JPH10132578A - Optical fiber gyroscope - Google Patents
Optical fiber gyroscopeInfo
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- JPH10132578A JPH10132578A JP29166396A JP29166396A JPH10132578A JP H10132578 A JPH10132578 A JP H10132578A JP 29166396 A JP29166396 A JP 29166396A JP 29166396 A JP29166396 A JP 29166396A JP H10132578 A JPH10132578 A JP H10132578A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光のサグナック効果
(サニャック効果ともいう。)を利用して角速度を検出
するための光ファイバジャイロに関し、より詳細には、
スーパーヘテロダイン方式の振幅変調を使用する光ファ
イバジャイロに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber gyro for detecting an angular velocity by utilizing a Sagnac effect of light (also referred to as a Sagnac effect).
The present invention relates to an optical fiber gyro using superheterodyne amplitude modulation.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバジャイロは光のサグナック効
果を利用して角速度を検出するように構成されており、
典型的には多数回巻かれた1本の長い光ファイバよりな
る光ファイバコイル又は光ファイバループを有し、この
光ファイバループを互いに反対方向に光を伝播させる。2. Description of the Related Art An optical fiber gyro is configured to detect an angular velocity using a Sagnac effect of light.
It has an optical fiber coil or optical fiber loop, typically consisting of a single long optical fiber wound many times, which propagates light in opposite directions.
【0003】光ファイバループに外力の角速度Ωが加わ
ると、サグナック効果によって、光ファイバループを互
いに反対方向に伝播する光の間に位相差Δθ(以下、サ
グナック位相差と称する。)が生じる。サグナック位相
差Δθは角速度Ωに比例し、次の式で表される。[0003] When an angular velocity Ω of an external force is applied to an optical fiber loop, a phase difference Δθ (hereinafter, referred to as a Sagnac phase difference) occurs between lights propagating in the optical fiber loop in directions opposite to each other due to a Sagnac effect. The sagnac phase difference Δθ is proportional to the angular velocity Ω and is expressed by the following equation.
【0004】[0004]
【数1】Δθ=(2πDL/λc)ΩEquation 1 Δθ = (2πDL / λc) Ω
【0005】ここに、Dは光ファイバループのループ
径、Lは光ファイバループの長さ、λは光ファイバルー
プを伝播する光の波長、cは光速、Ωは光ファイバルー
プのループの中心軸線周りの角速度を表す。Where D is the loop diameter of the optical fiber loop, L is the length of the optical fiber loop, λ is the wavelength of light propagating through the optical fiber loop, c is the speed of light, and Ω is the center axis of the loop of the optical fiber loop. Represents the angular velocity around.
【0006】光ファイバジャイロには共振型と干渉型が
知られている。干渉型の光ファイバジャイロは、光ファ
イバループを互いに反対方向に伝播した2つの伝播光を
合成して干渉光を生成し、この干渉光に現れるサグナッ
ク位相差Δθより角速度Ωを求めるように構成されてい
る。干渉型には位相変調方式とセロダイン方式が知られ
ている。[0006] Resonant type and interference type optical fiber gyros are known. The interference-type optical fiber gyro is configured to combine two propagating lights propagating in opposite directions through an optical fiber loop to generate an interference light, and obtain an angular velocity Ω from a Sagnac phase difference Δθ appearing in the interference light. ing. As the interference type, a phase modulation method and a serrodyne method are known.
【0007】位相変調方式では、光ファイバループを互
いに反対方向に伝播する2つの伝播光はそれぞれ位相変
調される。従って干渉光の強さは次のように表される。In the phase modulation method, two propagating lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions are phase-modulated. Therefore, the intensity of the interference light is expressed as follows.
【0008】[0008]
【数2】I=I0 −I1 sinωm t+I2 cos2ω
m t−I3 sin3ωm t+I4cos4ωm t+・・
・[Number 2] I = I 0 -I 1 sinω m t + I 2 cos2ω
m t-I 3 sin3ω m t + I 4 cos4ω m t + ··
・
【0009】但し、ωm は位相変調によって付与された
角周波数、tは時間である。I0 、I1 、I2 、I3 、
I4 はそれぞれ直流成分、1倍波成分、2倍波成分、3
倍波成分、4倍波成分等と称され、次の数3の式によっ
て表される。Here, ω m is an angular frequency given by phase modulation, and t is time. I 0 , I 1 , I 2 , I 3 ,
I 4 represents a DC component, a first harmonic component, a second harmonic component,
It is called a harmonic component, a fourth harmonic component or the like, and is represented by the following equation (3).
【0010】[0010]
【数3】I0 =2E0 2{1+J0 (x)cosΔθ} I1 =4E0 2・J1 (x)sinΔθ I2 =4E0 2・J2 (x)cosΔθ I3 =4E0 2・J3 (x)sinΔθ I4 =4E0 2・J4 (x)cosΔθI 0 = 2E 0 2 {1 + J 0 (x) cos Δθ} I 1 = 4E 0 2 · J 1 (x) sin Δθ I 2 = 4E 0 2 · J 2 (x) cos Δθ I 3 = 4E 0 2 J 3 (x) sin Δθ I 4 = 4E 0 2 .J 4 (x) cos Δθ
【0011】E0 は光の強さに関係する定数、xは位相
変調度、J0 、J1 、J2 、・・・はベッセル関数であ
る。位相変調度xは位相変調器に供給される電圧信号の
大きさによって変化する。E 0 is a constant relating to the light intensity, x is the degree of phase modulation, and J 0 , J 1 , J 2 ,... Are Bessel functions. The phase modulation degree x changes according to the magnitude of the voltage signal supplied to the phase modulator.
【0012】干渉光は適当な受光器によって受光され電
流信号が得られ、この電流信号は電圧信号に変換され
る。この電圧信号は、数2の式及び数3の式によって表
される。この電圧信号より、適当な同期検波器によって
1倍波成分I1 又は2倍波成分I2 を検出し、これより
sinΔθ又はcosΔθを求め、サグナック位相差Δ
θが求められる。[0012] The interference light is received by an appropriate light receiver to obtain a current signal, and this current signal is converted into a voltage signal. This voltage signal is expressed by the equation of Equation 2 and the equation of Equation 3. From this voltage signal, the first harmonic component I 1 or the second harmonic component I 2 is detected by an appropriate synchronous detector, and sin Δθ or cos Δθ is obtained therefrom, and the Sagnac phase difference Δ
θ is required.
【0013】位相変調方式の光ファイバジャイロでは、
干渉光の強さIは数3の式に示されるように、cosΔ
θの項ばかりでなくsinΔθの項を含むから、入力角
速度Ωが小さくサグナック位相差Δθの値が小さいとき
には、sinΔθの項を取り出してサグナック位相差Δ
θを求めれば正確な値が得られる。In a phase modulation type optical fiber gyro,
The intensity I of the interference light is given by cos Δ
Since not only the term of θ but also the term of sin Δθ, when the input angular velocity Ω is small and the value of the sagnac phase difference Δθ is small, the term of the sin Δθ is taken out and the sagnac phase difference Δ
If θ is obtained, an accurate value can be obtained.
【0014】セロダイン方式の光ファイバジャイロは位
相変調方式の光ファイバジャイロを改良したものであ
り、位相変調方式の光ファイバジャイロより広いダイナ
ミックレンジを得ることができる。尚、セロダイン方式
の光ファイバジャイロの例として、本願出願人と同一の
出願人によって出願された特願平4−306975号に
開示されたものがある。詳細は同出願を参照されたい。The cellodyne type optical fiber gyro is an improvement of the phase modulation type optical fiber gyro, and can obtain a wider dynamic range than the phase modulation type optical fiber gyro. An example of a cellodyne type optical fiber gyro is disclosed in Japanese Patent Application No. 4-306975 filed by the same applicant as the present applicant. See the same application for details.
【0015】セロダイン方式の光ファイバジャイロで
は、光ファイバループを互いに反対方向に伝播する2つ
の伝播光は位相変調方式によって位相変調され、更にそ
れに重畳してセロダイン変調される。干渉光の強さIは
数2の式によって表されるが、直流成分I0 、1倍波成
分I1 、2倍波成分I2 、3倍波成分I3 等は数3の式
の代わりに次の式によって表される。In an optical fiber gyro of the serrodyne system, two propagating lights propagating in the optical fiber loop in opposite directions are phase-modulated by a phase modulation system, and further superimposed thereon, and are subjected to serrodyne modulation. The intensity I of the interference light is represented by the equation (2), but the DC component I 0 , the first harmonic component I 1 , the second harmonic component I 2 , the third harmonic component I 3, etc. are replaced by the equation Is represented by the following equation:
【0016】[0016]
【数4】 I0 =2E0 2{1+J0 (x)cos(Δθ+Δα)} I1 =4E0 2・J1 (x)sin(Δθ+Δα) I2 =4E0 2・J2 (x)cos(Δθ+Δα) I3 =4E0 2・J3 (x)sin(Δθ+Δα) I4 =4E0 2・J4 (x)cos(Δθ+Δα)Equation 4] I 0 = 2E 0 2 {1 + J 0 (x) cos (Δθ + Δα)} I 1 = 4E 0 2 · J 1 (x) sin (Δθ + Δα) I 2 = 4E 0 2 · J 2 (x) cos (Δθ + Δα) I 3 = 4E 0 2 · J 3 (x) sin (Δθ + Δα) I 4 = 4E 0 2 · J 4 (x) cos (Δθ + Δα)
【0017】Δαはセロダイン位相差と称され、セロダ
イン変調によって干渉光に生成されたものである。セロ
ダイン変調は一種の閉ループ制御によってなされ、si
n(Δθ+Δα)=0となるように、セロダイン位相差
Δαの値が制御される。Δα is called a serrodyne phase difference, and is generated in the interference light by serrodyne modulation. Serrodyne modulation is performed by a kind of closed loop control,
The value of the serrodyne phase difference Δα is controlled so that n (Δθ + Δα) = 0.
【0018】従ってこの閉ループ制御の安定点では、Δ
α=−Δθである。この時のセロダイン位相差Δαの値
を求めることによって、数1の式より角速度Ωが求めら
れる。Therefore, at the stable point of this closed loop control, Δ
α = −Δθ. By calculating the value of the serrodyne phase difference Δα at this time, the angular velocity Ω is obtained from the equation (1).
【0019】図3を参照してセロダイン位相差Δαの値
を求める方法を説明する。図3Aは、セロダイン変調に
よって光ファイバループを互いに反対方向に伝播する2
つの伝播光内に生成される位相差α0 、αT の波形であ
る。図示のように、これらの位相差α0 、αT は鋸歯状
の波形(セロダイン波形)をしており、互いに時間τ
(τは伝播光が光ファイバループを伝播するのに要する
時間である。)だけズレている。このセロダイン波形は
1周期TS (TS をセロダイン周期という。)内にて最
小値0から最大値2πまで直線的に増加する。A method for determining the value of the serrodyne phase difference Δα will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a case in which a cellodyne modulation propagates an optical fiber loop in opposite directions to each other.
