(57)【要約】    【課題】  光ファイバジャイロの出力に含まれる、温度に関連して生じるバイアス誤差をより精度よく補正。    【解決手段】  光ファイバジャイロは、光ファイバのセンシングコイルを有するサニャック干渉計３、センシングコイルに取り付けられた温度センサ１、温度センサの検出温度Ｔに基づき、サニャック干渉計３の出力から求まる角速度データＢｏを下記関数Ａにより補正する補正処理部２１を備える。補正処理部２１は、下記関数Ａの２つのパラメータＳＴ,ρＴの値が温度ごとに格納された補正データテーブル記憶部２３、温度センサ１の検出温度の時間微分により温度微分値ｄＴ／ｄｔを算出する温度微分演算部２１Ａ、温度センサ１の検出温度に対応するパラメータＳＴ,ρＴの値を補正データテーブル記憶部２３から読み出し、当該読み出したパラメータＳＴ,ρＴと温度微分演算部２１Ａが算出した温度微分値ｄＴ／ｄｔと角速度データＢｏとを用いて下記関数Ａの値Ｂを算出し、当該値Ｂを補正後の角速度データとして出力するバイアス誤差補正演算部２１Ｂ、を有する。  Ｂ＝Ｂｏ−ＳＴ・ｄＴ／ｄｔ−ρＴ  …Ａ    【選択図】  図１
2005172672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが巻き回されたコイルを有するサニャック干渉計と、
前記コイルの温度に相関する温度情報Ｔを検出する温度センサと、
前記温度センサが検出した温度情報Ｔに基づき、前記サニャック干渉計の出力から求まる角速度データＢｏを下記関数Ａにより補正し、補正後の角速度データを出力する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
温度情報ごとに、下記関数Ａの２つのパラメータＳＴ,ρＴの値が格納された記憶手段と、
前記温度センサの検出温度情報Ｔの時間微分により温度微分値ｄＴ／ｄｔを算出する温度微分手段と、
前記温度センサの検出温度情報Ｔに対応するパラメータＳＴ,ρＴの値を前記記憶手段から読み出し、当該読み出したパラメータＳＴ,ρＴと前記温度微分手段が算出した温度微分値ｄＴ／ｄｔと前記角速度データＢｏとを用いて下記関数Ａの値Ｂを算出し、当該値Ｂを、前記補正後の角速度データとして出力する補正手段と、
を有することを特徴とする光ファイバジャイロ。
Ｂ＝Ｂｏ−ＳＴ・ｄＴ／ｄｔ−ρＴ      …Ａ
【請求項２】
請求項1記載の光ファイバジャイロにおいて、
前記補正手段は、
前記温度センサの検出温度情報Ｔに対応するパラメータＳＴ,ρＴの値が前記記憶手段に格納されていない場合には、前記記憶手段にパラメータＳＴ,ρＴの値が格納されている温度情報のうち、前記検出温度情報Ｔに最も近い、当該検出温度情報Ｔよりも低い第１の温度情報及び当該検出温度情報Ｔよりも高い第２の温度情報のそれぞれに対応するパラメータＳＴ,ρＴを前記記憶手段から読み出し、当該第１の温度情報に対応するパラメータＳＴ,ρＴと当該第２の温度情報に対応するパラメータＳＴ,ρＴとの補間により、前記検出温度情報Ｔに対応するパラメータＳＴ,ρＴの値を算出する、
ことを特徴とする光ファイバジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度に関連するバイアス誤差の補正を精度よく行うことができる光ファイバジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｈｕｐｅ誤差の補正機能を有する光ファイバジャイロとして、例えば特開２００２-２７７２５１号公報記載のものが知られている。この光ファイバジャイロには、ジャイロ温度Ｔを測定する温度センサが設けられている。この光ファイバジャイロにおいては、事前に温度槽で行われた温度試験の結果より得られた以下の関数と温度センサの出力とからバイアス補正値Ｂが算出され、このバイアス補正値Ｂにより、検知された角速度が補正される。
