DE2917399C2 - Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit - Google Patents
Einrichtung zur Messung der RotationsgeschwindigkeitInfo
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- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist in »Proceedings of the Society of Photo-Optical
Instrumentation Engineers«, Band 157 «Laser Intertial Rotation Sensors«, San Diego, Kalifornien, 1978, auf
p den Seiten 138 bis 163 beschrieben.
H Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache
p' Lösung anzugeben, nach der aus den beiden Teilstrah-
i,,,' len, die nach gegensinnigem Durchlaufen der Lichtleit-
l| faser einander überlagert werden, die Rotationsge-
\-';, schwindigkeit ermittelt werden kann.
(;, Die Lösung erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil
Bjt des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln. Dabei darf eine
Verstärkung von Signalen nicht als Gewichtung von Signalen im Sinne des Anspruchs 1 verstanden werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das neue Auswerteverfahren läßt sich auf einfache Weise realisieren. Die Eigenschaften der Lichtleitfaser
beeinflussen die Genauigkeit des Meßergebnisses k-ium,
weil jeweils eine solche Gewichtung (keine Verstärkung) erfolgt, daß unterschiedliche Eigenschaften der
ίο Lichtleitfaser ausgeglichen werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit;
Fig.2a bis 2c Diagramme zur Erläuterung der
Funktionsweise der Einrichtung nach F i g. 1.
in einem Impulslaser 1 erzeugte Lichtimpulse werden in eine angenähert kiusförmig angeordnete Lichtleitfaser
LLFiO eingekoppelt. Dies geschieht über teildurchlässige Spiegel 9 derart, daß jeder Lichtimpuls in zwei
Teilimpulse gleicher Intensität, die die Lichtleitfaser LLFiO in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen,
aufgeteilt wird. Dadurch entstehen aus dem von dem Impulslaser 1 erzeugten Lichtstrahl zwei Teilstrahlen.
Nach jedem Umlauf wird durch die teildurchlässigen Spiegel 9 ein bestimmter Anteil der beiden Strahlen
ausgekoppelt und einem ersten optisch/elektrischen Wandler 2 zugeführt. Die Durchlässigkeit der Spiegel 9
und somit der Grad der Auskopplung der beiden
JO Strahlen aus der Lichtleitfaser LLFiO hängt davon ab,
wieviel Umläufe der beiden Strahlen in der Lichtleitfaser LLF10 ausgewertet werden sollen. Dies wird weiter
unten noch näher erläutert. Das elektrische Ausgangssignal des optisch/elektrischen Wandlers 2 wird von
einem Analog/Digital-Wandler 3 abgetastet und einem Rechner 4 zugeführt.
Bevor der von dem Impulslaser 1 erzeugte Lichtstrahl der Lichtleitfaser LLFiO zugeführt wird, wird über
einen teildurchlässigen Spiegel 8 ein weiterer Strahl abgezweigt. Aus diesem Strahl werden Synchronisiersignale
abgeleitet. Hierzu wird dieser Strahl einem weiteren optisch/elektrischen Wandler 5 zugeführt, der
ein elektrisches impulsförmiges Signal abgibt. Dieses elektrische Signal steuert einen Zähler 6. Mit Ausgangs-Signalen
dieses Zählers 6 werden der Analog/Digital-Wandler 3 und der Rechner 4 gesteuert. Dies wird im
weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert.
Die Lichtimpulse können auf den Wegen Impulslaser-Lichtleitfaser, Lichtleitfaser — erster optisch/elektrischer Wandler und teildurchlässiger Spiegel 8 — zweiter optisch/elektrischer Wandler in weiteren Lichtleitfasern geführt werden.
Nachfolgend wird anhand der Fig.2a bis 2c die Funktionsweise näher erläutert.
Die Lichtimpulse können auf den Wegen Impulslaser-Lichtleitfaser, Lichtleitfaser — erster optisch/elektrischer Wandler und teildurchlässiger Spiegel 8 — zweiter optisch/elektrischer Wandler in weiteren Lichtleitfasern geführt werden.
Nachfolgend wird anhand der Fig.2a bis 2c die Funktionsweise näher erläutert.
