optical splitter 2a is omitted, or an optical system in which the optical splitter 2b and the phase modulator 5 are replaced by a waveguide type optical splitter with a phase modulator, or the optical splitter 2a, There is no problem even in the case of an optical system in which the parts 2b and the polarizer 3 are constituted by individual parts which are not optical fiber type.

【0057】なお、以上の位相変調式光ファイバジャイ
ロの光学系において、偏光子3は不可欠の部品でなく、
高性能を要求しない場合には偏光子3を省略することが
できる。そのような偏光子3を省略した光学系に本発明
を実施した場合でも効果は変わらないまた、図5に示し
たように、光学系をY形の光分岐器と位相変調器部を一
体化した導波路型光分岐器18と光ファイバループ4と
可干渉性光源1で構成し、可干渉性光源1を通過して背
面(光の放射面の反対側の面)から出る信号光を光電変
換部6に入れ、これ以外の信号処理部を図1の信号処理
部と同じにしてもよい。なお、図5において、図1と同
じ符号の部品は図1と同じ作用をする部品であり、他の
部品については説明上必要ないため、図示を省略した。
導波路型光分岐器18は、例えばニオブ酸リチウムの基
板上にY分岐の導波路と、その導波路の両側に電極を配
置した位相変調器で構成されたものである。また、可干
渉性光源1、例えばレーザダイオードを信号光が通過す
る現象には理論的に不明な点があるが、ほぼ1倍程度の
ゲインで通過するのは事実である。この実施例による
と、光電変換部6のフォトダイオードをレーザダイオー
ド付属の光出力モニタ用フォトダイオードで代用できる
効果がある。
In the optical system of the phase modulation type optical fiber gyro, the polarizer 3 is not an indispensable part.
When high performance is not required, the polarizer 3 can be omitted. Even if the present invention is applied to an optical system in which the polarizer 3 is omitted, the effect is not changed. Further, as shown in FIG. 5, the optical system is formed by integrating a Y-type optical splitter and a phase modulator. A signal light emitted from the back surface (the surface opposite to the light emission surface) passing through the coherent light source 1 is formed by photoelectric conversion. The other signal processing unit may be the same as the signal processing unit of FIG. In FIG. 5, components having the same reference numerals as those in FIG. 1 are components having the same functions as those in FIG. 1, and other components are not illustrated because they are not necessary for description.
The waveguide type optical branching device 18 is composed of, for example, a Y-branch waveguide on a lithium niobate substrate and a phase modulator in which electrodes are arranged on both sides of the waveguide. Although there is a theoretically unclear point in the phenomenon that the signal light passes through the coherent light source 1, for example, a laser diode, it is true that the signal light passes with a gain of about one time. According to this embodiment, there is an effect that the photodiode of the photoelectric conversion unit 6 can be replaced with the photodiode for monitoring the optical output attached to the laser diode.

【0058】また、これまでの説明において、光学系の
各部品は偏波面保存特性を有するものであるが、これに
限らず、例えば、図6に示すように偏波面保存特性の無
い部品で構成してもよい。図において、偏光解消子20
a,20bは偏光している光波を非偏光の光波に変換す
るものであり、例えば、ある程度の長さの2本の偏波面
保存光ファイバを伝ぱん軸を約45°回転させて融着し
たものである。光分岐器21a,21bは偏波面保存特
性の無い普通の単一モード光ファイバを融着延伸したも
の、光ファイバループ22は数百メートルの偏波面保存
特性の無い普通の単一モード光ファイバをコイル状に巻
いたものである。光学系をこの様な構成にすることによ
って、光学系の性能は偏波面保存特性の有る部品で構成
したものとほぼ同等になる。この様な光学系と図1に示
した本発明の信号処理部が組み合わされた実施例による
と、信号光の大きさの変動を防止し、かつ、光学系の部
品の価格を安価にする効果がある。
In the above description, each component of the optical system has the polarization maintaining property. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. May be. In the figure, the depolarizer 20
a and 20b convert a polarized light wave into a non-polarized light wave. For example, two polarization-maintaining optical fibers of a certain length are fused by rotating the propagation axis by about 45 °. Things. The optical splitters 21a and 21b are obtained by fusion-spreading an ordinary single mode optical fiber having no polarization preserving property, and the optical fiber loop 22 is an ordinary single mode optical fiber having a polarization maintaining property of several hundred meters. It is coiled. By configuring the optical system in such a manner, the performance of the optical system becomes almost the same as that of the optical system composed of components having polarization plane preserving characteristics. According to the embodiment in which such an optical system is combined with the signal processing unit of the present invention shown in FIG. 1, the effect of preventing the fluctuation of the magnitude of the signal light and reducing the price of the components of the optical system is reduced. There is.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上のように、第1項および第14項記
載の発明によれば、位相変調器を有害な高調波成分の無
い交流電圧で安定して駆動できるため、出力にオフセッ
トの発生が無く、かつ、スケール変動の無い位相変調式
光ファイバジャイロを提供することができる。
As described above, according to the first and fourteenth aspects of the present invention, the phase modulator can be stably driven with an AC voltage having no harmful harmonic components, so that an offset is generated in the output. And a phase modulation type optical fiber gyro without scale fluctuation can be provided.