【０００３】
Ｂ＝Ｍ(Ｔ)＋Ｎ(Ｔ)・(ｄＴ／ｄｔ)
ここで、Ｍ(Ｔ)は、ジャイロ温度による誤差の補正項であり、ジャイロ温度Ｔの高次多項式(ａ０＋ａ１Ｔ＋ａ２Ｔ２＋…＋ａｎＴｎ)で表される。Ｎ(Ｔ)・(ｄＴ／ｄｔ)は、Ｓｈｕｐｅ誤差の補正項であり、Ｎ(Ｔ)は、ジャイロ温度Ｔの高次多項式(ｂ０＋ｂ１Ｔ＋ｂ２Ｔ２＋…＋ｂｎＴｎ)で表される。なお、Ｎ(Ｔ)を、以下、温度微分補正係数と呼ぶ。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２-２７７２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、Ｓｈｕｐｅ誤差における温度微分補正係数の実測値は、ジャイロによっては、図１０に示すように、ジャイロ温度の変化に伴い複雑に変化する。このため、上記従来の光ファイバジャイロで用いられている、ジャイロ温度Ｔの高次多項式Ｎ(Ｔ)では、Ｓｈｕｐｅ誤差における温度微分補正係数を精度よく近似できるとは限らない。温度による誤差の補正項Ｍ(Ｔ)についても同様なことが言える。このため、上記従来の光ファイバジャイロでは、温度に関連して生じるバイアス誤差がジャイロ出力から除去しきれない可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、温度に関連して生じるバイアス誤差をより精度よく補正することができる光ファイバジャイロを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、
光ファイバが巻き回されたコイルを有するサニャック干渉計と、
前記コイルの温度に相関する温度情報Ｔを検出する温度センサと、
前記温度センサが検出した温度情報Ｔに基づき、前記サニャック干渉計の出力から求まる角速度データＢｏを下記関数Ａにより補正し、補正後の角速度データを出力する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
温度情報ごとに、下記関数の２つのパラメータＳＴ,ρＴの値が格納された記憶手段と、
前記温度センサの検出温度情報Ｔの時間微分により温度微分値ｄＴ／ｄｔを算出する温度微分手段と、
前記温度センサの検出温度情報Ｔに対応するパラメータＳＴ,ρＴの値を前記記憶手段から読み出し、当該読み出したパラメータＳＴ,ρＴと前記温度微分手段が算出した温度微分値ｄＴ／ｄｔと前記角速度データＢｏとを用いて下記関数Ａの値Ｂを算出し、当該値Ｂを、前記補正後の角速度データとして出力する補正手段と、
を有することを特徴とする光ファイバジャイロを提供する。
【０００８】
Ｂ＝Ｂｏ−ＳＴ・ｄＴ／ｄｔ−ρＴ
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光ファイバジャイロにおいて、温度に関連して生じるバイアス誤差をより精度よく補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、本実施の形態に係る、光ファイバジャイロのバイアス誤差補正原理について説明する。
【００１２】
温度槽内の温度Ｔを制御しながら、温度槽内に配置された光ファイバジャイロに回転を入力せずにその出力(すなわちバイアス誤差)ΔＢを測定した。その測定結果ΔＢと温度槽内の温度Ｔとをプロットした、時間軸共通のグラフを図２に示す。このグラフから分かるように、光ファイバジャイロのバイアス誤差ΔＢは、温度槽内の温度変化(すなわち光ファイバジャイロの温度変化)に応じて変動する。
【００１３】
