説明

干渉型光ファイバジャイロスコープの交互変調方式

【課題】方形波変調のような良性のフロントエンドグリッチパターンを作り出すと同時に、デュアルランプ変調の利益を保持する高い正確度の干渉型光ファイバジャイロスコープ(IFOG)のための変調方式を提供する。
【解決手段】高い正確度の検知のための干渉型光ファイバジャイロ(IFOG)デバイス。一例のIFOGは、集積光チップ(IOC)、及びIOCを通過する1つ又は複数の光信号をバイアス変調波形に従って変調する変調コンポーネントを備える。IFOGのフロントエンドコンポーネントで経験されるグリッチパターンは、所定の検知高調波においてほぼゼロ振幅を有する周波数コンテンツを含む。バイアス変調波形の周波数コンテンツは、所定の検知高調波において所定のしきい値未満である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、干渉型光ファイバジャイロスコープの交互変調方式に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、方形波変調又はデュアルランプ変調(Dual Ramp modulation)の2つの変調方式の一方が高い正確度の干渉型光ファイバジャイロスコープ(IFOG)に使用される。デュアルランプ変調は、IFOGの集積光チップ(IOC)のVpi値をサーボすることを可能にする。これによって、非常に正確なスケールファクタが提供される。この変調方式の犠牲としては、この変調方式が、固有周波数第1次高調波コンテンツを有するグリッチパターンをフロントエンドにおいて作り出すということである。これは、IFOGに追加のバイアスを導入するという望ましくない影響を有する。方形波変調方式は、主として固有周波数第2次高調波コンテンツを含む良性のグリッチパターンをフロントエンドにおいて提供する。IFOGは、この良性のグリッチパターンの影響を受けない。しかしながら、方形波変調は、Vpiをサーボするための手段を提供していない。
【0003】
図1−1及び図2−1は、2つの従来技術のバイアス変調波形及びそれらの結果としてのグリッチパターンのプロットである。これらのバイアス変調波形は、高精度IFOGアプリケーションで現在使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図1−2及び図2−2は、図1−1及び図2−1に示すグリッチパターンの周波数コンテンツを示す。方形波変調グリッチパターンは、奇数次固有周波数高調波において周波数スパイクを一切有せず、したがって、(理想的には)フロントエンドサンプリング中、グリッチのピックアップに起因したバイアスをもたらすことはない。デュアルランプ変調グリッチパターンは、実質的な奇数次高調波コンテンツを示し、十分なグリッチマスキングがない状態ではかなりのバイアス誤差をもたらすことになる。
【0005】
デュアルランプ変調が方形波変調を上回る別の利点は、一定の変調深さが使用されるときに、IOC駆動波形にわたって固有周波数コンテンツが減少することである。ここでは、一般に使用される2つの変調深さ(π/2及び3π/4)を調べた。図5−1、図5−2、図6−1、及び図6−2は、π/2の変調深さ及び3π/4の変調深さの場合の周波数コンテンツをそれぞれ示す。図5−1及び図5−2に示すように、π/2の変調深さでは、デュアルランプ変調波形は、方形波変調と同じ第1次高調波固有周波数コンテンツを有する。図6−1及び図6−2に示すように、デュアルランプ変調波形は、ここで、方形波変調の3分の1の第1次高調波固有周波数コンテンツを有する。しかし、本発明は、方形波変調の9分の1の信号レベルを有する。これらの結果、本発明の変調方式が、IOC駆動電子機器とフロントエンド電子機器との間の電気結合の観点から、方形波変調及びデュアルランプ変調の双方よりも好都合であることが示される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、方形波変調のような良性のフロントエンドグリッチパターンを作り出すと同時に、デュアルランプ変調の利益を保持する高い正確度の干渉型光ファイバジャイロスコープ(IFOG)のための変調方式を提供する。
【0007】
高い正確度の検知のための干渉型光ファイバジャイロ(IFOG)デバイス。一例のIFOGは、集積光チップ(IOC)、及びIOCを通過する1つ又は複数の光信号をバイアス変調波形に従って変調する変調コンポーネントを備える。IFOGのフロントエンドコンポーネントで経験されるグリッチパターンは、所定の検知高調波においてほぼゼロ振幅を有する周波数コンテンツを含む。バイアス変調波形の周波数コンテンツは、所定の検知高調波において所定のしきい値未満である。
【0008】
本発明は、電気的に結合された信号がそれほど大きな誤差を引き起こさないので、電気的分離の要件の厳しさを低減する。
以下の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態及び代替的な実施形態を以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1−1】従来技術の変調方式及びフロントエンドグリッチパターンを示す図である。
【図1−2】図1−1に示すグリッチパターンの周波数コンテンツを示す図である。
【図2−1】従来技術の変調方式及びフロントエンドグリッチパターンを示す図である。
