DE69604439T2

DE69604439T2 - Mehrachsiger faseroptischer Kreisel

Info

Publication number: DE69604439T2
Application number: DE69604439T
Authority: DE
Inventors: Thierry Gaiffe; Herve Lefevre; Philippe Martin; Joel Morisse; Pascal Simonpietri
Original assignee: Photonetics SA
Current assignee: iXBlue SAS
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: US5719674A; FR2733320A1; EP0738873A1; EP0738873B1; JPH08313269A; JP4142120B2; FR2733320B1; DE69604439D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten in bezug auf mehrere Achsen sowie einen Interferenzkreisel mit optischer Faser, der dieses Verfahren einsetzt.
Die Navigations-, Führungs- oder Stabilisationssysteme verwenden im allgemeinen mehrere Drehmessachsen: zwei orthogonale Achsen im Falle einer Stabilisierung einer Peillinie, drei orthogonale Achsen im Falle der Navigation und der Führung, vier und mehr, wenn eine Redundanz angestrebt wird. Drei Achsen sind für die Messung der Winkelposition eines Mobiles erforderlich. Solche Systeme können unabhängige optische Kreisel verwenden, die jeweils eine Quelle und einen Empfänger umfassen. Diese Vorrichtungen sind gut bekannt, und es reicht aus, mehrere von ihnen anzuordnen, um die gewünschten Messungen durchzuführen.
Jedoch aus Kostengründen und für die Gewährleistung einer größeren Kompaktheit und Zuverlässigkeit ist es interessant, die Anzahl von Komponenten zu verringern. Dazu können mehrere Elemente von den Messmitteln entlang verschiedener Achsen zusammengefasst werden. Mehrere Drehkreisel, die die Messung der Drehgeschwindigkeit in bezug auf mehrere Achsen ermöglichen, genannt "Mehrachsendrehkreisel", wurden somit vorgeschlagen. Diese Drehkreisel umfassen Interferometer in Sagnac-Ringform für jede Messrichtung, sie können aber dieselbe Lichtquelle, denselben Photodetektor oder dieselbe elektronische Bearbeitungseinheit umfassen.
Das Sagnac-Interferometer und das physikalische Phänomen, das dabei eingesetzt wird, sind allgemein bekannt.
In einem solchen Interferometer teilt ein Trennblatt oder eine andere Trennvorrichtung eine eintreffende Welle. Die beiden auf diese Weise erzeugten Gegenausbreitungswellen breiten sich in entgegengesetzte Richtungen aus, entlang eines geschlossenen optischen Weges, vereinigen sich wieder und erzeugen Interferenzen, die von dem Phasenunterschied zwischen den Wellen bei ihrer Wiedervereinigung abhängen. Ursprünglich wurde der geschlossene optische Weg der Sagnac-Interferometer von Spiegeln definiert. Es ist nun bekannt, dass er von einer Mehrdrehspule einer optischen Monomode-Faser erzeugt werden kann.
Es ist auch bekannt, dass gewisse physikalische Phänomene Störungen hervorrufen können, insbesondere nicht reziproke Phasenverschiebungen auf den Gegenausbreitungswellen, die zu relativen Phasenunterschieden zwischen diesen Wellen führen, die ihren Interferenzzustand bei ihrer Wiedervereinigung verändern.
Die Messung des relativen Phasenunterschiedes ermöglicht es, das Phänomen, das ihn hervorgerufen hat, zu quantifizieren. Das physikalische Hauptphänomen, das diese nicht reziproken Störungen hervorrufen kann, ist der Sagnac-Effekt, der durch die Drehung des Interferometers in bezug auf eine zu der Ebene seines geschlossenen optischen Weges senkrechte Achse hervorgerufen wird. Der Faraday-Effekt oder magnetisch-optische kolineare Effekt ist auch in dem Sinne bekannt, dass er nicht reziproke Effekte dieser Art hervorruft. Andere Effekte können unter gewissen Bedingungen auch einen nicht reziproken Phasenunterschied hervorrufen. Hingegen die Veränderungen zahlreicher Umweltparameter, die oft zu Messstörungen führen, haben nur reziproke Auswirkungen auf das Sagnac-Interferometer, stören den relativen Phasenunterschied zwischen den Gegenausbreitungswellen nicht und haben somit keinen Einfluss auf die Messung des betreffenden Parameters. Dies ist der Fall bei den langsamen Änderungen der Temperatur, des Indexes, usw..., die den optischen Weg verändern, den die Wellen nehmen, diesen jedoch auf reziproke Weise verändern.
Zahlreiche Arbeiten wurden durchgeführt, um die Empfindlichkeit und die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, die mit einem solchen Messgerät durchgeführt werden können. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang auf das Werk "The Fiber Optic Gyroscope", Artech House de Herve C. LEFEVRE, 1993, Bezug genommen werden.
Verschiedene Signalverarbeitungsmethoden wurden bei Vorhandensein eines einzigen Sagnac-Interferometers vorgeschlagen. Die von letztgenanntem gelieferte Antwort ist gegeben durch die Interferenzleistung P in Abhängigkeit von einem Phasenunterschied δΦ und der Form P = P&sub0; (1 + cos δΦ). P&sub0; ist die maximale Interferenzleistung, die durch einen Additionseffekt der Gegenausbreitungswellen bei nicht vorhandener Phasenverschiebung erzielt wird. Nun ist die Empfindlichkeit dieses Signals in der Nähe des Phasenunterschiedes δΦ = 0 gering. Um diese Situation zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, eine Quadratmodulation des Phasenunterschiedes δΦm einzuführen, die den Funktionspunkt verschiebt und ein periodisches Signal erzeugt, dessen Amplitude eine Sinusfunktion des gemessenen Parameters ist und das mit einer größeren Empfindlichkeit und Stabilität verwendet werden kann.