【0060】また、第6項および第15項記載の発明に
よれば、信号光の大きさに比例した信号電圧を検出し、
それを一定に保持しているため、出力のオフセットおよ
びスケール変動の無い位相変調式光ファイバジャイロを
提供することができる。
According to the invention described in the sixth and fifteenth aspects, a signal voltage proportional to the magnitude of the signal light is detected.
Since it is kept constant, it is possible to provide a phase modulation type optical fiber gyro having no output offset and no scale fluctuation.

【0061】さらに、第10項および第16項記載の発
明によれば、2つの発明を同時に実施することによる相
乗効果により、それぞれの制御がより正確になり、出力
にオフセットが無く、スケール変動がない位相変調式光
ファイバジャイロを提供することができる。
Further, according to the tenth and sixteenth aspects of the present invention, the synergistic effect of simultaneously implementing the two aspects of the present invention makes each control more accurate, has no output offset, and has a scale fluctuation. A phase modulation type optical fiber gyro can be provided.

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

【図1】本発明の一実施例を示すブロック構成図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】差引部および増幅部の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a subtraction unit and an amplification unit.

【図3】交流振幅検出器の一例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of an AC amplitude detector.

【図4】差引処理を数値演算部で行う場合の一実施例を
示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an embodiment in which a subtraction process is performed by a numerical operation unit.

【図5】本発明が適用可能な他の光学系の一例を示すブ
ロック構成図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of another optical system to which the present invention can be applied.

【図6】偏波面保存特性の無い部品で構成した光学系の
一例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of an optical system including components having no polarization plane preserving property.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…可干渉性光源、2,21…光分岐器、4,22…光
ファイバループ、5…位相変調器、6…光電変換部、8
…差引部、9…増幅部、11,17…アナログスイッ
チ、12…波形整形部、13…交流振幅検出部、14…
電力増幅部、15…A/D変換部、16…数値演算部、
20…偏光解消子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coherent light source, 2,21 ... Optical splitter, 4,22 ... Optical fiber loop, 5 ... Phase modulator, 6 ... Photoelectric conversion part, 8
... Subtraction unit, 9 Amplification unit, 11, 17 Analog switch, 12 Waveform shaping unit, 13 AC amplitude detection unit, 14
Power amplifying unit, 15 A / D converter, 16 numerical calculation unit,
20 ... Depolarizer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 達也 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線 株式会社 日高工場 高砂分工場内 (72)発明者 上杉 幸夫 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線 株式会社 日高工場 高砂分工場内 審査官 秋田 将行 (56)参考文献 特開 平3−156314(JP,A) 特開 昭62−108110(JP,A) 特開 昭62−12811(JP,A) 特開 昭63−38111(JP,A) 特開 平2−236113(JP,A) 特開 昭62−239014(JP,A) 特開 昭63−16219(JP,A) 特開 昭61−147106(JP,A) 特開 昭64−63870(JP,A) 特開 平4−106416(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tatsuya Kumagai 880 Sunasawa-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable Hidaka Plant Inside Takasago Plant (72) Inventor Yukio Uesugi 880, Sunasawa-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable Examiner, Masayuki Akita, Takasago Plant, Hidaka Plant Co., Ltd. (56) References JP-A-3-156314 (JP, A) JP-A-62-108110 (JP, A) JP-A-62-12811 (JP, A A) JP-A-63-38111 (JP, A) JP-A-2-236113 (JP, A) JP-A-62-239014 (JP, A) JP-A-63-16219 (JP, A) JP-A-61-21 -147106 (JP, A) JP-A-64-63870 (JP, A) JP-A-4-106416 (JP, A)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】最小限可干渉性光源の光出力制御手段と、