【図2−2】図2−1に示すグリッチパターンの周波数コンテンツを示す図である。
【図3】本発明の一実施形態に従って形成された干渉型光ファイバジャイロスコープ(IFOG)である。
【図4−1】図3のIFOGによって使用される変調方式及びグリッチパターンを示す図である。
【図4−2】図4−1に示されるグリッチパターンの高調波プロットである。
【図5−1】異なるバイアス変調深さにおける図1−1及び図2−1の従来技術の変調方式の場合の周波数コンテンツを示す図である。
【図5−2】異なるバイアス変調深さにおける図1−1及び図2−1の従来技術の変調方式の場合の周波数コンテンツを示す図である。
【図5−3】異なるバイアス変調深さにおける図4−1に示す変調方式に関連した周波数コンテンツを示す図である。
【図6−1】異なるバイアス変調深さにおける図1−1及び図2−1の従来技術の変調方式の場合の周波数コンテンツを示す図である。
【図6−2】異なるバイアス変調深さにおける図1−1及び図2−1の従来技術の変調方式の場合の周波数コンテンツを示す図である。
【図6−3】異なるバイアス変調深さにおける図4−1に示す変調方式に関連した周波数コンテンツを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図3は、フロントエンド電子機器において良性のグリッチパターンを作り出し、改善された電気的分離を有する干渉型光ファイバジャイロスコープ(IFOG)100を示す。IFOG100は、光源102、サーキュレータ/カプラ104、光検出器106、増幅器108、アナログ/デジタル変換器(ADC)110、フロントエンド電子機器/変調モジュール130、デジタル/アナログ変換器(DAC)170、第2の増幅器173、並びに集積光チップ(IOC)142及び光ファイバループ144を含む。光源102は、光波をサーキュレータ/カプラ104へ送信する。IOC142は、サーキュレータ/カプラ104から光波を受信し、フロントエンド電子機器/変調モジュール130により生成されてDAC170及び第2の増幅器173を介した変調方式に基づいて、モジュラーコンポーネント146で光波を変調する。変調された光波は、光ファイバループ144を時計回り(CW)方向及び半時計回り(CCW)方向に回る。CW光波及びCCW光波は、光ファイバループ144から返されて、IOC142により結合され、その後、サーキュレータ/カプラ104へ送信される。結合されたCW光波及びCCW光波は、サーキュレータ/カプラ104によって光検出器106に渡される。光検出器106は、検知電圧(又は電流)値を生成する。この検知電圧(又は電流)値は、第1の増幅器108によって増幅され、ACD110においてデジタル信号に変換され、フロントエンド電子機器/変調モジュール130へ送信される。モジュール130は、このデジタル信号を復調し、この復調された信号に基づいて出力信号を生成し、サーボされたVpi値及び変調深さに基づいて変調信号を生成する。この変調信号は、Vpiが変化するにつれてその振幅が変化する点を除いて同じままである。
【0011】
駆動信号は、角速度の影響をキャンセルし、したがって、ジャイロスコープが経験する速度が変化するにつれて変化する。出力信号は、データ出力デバイス174へ送信される。
【0012】
変調モジュール130によって作り出された変調方式は、検出されている信号に対して良性である、変調モジュール130の入力で見えるグリッチパターンを提供する。グリッチパターンは、光検出器106の出力で経験され、そこから、グリッチパターンは、ADC100の入力へ伝播する。換言すれば、フロントエンド電子機器/変調モジュール130で経験されるグリッチパターンは、光検出器106によって検知される光波の高調波成分と衝突しない高調波コンテンツを有する。また、本変調方式によって、変調深さ誤差(Vpi)をサーボすることが可能になり、これによって、非常に正確なスケールファクタが提供される。Vpiは、IOC変調コンポーネント上で、コイルループ144の2つの逆伝播光波間のπラジアン(180°)の位相シフトを作成するのに必要とされる電圧である。スケールファクタは、ADC110から変調モジュール130によって受信された測定信号を角度又は速度に変換するのに使用される定数である。
【0013】
図4−1は、変調モジュール130によって生成される一例のバイアス変調波形190を示す。バイアス変調波形190の下には、フロントエンド電子機器/変調モジュール130で経験されるグリッチパターン192が示されている。Vpiをサーボするには、バイアス波形は、θ、2π−θ、−θ、及び−2π+θ(ここで、θ=変調深さ)の少なくとも4つの状態を有しなければならない。πは、IOC142における位相シフト電圧値Vpiである。
【0014】
バイアス変調波形の固有周波数奇数次高調波コンテンツは、π/3〜5π/6の変調深さの範囲にわたって方形波変調及びデュアルランプ変調(従来技術)双方の固有周波数奇数次高調波コンテンツを下回っており、それによって、他のコンポーネントとの電気的結合が低減される。
【0015】
良性のグリッチパターンを作り出すために、パターンは、固有周波数の奇数次高調波のおける周波数コンテンツを含まない。他の変調方式は、それら変調方式が、検知周波数成分と一致する高調波成分をほとんど有しないか又は全く有しないグリッチパターンを有するという条件で、使用することができる。
【0016】