Dieser Phasenunterschied δΦm, genannt Verzerrungsphasenunterschied, hat eine typische Amplitude von π/2. Um diese herzustellen, wird ein Phasenmodulator üblicherweise an einem der Enden der Mehrdrehspule des Interferometers angeordnet und durch ein Signal Φm gesteuert. Dieses Signal Vm erzeugt auf jeder der Wellen eine Phasenverschiebung Φm, die einen Phasenunterschied zwischen den Gegenausbreitungswellen erzeugt:
δΦm(t) = Φm(t) - Φm (t - τ)
worin t die Zeit und τ die Durchgangsdauer einer der Wellen in der Spule ist.
Es wurde sodann aufgezeigt, dass die Messgenauigkeit durch die Verwendung einer Nullmethode verbessert wird, die auch "Betrieb in geschlossener Schleife" genannt wird. Nach dieser Methode wird ein zusätzlicher Phasenunterschied, genannt "Gegenreaktionsphasenunterschied", δΦcr angelegt und dient dazu, den Unterschied δΦs, der durch den gemessenen Parameter erzeugt und Sagnac-Effekt genannt wird, auszugleichen. Die Summe dieser beiden Phasenunterschiede, δΦcr und δΦs wird gleich Null gehalten, wodurch das Interferometer mit der maximalen Empfindlichkeit funktionieren kann. Die Messung erfolgt durch die Verwendung des für die Erzeugung des Gegenreaktionsphasenunterschiedes δΦcr erforderlichen Signals. Somit ist die Messung stabil und linear.
Der gesteuerte Phasenunterschied δΦc wird durch den Phasenmodulator erzeugt, der von einem Signal Vc gesteuert wird. Dieses Signal Vc erzeugt auf jeder der Wellen eine Phasenverschiebung Φc, die einen Phasenunterschied δΦc zwischen den Gegenausbreitungswellen hervorruft:
δΦc(t) = Φc(t) - Φc(t - τ)
Die Modulationsphasenverschiebung Φc umfasst eine Gegenreaktionskomponente δΦcr, Sie umfasst somit auch eine Verzerrungskomponente Φm mit einer gleichen Periode wie die Modulationsperiode Tm. Diese Verzerrungskomponente Φm ist im allgemeinen selbst die Summe eines Schwingungsterms Φo und eines konstanten Verschiebungsterms Φd zu einem Zeitpunkt t, gegenübergestellt jener zu dem Zeitpunkt t + Tm/2.
Bei Vorhandensein mehrerer Messachsen wird nach einer von der Ausführung eines Mehrachsendrehkreisels bekannten Vorgangsweise eine einzige Lichtquelle verwendet. Es handelt sich nämlich um eines der teuersten Elemente sowie um jenes, das die meiste Energie verbraucht. Das von dieser Quelle ausgesandte Licht kann nun permanent beispielsweise mit Bündeltrennern oder Kopplern geteilt werden. Es wird hier von "Quellenteilung" gesprochen. Mit jedem Interferometer sind üblicherweise ein Detektor und eine elektronische Signalverarbeitungseinheit verbunden.
Die Quellenteilung erfolgt beispielsweise durch einen Faserkoppler 3 · 3, von dem einer der drei Eingangsarme an die gemeinsame Quelle angeschlossen ist. Jeder der Ausgangsarme des Kopplers 3 · 3 ist mit einem der drei Interferometer über einen Faserkoppler 2 · 2 verbunden, wobei der zweite Eingangsarm des Kopplers 2 · 2 mit einem Detektor verbunden ist.
Es wurde auch vorgeschlagen, die von den Interferometern erzeugten Signale zu multiplexen, indem optische Schalter verwendet werden. Letztgenannte werden derart angeordnet, dass es jederzeit möglich ist, eines und nur eines der drei Interferometer mit der Quelle und ein anderes mit dem Photodetektor zu verbinden. Da die Durchgangszeit einer Welle in einem der drei Interferometer gleich τ ist, beruht die Funktion des Drehkreisels auf einem Zeitzyklus mit einer Dauer gleich 3τ. Letztgenannte Dauer wird somit in drei Zeitphasen unterteilt, die jeweils gleich τ sind.
Während der ersten Phase ist der Photodetektor mit einem ersten Interferometer verbunden, von dem er ein Signal erhält, während die Quelle mit einem zweiten Interferometer verbunden ist, an das sie Licht sendet.
In der zweiten Phase verbinden die Schalter den Photodetektor mit dem zweiten Interferometer, während die Quelle mit dem dritten verbunden ist, so dass der Photodetektor das vorher von der Quelle in das zweite Interferometer gesandte Signal erhält, während die Quelle Licht in das dritte Interferometer sendet.
Während der dritten Phase ist der Photodetektor auf ähnliche Weise mit dem dritten Interferometer verbunden, während die Quelle mit dem ersten verbunden ist. Das von dem Photodetektor erhaltene Signal entspricht somit nach und nach jedem der drei Interferometer während eines Zeitraumes gleich τ. Diese Aufeinanderfolge wird mit einer Periodenverzerrungsmodulation 6τ auf den drei Interferomelern kombiniert.
Das Zeitmultiplexing der Signale erfolgt somit durch Umschaltung.