可干渉性光源からの光を2方向に分岐合成する光分岐部
と、前記分岐した光を互いに逆回転で伝ぱんさせる光フ
ァイバループと、前記分岐した光に交流的な位相バイア
スを与える位相変調制御手段と、これらの光学系の信号
光を電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信号か
ら入力角速度の検出値を出力する信号処理部からなる位
相変調式光ファイバジャイロにおいて、前記位相変調制
御手段に、位相変調度に関わる複数の信号の差引増幅部
と、この差引増幅部の出力を所定周波数の交流に変換す
る交流変換部とを設け、この交流変換部の出力で位相変
調器を駆動して位相変調度を目標値に追従させることを
特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
1. A light output control means of a minimum coherent light source,
An optical splitter for splitting and combining light from a coherent light source in two directions, an optical fiber loop for transmitting the split light by rotating in opposite directions, and a phase modulation for applying an alternating phase bias to the split light A phase modulation type optical fiber gyro comprising: a control unit; a photoelectric conversion unit that converts signal light of these optical systems into an electric signal; and a signal processing unit that outputs a detected value of an input angular velocity from the electric signal. The control means includes a subtraction amplification unit for a plurality of signals related to the degree of phase modulation, and an AC conversion unit for converting an output of the subtraction amplification unit into an alternating current having a predetermined frequency. A phase modulation type optical fiber gyro, which is driven to cause a phase modulation degree to follow a target value.
【請求項2】請求項1において、交流変換部は、アナロ
グスイッチと波形整形部からなることを特徴とする位相
変調式光ファイバジャイロ。
2. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1, wherein said AC conversion section comprises an analog switch and a waveform shaping section.
【請求項3】請求項1において、差引増幅部は、前記電
気信号に含まれる前記所定周波数の2次調波成分と4次
調波成分の差引と増幅を行うことを特徴とする位相変調
式光ファイバジャイロ。
3. The phase modulation system according to claim 1, wherein the subtraction amplification section subtracts and amplifies a second harmonic component and a fourth harmonic component of the predetermined frequency included in the electric signal. Optical fiber gyro.
【請求項4】請求項1において、差引増幅部は、変調度
の目標値と前記電気信号に含まれる前記所定周波数の2
次調波成分と4次調波成分の比との差引と増幅を行うこ
とを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
4. The subtraction amplification section according to claim 1, wherein the subtraction amplification section includes a target value of a modulation factor and a value of the predetermined frequency included in the electric signal.
A phase modulation type optical fiber gyro, which performs subtraction and amplification of a ratio between a second harmonic component and a fourth harmonic component.
【請求項5】請求項1において、差引増幅部は、変調度
の目標値と前記電気信号に含まれる前記所定周波数の2
次調波成分と4次調波成分のいずれかとの差引と増幅を
行うことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
5. The subtraction amplification section according to claim 1, wherein the subtraction amplification section includes a target value of the modulation factor and a value of the predetermined frequency included in the electric signal.
A phase modulation type optical fiber gyro, which performs subtraction and amplification of one of a fourth harmonic component and a fourth harmonic component.