In der Fig.2a sind die Amplituden der Lichtimpulse
der beiden Strahlen, die die Lichtleitfaser LLFiO gegensinnig durchlaufen, nach einem und mehreren
Umläufen in der Lichtleitfaser LLFiO angegeben.
to Infolge der Dämpfung des Lichts in der Lichtleitfaser
LLFiO und weil nach jedem Umlauf ein bestimmter Anteil der Strahlen ausgekoppelt und dem ersten
optisch/elektrischen Wandler 2 zugeführt wird, nimmt die Amplitude der Lichtimpulse von Umlauf zu Umlauf
i>5 ab. Die ersten Lichtimpulse treffen am ersten optisch/
elektrischen Wandler 2 zur Zeit ίκ ein, wenn die
Abstrahlung der Lichtimpulse von dem Laser zur Zeit ι = 0 erfolgt. Diese Lichtimpulse brauchen bei der
Auswertung nicht berücksichtigt zu werden. Anschließend treffen jeweils nach einer Zeit ts weitere
Lichtimpulse ein. r5 ist die Laufzeit der Lichtimpulse in
der angenähert kreisförmig angeordneten Lichtleitfaser LLFlO.
Befindet sich die Einrichtung in Ruhe, dann treffen die
Lichtimpulse am ersten optisch/elektribdien Wandler 2
gleichzeitig ein (F i g. 2b). Wenn jedoch die Einrichtung rotiert, treffen die Impulse zu unterschiedlichen Zeiten
ein (Fig.2c). Die Zeitdifferenz ist der Rotationsgeschwindigkeit direkt proportional. Durch die unterschiedlichen
Eintreffzeiten sind die Trägerschwingungen der beiden Lichtimpulse zueinander phasenverschoben.
Diese Phasenverschiebung nimmt von Umlauf zu Umlauf zu.
Infolge der unterschiedlichen Phasenverschiebungen zwischen den Trägerschwingungen hat das Signal, das
durch Oberlagerung der beiden Impulse entsteht, eine
von der jeweiligen Phasenverschiebung abhängige Amplitude. Dementsprechend ändert sich auch die
Amplitude des elektrischen Ausgangssigr.als des optisch/elektrischen
Wandlers 2, das von dem Analog/Digital-Wandler
3 abgetastet wird. Die kontinuierlich wachsende Phasendifferenz zwischen den gegenläufigen
Lichtimpulsen wird infolge der Mehrdeutigkeit der Phasenmessung mit 2 π in eine entsprechende Frequenz
umgewandelt.
Befindet sich die Einrichtung in Ruhe, dann erhält man am Ausgang des Analog/Digital-Wandlers ein
konstantes Ausgangssignal, d. h. die Frequenz der Rotation ist null. Dreht sich die Einrichtung, dann
schwankt das Ausgangssignal mit einer bestimmten Frequenz, denn mit jedem Signalumlauf vergrößert sicli
die Phasendifferenz zwischen gegensinnig umlaufenden Lichtimpulsen.
Aus der Frequenz der Einhüllenden des Ausgangssignals des Analog/Digital-Wandlers läßt sich auf an sich
bekannte Weise die gesuchte Winkelgeschwindigkeit ω ermitteln.
Wie beschrieben wird zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit die Amplitude eines Signals, der aus den
einander überlagerten Lichtimpulsen abgeleitet wird, herangezogen. Damit dies möglich ist, muß die
Amplitudenabhängigkeit der Lichtimpulse, die — wie oben bereits erläutert — von der Anzahl der Umläufe
abhängt, kompensiert werden. Dies kann man erreichen, indem man jeden der beiden Strahlen vor der
Überlagerung einem steuerbaren optischen Dämpfungsglied zuführt, dessen Dämpfung von Umlauf zu
Umlauf verändert wird. Da jedoch die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit aus der Einhüllenden des
Ausgangssignals des Analog/Digital-Wandlers in einem Rechner durchgeführt wird, ist es von Vorteil, die
Kompensation der Amplitudenabhängigkeit von der Anzahl der Umläufe ebenfalls in dem Rechner
durchzuführen. Die Amplitudenabhängigkeit wird ermittelt, solange sich die Meßeinrichtung in Ruhe
befindet.
Die Impulslänge wird so gewählt, daß sich die
to Lichtimpulse auch noch bei der maximalen auszuwertenden Winkelgeschwindigkeit ω so stark überlagern,
daß die beschriebene Auswertung erfolgen kann. Der Impulsabstand wird so gewählt, daß eine ungestörte
Überlagerung der Impulse der beiden Teilstrahlen möglich ist.
Die Abtastung durch den Analog/Digital-Wandler kan:i beispielsweise zu den Zeiten ts + tk, 2 ts + f*,...,
nts + tic erfolgen. Wenn die Laufzeiten zwischen
Impulssender und dem ersten bzw. zweiten optisch/ elektrischen Wandler 2 bzw. 5 gleich sind, dann gibt der
zweite optisch/elektrische Wandler 5 zum Zeitpunkt f*
ein Triggersignal zu dem Zähler 6 ab. Da die Laufzeil U durch die Lichtleitfaser LLFlO bekannt ist, kann der
Zähler so gesteuert werden, daß er abhängig von den
*5 jeweiligen Zählerständen zu den Zeiten fs + /*,
ms + tk ein Steuersignal an den Rechner und an den Analog/Digital-Wandler abgibt.
ms + tk ein Steuersignal an den Rechner und an den Analog/Digital-Wandler abgibt.