Obwohl er die gemeinsame Verwendung einer einzigen Lichtquelle und eines einzigen Photodetektors ermöglicht, weist ein solcher dreiachsiger Drehkreisel Nachteile aufgrund seiner technologischen Komplexität auf, die mit dem Vorhandensein der optischen Schalter zusammenhängt. Andererseits stellt die Tatsache, dass optische Y-Verbindungen am Eingang der Interferometer angeordnet werden, im Beisein der Schalter ein Problem der antisymmetrischen Modenreinjektion dar.
Das Patent FR-2.605.101 beschreibt einen weiteren dreiachsigen Drehkreisel, der die Quellenteilung und das Multiplexing einsetzt. Die drei Faserspulen y sind in Serie gekoppelt und miteinander durch ihr Medium verbunden. Indem mit τ die Durchgangszeit einer Welle in einem der Interferometer bezeichnet wird, gelangt ein Signal, das an die erste Spule zu dem Zeitpunkt τ gesandt wird, erst zu der zweiten zu dem Zeitpunkt t + τ und zu der dritten zu dem Zeitpunkt t + 2τ. Der Photodetektor erhält somit die Informationen von den drei Interferometern zu den jeweiligen Zeitpunkten t + τ, t + 2τ und t + 3τ. Die Quelle muss ein Signal in einem Abstand von mindestens 3τ senden, damit die Ausgangssignale nicht vermischt werden.
Wie bei der vorhergehenden Ausführung wird dieses Multiplexing mit einer Periodenverzerrungsmodulation 6τ kombiniert, die durch Modulatoren an die drei Interferometer angelegt wird.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass sie relativ geringe Rückleistungen aufgrund der Verluste in den Kopplern, die die Interferometer verbinden, mit sich bringt. Andererseits ist es technisch nicht einfach, drei miteinander durch Koppler verbundene Spulen in einem selben Gehäuse unterzubringen. Die Verbindungsfasern mit den Spulen machen die Vorrichtung auch Ihr den Temperaturgradienten empfindlich.
Eine weitere Lösung wird in dem Europapatent EP-0.460.675 für einen mehrachsigen Drehkreisel vorgeschlagen, der eine Quelle und einen Photodetektor für mehrere Interferometer zusammenfasst.
Die Quelle ist mit einem optischen Verteilungselement mit mehreren Zweigen verbunden, wobei jeder dieser Zweige zu den beiden Enden eines der Interferometer über einen Bündelteiler führt. Phasenmodulatoren, die im Bereich der Bündelteiler angeordnet sind, legen Phasenunterschiede an Gegenausbreitungswellen an, die die Interferometer durchlaufen.
Das Multiplexing-Verfahren, das mit dieser Vorrichtung verwendet wird, besteht darin, alternativ für jedes der Interferometer ein Modulationssignal einzusetzen, indem ein Nullsignal für die Gesamtheit der anderen Interferometer beibehalten wird.
Der größte Nachteil dieser Methode ist, dass sie ein kontinuierliches Störsignal mit sich bringt. Die Interferenzen der Ausbreitungswellen am Ausgang der Interfero meter erzeugen nämlich eine maximale Leistung bei Nichtvorhandensein eines Phasenunterschiedes.
Eine Lösung, die dieses Problem vermeidet, ist in dem amerikanischen Patent US- 5.184.195 beschrieben. Dieses Dokument stellt einen dreiachsigen Drehkreisel vor, der eine einzige Quelle und einen einzigen Photodetektor umfasst. Die Verbindungen zwischen der Quelle, dem Photodetektor und den drei Interferometern sind durch ein Netz von optischen Fasern und Kopplem hergestellt. Phasenmodulatoren sind am Eingang der drei Interferometer angeordnet.
Diese Vorrichtung wird mit einem Multiplexing-Verfahren eingesetzt, das für jedes Interferometer eine Messmodulation mit einer Löschmodulation alterniert. Letztgenannte wird erzielt, indem eine Amplitudenphasenmodulation π angelegt wird, da diese einem Phasengegensatz der Gegenausbreitungswellen am Ausgang des Interferometers entspricht, der zu einer Nulleistung führt. Nur eines der Interferometer ist gleichzeitig einer Messmodulation unterworfen.
Dieses Verfahren bringt ein Problem der Genauigkeit mit sich. Die Rückleistung, die von dem Photodetektor empfangen wird, schwankt nämlich mit der Zeit, auch wenn die von den Interferometern ausgegangenen Leistungen durch die Montage des Drehkreisels ausgeglichen werden. Dies liegt an der Tatsache, dass Abstände von 10 bis 20% immer zwischen den verschiedenen Achsen vorhanden sind, wobei diese Abstände bei der Demodulation der erhaltenen Signale verstärkt werden. Ferner besteht aufgrund der Tatsache, dass auf den Photodetektor ein Spitzenreduzierer und ein Verstärker folgen, die Gefahr, dass die erzeugten Leistungssprünge zur Sättigung des Verstärkers führen.
Ein weiterer Nachteil des Verfahrens zeigt sich, wenn auf einer Eigenfrequenz der Interferometer moduliert werden soll. Falls diese Eigenfrequenz hoch ist, müssen die Modulationen sehr rasch sein, was sich als schwierig in der Umsetzung erweisen kann.
Andererseits weist die in dem vorhergehenden Patent beschriebene Vorrichtung den weiteren Nachteil auf, dass die verwendeten Koppler zu großen Energieverlusten führen, wobei die von dem Photodetektor erhaltene Leistung in bezug zu der von der Quelle ausgesandten sehr gering ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten in bezug auf mehrere Achsen vorzuschlagen, das zuverlässig, genau und leicht einzusetzen ist.