各温度ごとに単位時間当たりの温度変化(すなわち温度微分値ｄＴ／ｄｔ：以下、温度勾配と呼ぶ)とバイアス誤差ΔＢとを図２のグラフから抽出し、グラフにプロットする。例えば、温度槽内の温度Ｔが−３０℃であるときの温度勾配ｄＴ／ｄｔ及びバイアス誤差ΔＢを図２のグラフから４組抽出し、それらをグラフ(縦軸：バイアス誤差、横軸：温度勾配)にプロットすると、図４のようになる。同様に、温度槽内の温度Ｔが５０℃であるときの温度勾配ｄＴ／ｄｔ及びバイアス誤差ΔＢを図２のグラフから例えば４組抽出し、それらをグラフ(縦軸：バイアス誤差、横軸：温度勾配)にプロットすると、図５のようになる。図４及び図５から分かるように、−３０℃及び５０℃におけるバイアス誤差ΔＢは、複雑な変化をせずに、ほぼ一直線上に分布する。その他の温度についても同様な結果が得られたことから、各温度Ｔにおける、温度に関連するバイアス誤差(温度及び温度勾配によるバイアス誤差)ΔＢＴは、それぞれ、温度勾配ｄＴ／ｄｔの一次関数、すなわち次式(１)で精度よく近似できることが分かる。
【００１４】
ΔＢＴ＝ＳＴ・ｄＴ／ｄｔ＋ρＴ  …(１)
ここで、各温度の一次関数(１)に含まれる２つのパラメータＳＴ,ρＴ(ＳＴを温度微分補正係数、ρＴを温度補正値、両者をまとめて補正データと呼ぶ)は、各温度Ｔごとにバイアス誤差及び温度勾配を適当な組数ずつ測定しておけば、例えば最小二乗法等で求めることができる。
【００１５】
そこで、本実施の形態においては、温度ごとに補正データを予め準備しておき、サニャック干渉計の出力Ｂｏを、光導入の際の温度に対応する補正データＳＴ,ρＴ及び次式(２)を用いて補正してから、光ファイバジャイロの出力Ｂとして出力することとした。
【００１６】
Ｂ＝Ｂｏ−ΔＢＴ
＝Ｂｏ−ＳＴ・ｄＴ／ｄｔ−ρＴ  …(２)
つぎに、上記(２)式を利用してバイアス誤差の補正を行う、本実施の形態に係る光ファイバジャイロの構成について説明する
図１に示すように、本実施の形態に係る光ファイバジャイロは、光ファイバが巻き回されたセンシングコイルを有するサニャック干渉計３、サニャック干渉計３のセンシングコイルの温度Ｔを測定する温度センサ１、サニャック干渉計３の出力から求まる角速度データＢｏを算出し、これを温度センサ１の出力Ｔに基づき補正する信号処理装置２、を有している。
【００１７】
温度センサ１は、サニャック干渉計３のセンシングコイルの温度Ｔを精度よく測定するため、センシングコイルに接触するように配置されている。具体的には、温度センサ１は、図３に示すように、センシングコイルのボビン内壁に接触する位置Ｐ０、センシングコイルの外周に接触する位置Ｐ２、及び、センシングコイルのボビン側壁に接触する位置Ｐ１のいずれかに配置されている。複数のセンシングコイルが設けられている場合には、温度センサ１は、少なくとも１つ設けられていればよい。なお、ここでは、センシングコイルに接触する位置に温度センサ１を設けているが、センシングコイルの温度に相関する温度を検出することができれば、センシングコイル近傍の位置(例えば、センシングコイルの収納ケースの表面、センシングコイルの固定治具)に、温度センサを、センシングコイルに接触させないように取り付けていてもよい。
【００１８】
信号処理装置２は、補正データテーブルが格納された補正データテーブル記憶部２３、サニャック干渉計３の出力から角速度データＢoを算出する角速度算出部２２、温度センサ１の出力Ｔと補正データテーブル内のデータとに基づき角速度データＢｏを補正する補正処理部２１、を有している。
【００１９】
補正データテーブルには、温度槽を用いた温度試験により求めておいた補正データＳＴ,ρＴがセンシングコイルの温度Ｔごとに登録されている。補正データテーブルの一例として、２℃おきに補正データＳＴ,ρＴが登録された補正データテーブルを図６に示す。なお、図６の補正データテーブルには２℃おきに補正データＳＴ,ρＴが登録されているが、２℃よりも細かい温度刻み(例えば、１℃おき)または２℃よりも大きな温度刻み(例えば３℃℃おき)の補正データＳＴ,ρＴが登録されていてもよい。
【００２０】