Bei einer Weiterbildung können Ein- und Auskoppelpunkt voneinander getrennt werden. Erfolgt beispielsweise
die Einkopplung bei dem Beispiel nach F i g. 1 am Punkt E und die Auskopplung am Punkt A, dann muß
berücksichtigt werden, daß bei einer Rotation der Einrichtung die nach einem halben Umlauf einander
überlagerten Impulse nur die halbe Phasenverschie-
'Λ bung, verglichen mit einem vollständigen Umlauf,
aufweisen.
Bei einer weiteren Weiterbildung ist eine Lichtleitfaser LLFlO mit mehreren Windungen vorgesehen.
Dadurch kann die von den Lichtimpulsen zurückgelegte
-to Weglänge zwischen Ein- und Auskopplung bzw. zwischen aufeinanderfolgenden Auskopplungen vergrößert
werden oder die gesamte Anordnung benötigt bei gleicher Weglänge einen geometrisch kleineren
Raum. Dabei ist an jeder dieser Windungen eine Auskoppeleinrichtung mit nachgeschaltetem optisch/
elektrischen Wandler 2 und Abtasteinrichtung 3 angebracht. Dadurch kann die Frequenz, mit der jede
einzelne Abtasteinrichtung abtastet, reduziert werden. Es können dann Detektoren mit kleineren Bandbreiten
verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit mit einer einen Lichtstrahl erzeugenden
Lichtquelle und einer schleifenförmig angeordneten Lichtleitfaser mit einer oder mehreren
Windungen, bei der der aus Impulsen bestehende Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen, die die Lichtleitfaser
in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen, aufgeteilt wird, bei der die Teilstrahlen die Lichtleitfaser
mehrmals durchlaufen, bei der nach jedem Umlauf ein Anteil der Teilstrahlen ausgekoppelt und einem
optisch/elektrischen Wandler zugeführt wird und bei der ai's der Frequenz der Einhüllenden der vom
Wandler abgegebenen Signale die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Einrichtung (3) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal des optisch/elektripchen
Wandlers (2) nach jedem Impulsumlauf in dei Lichtleitfaser (LLFiO) abtastet, daß eine zweite
Einrichtung (4) vorgesehen ist, die eine solche Gewichtung der abgetasteten oder der ausgekoppelten
Signale durchführt, daß die infolge der unterschiedlichen Anzahl Umläufe der Teilstrahlen
in der Lichtleitfaser (LLFXO) unterschiedlichen Amplituden der Teilstrahlen kompensiert werden,
und daß eine dritte Einrichtung (4) vorgesehen ist, die die Rotationsgeschwindigkeit aus der Frequenz
der Einhüllenden der durch Abtastung und Gewichtung erzeugten Signale ermittelt.
2. Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Einrichtung eine steuerbare optische Dämpfungseinrichtung ist, die die nach
jedem Umlauf ausgekoppelten Anteile der beiden Teilstrahlen vor oder nach ihrer Überlagerung
unterschiedlich dämpft.
3. Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Einrichtung ein Rechner (4) ist.
4. Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß — wenn mehrere (n) Windungen vorhanden sind — an jeder der η Windungen eine
Auskopplung erfolgt, daß η optisch/elektrische Wandler (2) und η Analog/Digital-Wandler (3)
vorgesehen sind, und daß die η Ausgangssignale der Analog/Digital-Wandler (3) der dritten Einrichtung
(4) zugeführt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792917399 DE2917399C2 (de) | 1979-04-28 | 1979-04-28 | Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792917399 DE2917399C2 (de) | 1979-04-28 | 1979-04-28 | Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2917399A1 DE2917399A1 (de) | 1980-10-30 |
DE2917399C2 true DE2917399C2 (de) | 1983-03-31 |
Family
ID=6069574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792917399 Expired DE2917399C2 (de) | 1979-04-28 | 1979-04-28 | Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2917399C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2555739B1 (fr) * | 1980-11-07 | 1986-04-04 | Thomson Csf | Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau |
DE3104786A1 (de) * | 1981-02-11 | 1982-09-02 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "verfahren und anordnung zur messung absoluter drehungen" |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3627422A (en) * | 1965-06-21 | 1971-12-14 | Varian Associates | Means for avoiding locking in ring lasers |
-
1979
- 1979-04-28 DE DE19792917399 patent/DE2917399C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2917399A1 (de) | 1980-10-30 |
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