7 shows waveforms of the phase differences α 0 and α T generated in two propagating lights. As shown in the figure, these phase differences α 0 and α T have a sawtooth waveform (serodyne waveform), and the time difference τ
(Τ is the time required for the propagating light to propagate through the optical fiber loop.) This serrodyne waveform linearly increases from a minimum value 0 to a maximum value 2π within one cycle T S (T S is called a serodyne cycle).
【0020】セロダイン周期TS が大きいとセロダイン
波形の傾斜は小さくなり、セロダイン周期TS が小さい
とセロダイン波形の傾斜は大きくなる。セロダイン周期
TSはセロダイン変調器に印加される電圧信号によって
制御されることができる。When the serrodyne cycle T S is large, the slope of the serrodyne waveform is small, and when the serrodine cycle T S is small, the slope of the serrodyne waveform is large. The serrodyne period T S can be controlled by a voltage signal applied to the serrodyne modulator.
【0021】図3Bは、干渉光に現れるセロダイン位相
差Δαの波形である。セロダイン位相差Δαは2つの伝
播光に生ずる位相差α0 、αT の差αT −α0 として表
され、矩形波をなしている。この矩形波は、1周期TS
内にて交互に2つの値、αSとαS −2πをとるが、大
きい方の値αS がセロダイン位相差Δαである。この値
αS はセロダイン波形の傾斜に比例し、次のように表さ
れる。FIG. 3B is a waveform of the serrodyne phase difference Δα appearing in the interference light. The serrodyne phase difference Δα is expressed as a difference α T −α 0 between the phase differences α 0 and α T occurring in the two propagating lights, and forms a rectangular wave. This square wave has one period T S
, Two values, α S and α S -2π, are taken alternately, and the larger value α S is the serrodyne phase difference Δα. This value α S is proportional to the slope of the serrodyne waveform and is expressed as follows.
【0022】[0022]
【数5】Δα=αS =2πτ/TS =2πτfS Δα = α S = 2πτ / T S = 2πτf S
【0023】従ってセロダイン位相差Δαを求めるため
には、セロダイン波形の周期TS 又は周波数fS =1/
TS が得られればよい。これは、セロダイン変調器に印
加される電圧信号を検出することによって得られる。Therefore, in order to obtain the serrodyne phase difference Δα, the period T S of the serrodyne waveform or the frequency f S = 1/1
It suffices if T S is obtained. This is obtained by detecting a voltage signal applied to the serrodyne modulator.
【0024】従って、セロダイン方式では、閉ループ制
御の安定点にて、セロダイン変調器に印加される電圧信
号よりセロダイン周期TS を求め、数5の式によってセ
ロダイン位相差Δαを求め、サグナック位相差Δθが求
められる。Therefore, in the serrodyne method, at a stable point of the closed loop control, the serrodyne period T S is obtained from the voltage signal applied to the serrodyne modulator, the serrodyne phase difference Δα is obtained by the equation (5), and the sagnac phase difference Δθ is obtained. Is required.
【0025】図4を参照して従来の光ファイバジャイロ
の例を説明する。この例は、特開平4−98117号に
開示されたものであり、詳細は同公報を参照されたい。
本例の光ファイバジャイロは希土類元素ドープ光ファイ
バ型の光源101と受光器102と光ファイバループ1
03と偏光子104と第1及び第2のカプラと位相変調
器108とを有する。尚、セロダイン方式の場合には位
相変調器108の他に更にセロダイン変調器108’が
設けられる。An example of a conventional optical fiber gyro will be described with reference to FIG. This example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-98117. For details, refer to the publication.
The optical fiber gyro of the present embodiment is a rare earth element doped optical fiber type light source 101, a light receiver 102, and an optical fiber loop 1.
03, a polarizer 104, first and second couplers, and a phase modulator 108. In the case of the serrodyne method, a serrodyne modulator 108 'is further provided in addition to the phase modulator 108.
【0026】本例によると、光源101は希土類元素ド
ープ光ファイバ101Aと励起用光源101Bと光アイ
ソレータ101Cとダイクロイックミラー101Dとを
含む。希土類元素ドープ光ファイバ101Aはエルビウ
ムドープ光ファイバ(EDF)であってよい。励起用光
源101Dは半導体レーザ(LD)が用いられてよい。According to this embodiment, the light source 101 includes the rare-earth element doped optical fiber 101A, the excitation light source 101B, the optical isolator 101C, and the dichroic mirror 101D. The rare earth element doped optical fiber 101A may be an erbium doped optical fiber (EDF). As the excitation light source 101D, a semiconductor laser (LD) may be used.
【0027】励起用光源101Bからの励起光はダイク
ロイックミラー101Dによって偏向され希土類元素ド
ープ光ファイバ101Aに導かれる。励起光によって希
土類元素ドープ光ファイバ101Aは発光する。希土類
元素ドープ光ファイバ101Aからの光はダイクロイッ
クミラー101D及び光アイソレータ101Cを経由し
て第1のカプラ105に導かれる。Excitation light from the excitation light source 101B is deflected by the dichroic mirror 101D and guided to the rare earth element doped optical fiber 101A. The rare-earth element-doped optical fiber 101A emits light by the excitation light. Light from the rare earth element doped optical fiber 101A is guided to the first coupler 105 via the dichroic mirror 101D and the optical isolator 101C.
【0028】第1のカプラ105に導かれた光は偏光子
104を経由して第2のカプラ106に導かれ、2つの
光に分岐され、2つの光は光ファイバループ103を互
いに反対方向に伝播する。光ファイバループ103を互
いに反対方向に伝播した2つの光は位相変調器108に
よって位相変調され、セロダイン方式の場合には、更に
セロダイン変調器108’によってセロダイン変調され
る。The light guided to the first coupler 105 is guided to the second coupler 106 via the polarizer 104 and split into two lights, and the two lights pass through the optical fiber loop 103 in opposite directions. Propagate. The two lights that have propagated through the optical fiber loop 103 in opposite directions are phase-modulated by the phase modulator 108, and in the case of the serrodyne method, are further serrodyne-modulated by the serrodyne modulator 108 '.
【0029】こうして位相変調され、更にセロダイン変
調された2つの光は、第2のカプラ106によって合成
され、干渉光が生成される。この干渉光は偏光子104
を経由して再び第2のカプラ105に導かれ、受光器1
02によって受光される。The two lights thus phase-modulated and further subjected to serrodyne modulation are combined by the second coupler 106 to generate interference light. This interference light is applied to the polarizer 104.
Is again guided to the second coupler 105 via the
02 is received.
【0030】光ファイバジャイロは更に電流電圧変換器
107と信号発生器109と同期検波器110とを有す
る。電流電圧変換器107は受光器102からの電流信
号を電圧信号に変換する。信号発生器109は基準周波
数fm (=ωm /2π)及びその倍波周波数nfm (n
=1、2、・・・)の信号を生成し、位相変調器10
8’及び同期検波器110に供給する。The optical fiber gyro further includes a current-voltage converter 107, a signal generator 109, and a synchronous detector 110. The current-voltage converter 107 converts the current signal from the light receiver 102 into a voltage signal. The signal generator 109 outputs the reference frequency f m (= ω m / 2π) and its harmonic frequency nf m (n
= 1, 2,...) And the phase modulator 10
8 ′ and the synchronous detector 110.
【0031】同期検波器110は基準周波数nfm (n
=1、2、・・・)の信号によって、数3の式(位相変
調方式)又は数4の式(セロダイン方式)によって表さ
れる所望の倍波成分を検波する。位相変調方式では数3
の式よりサグナック位相差Δθを求める。セロダイン方
式では、sin(Δθ+Δα)=0となるように、セロ
ダイン変調器108’に供給する電圧信号を調節し、制
御点にて、セロダイン周波数fS を求め、その時のセロ
ダイン周波数fS より数5の式によってサグナック位相
差Δθを求める。The synchronous detector 110 has a reference frequency nf m (n
= 1, 2,...), A desired harmonic component represented by the equation (3) (phase modulation scheme) or the equation (4) (serodyne scheme) is detected. Equation 3 in the phase modulation method
The sagnac phase difference Δθ is obtained from the following equation. The serrodyne method, so that the sin (Δθ + Δα) = 0 , to adjust the voltage signal supplied to the serrodyne modulator 108 ', at the control point obtains the serrodyne frequency f S, the number from the serrodyne frequency f S at that time 5 The sagnac phase difference Δθ is obtained by the following equation.
【0032】干渉型の光ファイバジャイロの改良例とし
てスーパーヘテロダイン方式の振幅変調を用いた例があ
り、これは本願出願人と同一の出願人によって平成6年
4月25日に出願された特願平6−86879号(T9
400047)に開示されている。この出願にはスーパ
ーヘテロダイン方式の振幅変調を用いた位相変調方式と
セロダイン方式の両者の例が示されており、詳細は同出
願を参照されたい。As an improved example of the interference type optical fiber gyro, there is an example using a superheterodyne type amplitude modulation, which is disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 6-86879 (T9
400047). This application shows an example of both a phase modulation system using amplitude modulation of a superheterodyne system and a serrodyne system. For details, refer to the application.
【0033】図5を参照して特願平6−86879号
(T9400047)に開示されたスーパーヘテロダイ
ン方式の振幅変調を用いた位相変調方式の光ファイバジ
ャイロの例を説明する。An example of a phase modulation type optical fiber gyro using superheterodyne type amplitude modulation disclosed in Japanese Patent Application No. 6-86879 (T9400047) will be described with reference to FIG.
【0034】本例の光ファイバジャイロは、光源である
発光器1及び発光器駆動器11と受光器2と光ファイバ
ループ3と光集積回路4と電流電圧変換器9とを有す
る。光集積回路4は2つのカプラ5、6と位相変調器8
とを有する。発光器駆動器11には直流電圧信号と基準
周波数fQ の信号を入力して振幅変調用電圧信号を生成
し発光器1に供給する。従って発光器1は基準周波数f
Q によって振幅変調された光源光を出力する。The optical fiber gyro of this embodiment has a light source 1 and a light emitting device driver 11, a light receiver 2, an optical fiber loop 3, an optical integrated circuit 4, and a current / voltage converter 9 as light sources. The optical integrated circuit 4 includes two couplers 5 and 6 and a phase modulator 8
And The light emitting device driver 11 receives a DC voltage signal and a signal of the reference frequency f Q to generate an amplitude modulation voltage signal, and supplies the voltage signal to the light emitting device 1. Therefore, the light emitter 1 has the reference frequency f
The light source light amplitude-modulated by Q is output.
【0035】こうして振幅変調された光は第1のカプラ
5を経由し、第2のカプラ6によって2つの光に分岐さ
れ、2つの分岐光は位相変調器8によって基準周波数f
m によって位相変調される。The light thus amplitude-modulated passes through a first coupler 5 and is split into two lights by a second coupler 6. The two split lights are separated by a phase modulator 8 into a reference frequency f.