Sie betritt auch die Verringerung des Vorhandenseins von Störsignalen, wobei gleichzeitig die Verwendung der gelieferten Energie optimiert wird.
Die vorliegende Erfindung hat auch zum Ziel, einen mehrachsigen Interferenzkreisel zu schaffen, der eine einzige Lichtquelle zulässt und ein Zeitmultiplexing der Signale mit der gemeinsamen Verwendung eines Photodetektors und einer elektronischen Verarbeitungseinheit ermöglicht, ohne dazu einen Umschalter zu benötigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines mehrachsigen Drehkreisels, der kostengünstig, kompakt, zuverlässig und energiesparend ist.
Es ist auch Ziel der Erfindung, einen solchen Drehkreisel herzustellen, indem eine technologische Komplexität ähnlich jener der Quellenteilung beibehalten wird.
Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Bearbeitung in geschlossener Schleife durchzuführen und eine perfekte Stabilität zu bewahren.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten in bezug auf N Achsen, wobei N mindestens gleich 2 ist, und zwar unter Verwendung eines Interferenzkreisels mit optischer Faser. Der Drehkreisel umfasst N Interferometer Ii in Sagnac-Ringform, zwei Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, wobei die Ausbreitungszeit der Wellen zwischen ihrer Trennung und ihrer Wiedervereinigung eine Dauer τi ist, wobei die den Interferometern Ii zugeordneten Zeiten τi im wesentlichen gleich einer gemeinsamen Durchgangszeit τ sind. Das Verfahren besteht darin, dass:
- Signale von einer gemeinsamen Lichtquelle zu der Gesamtheit der Interferometer Ii ausgesandt werden;
- diese Signale nach dem Durchqueren der Interferometer Ii in einem gemeinsamen Photodetektor erfasst werden;
- durch Phasenmodulatoren gesteuerte Modulationsphasenunterschiede δΦc,i, zwischen den Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, erzeugt werden;
- die Modulatoren gesteuert werden, Signale, die von dem Photodetektor kommen, einem Demultiplexing und einer Demodulation unterzogen werden, und die Drehgeschwindigkeiten der Interferometer Ii durch eine Bearbeitungseinheit entnommen werden;
Die von der Quelle ausgesandten Signale gelangen zu der Gesamtheit der Interferometer Ii , sodann im wesentlichen gleichzeitig zu dem Photodetektor.
Erfindungsgemäß umfassen die gesteuerten Modulationsphasenunterschiede δΦc,i, die von den Modulatoren erzeugt werden, Verzerrungskomponenten δΦm,i einer gemeinsamen Modulationszeit Tm, die im wesentlichen gleich dem Doppelten 2τ der gemeinsamen Durchgangszeit τ ist, und mit einer gemeinsamen Amplitude, die gleich einer Phasenverzerrung ist, die ein Nicht-Vielfaches von π ist, wobei der Wert jeder Verzerrungskomponente δΦm,i zu dem Zeitpunkt t jenem der Komponenten zu dem Zeitpunkt t + Tm/2 gegenübersteht, wobei jede Halbperiode Tm/2 in mindestens N Zeitintervalle δti unterteilt wird. Andererseits wird eine Vorzeichenänderung der Verzerrungskomponente δΦm,i , die jedem Interferometer Ii zugeordnet ist, zu Beginn eines unterschiedlichen Zeitintervalls δti durchgeführt.
Auf diese Weise ist ein Signal, das zu der Bearbeitungseinheit gelangt, gleichzeitig von Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i, die für die Drehgeschwindigkeiten der Gesamtheit der Interferometer Ii repräsentativ sind und sich zu den Modulationsphasenunterschieden δΦc,i hinzufügen, betroffen, wobei diese Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i von der Bearbeitungseinheit durch ein Sampling des Signals an den N Zeitintervallen δti entnommen werden.
Die an jedes Interferometer angelegte Modulation ist somit eine Modulation ähnlich der in einem Drehkreisel mit einer einzigen Messachse angelegten. Die Verzerrungsmodulationen sind für die Gesamtheit der Interferometer des erfindungsgemäßen Drehkreisels gleich, sind jedoch zeitlich versetzt.
Eine elektronische Demultiplexing- und Demodulationsschaltung ist am Ausgang des Photodetektors angeordnet und ermöglicht es, die von den verschiedenen Interferometern Ii angekommenen Signale zu entnehmen.
Ein Vorteil dieser Multiplexing-Art ist, dass die von dem Photodetektor erhaltene, von den Interferometern Ii ankommende Leistung unverändert ist.
Vorteilhafterweise werden für das Demultiplexing und die Demodulation der von dem Photodetektor kommenden Signale durch eine elektronische Demultiplexingwnd Demodulationsschaltwng der Bearbeitungseinheit Demultiplexing- wnd Demodulationssignale Di mit gleichen Perioden wie die gemeinsame Modulationsperiode Tm angelegt, wie beispielsweise das Demultiplexing- und Demodulationssiignal Di , das jedem Interferometer Ii zugeordnet ist, 1 beträgt auf dem entsprechenden Zeitintervall δti der Vorzeichenänderung, 0 beträgt von dem folgenden Intervall δti+1 zum folgenden (N-2). Intervall δtN+i-2, 1 beträgt auf dem folgenden (N-1). Intervall δtN+i-1, - 1 beträgt auf dem folgenden N. Intervall δtN+i, 0 beträgt von dem folgenden (N+1). Intervall δtN+i+1 zum (2N-2). Intervall δt2N+i-2, und -1 beträgt auf dem folgenden (2N- 1). Intervall δt2N+i-1.