【請求項6】最小限可干渉性光源の光出力制御手段と、
可干渉性光源からの光を2方向に分岐合成する光分岐部
と、前記分岐した光を互いに逆回転で伝ぱんさせる光フ
ァイバループと、前記分岐した光に交流的な位相バイア
スを与える位相変調制御手段と、これらの光学系の信号
光を電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信号か
ら入力角速度の検出値を出力する信号処理部からなる位
相変調式光ファイバジャイロにおいて、前記光出力制御
手段に、前記電気信号の交流振幅検出部と、この交流振
幅検出部の出力と光出力の目標値の差引増幅部と、この
差引増幅部の出力の電力増幅部とを設け、この電力増幅
部の出力で可干渉性光源を駆動して前記電気信号の交流
振幅を目標値に追従させることを特徴とする位相変調式
光ファイバジャイロ。
6. A light output control means of a minimum coherent light source,
An optical splitter for splitting and combining light from a coherent light source in two directions, an optical fiber loop for transmitting the split light by rotating in opposite directions, and a phase modulation for applying an alternating phase bias to the split light A phase modulation type optical fiber gyro comprising: a control unit; a photoelectric conversion unit that converts signal light of these optical systems into an electric signal; and a signal processing unit that outputs a detected value of an input angular velocity from the electric signal. The control means includes an AC amplitude detection section for the electric signal, a subtraction amplification section for the target value of the output of the AC amplitude detection section and a target value of the optical output, and a power amplification section for the output of the subtraction amplification section. A phase modulation type optical fiber gyro, characterized in that the coherent light source is driven by the output of the section to cause the AC amplitude of the electric signal to follow a target value.
【請求項7】請求項6において、交流振幅検出部は、波
高値検出器であることを特徴とする位相変調式光ファイ
バジャイロ。
7. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 6, wherein said AC amplitude detector is a peak value detector.
【請求項8】請求項6において、交流振幅検出部は、半
波もしくは全波整流器であることを特徴とする位相変調
式光ファイバジャイロ。
8. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 6, wherein said AC amplitude detector is a half-wave or full-wave rectifier.
【請求項9】請求項6において、交流振幅検出部は、A
/D変換器を含む数値演算部であることを特徴とする位
相変調式光ファイバジャイロ。
9. An apparatus according to claim 6, wherein said AC amplitude detecting section comprises:
A phase modulation type optical fiber gyro, which is a numerical operation unit including a / D converter.
【請求項10】請求項1および6において、差引増幅部
は、差引値の積分値を出力するものであることを特徴と
する位相変調式光ファイバジャイロ。
10. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1, wherein the subtraction amplification section outputs an integrated value of the subtraction value.
【請求項11】請求項1および6において、差引増幅部
は、アナログ回路でかつ、差引値の積分値を出力するこ
とを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
11. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1, wherein said subtracting amplifier is an analog circuit and outputs an integrated value of said subtracting value.
【請求項12】請求項1および6において、差引増幅部
は、差引を数値演算部で行い、増幅をアナログ回路で行
うことを特徴とする位相変調式光ファイバジャイロ。
12. A phase modulation type optical fiber gyro according to claim 1, wherein said subtraction amplification section performs subtraction by a numerical operation section and performs amplification by an analog circuit.
【請求項13】最小限可干渉性光源の光出力制御手段
と、可干渉性光源からの光を2方向に分岐合成する光分
岐部と、前記分岐した光を互いに逆回転で伝ぱんさせる
光ファイバループと、前記分岐した光に交流的な位相バ
イアスを与える位相変調制御手段と、これらの光学系の
信号光を電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信
号から入力角速度の検出値を出力する信号処理部からな
る位相変調式光ファイバジャイロにおいて、前記光出力
制御手段に前記電気信号の交流振幅検出部と、この交流
振幅検出部の出力と光出力の目標値の差引増幅部と、こ
の差引増幅部の出力の電力増幅部とを設け、さらに、前
記位相変調制御手段に、位相変調度に関わる複数の信号
の差引増幅部と、この差引増幅部の出力を所定周波数の
交流に変換する交流変換部とを設け、交流振幅と位相変
調度をそれぞれ目標値に追従させることを特徴とする位
相変調式光ファイバジャイロ。
13. A light output control means for a minimum coherent light source, an optical splitter for splitting and combining light from the coherent light source in two directions, and light for transmitting the split light in opposite rotations. A fiber loop, phase modulation control means for applying an AC phase bias to the branched light, a photoelectric conversion unit for converting signal light of these optical systems into an electric signal, and detecting a detected value of an input angular velocity from the electric signal. In a phase modulation type optical fiber gyro comprising a signal processing unit to output, an AC amplitude detection unit of the electric signal to the optical output control unit, a subtraction amplification unit of a target value of an output of the AC amplitude detection unit and an optical output, A power amplifying unit for the output of the subtraction amplifying unit; and a phase amplifying unit for subtracting and amplifying a plurality of signals related to the degree of phase modulation, and converting an output of the subtraction amplifying unit to an alternating current having a predetermined frequency. Exchange A section provided, the AC amplitude and phase modulation type optical fiber gyro, characterized in that to follow the phase modulation index to each target value.