Phase modulated by m .
【0036】干渉光は数2の式及び数3の式によって表
されるが、数3の式の係数に含まれる定数E0 は、一定
値ではなく振幅変調を表す関数E(t)である。この振
幅変調を表す関数E(t)は様々な中間周波数(nfQ
−mfm )の成分を含む。従ってこれより所望の中間周
波数成分を検波することによって、所望の倍波成分
I 1 、I2 、I3 等が得られ、サグナック位相差Δθが
求められる。The interference light is represented by the formulas (2) and (3).
But the constant E included in the coefficient of the equation (3)0 Is constant
It is a function E (t) representing amplitude modulation, not a value. This swing
The function E (t) representing the width modulation is represented by various intermediate frequencies (nfQ
-Mfm)). Therefore, the desired intermediate circumference
By detecting the wave number component, the desired harmonic component can be obtained.
I 1, ITwo, IThreeEtc. are obtained, and the sagnac phase difference Δθ is
Desired.
【0037】この光ファイバジャイロは更に同期検波部
53、信号発生部55、変調信号発生部57、角速度/
角度演算ファイバ59、変調度演算部61及びフィルタ
71を有するが、その詳細は後に図1を参照して説明す
る。The optical fiber gyro further includes a synchronous detector 53, a signal generator 55, a modulation signal generator 57, an angular velocity /
It has an angle calculation fiber 59, a modulation degree calculation unit 61 and a filter 71, the details of which will be described later with reference to FIG.
【0038】図6を参照して特願平6−86879号
(T9400047)に開示されたスーパーヘテロダイ
ン方式の振幅変調を用いたセロダイン変調方式の光ファ
イバジャイロの例を説明する。An example of a cellodyne modulation type optical fiber gyro using super heterodyne type amplitude modulation disclosed in Japanese Patent Application No. 6-86879 (T9400047) will be described with reference to FIG.
【0039】本例の光ファイバジャイロは、光源である
発光器1及び発光器駆動器11と受光器2と光ファイバ
ループ3と光集積回路4と電流電圧変換器9とを有す
る。光集積回路4は2つのカプラ5、6と位相変調器8
とを有する。発光器駆動器11は直流電圧信号と基準周
波数fQ の信号を入力して振幅変調用電圧信号を生成
し、それを発光器1に供給する。従って発光器1は基準
周波数fQ によって振幅変調された光源光を出力する。The optical fiber gyro of this embodiment has a light emitting device 1 and a light emitting device driver 11 as light sources, a light receiving device 2, an optical fiber loop 3, an optical integrated circuit 4, and a current-voltage converter 9. The optical integrated circuit 4 includes two couplers 5 and 6 and a phase modulator 8
And The light emitting device driver 11 receives the DC voltage signal and the signal of the reference frequency f Q to generate an amplitude modulation voltage signal, and supplies it to the light emitting device 1. Therefore the light emitting device 1 outputs the source light that is amplitude modulated by the reference frequency f Q.
【0040】こうして振幅変調された光は第1のカプラ
5を経由し、第2のカプラ6によって2つの光に分岐さ
れ、2つの分岐光は位相変調器8によって基準周波数f
m によって位相変調され、更にセロダイン変調器8’に
よってセロダイン変調される。The light thus amplitude-modulated passes through a first coupler 5 and is split into two lights by a second coupler 6. The two split lights are separated by a phase modulator 8 into a reference frequency f.
The signal is phase-modulated by m and further serrodyne-modulated by the serrodyne modulator 8 '.
【0041】干渉光は数2の式及び数4の式によって表
されるが、数4の式の係数に含まれる定数E0 は一定で
はなく振幅変調を表す関数E(t)である。この振幅変
調を表す関数E(t)は様々な中間周波数(nfQ −m
fm )の成分を含む。従ってこれより所望の中間周波数
成分を検波することによって、所望の倍波成分I1 、I
2 、I3 等が得られ、サグナック位相差Δθが求められ
る。The interference light is represented by the equation (2) and the equation (4). The constant E 0 included in the coefficient of the equation (4) is not constant but a function E (t) representing amplitude modulation. The function E (t) representing this amplitude modulation is represented by various intermediate frequencies (nf Q −m
f m ). Accordingly, by detecting a desired intermediate frequency component from this, desired harmonic components I 1 and I 1
2 , I 3 and the like are obtained, and the sagnac phase difference Δθ is obtained.
【0042】この光ファイバジャイロは更に同期検波部
53、信号発生部55、変調信号発生部57、CPU6
5、セロダイン変調信号発生部67及びフィルタ71を
有する。またCPU65は図7に示すように角速度/角
度演算部59、変調度演算部61及び2π制御部63を
有する。これらの構成部の詳細は後に図1及び図2を参
照して説明する。The optical fiber gyro further includes a synchronous detector 53, a signal generator 55, a modulation signal generator 57, a CPU 6
5. It has a serrodyne modulation signal generator 67 and a filter 71. The CPU 65 has an angular velocity / angle calculator 59, a modulation factor calculator 61, and a 2π controller 63, as shown in FIG. Details of these components will be described later with reference to FIGS.
【0043】[0043]
【発明が解決しようとする課題】図5及び図6に示すよ
うに、従来、光源光を振幅変調する形式の光ファイバジ
ャイロでは、発光器1として、発光ダイオード(LE
D)又はスーパー・ルミネッセント・ダイオード(SL
D)等の半導体発光素子が使用されていた。半導体発光
素子はスペクトル幅が広く(コヒーレント長が短
い。)、ジャイロ出力の誤差を低減することができる利
点を有するが、光源の波長が温度によって変化するとい
う欠点がある。典型的には、光源の波長λの温度変化率
は約300ppm/°Cである。As shown in FIGS. 5 and 6, in a conventional optical fiber gyro of the type in which light from a light source is amplitude-modulated, a light emitting diode (LE) is used as a light emitting device 1.
D) or super luminescent diode (SL)
D) and other semiconductor light emitting devices have been used. The semiconductor light emitting device has a wide spectrum width (short coherent length) and has an advantage that gyro output errors can be reduced, but has a disadvantage that the wavelength of the light source changes with temperature. Typically, the rate of temperature change of the wavelength λ of the light source is about 300 ppm / ° C.
【0044】またこの形式の光源は、光ファイバに結合
することができる光量が比較的少なく、高精度の光ファ
イバジャイロには使用することができない欠点がある。Further, this type of light source has a drawback that the light quantity that can be coupled to the optical fiber is relatively small and cannot be used for a high-precision optical fiber gyro.
【0045】図4に示す例では、通常の位相変調方式又
はセロダイン方式の光ファイバジャイロにおいて、光源
として、希土類元素ドープ光ファイバ型の光源が使用さ
れている。希土類元素ドープ光ファイバ型の光源は温度
変化により影響が比較的少なく、光ファイバジャイロの
センサ側の光ファイバ端部に容易に結合させることがで
きる利点を有する。In the example shown in FIG. 4, a rare earth element-doped optical fiber type light source is used as a light source in an ordinary phase modulation type or serrodyne type optical fiber gyro. The rare-earth element-doped optical fiber type light source has an advantage that it is relatively less affected by a change in temperature and can be easily coupled to the end of the optical fiber gyro on the sensor side.
【0046】本発明は、斯かる点に鑑み、光源光を振幅
変調する形式の光ファイバジャイロにおいて、光源とし
て、発光ダイオード(LED)又はスーパー・ルミネッ
セント・ダイオード(SLD)等の半導体発光素子が使
用することがない光ファイバジャイロを提供することを
目的とする。In view of the above, the present invention provides a light emitting diode (LED) or a semiconductor light emitting element such as a super luminescent diode (SLD) as a light source in an optical fiber gyro of a type for modulating the amplitude of light from a light source. An object of the present invention is to provide an optical fiber gyro that does not need to be performed.
【0047】本発明は、斯かる点に鑑み、光源光を振幅
変調する形式の光ファイバジャイロにおいて、光源とし
て、希土類元素ドープ光ファイバ型の光源を使用するこ
とを目的とする。In view of the above, an object of the present invention is to use a rare earth element-doped optical fiber type light source as a light source in an optical fiber gyro of a type that modulates the amplitude of light from a light source.
【0048】[0048]
【課題を解決するための手段】本発明によると、光源
と、光ファイバループと、該光ファイバループ内を互い
に反対方向に伝搬する第1及び第2の伝播光を位相変調
する位相変調器と、上記第1及び第2の伝播光の干渉光
を検出する受光器と、該受光器によって検出された干渉
光の強さIの信号より所望の周波数成分を同期検波する
同期検波部と、該同期検波部によって得られた信号より
上記干渉光に現れるサグナック位相差Δθを演算し更に
角速度Ωを演算する角速度/角度演算部と、を有し、上
記光源からの光を振幅変調することによって上記干渉光
の強さIの信号に所望の中間周波数成分を生成し、上記
同期検波部によって上記所望の中間周波数成分を検出
し、それによって上記角速度/角度演算部は上記サグナ
ック位相差Δθ及び上記角速度Ωを演算するように構成
されている光ファイバジャイロにおいて、上記光源は希
土類元素添加光ファイバと励起用光源とを含み、該励起
用光源からの励起光を強度変調することによって上記光
源からの光を振幅変調するように構成されている。According to the present invention, there is provided a light source, an optical fiber loop, and a phase modulator for phase modulating first and second propagating lights propagating in opposite directions in the optical fiber loop. A light receiver for detecting interference light of the first and second propagation lights, a synchronous detector for synchronously detecting a desired frequency component from a signal of the intensity I of the interference light detected by the light receiver; An angular velocity / angle calculator for calculating a sagnac phase difference Δθ appearing in the interference light from the signal obtained by the synchronous detector, and further calculating an angular velocity Ω, by amplitude-modulating the light from the light source. A desired intermediate frequency component is generated in the signal of the intensity I of the interference light, and the desired intermediate frequency component is detected by the synchronous detection unit, so that the angular velocity / angle calculation unit causes the sagnac phase difference Δθ and the angular In an optical fiber gyro configured to calculate the speed Ω, the light source includes a rare earth element-doped optical fiber and a pumping light source, and the intensity of the pumping light from the pumping light source is modulated by intensity modulation. It is configured to amplitude modulate light.
【0049】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記干渉光の強さIの信号に生成された上記所望
の中間周波数は、上記光源からの光の振幅変調に使用す
る信号の基準周波数fQ と上記位相変調器によって位相
変調するために使用する信号の基準周波数fm とによっ
て、mfQ −nfm (但しm、nは正の整数。)によっ
て表される。According to the present invention, in the optical fiber gyro, the desired intermediate frequency generated in the signal of the intensity I of the interference light is a reference frequency f Q of a signal used for amplitude modulation of light from the light source. and by the reference frequency f m of the signal used to phase modulation by the phase modulator, mf Q -nf m (where m, n are positive integers.) represented by.