補正処理部２１には、温度センサ１の出力Ｔを時間微分する温度微分演算部２１Ａ、温度センサ１の出力Ｔが表す温度に対応付けられた補正データと温度微分演算部２１Ａの出力ｄＴ／ｄｔとを用いて角速度データＢｏを補正するバイアス誤差補正演算部２１Ｂ、が含まれている。
【００２１】
つぎに、補正処理部２１において実行されるバイアス誤差補正処理について説明する。
【００２２】
光ファイバジャイロのセンシングコイルに光が導入されると、温度微分演算部２１Ａは、温度センサ１の出力Ｔの時間微分値、すなわち温度勾配ｄＴ/ｄｔを逐次算出し、それをバイアス補正演算部２１Ｂに入力する。
【００２３】
バイアス補正演算部２１Ｂは、温度センサ１の出力Ｔが表す温度と同じ温度に対応付けられた補正データを補正データテーブルから読み出す。ここで、温度センサ１の出力Ｔが表す温度と同じ温度に対応する補正データが補正データテーブルに存在しなかった場合には、バイアス補正演算部２１Ｂは、温度センサ１の検出温度Ｔに最も近い上下の温度に対応付けられた補正データを補正データテーブルからそれぞれ取り出し、これらの２組の補正データを補間することによって、温度センサ１の検出温度Ｔに対応する補正データを算出する。具体的には、図８に示すように、温度センサ１の検出温度Ｔを挟んで隣り合う温度の温度微分補正係数Ｓｋ-１,Ｓｋを補間した線分８０上の、温度センサ１の検出温度Ｔに対応する点８１の値Ｓ'として、温度センサ１の検出温度Ｔに対応する温度微分補正係数が求められる。温度センサ１の検出温度Ｔに対応する温度補正値も同様な処理により求められる。
【００２４】
このようにして得られた補正データＳＴ,ρＴと、温度微分演算部２１Ａからの温度勾配ｄＴ/ｄｔと、サニャック干渉計３の出力から算出された角速度データＢｏとを上述の(２)式に入力することにより、角速度データＢｏからバイアス誤差ΔＢを除去する。バイアス補正演算部２１Ｂは、その結果得られた関数値Ｂをジャイロ出力として出力する。
【００２５】
このようなバイアス誤差補正処理によれば、温度に関連するバイアス誤差を精度よく近似した一次関数(１)のパラメータとして用いられる補正データＳＴ,ρＴが温度ごとに補正データテーブルに予め格納されているため、この補正データテーブル内の補正データＳＴ,ρＴを用いて角速度データからバイアス誤差を除去することによって、光ファイバジャイロの温度特性を改善することができる。このことを確認するため、以下の実験を行った。
【００２６】
本実施の形態に係る光ファイバジャイロに回転入力を与えずに、図２よりも急峻な温度勾配を温度槽内で与えながら、ジャイロ出力Ｂを測定した。その測定結果を図７に示す。図７から分かるように、図２よりも急峻な温度勾配が与えられた場合であっても、ジャイロ出力Ｂにはほとんどバイアス誤差が含まれていない。このことから、本実施の形態に係る光ファイバジャイロによれば、温度に関連するバイアス誤差を抑制することができることが確認された。  
つぎに、図９により、補正データテーブル記憶部２３に格納される補正データテーブルの作成処理について説明する。
【００２７】
本実施の形態に係る光ファイバジャイロには、以下の処理により生成された補正データテーブルが格納されている必要がある。
【００２８】
光ファイバジャイロは、材質、製法が同じであっても、それぞれに固有の補正データＳＴ,ρＴを有している。そこで、実際に製品に使用する光ファイバジャイロで温度試験を行って、以下のように補正データＳＴ,ρＴを取得する。
【００２９】
本実施の形態に係る温度センサ付きサニャック干渉計を有する光ファイバジャイロを情報処理装置に接続する。
【００３０】
そして、この光ファイバジャイロを温度槽内に設置し、その温度槽内の温度をジャイロ使用温度範囲内で周期的に変化させる。ここで、温度槽内の温度には、図２に示したように正負の温度勾配を２組与えてもよいし、温度試験時間を短縮するために正負の温度勾配を１組与えるようにしてもよい。また、精度向上のために、正負の温度勾配を３組以上与えるようにしてもよい。