【請求項14】最小限可干渉性光源の光出力制御手段
と、可干渉性光源の光を非偏光に変換する第一の偏光解
消子と、この非偏光の光を2方向に分岐する偏波面保存
特性の無い第1の光分岐部と、この非偏光の光を偏光さ
せる偏光子と、この偏光した光を2方向に分岐合成する
偏波面保存特性の無い第2の光分岐器と、この第2の光
分岐器の出口の一方に接続し、偏光した光を再び非偏光
に変換する第2の偏光解消子と、この分岐した光を互い
に逆回転で伝ぱんさせる偏波面保存特性の無い光ファイ
バループと、前記分岐した光に交流的な位相バイアスを
与える位相変調制御手段と、これらの光学系の信号光を
電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信号から入
力角速度の検出値を出力する信号処理部からなる位相変
調式光ファイバジャイロにおいて、前記位相変調制御手
段に、位相変調度に関わる複数の信号の差引増幅部と、
この差引増幅部の出力を所定周波数の交流に変換する交
流変換部とを設け、この交流変換部の出力で位相変調器
を駆動して位相変調度を目標値に追従させることを特徴
とする位相変調式光ファイバジャイロ。
14. A light output control means of a minimum coherent light source, a first depolarizer for converting light of the coherent light source to non-polarized light, and a polarization splitter for splitting the non-polarized light into two directions. A first optical splitter having no wavefront preserving property, a polarizer for polarizing the unpolarized light, and a second optical splitter having no polarization preserving property for splitting and combining the polarized light in two directions; A second depolarizer connected to one of the outlets of the second optical splitter to convert the polarized light into non-polarized light again; and a polarization preserving characteristic for transmitting the split light by reverse rotation with respect to each other. Optical fiber loop, phase modulation control means for applying an AC phase bias to the branched light, a photoelectric conversion unit for converting signal light of these optical systems into an electric signal, and detection of an input angular velocity from the electric signal Phase-modulated optical fiber jar consisting of a signal processor that outputs a value In Russia, the phase modulation control unit, a subtraction amplifier portion of the plurality of signals related to the phase modulation index,
An AC converter for converting the output of the subtraction amplifier to an AC having a predetermined frequency, and driving the phase modulator with the output of the AC converter to cause the phase modulation degree to follow a target value. Modulated optical fiber gyro.