【0050】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記光源の光の振幅変調に使用する基準周波数f
Q は複数の基準周波数fQ1、fQ2、fQ3、fQ4等を含
み、該複数の基準周波数の信号と上記位相変調器によっ
て位相変調するために使用する基準周波数fm の信号と
によって上記干渉光の強さIの信号に所望の中間周波数
mfQi−nfm (iは正の整数。)を発生するように構
成されている。上記光源の光の振幅変調は上記励起用光
源からの励起光を周期T=1/fQ の矩形波を使用して
強度変調をすることによってなされる。更に、上記光源
の光の振幅変調は上記励起用光源からの励起光を周期T
=1/fQの正弦波を使用して強度変調をすることによ
ってなされる。According to the present invention, in the optical fiber gyro, the reference frequency f used for amplitude modulation of the light of the light source is used.
Q includes a plurality of reference frequencies f Q1 , f Q2 , f Q3 , f Q4, etc., and is determined by a signal of the plurality of reference frequencies and a signal of a reference frequency f m used for phase modulation by the phase modulator. It desired intermediate frequency mf the signal intensity I of the interference light Qi -nf m (i is a positive integer.) is configured to generate. The amplitude modulation of the light from the light source is performed by modulating the intensity of the excitation light from the excitation light source using a rectangular wave having a period T = 1 / f Q. Further, the amplitude modulation of the light from the light source is performed by changing the excitation light from the excitation light source to a period T.
This is done by intensity modulation using a sine wave of = 1 / f Q.
【0051】本発明によると、上記光源の光を振幅変調
するために使用する基準周波数fQの信号と上記位相変
調器によって位相変調するために使用する基準周波数f
m の信号と上記同期検波部によって上記所望の中間周波
数を検波するために使用する中間周波数mfQ −nfm
の信号とを発生する信号発生部を供えている。According to the present invention, the signal of the reference frequency f Q used for amplitude modulating the light of the light source and the reference frequency f Q used for phase modulating by the phase modulator are used.
m and an intermediate frequency mf Q −nf m used for detecting the desired intermediate frequency by the synchronous detector.
And a signal generating unit for generating the signals of the above.
【0052】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記光強度信号Iを比較的大きい交流利得によっ
て増幅する第1の交流増幅器と、上記光強度信号Iを比
較的小さい交流利得によって増幅する第2の交流増幅器
と、上記第1の交流増幅器の出力を同期検波して第1の
1倍波成分信号N1Aを生成する第1の同期検波器と、上
記第2の交流増幅器の出力を同期検波して第2の1倍波
成分信号N1Bを生成する第2の同期検波器と、上記光強
度信号Iを同期検波して2倍波成分信号N2 を生成する
第3の同期検波器と、入力角速度Ωが小さいときに上記
第1の1倍波成分信号N1Aを出力し入力角速度Ωが大き
いときに上記第2の1倍波成分信号N1Bを出力する信号
切替え器と、を有し、入力角速度Ωが小さいときには上
記第1の1倍波成分信号N1Aと上記2倍波成分信号N2
とより上記位相差Δθを演算し、入力角速度Ωが大きい
ときには上記第2の1倍波成分信号N1Bと上記2倍波成
分信号N2 とより上記位相差Δθを演算するように構成
されている。According to the present invention, in the optical fiber gyro, a first AC amplifier for amplifying the light intensity signal I with a relatively large AC gain and a second AC amplifier for amplifying the light intensity signal I with a relatively small AC gain. An AC amplifier, a first synchronous detector for synchronously detecting the output of the first AC amplifier to generate a first first harmonic component signal N 1A , and a synchronous detector for detecting the output of the second AC amplifier A second synchronous detector for generating a second first harmonic component signal N 1B, and a third synchronous detector for synchronously detecting the light intensity signal I to generate a second harmonic component signal N 2. A signal switch for outputting the first first harmonic component signal N 1A when the input angular velocity Ω is low and outputting the second first harmonic component signal N 1B when the input angular velocity Ω is high. When the input angular velocity Ω is low, the first first harmonic component No. N 1A and the second harmonic component signal N 2
And calculates the phase difference Δθ from the second first harmonic component signal N 1B and the second harmonic component signal N 2 when the input angular velocity Ω is large. I have.
【0053】本発明によると、光ファイバジャイロにお
いて、上記第1の1倍波成分信号N1Aと上記第2の1倍
波成分信号N1Bとの偏差であるバイアス補正値ΔN1Bを
供給するバイアス補正器と上記バイアス補正値ΔN1Bを
上記第2の1倍波成分信号N1Bより減算する加算器とを
設け、上記バイアス補正器は入力角速度Ωが小さいとき
に上記バイアス補正値ΔN1Bを上記加算器に供給して上
記第2の1倍波成分信号N1Bを補正するように構成され
ている。更に、上記光ファイバループ内を互いに反対方
向に伝搬する第1の伝播光と第2の伝播光をそれぞれセ
ロダイン変調するセロダイン変調器を設け、セロダイン
方式によって上記サグナック位相差Δθを演算し更に上
記角速度Ωを演算するように構成されている。According to the present invention, in the optical fiber gyro, a bias for supplying a bias correction value ΔN 1B which is a deviation between the first first harmonic component signal N 1A and the second first harmonic component signal N 1B. A correction device and an adder for subtracting the bias correction value ΔN 1B from the second harmonic component signal N 1B . The bias correction device sets the bias correction value ΔN 1B when the input angular velocity Ω is small. is supplied to the adder is configured to correct the second 1 harmonic component signal N 1B. Further, a serrodyne modulator for serrodyne-modulating the first propagation light and the second propagation light propagating in opposite directions in the optical fiber loop is provided, and the sagnac phase difference Δθ is calculated by a serrodyne method, and the angular velocity is further calculated. It is configured to calculate Ω.
【0054】[0054]
【発明の実施の形態】図1を参照して本発明による光フ
ァイバジャイロの第1の例を説明する。本例の光ファイ
バジャイロは、振幅変調を用いた位相変調方式の光ファ
イバジャイロである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the optical fiber gyro according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical fiber gyro of this embodiment is a phase modulation type optical fiber gyro using amplitude modulation.
【0055】本例によると、光源装置として希土類元素
ドープ光ファイバ型光源装置が用いられる。希土類元素
ドープ光ファイバ型光源装置は、図示のように、希土類
元素ドープ光ファイバ1Aと励起用光源1Bと光アイソ
レータ1Cとダイクロイックミラー1Dとを有する。According to the present embodiment, a rare earth element doped optical fiber type light source device is used as the light source device. As shown, the rare earth element doped optical fiber type light source device includes a rare earth element doped optical fiber 1A, an excitation light source 1B, an optical isolator 1C, and a dichroic mirror 1D.
【0056】本例の光ファイバジャイロは、図5に示し
た例と比較して発光器1及び発光器駆動器11の代わり
に希土類元素ドープ光ファイバ型光源装置が使用されて
いる点が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。The optical fiber gyro of this embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 5 in that a rare earth element-doped optical fiber type light source device is used instead of the light emitter 1 and the light emitter driver 11. Other configurations may be the same.
【0057】希土類元素ドープ光ファイバ1Aに添加
(ドープ)される希土類元素としてエルビウムEr、ネ
オジムNd、プラセオジムPr等が知られている。励起
用光源1Dは半導体レーザ(LD)が用いられてよい。
エルビウムドープ光ファイバ(EDF)の場合、励起用
光源1Bの波長λ1 はλ1 =1.48μm又は0.98
μmであり、生成される光源光の波長λ2 はλ2 =1.
55μmである。Erbium Er, neodymium Nd, praseodymium Pr and the like are known as rare earth elements added (doped) to the rare earth element doped optical fiber 1A. As the excitation light source 1D, a semiconductor laser (LD) may be used.
In the case of an erbium-doped optical fiber (EDF), the wavelength λ 1 of the excitation light source 1B is λ 1 = 1.48 μm or 0.98
μm, and the wavelength λ 2 of the generated light source light is λ 2 = 1.
55 μm.
【0058】光アイソレータ1Cは同一波長の光が逆方
向に伝播することを阻止するように機能する。それによ
って、不要な光、例えば、反射光が同一経路を逆方向に
伝播し、希土類元素ドープ光ファイバ1Aに伝播するこ
とを阻止する。それによって希土類元素ドープ光ファイ
バ1Aの発光状態が安定化される。光アイソレータ1C
の代わりに又はそれと共に適当な光学フィルタが設けら
れてよい。光学フィルタは所定の範囲の波長の光のみを
通過させ、それと異なる波長の光が通過することを阻止
する。The optical isolator 1C functions to prevent light of the same wavelength from propagating in the opposite direction. This prevents unnecessary light, for example, reflected light from propagating in the same path in the opposite direction and propagating to the rare-earth element-doped optical fiber 1A. Thereby, the light emitting state of the rare-earth element doped optical fiber 1A is stabilized. Optical isolator 1C
Alternatively or together with a suitable optical filter may be provided. The optical filter allows only light of a predetermined range of wavelengths to pass, and blocks light of a different wavelength from passing therethrough.
【0059】励起用光源1Bからの励起光はダイクロイ
ックミラー1Dによって偏向され希土類元素ドープ光フ
ァイバ1Aに導かれる。励起光によって希土類元素ドー
プ光ファイバ1Aは発光する。希土類元素ドープ光ファ
イバ1Aにて生成された光はダイクロイックミラー1D
及び光アイソレータ1Cを経由して出力される。The excitation light from the excitation light source 1B is deflected by the dichroic mirror 1D and guided to the rare earth element doped optical fiber 1A. The rare-earth element-doped optical fiber 1A emits light by the excitation light. The light generated by the rare-earth element-doped optical fiber 1A is a dichroic mirror 1D
And output via the optical isolator 1C.
【0060】本例の光ファイバジャイロは、希土類元素
ドープ光ファイバ型光源装置に加えて更に、受光器2と
光ファイバループ3と光集積回路4と電流電圧変換器9
とを有する。光集積回路4は2つのY分岐5、6と位相
変調器8とを有する。The optical fiber gyro of the present embodiment has a light receiving device 2, an optical fiber loop 3, an optical integrated circuit 4, and a current / voltage converter 9 in addition to a rare earth element doped optical fiber type light source device.
And The optical integrated circuit 4 has two Y branches 5 and 6 and a phase modulator 8.
【0061】希土類元素ドープ光ファイバ型光源からの
光は光集積回路4の第1のY分岐5を経由し、第2のY
分岐6によって分岐され、光ファイバループ3を互いに
反対方向に伝播する。光ファイバループ3を時計方向に
伝播した光は光ファイバループ3の出口で位相変調さ
れ、光ファイバループ3を反時計方向に伝播した光は光
ファイバループ3の入口で位相変調される。The light from the rare earth element-doped optical fiber type light source passes through the first Y branch 5 of the optical integrated circuit 4 and passes through the second Y branch.
The light is branched by the branch 6 and propagates through the optical fiber loop 3 in opposite directions. Light propagating clockwise in the optical fiber loop 3 is phase-modulated at the exit of the optical fiber loop 3, and light propagating counterclockwise through the optical fiber loop 3 is phase-modulated at the entrance of the optical fiber loop 3.