図4−2は、グリッチパターン192の周波数コンテンツ信号200を示す。グリッチパターン192の周波数コンテンツ信号200は、IFOG100の検知高調波に対応する奇数次高調波においてゼロ振幅を有する固有周波数高調波を有する。図4−2に示される結果を作り出すのに使用されたバイアス変調波形190のバイアス変調深さは、π/2である。
【0017】
図5−3は、従来技術の変調方式(図5−1及び図5−2)の奇数次高調波の信号レベルよりも3倍低い奇数次高調波の信号レベルを有するπ/2のバイアス変調深さにおけるバイアス変調波形190の周波数コンテンツ信号を示す。
【0018】
図6−3は、デュアルランプ変調方式(図6−2)の奇数次高調波の信号レベルの9分の1の奇数次高調波の信号レベル、及び方形波変調方式(図6−1)の奇数次高調波の信号レベルの3分の1の奇数次高調波の信号レベルを有する3π/4のバイアス変調深さにおけるバイアス変調波形190の周波数コンテンツ信号を示す。図5及び図6の結果は、?を示す。
【0019】
一例のバイアス変調波形190又は同等の利益を提供する変調方式を実行するように修正できる一例のIFOGシステムは、米国特許第7,167,250号明細書に図示及び説明されている。この米国特許は、参照により本明細書によって援用される。
【0020】
上に述べたように、本発明の好ましい実施形態が図示及び説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されるものではない。それよりも、本発明は、専ら以下の特許請求の範囲を参照することによって判断されるべきである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
フロントエンドコンポーネント(130)を有する干渉型光ファイバジャイロ(IFOG)デバイス(100)であって、
バイアス変調波形(すなわち、190)を生成するように構成される変調コンポーネント(130)と、
通過する1つ又は複数の光信号を、前記生成されたバイアス変調波形(すなわち、190)に従って変調するように構成される集積光チップ(IOC)(142)と
を備え、
前記フロントエンドコンポーネント(130)で経験されるグリッチパターン(すなわち、192)は、所定の検知高調波において実質的にゼロ振幅である周波数コンテンツを有するデバイス。
【請求項2】
前記変調コンポーネント(130)は、変調深さ誤差(Vpi)をサーボするようにさらに構成される請求項1に記載のデバイス。
【請求項3】
フロントエンドコンポーネント(130)を有する干渉型光ファイバジャイロ(IFOG)デバイス(100)の集積光チップ(IOC)(142)へ光信号を送信するステップと、
前記IOC(142)を通過する前記光信号をバイアス変調波形(すなわち、190)に従って変調するステップと、
変調及びファイバコイル(144)を通じた走行後に前記光信号を検知すると、
前記検知された光信号及び前記バイアス変調波形(すなわち、190)に基づいて出力信号を生成するステップであって、前記フロントエンドコンポーネント(130)で経験されるグリッチパターン(すなわち、192)が、所定の検知高調波において実質的にゼロ振幅である周波数コンテンツを有する、生成するステップと
を含む方法。

【図1−1】
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【図1−2】
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【図2−1】
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【図2−2】
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【図3】
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【図4−1】
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【図4−2】
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【図5−1】
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【図5−2】
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【図5−3】
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【図6−1】
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【図6−2】
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【図6−3】
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【公開番号】特開2011−22145(P2011−22145A)
【公開日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2010−161154(P2010−161154)
【出願日】平成22年7月16日(2010.7.16)
【出願人】(500575824)ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Fターム(参考)】