【請求項15】最小限可干渉性光源の光出力制御手段
と、可干渉性光源の光を非偏光に変換する第一の偏光解
消子と、この非偏光の光を2方向に分岐する偏波面保存
特性の無い第1の光分岐部と、この非偏光の光を偏光さ
せる偏光子と、この偏光した光を2方向に分岐合成する
偏波面保存特性の無い第2の光分岐器と、この第2の光
分岐器の出口の一方に接続し、偏光した光を再び非偏光
に変換する第2の偏光解消子と、この分岐した光を互い
に逆回転で伝ぱんさせる偏波面保存特性の無い光ファイ
バループと、前記分岐した光に交流的な位相バイアスを
与える位相変調制御手段と、これらの光学系の信号光を
電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信号から入
力角速度の検出値を出力する信号処理部からなる位相変
調式光ファイバジャイロにおいて、前記光出力制御手段
に、前記電気信号の交流振幅検出部と、この交流振幅検
出部の出力と光出力の目標値の差引増幅部と、この差引
増幅部の出力の電力増幅部とを設け、この電力増幅部の
出力で可干渉性光源を駆動して前記電気信号の交流振幅
を目標値に追従させることを特徴とする位相変調式光フ
ァイバジャイロ。
15. A light output control means of a minimum coherent light source, a first depolarizer for converting light of the coherent light source to non-polarized light, and a polarization splitter for splitting the non-polarized light into two directions. A first optical splitter having no wavefront preserving property, a polarizer for polarizing the unpolarized light, and a second optical splitter having no polarization preserving property for splitting and combining the polarized light in two directions; A second depolarizer connected to one of the outlets of the second optical splitter to convert the polarized light into non-polarized light again; and a polarization preserving characteristic for transmitting the split light by reverse rotation with respect to each other. Optical fiber loop, phase modulation control means for applying an AC phase bias to the branched light, a photoelectric conversion unit for converting signal light of these optical systems into an electric signal, and detection of an input angular velocity from the electric signal Phase-modulated optical fiber jar consisting of a signal processor that outputs a value In (B), the optical output control means includes an AC amplitude detector for the electric signal, a subtraction amplifier for the output of the AC amplitude detector and a target value of the optical output, and a power amplifier for the output of the subtraction amplifier. A phase modulation type optical fiber gyro, wherein an output of the power amplifier drives a coherent light source to cause the AC amplitude of the electric signal to follow a target value.
【請求項16】最小限可干渉性光源の光出力制御手段
と、可干渉性光源の光を非偏光に変換する第一の偏光解
消子と、この非偏光の光を2方向に分岐する偏波面保存
特性の無い第1の光分岐部と、この非偏光の光を偏光さ
せる偏光子と、この偏光した光を2方向に分岐合成する
偏波面保存特性の無い第2の光分岐器と、この第2の光
分岐器の出口の一方に接続し、偏光した光を再び非偏光
に変換する第2の偏光解消子と、この分岐した光を互い
に逆回転で伝ぱんさせる偏波面保存特性の無い光ファイ
バループと、前記分岐した光に交流的な位相バイアスを
与える位相変調制御手段と、これらの光学系の信号光を
電気信号に変換する光電変換部と、前記電気信号から入
力角速度の検出値を出力する信号処理部からなる位相変
調式光ファイバジャイロにおいて、前記光出力制御手段
に前記電気信号の交流振幅検出部と、この交流振幅検出
部の出力と光出力の目標値の差引増幅部と、この差引増
幅部の出力の電力増幅部とを設け、さらに、前記位相変
調制御手段に、位相変調度に関わる複数の信号の差引増
幅部と、この差引増幅部の出力を所定周波数の交流に変
換する交流変換部とを設け、交流振幅と位相変調度をそ
れぞれ目標値に追従させることを特徴とする位相変調式
光ファイバジャイロ。
16. A light output control means of a minimum coherent light source, a first depolarizer for converting light of the coherent light source to non-polarized light, and a polarization splitter for splitting the non-polarized light into two directions. A first optical splitter having no wavefront preserving property, a polarizer for polarizing the unpolarized light, and a second optical splitter having no polarization preserving property for splitting and combining the polarized light in two directions; A second depolarizer connected to one of the outlets of the second optical splitter to convert the polarized light into non-polarized light again; and a polarization preserving characteristic for transmitting the split light by reverse rotation with respect to each other. Optical fiber loop, phase modulation control means for applying an AC phase bias to the branched light, a photoelectric conversion unit for converting signal light of these optical systems into an electric signal, and detection of an input angular velocity from the electric signal Phase-modulated optical fiber jar consisting of a signal processor that outputs a value In (b), the optical output control means includes an AC amplitude detection unit for the electric signal, a subtraction amplification unit for the output of the AC amplitude detection unit and a target value of the optical output, and a power amplification unit for the output of the subtraction amplification unit. Further, the phase modulation control means includes a subtraction amplification unit for a plurality of signals related to the degree of phase modulation, and an AC conversion unit for converting an output of the subtraction amplification unit into an alternating current having a predetermined frequency. A phase modulation type optical fiber gyro characterized in that a modulation degree follows a target value.
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