【0062】光ファイバループ3を互いに反対方向に伝
播した2つの光は第2のY分岐6によって合成され、干
渉光が生成される。干渉光は第1の分岐5を経由して受
光器2によって受光される。受光器2からの電流信号は
電流電圧変換器9によって電圧信号に変換される。The two lights that have propagated in the optical fiber loop 3 in opposite directions are combined by the second Y branch 6 to generate interference light. The interference light is received by the light receiver 2 via the first branch 5. The current signal from the light receiver 2 is converted into a voltage signal by the current / voltage converter 9.
【0063】本例によると、希土類元素ドープ光ファイ
バ型光源からの光は基準周波数fQによって振幅変調さ
れている。励起用光源1Bは直流電圧DCと基準周波数
fQの電圧信号を入力する。直流電圧は基準周波数fQ
によって振幅変調される。励起用光源1Bは基準周波数
fQ によって振幅変調された励起用光を出力し、希土類
元素ドープ光ファイバ1Aは基準周波数fQ によって振
幅変調された光源光を発生する。According to this example, the light from the rare earth element doped optical fiber type light source is amplitude-modulated by the reference frequency f Q. Excitation light source 1B inputs a voltage signal of the DC voltage DC and the reference frequency f Q. DC voltage is the reference frequency f Q
Is amplitude modulated. Excitation light source 1B outputs the excitation light is amplitude-modulated by the reference frequency f Q, a rare earth element doped optical fiber 1A generates source light that is amplitude modulated by the reference frequency f Q.
【0064】こうして振幅変調された光が光ファイバル
ープ3を伝播し、更に位相変調器8によって基準周波数
fm によって位相変調される。[0064] Thus the amplitude modulated light propagates through the optical fiber loop 3, is further phase-modulated by the reference frequency f m by the phase modulator 8.
【0065】電流電圧変換器9によって出力される光の
強さ信号Iは、数2の式及び数3の式によって表される
が、数3の式の各式の係数は定数ではなく、振幅変調を
表す関数E(t)を含む。The light intensity signal I output by the current-voltage converter 9 is represented by the equations (2) and (3). The coefficients in the equations (3) are not constants, but are amplitudes. Includes a function E (t) representing modulation.
【0066】[0066]
【数6】 I0 =2E0 2E(t)2 {1+J0 (x)cosΔθ} I1 =4E0 2E(t)2 ・J1 (x)sinΔθ I2 =4E0 2E(t)2 ・J2 (x)cosΔθ I3 =4E0 2E(t)2 ・J3 (x)sinΔθ I4 =4E0 2E(t)2 ・J4 (x)cosΔθI 0 = 2E 0 2 E (t) 2 {1 + J 0 (x) cos Δθ} I 1 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 1 (x) sin Δθ I 2 = 4E 0 2 E (t ) 2 · J 2 (x) cosΔθ I 3 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 3 (x) sin Δθ I 4 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 4 (x) cos Δθ
【0067】振幅変調関数E(t)は、一般に基準周波
数fQ を含む矩形波又は正弦波である。結局、受光器2
によって受光される干渉光又は電流電圧変換器9によっ
て出力される光の強さ信号Iは、多数の中間周波数mf
Q −nfm (但しm、nは正の整数。)成分を含むもの
として得られる。The amplitude modulation function E (t) is generally a rectangular wave or a sine wave including the reference frequency f Q. After all, receiver 2
The intensity signal I of the interfering light received by the light source or the light output by the current-to-voltage converter 9 has a large number of intermediate frequencies mf
Q -nf m (where m, n is a positive integer.) It obtained as comprising component.
【0068】例えば、m=1とし、n=1、2、3、4
として、4つの中間周波数(fQ −fm )、(fQ −2
fm )、(fQ −3fm )、(fQ −4fm )を考え
る。これらの各中間周波数成分の振幅をN1 、N2 、N
3 、N4 とおくと、次の式によって表される。For example, suppose m = 1 and n = 1, 2, 3, 4,
As the four intermediate frequency (f Q -f m), ( f Q -2
f m), think about the (f Q -3f m), ( f Q -4f m). The amplitudes of these intermediate frequency components are represented by N 1 , N 2 , N
3 and N 4 are represented by the following equations.
【0069】[0069]
【数7】N1 =−KE0 2・J1 (x)・sinΔθ N2 =KE0 2・J2 (x)・cosΔθ N3 =−KE0 2・J3 (x)・sinΔθ N4 =KE0 2・J4 (x)・cosΔθEquation 7] N 1 = -KE 0 2 · J 1 (x) · sinΔθ N 2 = KE 0 2 · J 2 (x) · cosΔθ N 3 = -KE 0 2 · J 3 (x) · sinΔθ N 4 = KE 0 2 · J 4 ( x) · cosΔθ
【0070】Kは関数E(t)によって決まる定数であ
る。K is a constant determined by the function E (t).
【0071】更に一般的に、基準周波数fQ として多数
の基準周波数fQi(但しiは正の整数。)を使用するこ
とができる。この場合、中間周波数はmfQi−nf
m (但しm、n、iは正の整数。)と表される。例え
ば、位相変調器8による位相変調に使用される基準周波
数fm を625kHzとする。従って、2fm =125
0kHz、4fm =2500kHz、となる。また、そ
れに対応して振幅変調に使用される基準周波数fQ を、
fQ =623kHz、1050kHz、2480kH
z、とする。このとき、次のような中間周波数が得られ
る。More generally, a number of reference frequencies f Qi (where i is a positive integer) can be used as the reference frequency f Q. In this case, the intermediate frequency is mf Qi −nf
m (where m, n, and i are positive integers). For example, the reference frequency f m to be used for phase modulation by the phase modulator 8 to 625 kHz. Therefore, 2f m = 125
0kHz, 4f m = 2500kHz, to become. Also, the reference frequency f Q used for the amplitude modulation corresponding thereto is
f Q = 623 kHz, 1050 kHz, 2480 kHz
z. At this time, the following intermediate frequency is obtained.
【0072】[0072]
【数8】fQ −fm =623kHz−625kHz=−
2kHz fQ −2fm =1050kHz−1250kHz=−2
00kHz fQ −4fm =2480kHz−2500kHz=−2
0kHz[Equation 8] f Q -f m = 623kHz-625kHz = -
2kHz f Q -2f m = 1050kHz- 1250kHz = -2
00kHz f Q -4f m = 2480kHz- 2500kHz = -2
0 kHz
【0073】こうして、スーパーヘテロダイン方式と同
様に、干渉光の強さ信号Iより所望の中間周波数成分を
容易に分離することができる。それによって得られた所
望の中間周波数成分の振幅N1 、N2 、N3 、N4 より
サグナック位相差Δθを演算することができる。これに
ついては後に説明する。Thus, similarly to the superheterodyne method, a desired intermediate frequency component can be easily separated from the intensity signal I of the interference light. The sagnac phase difference Δθ can be calculated from the amplitudes N 1 , N 2 , N 3 and N 4 of the desired intermediate frequency components obtained thereby. This will be described later.
【0074】本例の光ファイバジャイロは、更に、同期
検波部53と信号発生部55と変調信号発生部57と角
速度/角度演算部59と変調度演算部61とフィルタ7
1とを有する。尚、角速度/角度演算部59と変調度演
算部61はCPU65によって構成してよい。The optical fiber gyro of this embodiment further includes a synchronous detector 53, a signal generator 55, a modulation signal generator 57, an angular velocity / angle calculator 59, a modulation degree calculator 61, a filter 7
And 1. The angular velocity / angle calculation section 59 and the modulation degree calculation section 61 may be constituted by the CPU 65.
【0075】信号発生部55は位相変調器8に供給する
ための基準周波数fm の信号と励起用光源1Bに供給す
るための基準周波数fQ の信号と同期検波するための所
望の中間周波数mfQ −nfm (但し、m、nは正の整
数。)の信号を発生する。[0075] The signal generating section 55 is desired intermediate frequency for signal and synchronous detection of the reference frequency f Q to be supplied to the signal and pumping light source 1B of the reference frequency f m to be supplied to the phase modulator 8 mf Q -nf m (where, m, n is a positive integer.) to generate a signal.
【0076】同期検波部53は、電流電圧変換器9より
出力された電圧信号Iを同期検波して数6の式によって
表される変調信号N1 、N2 、N3 、N4 のうち所望の
変調信号を出力する。例えば、3つの中間周波数(fQ
−fm )、(fQ −2fm )、(fQ −4fm )成分を
復調する。The synchronous detector 53 synchronously detects the voltage signal I output from the current-to-voltage converter 9 and selects a desired one of the modulated signals N 1 , N 2 , N 3 and N 4 expressed by the equation (6). Output the modulated signal. For example, three intermediate frequencies (f Q
−f m ), (f Q −2f m ), and (f Q −4f m ) components are demodulated.
【0077】第1及び第2の中間周波数(fQ −
fm )、(fQ −2fm )の成分N1 、N 2 はサニャッ
ク位相差Δθを求めるために使用し、第1及び第4の中
間周波数(fQ −fm )、(fQ −4fm )の成分N1
N4 は変調度xの補正値Δxを演算するために使用す
る。The first and second intermediate frequencies (fQ−
fm), (FQ-2fmComponent N)1, N TwoIs Sagnac
Used to determine the phase difference Δθ.
Inter-frequency (fQ−fm), (FQ-4fmComponent N)1
NFourIs used to calculate the correction value Δx of the modulation factor x.
You.
【0078】同期検波部53は、第1の中間周波数(f
Q −fm )の成分N1 として2つの値、即ち、入力角速
度Ωの絶対値が小さい場合に使用される第1の1倍波成
分信号N1Aと入力角速度Ωの絶対値が大きい場合に使用
される第2の1倍波成分信号N1Bとを演算する。第1の
1倍波成分信号N1Aは大きい利得を有する第1の交流増
幅器によって増幅され、第2の1倍波成分信号N1Bは小
さい利得を有する第2の交流増幅器によって増幅された
ものである。The synchronous detector 53 outputs the first intermediate frequency (f
Two values as components N 1 Q -f m), i.e., when the absolute value of the first 1 harmonic component signal N 1A and the input angular velocity Ω to be used when the absolute value of the input angular velocity Ω is small is large The second used first harmonic component signal N 1B is calculated. The first first harmonic component signal N 1A is amplified by a first AC amplifier having a large gain, and the second first harmonic component signal N 1B is amplified by a second AC amplifier having a small gain. is there.
【0079】角速度/角度演算部59は同期検波部53
より供給された変調信号N1 (=N 1A、N1B)、N2 よ
りサグナック位相差Δθを演算し、更に角速度Ωを演算
してジャイロ出力として出力する。The angular velocity / angle calculating section 59 includes a synchronous detecting section 53
Modulation signal N supplied from1(= N 1A, N1B), NTwoYo
Calculate the sagnac phase difference Δθ and further calculate the angular velocity Ω
And outputs it as a gyro output.