【００３１】
情報処理装置は、所定の期間、温度センサの出力が示す温度がΔｔ(例えば２℃)変化するごとに、温度センサの出力の時間微分値(温度勾配ｄＴ／ｄｔ)を求め、この温度勾配と光ファイバジャイロの出力(バイアス誤差ΔＢＴ)とを保存する。これにより、各温度ごとに、それぞれ、温度勾配及びバイアス誤差が複数組得られる(Ｓ９０)。
【００３２】
そして、情報処理装置は、Ｓ９０で測定値を取得した温度のうちの一番低い温度を処理対象温度ｔに設定し、Ｓ９０で得られた測定値のなかから、処理対象温度ｔについて得られた複数組の測定値(温度勾配、バイアス誤差)を抽出する(Ｓ９１)。このとき抽出した、それら複数組の測定値から、例えば最小自乗法等により、上式(１)のパラメータＳＴ,ρＴの値、すなわち補正データを算出する(Ｓ９２)。
【００３３】
その後、情報処理装置は、Ｓ９０で測定値を取込んだすべての温度について補正データＳＴ,ρＴの算出が終了したか否かを判断する(Ｓ９３)。
【００３４】
その結果、終了していないと判断した場合、情報処理装置は、処理対象温度ｔとΔｔとの加算値を新たな処理対象温度に設定してから(Ｓ９４)、再度、Ｓ９１以降の処理を実行する。
【００３５】
一方、終了したと判断した場合、情報処理装置は、各温度ごとに算出した補正データＳＴ,ρＴを温度に対応付けた補正データテーブルを生成する(Ｓ９５)。この補正データテーブルが、本実施の形態に係る光ファイバジャイロの補正データテーブル記憶部２３に格納される。
【００３６】
その後、この光ファイバジャイロは、実際の製品に組み込まれ、補正データテーブル記憶部２３内の補正データテーブルで運用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る光ファイバジャイロの概略構成図である。
【図２】光ファイバジャイロの温度変化とバイアス誤差との関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る光ファイバジャイロのセンシングコイルの断面図である。
【図４】光ファイバジャイロに与えた温度勾配と光ファイバジャイロのバイアス誤差との関係を示した図である。
【図５】光ファイバジャイロに与えた温度勾配と光ファイバジャイロのバイアス誤差との関係を示した図である。
【図６】本発明の実施の一形態に係る補正データテーブルのデータ構造例を概念的に示した図である。
【図７】本発明の実施の一形態に係る光ファイバジャイロの温度変化と出力とを示した図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係る補正データの補間方法を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の一形態に係る、補正データテーブルの作成処理のフローチャートである。
【図１０】Ｓｈｕｐｅ誤差の実測値と、温度の６次多項式を係数とするＳｈｕｐｅ誤差補正項とを比較するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：温度センサ、２：信号処理装置、３：サニャック干渉計、２１：補正処理部、２１Ａ：温度微分演算部、２１Ｂ：バイアス補正演算部、２２：角速度演算部、２３：補正データテーブル記憶部
【図１】
2005172672.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005172672.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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