Nach einer vorgeschlagenen Ausführungsart wird der gesteuerte Modulationsphasenunterschied δΦc,i , der in jedem Interferometer Ii von den Modulatoren erzeugt wird, hergestellt, indem gleichzeitig eine selbe gesteuerte Modulationsphasenverschiebung δΦc,i an beide Gegenausbreitungswellen, die sich in dem Interferometer Ii ausbreiten, angelegt wird. Diese Gegenausbreitungswellen vereinigen sich nach einer zeitlichen Verschiebung gleich der Durchgangszeit τ, wobei die Phasenverschiebung Φc,i den Phasenunterschied δΦc,i bestimmt. Die Modulationsphasenverschiebung Φc,i umfasst eine Verzerrungskomponente Φm,i mit einer Periode gleich der Modulationsperiode Tm, wobei die Verzerrungskomponente Φm,i die Summe eines Schwingungsterms Φo,i und eines konstanten Verschiebungsterms (Φd,i ist. Der Wert des Schwingungsterms Φo,i, zu einem Zeitpunkt t wird jenem zum Zeitpunkt t + Tm/2 gegenübergestellt, wobei der Schwingungsterm Φο,i eine Amplitude gleich der Hälfte der Verzerrungsphase aufweist und zu Beginn des Zeitintervalls δti, der dem Interferometer Ii entspricht, das Vorzeichen ändert.
Vorzugsweise ist die Phasenverzerrung gleich π/2.
Dieser Wert ermöglicht es nämlich, eine maximale Empfindlichkeit des gemessenen Signals bei Vorhandensein einer Phasenverschiebung, die durch Drehungen der Interferometer erzeugt wird, zu erhalten.
Die Zeitintervalle δti, die in dem erfindungsgemäßen Messverfahren definiert werden, sind vorzugsweise gleich und betragen 1/N von der Modulationsperiode Tm/2.
Diese Zeitverteilung erleichtert insbesondere die Abschwächung von Störeffekten, die sich aus Überlagerungen von Antworten bei den Übergängen zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen δti ergeben. Solche ungewünschten Effekte gehen im wesentlichen auf Abweichungen zwischen den jeweiligen Durchgangsdauern in den verschiedenen Interferometern zurück.
Die Regelmäßigkeit der Intervalle δti ermöglicht es, Mittel zur Periodenkorrektur Tm/(2N) einzusetzen.
Nach einem bevorzugten Korrekturmittel wird an ein Ausgangssignal, das zu der Bearbeitungseinheit gelangt, eine periodische BearbeitungsTor für das Signal angelegt. Die Tor besteht in einer Amplitudenmodulation mit einer Torperiode gleich 1/(2N) der Modulationsperiode Tm, lässt dieses Signal während eines Teils jeder Torperiode, der auf einen der Zeitintervalle δti zentriert ist, unverändert, und löscht es während des anderen Teils dieser Periode. Die Störeffekte aufgrund der Abweichungen zwischen der Halbmodulationsperiode Tm/2 und den Eigenperioden τi der Interferometer Ii werden auf diese Weise gemildert.
Nach einem zweiten Korrekturmittel wird auf ein von der Quelle ausgesandtes Signal durch eine elektronische Modulationsschaltung, die mit der Quelle verbunden ist, eingewirkt. Diese Schaltung legt an das Signal eine sequentielle Löschung mit einer Löschperiode gleich 1/(2N) der Modulationsperiode Tm an. Die Störeffekte aufgrund der Abweichungen zwischen der Halbmodulationsperiode Tm/2 und den Eigenperioden τi der Interferqmeter Ii werden auf diese Weise gemildert.
Dieses zweite Mittel ergänzt vorzugsweise das erste. Da die Signale nämlich keinen unendlichen Abfall aufweisen, sind diese mit Exponentiellen assimilierbar, die zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden und deren Höhe von der von der Quelle ausgesandten Gesamtleistung abhängt. Der auf diese Weise erzeugte Störeffekt wird minimiert, indem die Quelle auf jedem der Signalhöhepunkte ausgeschaltet wird, um die Höhe der Exponentiellen zu verringern.
Diese sequentielle Löschung erfolgt vorzugsweise durch eine elektronische Modulationsschaltung, die einen geringen Lärmpegel aufrechterhält.
Nach einer bevorzugten Messmethode wird für jedes Interferometer Ii eine eventuelle Sagnac-Phasenverschiebung δΦs,i aufgrund einer Drehung des Interferometers Ii, die zu der Verzerrungskomponente δΦm,i des zugehörigen gesteuerten Modulations phasenunterschiedes δΦc,i hinzukommt, durch eine Gegenreaktionskomponente δΦcr,i des Modulationsphasenunterschiedes δΦc,i ausgeglichen. Die Summe δΦs,i + δΦcr,i der Sagnac-Phasenverschiebung δΦs,i und der Gegenreaktionskomponente δΦcr,i wird konstant auf Null gesteuert, so dass die Drehungen der Interferometer Ii von den Gegenreaktionskomponenten δΦcr,i abgeleitet werden.
Es handelt sich um den Betrieb in geschlossener Schleife, der vorher für einen Drehkreisel beschrieben wurde, der eine einzige Messachse umfasst. Die für den erfindungsgemäßen Drehkreisel anwendbaren Multiplexing-Techniken sind somit mit bekannten Gegenreaktionstechniken vereinbar, die Phasenrampen verwenden. Diese Techniken ermöglichen es, eine lineare Antwort in Abhängigkeit von den gemessenen Drehungen und unabhängig von der optischen Leistung zu erhalten.