【0080】サグナック位相差Δθを求めるために、通
常の位相変調方式の光ファイバジャイロの場合と同様な
演算がなされる。例えば、2つの中間周波数(fQ −f
m )、(fQ −2fm )成分の振幅N1 、N2 の比N1
/N2 を求める。In order to obtain the sagnac phase difference Δθ, the same calculation as in the case of an ordinary phase modulation type optical fiber gyro is performed. For example, two intermediate frequencies (f Q −f
m), (f Q -2f m ) amplitude N 1 components, the ratio of N 2 N 1
/ A N 2 seek.
【0081】[0081]
【数9】 N1 /N2 =−〔J1 (x)/J2 (x)〕tanΔθN 1 / N 2 = − [J 1 (x) / J 2 (x)] tan Δθ
【0082】この比N1 /N2 より係数J1 (x)/J
2 (x)を消去することによってtanΔθが求められ
る。例えば、この比N1 /N2 に既知の〔J1 (x)/
J2(x)〕の値の逆数を掛け算してもよく、又は、J
1 (x)=J2 (x)となるように変調度xをx=2.
63としてもよい。こうしてサグナック位相差Δθが求
められると、数1の式によって角速度Ωが得られる。From the ratio N 1 / N 2 , the coefficient J 1 (x) / J
2 Eliminating (x) gives tan Δθ. For example, this ratio N 1 / N 2 of the known [J 1 (x) /
J 2 (x)] or the reciprocal of the value of
The modulation factor x is set to x = 2 so that 1 (x) = J 2 (x).
63 may be used. When the sagnac phase difference Δθ is obtained in this manner, the angular velocity Ω can be obtained by the equation (1).
【0083】本例によると、角速度/角度演算部59
は、サグナック位相差Δθを求めるために、第1又は第
2の1倍波成分信号N1A、N1Bを使用する。入力角速度
Ωの絶対値が小さいときには、第1の1倍波成分信号N
1Aと2倍波成分信号N2 とによって位相差Δθを演算
し、入力角速度Ωの絶対値が大きいときには、第2の1
倍波成分信号N1Bと2倍波成分信号N2 とによって位相
差Δθを演算する。According to the present embodiment, the angular velocity / angle calculator 59
Uses the first or second first harmonic component signals N 1A and N 1B to determine the sagnac phase difference Δθ. When the absolute value of the input angular velocity Ω is small, the first first harmonic component signal N
The phase difference Δθ is calculated from 1A and the second harmonic component signal N 2. When the absolute value of the input angular velocity Ω is large, the second 1
The phase difference Δθ is calculated based on the harmonic component signal N 1B and the second harmonic component signal N 2 .
【0084】こうして、入力角速度Ωの絶対値が大きい
ときに、サグナック位相差Δθを演算するために第2の
1倍波成分信号N1Bが使用されるが、第2の1倍波成分
信号N1Bは第1の1倍波成分信号N1Aに比べて誤差が大
きいからそれに修正する必要がある。角速度/角度演算
部59は第1の1倍波成分信号N1Aと第2の1倍波成分
信号N1Bの偏差であるバイアス補正値ΔN1BD を演算す
る。斯かるバイアス補正値ΔN1BD によって、第2の1
倍波成分信号N1Bのバイアス補正を行う。As described above, when the absolute value of the input angular velocity Ω is large, the second first harmonic component signal N 1B is used to calculate the sagnac phase difference Δθ. Since 1B has a larger error than the first harmonic component signal N 1A , it is necessary to correct it. The angular velocity / angle calculator 59 calculates a bias correction value ΔN 1BD which is a deviation between the first first harmonic component signal N 1A and the second first harmonic component signal N 1B . By the bias correction value ΔN 1BD , the second 1
The bias correction of the harmonic component signal N 1B is performed.
【0085】変調度演算部61はより正確な変調度制御
を実行するために設けられている。変調度制御は位相変
調器8に供給する電圧信号、即ち、変調度信号を変化さ
せることによって所望の位相変調度xを得るものであ
る。しかしながら、一般に、変調度xを所望の値に固定
するのは困難であり、変調度xを一定値に維持するため
の制御系が様々工夫されている。The modulation degree calculating section 61 is provided to execute more accurate modulation degree control. The modulation degree control is to obtain a desired phase modulation degree x by changing a voltage signal supplied to the phase modulator 8, that is, a modulation degree signal. However, in general, it is difficult to fix the modulation factor x to a desired value, and various control systems for maintaining the modulation factor x at a constant value have been devised.
【0086】本例では、変調度演算部61は同期検波部
53より供給された変調信号N2 、N4 より変調度xの
補正値Δxを演算しそれを変調信号発生部57に供給す
る。こうして所望の変調度xを得るための変調度制御
は、例えば本願出願人と同一の出願人によって出願され
た特願昭61−182352号に開示されたものがあ
る。In this example, the modulation degree calculating section 61 calculates a correction value Δx of the modulation degree x from the modulation signals N 2 and N 4 supplied from the synchronous detection section 53 and supplies it to the modulation signal generation section 57. The modulation factor control for obtaining the desired modulation factor x is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 61-182352 filed by the same applicant as the present applicant.
【0087】変調信号発生部57は変調度信号xを変調
度補正値Δxによって補正しそれを位相変調器8に供給
する。それによって所望の変調度xを得ることができ
る。最後にフィルタ71について説明する。上述のよう
に、振幅変調の関数E(t)は、一般に基準周波数fQ
を含む矩形波又は正弦波である。一方、信号発生器55
によって生成される基準周波数fQ は矩形波である。従
って関数E(t)が正弦波の場合、基準周波数fQ をフ
ィルタ71によって正弦波に波形整形する。The modulation signal generator 57 corrects the modulation signal x with the modulation correction value Δx and supplies it to the phase modulator 8. Thereby, a desired modulation factor x can be obtained. Finally, the filter 71 will be described. As described above, the function E (t) of amplitude modulation is generally equal to the reference frequency f Q
Is a rectangular wave or a sine wave. On the other hand, the signal generator 55
Reference frequency f Q generated by has a rectangular wave. Therefore, when the function E (t) is a sine wave, the filter 71 shapes the reference frequency f Q into a sine wave.
【0088】図2を参照して本発明による光ファイバジ
ャイロの第2の例について説明する。本例の光ファイバ
ジャイロは、振幅変調を用いたセロダイン方式の光ファ
イバジャイロである。A second example of the optical fiber gyro according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical fiber gyro of the present embodiment is a cellodyne type optical fiber gyro using amplitude modulation.
【0089】本例によると、光源装置として希土類元素
ドープ光ファイバ型光源装置が用いられる。希土類元素
ドープ光ファイバ型光源装置は、希土類元素ドープ光フ
ァイバ1Aと励起用光源1Bと光アイソレータ1Cとダ
イクロイックミラー1Dとを有する。本例の光源装置は
図1に示した本発明による光ファイバジャイロの第2の
例に使用されている光源装置と同様な構成であってよ
い。According to this embodiment, a rare earth element doped optical fiber type light source device is used as the light source device. The rare earth element doped optical fiber type light source device has a rare earth element doped optical fiber 1A, an excitation light source 1B, an optical isolator 1C, and a dichroic mirror 1D. The light source device of this embodiment may have the same configuration as the light source device used in the second example of the optical fiber gyro according to the present invention shown in FIG.
【0090】本例の光ファイバジャイロは、図6に示し
た例と比較して発光器1及び発光器駆動器11の代わり
に希土類元素ドープ光ファイバ型光源装置が使用されて
いる点が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。The optical fiber gyro of this embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 6 in that a rare earth element doped optical fiber type light source device is used instead of the light emitting device 1 and the light emitting device driver 11. Other configurations may be the same.
【0091】本例の光ファイバジャイロは希土類元素ド
ープ光ファイバ型光源装置に加えて更に、受光器2と光
ファイバループ3と光集積回路4と電流電圧変換器9と
を有する。光集積回路4は2つのY分岐5、6と位相変
調器8とセロダイン位相変調器8’とを有する。The optical fiber gyro of this embodiment has a light receiver 2, an optical fiber loop 3, an optical integrated circuit 4, and a current-voltage converter 9 in addition to the rare earth element doped optical fiber type light source device. The optical integrated circuit 4 has two Y branches 5 and 6, a phase modulator 8, and a serrodyne phase modulator 8 '.
【0092】本例によると、希土類元素ドープ光ファイ
バ型光源からの光は基準周波数fQによって振幅変調さ
れている。励起用光源1Bは直流電圧DCと基準周波数
fQの電圧信号を入力する。直流電圧は基準周波数fQ
によって振幅変調される。励起用光源1Bは基準周波数
fQ によって振幅変調された励起用光を出力し、希土類
元素ドープ光ファイバ1Aは基準周波数fQ によって振
幅変調された光源光を発生する。[0092] According to the present embodiment, the light from the rare-earth element doped optical fiber type light source is amplitude modulated by the reference frequency f Q. Excitation light source 1B inputs a voltage signal of the DC voltage DC and the reference frequency f Q. DC voltage is the reference frequency f Q
Is amplitude modulated. Excitation light source 1B outputs the excitation light is amplitude-modulated by the reference frequency f Q, a rare earth element doped optical fiber 1A generates source light that is amplitude modulated by the reference frequency f Q.
【0093】従って、こうして振幅変調された光が光フ
ァイバループ3を伝播し、位相変調器8によって基準周
波数fm によって位相変調され、更にセロダイン位相変
調器8’によってセロダイン変調される。[0093] Thus, in this way the amplitude modulated light propagates through the optical fiber loop 3, it is phase-modulated by the reference frequency f m by the phase modulator 8, further Serrodyne modulated by serrodyne phase modulator 8 '.
【0094】本例の場合、受光器2によって受光される
干渉光又は電流電圧変換器9によって出力される光の強
さ信号Iは、数6の式と同様に振幅変調の関数E(t)
を含む。In the case of this example, the intensity signal I of the interference light received by the light receiver 2 or the light output by the current-to-voltage converter 9 is represented by the amplitude modulation function E (t) as in the equation (6).
including.
【0095】[0095]
【数10】I0 =2E0 2E(t)2 {1+J0 (x)c
os(Δθ+Δα)} I1 =4E0 2E(t)2 ・J1 (x)sin(Δθ+Δ
α) I2 =4E0 2E(t)2 ・J2 (x)cos(Δθ+Δ
α) I3 =4E0 2E(t)2 ・J3 (x)sin(Δθ+Δ
α) I4 =4E0 2E(t)2 ・J4 (x)cos(Δθ+Δ
α)## EQU10 ## I 0 = 2E 0 2 E (t) 2 {1 + J 0 (x) c
os (Δθ + Δα)} I 1 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 1 (x) sin (Δθ + Δ
α) I 2 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 2 (x) cos (Δθ + Δ
α) I 3 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 3 (x) sin (Δθ + Δ
α) I 4 = 4E 0 2 E (t) 2 · J 4 (x) cos (Δθ + Δ
α)
【0096】Δαはセロダイン位相差である。振幅変調
関数E(t)は、一般に基準周波数fQ を含む矩形波又
は正弦波である。結局、受光器2によって受光される干
渉光又は電流電圧変換器9によって出力される光の強さ
信号Iは、多数の中間周波数mfQ −nfm (但しm、
nは正の整数。)成分を含むものとして得られる。Δα is a cellodyne phase difference. Amplitude modulation function E (t) is a square wave or sine wave generally includes a reference frequency f Q. Eventually, the intensity signal I of the light output by the interference light or the current to voltage converter 9 is received by the light receiving unit 2, a number of intermediate frequency mf Q -nf m (where m,
n is a positive integer. )).
