光ファイバジャイロの信号処理方法

【目的】本発明は光ファイバジャイロの信号処理方法に関し、特に、ダイナミックレンジを従来の約２倍とし、分解能の向上、センシングコイルの短尺・短径化を達成することを特徴とする。
【構成】本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法は、光信号の奇数次成分に同期したｓｉｎ成分(A)の出力を、偶数次成分に同期したｃｏｓ成分(B)の出力を用いて演算処理することにより、光信号のダイナミックレンジを拡大する構成である。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロの信号処理方法に関し、特に、ダイナミックレンジを従来の約２倍とし、分解能の向上、センシングコイルの短尺・短径化を達成するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種の光ファイバジャイロとしては、例えば、特開平２−２１３７１３号公報に開示されている構成を挙げることができ、センシングコイルにより光の周知のサニャック効果を利用して位相変調方式により角速度を計測していた。すなわち、位相変調による干渉位相差のｓｉｎ成分に比例した出力を取り出してジャイロの出力としているが、この出力は周期関数であるため、利用できるのは、干渉位相差が−π／２〜＋π／２までであった。
【０００３】すなわち、位相変調方式光ファイバジャイロでは、光学系での出力は以下の通りとなる。
Δθ＝（４πla／cλ）＊Ω（Δθ：干渉位相差、Ω：入力角速度、ｌ：コイル長、ａ：コイル半径、ｃ：光源、λ：波長）
Ｐ＝Ｐ₀・ｋ・（ｋ₀＋ｋ₁cosωmt＋sinΔθ−ｋ₂cos２ωmt・cosΔθ ＋ｋ₃cos３ωmt・sinΔθ−ｋ₄cos４ωmt・cosΔθ ＋・・・・・・・・）
但し、Ｐ₀＝入射光、ｋ，ｋ₀〜ｋ₄＝比例定数、ωｍ：変調角周波数である。従来は、基本波成分を同期検波し出力することにより、干渉位相差のｓｉｎ成分に比例した出力を得ていた。しかし、ｓｉｎ成分は周期関数であるため、光ファイバジャイロとして使用できる位相差は−π／２〜π／２までであった（図４参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバジャイロは以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、光ファイバジャイロとして使用できる位相差は、−π／２〜＋π／２までであるため、分解能の向上、センシングコイルの短尺・短径化等を行うことはできず、安価で小型の構成を得ることは不可能であった。
【０００５】本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、ダイナミックレンジを従来の約２倍とし、分解能の向上、センシングコイルの短尺・短径化を達成するようにした光ファイバジャイロの信号処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法は、センシングコイルに接続された位相変調器を用い、位相変調により得られる光信号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おいて、前記光信号の奇数次成分に同期したｓｉｎ成分の出力を、偶数次成分に同期したｃｏｓ成分の出力を用いて演算処理することにより、前記光信号のダイナミックレンジを拡大するようにした方法である。
【０００７】
【作用】本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法において、図４に示す位相変調方式のｓｉｎ成分とｃｏｓ成分の各々の出力状態を利用し、各々π／２周期毎分割して極性を表すと、−π〜＋πまでが１つの組合わせとなる。ここで、ｃｏｓ成分の信号Ｂの極性判別を行い、この信号Ｂを用いてｓｉｎ成分の信号Ａを演算すると、図３で示すように、−π〜＋πまでが位相差に対して１対１で対応するようになり、その結果、最大検出角速度が従来の２倍となり、ダイナミックレンジを大幅に拡大することができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面と共に本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法の好適な実施例について詳細に説明する。図１において符号１で示されるものは位相変調方式の光ファイバジャイロ１Ａに設けられた光ファイバよりなるセンシングコイルであり、このセンシングコイル１の各端部１ａ，１ｂのうち、一方の端部１ｂには位相変調器２が設けられている。
【０００９】前記各端部１ａ，１ｂは、第１カプラ２、ポラライザ３及び第２カプラ４を介してレーザ光の光源５に接続されており、この第２カプラ４には検出器６が接続されていると共に、以上の構成により光学系７を構成している。
【００１０】前記光源５はこの光源５を駆動するための第１ドライバ８に接続されており、前記検出器６からの検出信号６ａは検波回路９に入力され、この検波回路９からの検波出力９ａは演算回路１０及び前記ドライバ８に入力されている。
【００１１】次に、符号１１で示されるものは発振器であり、この発振器１１からの発振出力１１ａは第２ドライバ１２に入力され、所定の周波数による変調信号１２ａが前記位相変調器２に入力されている。
【００１２】前記発振器１１からの発振出力は同期検波信号１１ｂとして前記検波回路９に入力されていると共に、前述の各ドライバ８，１２、発振器１１、検波回路９及び演算回路１０により電気系１３を構成している。
【００１３】次に、光ファイバジャイロ１Ａの信号処理方法について述べる。まず、検出器６で光信号から電気信号に変換して得られた検出信号６ａは、検波回路９により検波され、この検波出力９ａは、第１、第２ドライバ８，１２に入力されて光源５及び位相変調器２の制御用に帰還されていると共に、かつ、演算回路１０に入力されて、ｓｉｎ成分を直線変換する等の補正を受けて出力１０ａが得られる。
【００１４】前述の演算回路１０に入力された検波出力９ａは、図２で示すような演算処理が行われる。すなわち、前記検波出力９ａを構成する信号Ａ、ＢはＡ＝奇数次成分に同期したｓｉｎΔθ成分の信号であり、ＢはＢ＝偶数次成分に同期したｃｏｓΔθ成分の信号である。この各信号Ａ，Ｂは、図４に示すような極性を示しているため、各々、π／２周期毎分割して極性を表すと、−π〜＋πまでが１つの組合わせとなっている。ここで、各信号Ａ，Ｂのうち、ｃｏｓ成分の信号Ｂの極性判別（第１ステップ５０）を行い、この信号ＢがＢ＞０の場合、ｓｉｎ成分の信号Ａを演算（第２ステップ５１）、Ａ＝−Ａ＋２・ｋ・ＳＧＮ（Ａ）、但し、ＳＧＮ（Ａ）＝信号Ａの極性判別、ｋ＝定数（信号Ａの振幅値、設計により決定される）、することにより補正された信号５２を得ることができ、図３で示すように、−π〜＋πまでが位相差に対して１対１で対応するようになり、その結果、最大検出角速度が従来の２倍に拡大され、検出のダイナミックレンジが従来の２倍となることが可能となった。
【００１５】
【発明の効果】本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、位相差検出のダイナミックレンジが従来の２倍確保できるようになるため、従来と同一の光学感度をもつ場合には、検出可能な最大角速度が従来の２倍の値となり、また、従来と同一な最大検出角速度に設定したとすると、分解能の向上及びセンシングコイルの短尺化、コイル半径の小型化等のメリットを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバジャイロの信号処理方法に適用した光ファイバジャイロを示す構成図である。
【図２】図１の演算回路の演算を示すフロー図である。
【図３】本発明による検出のダイナミックレンジの特性図である。
【図４】従来の検出のダイナミックレンジの特性図である。
【符号の説明】
１センシングコイル
２位相変調器
Ａｓｉｎ成分
Ｂｃｏｓ成分

【特許請求の範囲】
【請求項１】センシングコイル(1)に接続された位相変調器(2)を用い、位相変調により得られる光信号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おいて、前記光信号の奇数次成分に同期したｓｉｎ成分(A)の出力を、偶数次成分に同期したｃｏｓ成分(B)の出力を用いて演算処理することにより、前記光信号のダイナミックレンジを拡大することを特徴とする光ファイバジャイロの信号処理方法。

【図２】