Die Erfindung betrifft auch einen Interferenzdrehkreisel mit optischer Faser, der die Messung von Drehgeschwindigkeiten in bezug auf N Achsen ermöglicht, wobei N mindestens gleich 2 ist. Dieser Drehkreisel umfasst:
- N Interferometer Ii in Sagnac-Ringform, wobei sich zwei Gegenausbreitungswellen in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, wobei die Ausbreitungszeit der Wellen zwischen ihrer Trennung und ihrer Wiedervereinigung eine Durchgangszeit τi ist, wobei die den Interferometern Ii zugeordneten Zeiten τi im wesentlichen gleich einer gemeinsamen Durchgangszeit τ sind,
- eine gemeinsame Lichtquelle,
- einen gemeinsamen Photodetektor,
- Phasenmodulatoren, die gesteuerte Modulationsphasenunterschiede δΦc,i zwischen den Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, erzeugen,
- eine Bearbeitungseinheit, die die Modulatoren steuert, die Signale, die von dem Photodetektor kommen, empfängt, diese einem Demultiplexing und einer Demodulation unterzieht, und die Drehgeschwindigkeiten der Interferometer Ii liefert.
Erfindungsgemäß umfassen die gesteuerten Modulationsphasenunterschiede δΦc,i , die von den Modulatoren erzeugt werden, Verzerrungskomponenten δΦm,i mit einer gemeinsamen Modulationszeit Tm, die im wesentlichen gleich dem Doppelten 2τ der gemeinsamen Durchgangszeit τ ist, und mit einer gemeinsamen Amplitude, die gleich einer Phasenverzerrung ist, die ein Nicht-Vielfaches von π ist, wobei der Wert der Verzerrungskomponente δΦm,i zu einem Zeitpunkt t jenem der Komponente zu dem Zeitpunkt t + Tm/2 gegenübersteht. Jede Halbperiode Tm/2 wird in mindestens N Zeitintervalle δti unterteilt, der Modulator jedes Interferometers Ii erzeugt eine Vorzeichenänderung der zugehörigen Verzerrungskomponente δΦm,i zu Beginn eines und nur eines Zeitintervalls δti.
Auf diese Weise wird ein zu der Bearbeitungseinheit kommendes Signal gleichzeitig von Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i, die für die Drehgeschwindigkeiten der Gesamtheit der Interferometer Ii repräsentativ sind und zu den Modulationsphasenunterschieden δΦc,i hinzukommen, betroffen. Diese Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i werden von der Bearbeitungseinheit durch ein Sampling des Signals an den N Zeitintervallen δti entnommen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Drehkreisels umfasst dieser eine Einheit von Kopplern, die die Quelle, den Photodetektor und die Interferometer Ii verbinden. Diese Einheit von Kopplern weist N Ausgangstore auf, wobei ein Eingangstor mit der Quelle und N-1 Eingangstore mit dem Photodetektor verbunden sind, und N Ausgangstore jeweils mit den Interferometern Ii verbunden sind.
Dank einer solchen Vorrichtung teilt sich ein von der Quelle kommendes Signal in N Signale, die im wesentlichen gleichzeitig zu der Gesamtheit der Interferometer gelangen und nach ihrem Durchgang durch letztgenannte annähernd gleichzeitig zu dem Photodetektor kommen, da die Durchgangszeiten annähernd dieselben sind für alle Interferometer.
Andererseits macht diese Vorrichtung nicht nur den Erhalt einer selben Lichtleistung von der Quelle durch jedes der Interferometer, sondern auch den Erhalt einer selben Lichtleistung von jedem der Interferometer durch den Photodetektor möglich.
Das Vorhandensein der Phasenmodulatoren macht das Multiplexing möglich, ohne die Komplexität einer Verwendung von optischen Schaltern aufzuweisen.
Bei einer ersten Konfiguration dieser bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Drehkreisels umfasst der Drehkreisel einen einzigen Koppler, der N Eingangstore und N Ausgangstore aufweist.
Nach einer zweiten Konfiguration umfassen die Koppler jeweils zwei Eingangstore und zwei Ausgangstore und bilden eine verzweigte Einheit.
Es können nun vorzugsweise Koppler mit Polarisationsbeibehaltung, die beispielsweise durch seitliches Schleifen einer Faser hergestellt wurden, mit einer Lichtquelle, die polarisiertes Licht aussendet, wie beispielsweise eine Superlumineszenzdiode (DSL), verwendet werden. Diese Art von Quelle ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus vorteilhaft.
Es kann auch eine Quelle mit dopierter Faser mit einem Seltene-Erde-Element, wie beispielsweise Neodym oder Erbium, genannt Quelle mit Superfluoreszenzfaser, mit Kopplern mit gewöhnlicher Faser ohne Polarisationsbeibehaltung verwendet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführung dieser zweiten Konfiguration umfasst der Drehkreisel zwei Interferometer und einen Koppler, wobei dieser Koppler ¹/&sub2;, ¹/&sub2; eine auf ein erstes, mit der Quelle verbundenes Eingangstor eintreffende Leistung in zwei Leistungen teilt, die jeweils an die beiden Ausgangstore übertragen werden, welche mit den beiden Interferometern verbunden sind, jede gleich der Hälfte der eintreffenden Leistung.