【0097】例えば、m=1とし、n=1、2、3、4
として、4つの中間周波数(fQ −fm )、(fQ −2
fm )、(fQ −3fm )、(fQ −4fm )を考え
る。これらの各中間周波数成分の振幅をN1 、N2 、N
3 、N4 とおくと、次の式によって表される。For example, m = 1, n = 1, 2, 3, 4
As the four intermediate frequency (f Q -f m), ( f Q -2
f m), think about the (f Q -3f m), ( f Q -4f m). The amplitudes of these intermediate frequency components are represented by N 1 , N 2 , N
3 and N 4 are represented by the following equations.
【0098】[0098]
【数11】 N1 =−KE0 2・J1 (x)・sin(Δθ+Δα) N2 =KE0 2・J2 (x)・cos(Δθ+Δα) N3 =−KE0 2・J3 (x)・sin(Δθ+Δα) N4 =KE0 2・J4 (x)・cos(Δθ+Δα)Equation 11] N 1 = -KE 0 2 · J 1 (x) · sin (Δθ + Δα) N 2 = KE 0 2 · J 2 (x) · cos (Δθ + Δα) N 3 = -KE 0 2 · J 3 ( x) · sin (Δθ + Δα ) N 4 = KE 0 2 · J 4 (x) · cos (Δθ + Δα)
【0099】Kは関数E(t)によって決まる定数であ
る。K is a constant determined by the function E (t).
【0100】本例の光ファイバジャイロは、更に、同期
検波部53と信号発生部55と変調信号発生部57とC
PU65とセロダイン変調信号発生部67とフィルタ7
1を有する。同期検波部53と信号発生部55と変調信
号発生部57の構成及び動作は図1の例と同様である。The optical fiber gyro of this embodiment further comprises a synchronous detection section 53, a signal generation section 55, a modulation signal generation section 57,
PU65, serrodyne modulation signal generator 67, and filter 7
One. The configuration and operation of the synchronous detection unit 53, the signal generation unit 55, and the modulation signal generation unit 57 are the same as those in the example of FIG.
【0101】セロダイン変調信号発生部67は、光ファ
イバループ3を互いに反対方向に伝播する2つの光に、
図3Aに示すごときセロダイン波形の位相差αT 、α0
を生成するように、セロダイン変調信号を生成する。セ
ロダイン変調の制御ループによると、sin(Δθ+Δ
α)=0となるように、セロダイン変調信号が調節され
る。従って、制御点では、同期検波部53から供給され
た第1の中間周波数成分の振幅信号N1 がゼロとなる。The serrodyne modulation signal generator 67 converts the two lights propagating in the optical fiber loop 3 in opposite directions to each other.
The phase difference α T , α 0 of the serrodyne waveform as shown in FIG. 3A
To generate a serrodyne modulated signal. According to the control loop of the serrodyne modulation, sin (Δθ + Δ
The serrodyne modulation signal is adjusted so that α) = 0. Therefore, at the control point, the amplitude signal N1 of the first intermediate frequency component supplied from the synchronous detection unit 53 becomes zero.
【0102】こうして、第1の中間周波数成分の振幅信
号N1 がゼロとなったとき、即ち、sin(Δθ+Δ
α)=0となったとき、セロダイン周波数fS を求め、
それをCPU65に供給する。Thus, when the amplitude signal N 1 of the first intermediate frequency component becomes zero, ie, sin (Δθ + Δ
α) = 0, the cellodyne frequency f S is obtained,
It is supplied to the CPU 65.
【0103】図7を参照してCPU65の構成を説明す
る。本例のCPU65は角速度/角度演算部59と変調
度演算部61と2π制御部63とを有する。角速度/角
度演算部59は、セロダイン変調信号発生部67より供
給されたセロダイン周波数f S より数5の式によってサ
グナック位相差Δθを求め、数1の式によって角速度Ω
を求める。変調度演算部61は図1に示した位相変調方
式の光ファイバジャイロの場合と同様な構成及び動作で
あってよい。The configuration of the CPU 65 will be described with reference to FIG.
You. In this example, the CPU 65 modulates with the angular velocity / angle calculation unit 59.
It has a degree calculation unit 61 and a 2π control unit 63. Angular velocity / angle
The degree calculation section 59 is provided by the serrodyne modulation signal generation section 67.
The supplied serodyne frequency f SEquation 5
The Gnack phase difference Δθ is obtained, and the angular velocity Ω is calculated by the equation (1).
Ask for. The modulation degree calculation unit 61 uses the phase modulation method shown in FIG.
With the same configuration and operation as in the case of the optical fiber gyro
May be.
【0104】2π制御部63はセロダイン方式の光ファ
イバジャイロにおいて、2π誤差を補正するために設け
られている。セロダイン変調に使用される鋸歯状波形は
図3Aに示したように1周期TS 中にゼロから2πまで
変化するが、最大値を正確に2πとすることは一般に困
難である。この最大値が2πよりズレることによって発
生する誤差を2π誤差という。2π誤差の補正は2π制
御と称されるが、2π制御の詳細については本願出願人
と同一の出願人によって出願された特願平4−3069
75号を参照されたい。The 2π control section 63 is provided for correcting a 2π error in a cellodyne type optical fiber gyro. The sawtooth waveform used for serrodyne modulation changes from zero to 2π during one period T S as shown in FIG. 3A, but it is generally difficult to make the maximum value exactly 2π. An error that occurs when the maximum value deviates from 2π is called a 2π error. The correction of the 2π error is called 2π control. The details of the 2π control are described in Japanese Patent Application No. Hei 4-3069 filed by the same applicant as the present applicant.
See No. 75.
【0105】2π制御部63によって生成された2π誤
差補正信号Δ2πはセロダイン変調信号発生部67に供
給される。セロダイン変調信号発生部67は2π誤差補
正信号Δ2πによってセロダイン変調信号を修正する。The 2π error correction signal Δ2π generated by the 2π control section 63 is supplied to a serrodyne modulation signal generation section 67. The serrodyne modulation signal generator 67 modifies the serrodyne modulation signal with the 2π error correction signal Δ2π.
【0106】以上本発明の実施の形態について詳細に説
明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特
許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等
が可能であることは当業者にとって理解されよう。Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. It will be understood by those skilled in the art.
【0107】上述の例では、2つのカプラ5、6と位相
変調器8、8’を含む光集積回路4を使用する例を説明
した。しかしながら、図4に示す例のように、光集積回
路4を用いず、2つのカプラ5、6と位相変調器8、
8’を独立的な部品として構成してもよい。In the above example, an example in which the optical integrated circuit 4 including the two couplers 5 and 6 and the phase modulators 8 and 8 'is used has been described. However, unlike the example shown in FIG. 4, the optical integrated circuit 4 is not used, and the two couplers 5, 6 and the phase modulator 8,
8 'may be configured as an independent part.
【0108】[0108]
【発明の効果】本発明によると、光源光を振幅変調する
形式の光ファイバジャイロにおいて、希土類元素ドープ
光ファイバ型光源が用いられているため、希土類元素ド
ープ光ファイバの励起光を振幅変調することによって光
源光を振幅変調することができる利点を有する。According to the present invention, since the rare earth element doped optical fiber type light source is used in the optical fiber gyro of the type in which the light source light is amplitude modulated, the excitation light of the rare earth element doped optical fiber is amplitude modulated. Accordingly, there is an advantage that the light source light can be amplitude-modulated.
【0109】本発明によると、光源光を振幅変調する形
式の光ファイバジャイロにおいて、希土類元素ドープ光
ファイバ型光源が用いられているため、従来のように半
導体発光素子を光源として用いる場合に比べて、温度変
化に起因する誤差がすくなくなる利点を有する。According to the present invention, a rare-earth element-doped optical fiber type light source is used in an optical fiber gyro of the type in which the light source light is amplitude-modulated. This has the advantage that errors caused by temperature changes are reduced.
【0110】本発明によると、光源光を振幅変調する形
式の光ファイバジャイロにおいて、希土類元素ドープ光
ファイバ型光源が用いられているため、従来のように半
導体発光素子を光源として用いる場合に比べて、測定部
側の光ファイバとの結合性が良好であり、光の損失を少
なくすることができる利点を有する。According to the present invention, a rare earth element-doped optical fiber type light source is used in an optical fiber gyro of the type in which the light source light is amplitude-modulated. This has the advantage that the coupling with the optical fiber on the measuring section side is good and the loss of light can be reduced.
【図1】本発明による光ファイバジャイロ(位相変調方
式)の第1の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first example of an optical fiber gyro (phase modulation system) according to the present invention.
【図2】本発明による光ファイバジャイロ(セロダイン
方式)の第2の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second example of the optical fiber gyro (serodyne method) according to the present invention.
【図3】セロダイン変調を説明するための波形図であ
る。FIG. 3 is a waveform diagram for explaining serrodyne modulation.
【図4】従来の光ファイバジャイロの第1の例を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a first example of a conventional optical fiber gyro.
【図5】従来の光ファイバジャイロ(位相変調方式)の
第2の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second example of a conventional optical fiber gyro (phase modulation system).
【図6】従来の光ファイバジャイロ(セロダイン方式)
の第3の例を示す図である。FIG. 6 shows a conventional optical fiber gyro (serodyne method).
It is a figure showing the 3rd example of.
【図7】従来のCPUの構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional CPU.
1A 希土類元素ドープ光ファイバ 1B 励起用光源 1C 光アイソレータ 1D ダイクロイックミラー 2 受光器 3 光ファイバループ 4 光集積回路 5、6 カプラ 8、8’ 位相変調器 9 電流電圧変換器 53 同期検波部 55 信号発生部 57 変調信号発生部 59 角速度/角度演算部 61 変調度演算部 65 CPU 67 セロダイン変調信号発生部 71 フィルタ 101 光源 102 受光器 103 光ファイバループ 104 偏光子 105、106 カプラ 107 電流電圧変換器 108、108’ 位相変調器 109 信号発生器 110 同期検波器 Reference Signs List 1A Rare earth element doped optical fiber 1B Excitation light source 1C Optical isolator 1D Dichroic mirror 2 Optical receiver 3 Optical fiber loop 4 Optical integrated circuit 5, 6 Coupler 8, 8 'Phase modulator 9 Current voltage converter 53 Synchronous detector 55 Synchronous detector 55 Signal generation Unit 57 Modulation signal generation unit 59 Angular velocity / angle calculation unit 61 Modulation degree calculation unit 65 CPU 67 Serrodyne modulation signal generation unit 71 Filter 101 Light source 102 Receiver 103 Optical fiber loop 104 Polarizer 105, 106 Coupler 107 Current-voltage converter 108, 108 'phase modulator 109 signal generator 110 synchronous detector
Claims (9)
イバループ内を互いに反対方向に伝搬する第1及び第2
の伝播光を位相変調する位相変調器と、上記第1及び第
2の伝播光の干渉光を検出する受光器と、該受光器によ
って検出された干渉光の強さIの信号より所望の周波数
成分を同期検波する同期検波部と、該同期検波部によっ
て得られた信号より上記干渉光に現れるサグナック位相
差Δθを演算し更に角速度Ωを演算する角速度/角度演
算部と、を有し、上記光源からの光を振幅変調すること
によって上記干渉光の強さIの信号に所望の中間周波数
成分を生成し、上記同期検波部によって上記所望の中間
周波数成分を検出し、それによって上記角速度/角度演
算部は上記サグナック位相差Δθ及び上記角速度Ωを演
算するように構成されている光ファイバジャイロにおい
て、 上記光源は希土類元素添加光ファイバと励起用光源とを
含み、該励起用光源からの励起光を強度変調することに
よって上記光源からの光を振幅変調するように構成され
ていることを特徴とする光ファイバジャイロ。1. A light source, an optical fiber loop, and first and second light beams propagating in opposite directions in the optical fiber loop.
A phase modulator that modulates the phase of the propagating light, a photodetector that detects the interference light of the first and second propagation lights, and a desired frequency based on the signal of the intensity I of the interference light detected by the photodetector. A synchronous detector for synchronously detecting the component, and an angular velocity / angle calculator for calculating a sagnac phase difference Δθ appearing in the interference light from the signal obtained by the synchronous detector and further calculating an angular velocity Ω. A desired intermediate frequency component is generated in the signal of the intensity I of the interference light by amplitude-modulating the light from the light source, and the desired intermediate frequency component is detected by the synchronous detection unit. An arithmetic unit configured to calculate the sagnac phase difference Δθ and the angular velocity Ω, wherein the light source includes a rare earth element-doped optical fiber and a pumping light source; An optical fiber gyro configured to amplitude-modulate light from the light source by intensity-modulating excitation light from the source.
いて、 上記干渉光の強さIの信号に生成された上記所望の中間
周波数は、上記光源からの光の振幅変調に使用する信号
の基準周波数fQ と上記位相変調器によって位相変調す
るために使用する信号の基準周波数fm とによって、m
fQ −nfm (但しm、nは正の整数。)によって表さ
れることを特徴とする光ファイバジャイロ。2. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the desired intermediate frequency generated in the signal of the intensity I of the interference light is a reference frequency of a signal used for amplitude modulation of light from the light source. By f Q and the reference frequency f m of the signal used for phase modulation by the phase modulator, m
f Q -nf m (where m, n are positive integers.) optical fiber gyro characterized by being represented by.
いて、 上記光源の光の振幅変調に使用する基準周波数fQ は複
数の基準周波数fQ1、fQ2、fQ3、fQ4等を含み、該複
数の基準周波数の信号と上記位相変調器によって位相変
調するために使用する基準周波数fm の信号とによって
上記干渉光の強さIの信号に所望の中間周波数mfQi−
nfm (iは正の整数。)を発生するように構成されて
いることを特徴とする光ファイバジャイロ。3. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein the reference frequency f Q used for amplitude modulation of the light of the light source includes a plurality of reference frequencies f Q1 , f Q2 , f Q3 , f Q4 , and the like. a plurality of reference frequency signal and the phase modulator desired intermediate frequency by the signal of the reference frequency f m to be used for phase modulation of a signal intensity I of the interference light by mf Qi -
An optical fiber gyro configured to generate nf m (i is a positive integer).
ロにおいて、 上記光源の光の振幅変調は上記励起用光源からの励起光
を周期T=1/fQ の矩形波を使用して強度変調をする
ことによってなされることを特徴とする光ファイバジャ
イロ。4. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein the amplitude modulation of the light from the light source is performed by intensity modulation of the excitation light from the excitation light source using a rectangular wave having a period T = 1 / f Q. An optical fiber gyro characterized by being performed by:
ロにおいて、 上記光源の光の振幅変調は上記励起用光源からの励起光
を周期T=1/fQ の正弦波を使用して強度変調をする
ことによってなされることを特徴とする光ファイバジャ
イロ。5. The optical fiber gyro according to claim 2, wherein the amplitude modulation of the light of the light source is performed by intensity modulation of the excitation light from the excitation light source using a sine wave having a period T = 1 / f Q. An optical fiber gyro characterized by being performed by:
ァイバジャイロにおいて、 上記光源の光を振幅変調するために使用する基準周波数
fQ の信号と上記位相変調器によって位相変調するため
に使用する基準周波数fm の信号と上記同期検波部によ
って上記所望の中間周波数を検波するために使用する中
間周波数mfQ−nfm の信号とを発生する信号発生部
を供えたことを特徴とする光ファイバジャイロ。6. The fiber optic gyro of claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein, phase modulated by the signal and the phase modulator of the reference frequency f Q used to amplitude modulate the light of the light source characterized in that the signal and the synchronous detector reference frequency f m that use was equipped with signal generator for generating a signal of intermediate frequency mf Q -nf m used to detecting the desired intermediate frequency for Optical fiber gyro.
光ファイバジャイロにおいて、 上記光強度信号Iを比較的大きい交流利得によって増幅
する第1の交流増幅器と、上記光強度信号Iを比較的小
さい交流利得によって増幅する第2の交流増幅器と、上
記第1の交流増幅器の出力を同期検波して第1の1倍波
成分信号N1Aを生成する第1の同期検波器と、上記第2
の交流増幅器の出力を同期検波して第2の1倍波成分信
号N1Bを生成する第2の同期検波器と、上記光強度信号
Iを同期検波して2倍波成分信号N2 を生成する第3の
同期検波器と、入力角速度Ωが小さいときに上記第1の
1倍波成分信号N1Aを出力し入力角速度Ωが大きいとき
に上記第2の1倍波成分信号N1Bを出力する信号切替え
器と、を有し、入力角速度Ωが小さいときには上記第1
の1倍波成分信号N1Aと上記2倍波成分信号N2 とより
上記位相差Δθを演算し、入力角速度Ωが大きいときに
は上記第2の1倍波成分信号N1Bと上記2倍波成分信号
N2 とより上記位相差Δθを演算するように構成された
光ファイバジャイロ。7. The optical fiber gyro according to claim 1, wherein the first AC amplifier amplifies the light intensity signal I with a relatively large AC gain, and the light intensity signal. A second AC amplifier for amplifying I with a relatively small AC gain, and a first synchronous detector for synchronously detecting the output of the first AC amplifier to generate a first first harmonic component signal N 1A. , The second
A second synchronous detector that synchronously detects the output of the AC amplifier to generate a second first harmonic component signal N 1B, and generates a second harmonic component signal N 2 by synchronously detecting the light intensity signal I. A third synchronous detector that outputs the first first harmonic component signal N 1A when the input angular velocity Ω is low and outputs the second first harmonic component signal N 1B when the input angular velocity Ω is high A signal switching device that performs the above-described first operation when the input angular velocity Ω is small.
The above-described phase difference Δθ is calculated from the first harmonic component signal N 1A and the second harmonic component signal N 2. When the input angular velocity Ω is large, the second first harmonic component signal N 1B and the second harmonic component are obtained. An optical fiber gyro configured to calculate the phase difference Δθ from the signal N 2 .
いて、 上記第1の1倍波成分信号N1Aと上記第2の1倍波成分
信号N1Bとの偏差であるバイアス補正値ΔN1Bを供給す
るバイアス補正器と上記バイアス補正値ΔN1Bを上記第
2の1倍波成分信号N1Bより減算する加算器とを設け、
上記バイアス補正器は入力角速度Ωが小さいときに上記
バイアス補正値ΔN1Bを上記加算器に供給して上記第2
の1倍波成分信号N1Bを補正するように構成されている
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。8. The optical fiber gyro according to claim 7, wherein a bias correction value ΔN 1B that is a deviation between the first first harmonic component signal N 1A and the second first harmonic component signal N 1B is supplied. A bias corrector that performs the correction, and an adder that subtracts the bias correction value ΔN 1B from the second first harmonic component signal N 1B .
The bias corrector supplies the bias correction value ΔN 1B to the adder when the input angular velocity Ω is small, and
An optical fiber gyro configured to correct the first harmonic component signal N 1B of the optical fiber gyro.
光ファイバジャイロにおいて、 更に、上記光ファイバループ内を互いに反対方向に伝搬
する第1の伝播光と第2の伝播光をそれぞれセロダイン
変調するセロダイン変調器を設け、セロダイン方式によ
って上記サグナック位相差Δθを演算し更に上記角速度
Ωを演算するように構成された光ファイバジャイロ。9. The optical fiber gyro according to claim 1, further comprising a first propagating light and a second propagating light propagating in opposite directions in the optical fiber loop. An optical fiber gyro which is provided with a serrodyne modulator for performing the serrodyne modulation, and calculates the sagnac phase difference Δθ by the serrodyne method, and further calculates the angular velocity Ω.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29166396A JPH10132578A (en) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | Optical fiber gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29166396A JPH10132578A (en) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | Optical fiber gyroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10132578A true JPH10132578A (en) | 1998-05-22 |
Family
ID=17771845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29166396A Pending JPH10132578A (en) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | Optical fiber gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10132578A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100343637C (en) * | 2003-11-10 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | Optical fibre temperature sensing method and sensor based on SAGNAC interferometer |
CN102322856A (en) * | 2011-06-01 | 2012-01-18 | 浙江大学 | Rapid closed-loop fiber optic gyroscope starting method based on modulation depth control |
CN102706476A (en) * | 2012-06-12 | 2012-10-03 | 浙江大学 | High-accuracy fast temperature measuring method based on Sagnac fibre optic interferometer |
KR102235144B1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-04-05 | (주)파이버프로 | Method and apparatus for navigation |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP29166396A patent/JPH10132578A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100343637C (en) * | 2003-11-10 | 2007-10-17 | 北京航空航天大学 | Optical fibre temperature sensing method and sensor based on SAGNAC interferometer |
CN102322856A (en) * | 2011-06-01 | 2012-01-18 | 浙江大学 | Rapid closed-loop fiber optic gyroscope starting method based on modulation depth control |
CN102706476A (en) * | 2012-06-12 | 2012-10-03 | 浙江大学 | High-accuracy fast temperature measuring method based on Sagnac fibre optic interferometer |
KR102235144B1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-04-05 | (주)파이버프로 | Method and apparatus for navigation |
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