Auf diese Weise erhalten die beiden Interferometer jeweils eine gleiche Lichtleistung, und die Signale, die von den Interferometern kommen und von dem Photodetektor empfangen werden, sind ausgeglichen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung dieser zweiten Konfiguration umfasst der Drehkreisel drei Interferometer und zwei Koppler. Ein erster dieser Koppler weist zwei Eingangstore auf, die jeweils mit der Quelle und dem Photodetektor verbunden sind, ein Ausgangstor, das mit einem ersten der Interferometer verbunden ist, und ein weiteres Ausgangstor, das mit einem ersten Eingangstor des zweiten Kopplers verbunden ist. Der zweite Koppler ¹/&sub2;, ¹/&sub2; weist ein zweites Eingangstor auf, das mit dem Photodetektor verbunden ist, wobei die Ausgangstore jeweils mit den beiden andern Interferometern verbunden sind. Der erste Koppler 1/3, 2/3 teilt eine Leistung, die auf das mit der Quelle verbundene Eingangstor trifft, in eine erste Leistung, die auf das Ausgangstor, das mit dem ersten Interferometer verbunden ist, übertragen wird und gleich einem Drittel der eintreffenden Leistung ist, und in eine zweite Leistung, die auf das Ausgangstor, das mit dem ersten Eingangstor des zweiten Kopplers verbunden ist, übertragen wird und gleich zwei Drittel der eintreffenden Leistung ist.
Auf diese Weise empfangen die drei Interferometer jeweils eine gleiche Lichtleistung, und die von den Interferometern ausgesandten und von dem Photodetektor erhaltenen Signale sind ausgeglichen.
Da der optische Weg zwischen einem Interferometer und einem Koppler größer als die Kohärenzlänge der Quelle ist, sind die von den verschiedenen Interferometern kommenden Wellen nicht kohärent und können nicht interferieren.
Vorzugsweise sind Polarisatoren zwischen den Kopplem und den Interferometern Ii angeordnet.
Andererseits ist der erfindungsgemäße Drehkreisel nützlicherweise mit anderen Kreiseln gekoppelt.
Insbesondere ist es interessant, wenn er mit einem zweiten erfindungsgemäßen Kreisel mit Hilfe eines Kopplers gekoppelt ist, der zwei Eingangstore und zwei Ausgangstore aufweist. Die beiden Eingangstore sind jeweils an zwei Lichtquellen der Kreisel angeschlossen, und die beiden Ausgangstore sind jeweils an zwei Kreisel angeschlossen und senden ihnen optische Signale.
Es wird somit eine doppelte Quelle und ein doppelter Photodetektor in Redundanz bei einer Konfiguration mit vier Messachsen verwendet.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen dreiachsigen Drehkreisels,
Fig. 2 die zeitlichen Entwicklungen einer Verzerrungsphasenverschiebung, die erfindungsgemäß in einem ersten Interferometer des Kreisels der Fig. 1 angelegt wird, derselben Phasenverschiebung, verschoben um die Durchgangszeit und des erzeugten Verzerrungsphasenunterschiedes,
Fig. 3 die zeitliche Entwicklung des Phasenunterschiedes der Fig. 2, die Änderung der Interferenzleistung in Abhängigkeit von diesem Phasenunterschied und die zeitliche Entwicklung dieser Leistung,
Fig. 4 die zeitliche Entwicklung des Phasenunterschiedes der Fig. 2 und 3, verändert durch die Sagnac-Phasenverschiebung, die Änderung der Interferenzleistung in Abhängigkeit von dem erhaltenen Phasenunterschied und die zeitliche Entwicklung dieser Leistung,
Fig. 5 die zeitlichen Entwicklungen der Verzerrungsphasenverschiebungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die in jedem der drei Interferometer des Drehkreisels der Fig. 1 angelegt werden,
Fig. 6 die zeitlichen Entwicklungen der Interferenzleistungen nach dieser ersten Multiplexing-Methode, die in jedem der drei in Drehung befindlichen Interferometer der Fig. 1 erhalten werden, sowie der von dem Photodetektor erhaltenen Leistung,
Fig. 7 ein Übersichtsschema des Demultiplexing- und Demodulationskreises entsprechend dem dreiachsigen Kreisel der Fig. 1 und dem Multiplexing der Fig. 5,
Fig. 8 die zeitlichen Entwicklungen der drei Demultiplexing- und Demodulationssignale, die in der Schaltung der Fig. 7 angelegt werden,
Fig. 9 für jeden der drei Interferometer der Fig. 1 den angelegten Verzerrungsphasenunterschied und das entsprechende Demultiplexing- und Demodulationssignal,
Fig. 10 die Verzerrungsphasenunterschiede nach dem erfindmgsgemäßen Verfahren in Übereinstimmung mit den Demultiplexing- und Demodulationssignalen für einen zweiachsigen Kreisel,
Fig. 11 die Verzerrungsphasenunterschiede nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Übereinstimmung mit den Demultiplexing- und Demodulationssignalen für einen Kreisel mit N Messachsen,
Fig. 12 die zeitlichen Entwicklungen einer Gegenreaktionsphasenverschiebung, die in einem Interferometer angelegt wird, derselben Phasenverschiebung, verschoben um die Durchgangszeit, und des erzeugten Gegenreaktionsphasenunterschiedes,
Fig. 13 die zeitlichen Entwicklungen einer Verzerrungsphasenverschiebung, die in einem Interferometer angelegt wird, ihrer Verschiebung um die Durchgangszeit, des entsprechenden Verzerrungsphasenunterschiedes und der Interferenzleistung, wenn die Modulationsperiode etwas größer als die Durchgangszeit ist,
Fig. 14 die zeitlichen Entwicklungen der Interferenzleistung im Falle einer asymmetrischen Modulation, wenn die Modulationsperiode größer als das Doppelte der Durchgangszeit, gleich bzw. kleiner ist,
Fig. 15 die zeitliche Entwicklung der Interferenzleistung im Falle einer asymmetrischen Modulation mit einer Modulationsperiode, die größer als das Doppelte der Durchgangszeit bei Vorhandensein eines synchronen Tores ist,
Fig. 16 ein Übersichtsschema einer modulierbaren Lichtquelle mit geringem Lärm,
Fig. 17 ein Schema eines Stromspiegels und der modulierten Quelle der in Fig. 16 dargestellten Schaltung,
Fig. 18 eine zweite Ausführungsart eines mehrachsigen erfindungsgemäßen Kreisels,
Fig. 19 eine dritte Ausführungsart eines mehrachsigen erfindungsgemäßen Drehkreisels mit vier Messachsen,
Fig. 20 ein Schema eines Drehkreisels mit vier Messachsen, bei dem zwei Drehkreisel mit zwei erfindungsgemäßen Achsen kombiniert sind.
Der Interferenzdrehkreisel mit drei Messachsen nach einer der Ausführungsarten der Erfindung, der in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst eine Lichtquelle 1, einen Photode tektor 2, drei Interferometer I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; und Faserkoppler 4 und 5. Die Lichtquelle 1 ist typischerweise eine Superlumineszenzdiode (DSL), kann aber auch in einer Quelle mit dopierter Seltene-Erde-Faser oder einer Superfluoreszenzquelle bestehen. Der Photodetektor 2 ist mit einer elektronischen Bearbeitungseinheit 11 verbunden. Jeder der drei Interferometer I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; umfasst eine Mehrdrehspule einer optischen Monomode-Faser 10. Die drei Spulen 10 weisen im wesentlichen gleiche Längen auf, so dass sie ein Lichtsignal innerhalb einer selben Durchgangszeit τ durchläuft. Die kombinierte Drehung der drei Spulen muss von dem optischen Drehkreisel 9 gemessen werden. Die Interferometer I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; umfassen jeweils eine integrierte optische Y-Verbindung 6, die eine zentrale Führung 14 umfasst, die sich in zwei Führungszweige 15 teilt. Die Führungszweige 15 sind mit den Enden 8 der Faserspulen 10 verbunden. Ein Phasenmodulator 7 ist auf jedem der Führungszweige 15 der optischen Y-Verbindungen 6 angeordnet. Die beiden Faserkoppler 4 und 5 sind Koppler mit zwei Eingangstoren 120, 121, 124, 125 und mit zwei Ausgangstoren 122, 123, 126, 127, genannt Koppler "2 · 2".
Der erste Koppler 4 weist ein Eingangstor 120 auf, das mit der Lichtquelle 1 verbunden ist, und das zweite Eingangstor 121 ist mit dem Photodetektor 2 verbunden. Ein erstes seiner Ausgangstore 122 ist mit der Mittelfürung 14 der Y-Verbindung 6 des ersten Interferometers I&sub1; verbunden. Sein zweites Ausgangstor 123 ist mit einem der Eingangstore 124 des zweiten Kopplers 5 verbunden. Die Gesamtheit der Verbindungen erfolgt durch optische Fasern 3. Der zweite Koppler 5 weist ein Eingangstor 124, das mit dem Ausgangstor 123 des ersten Kopplers 4 verbunden ist, das zweite Eingangstor 125, das mit dem Photodetektor 2 verbunden ist, und seine beiden Ausgangstore 126 bzw. 127 auf, die mit den beiden Interferometern I&sub2; bzw. I&sub3; verbunden sind, indem sie an die Mittelführungen 14 ihrer Y-Verbindungen 6 angeschlossen sind.
Der erste Koppler 4 ist ein Koppler 1/3, 2/3, auch 4,8 dB-Koppler genannt, der eine eintreffende Leistung von der Quelle 1 in ein Drittel an dem Ausgangstor 122 in Richtung des Interferometers I&sub1; und zwei Drittel an dem Ausgangstor 123 in Richtung des zweiten Kopplers 5 teilt.
Der zweite Koppler 5 ist ein Koppler ¹/&sub2;, ¹/&sub2;, auch 3 dB-Koppler genannt, der eine eintreffende Leistung von dem ersten Koppler 4 in zwei gleiche Leistungen an den Ausgangstoren 126 und 127 teilt. Diese Konfiguration ermöglicht es, jede der drei Spulen 10 mit einer selben Leistung zu beleuchten und zu bewirken, dass der Photodetektor 2 gleiche Leistungen von jedem der drei Interferometer I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; erhält.
Falls als Lichtquelle 1 eine DSL verwendet wird, wird das Licht polarisiert, und es ist vorteilhaft, die Koppler 4,5 mit Polarisationsbeibehaltung zu verwenden.
Während des Betriebs wird ein Leistungssignal Ps von der Quelle 1 ausgesandt. Eine Leistung Ps/3 gelangt nun zu dem ersten Interferometer I&sub1;, und das Eingangstor 124 des zweiten Kopplers 5 erhält eine Leistung 2πs/3. Diese letztgenannte Leistung 2πs/3 teilt sich sodann auch zwischen den beiden Interferometern I&sub2; und I&sub3; auf, die jeweils eine Leistung Ps/3 erhalten. Wenn mit P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; die Leistungen von den drei Interferometern I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; bezeichnet werden, ist die von dem Photodetektor 2 erfasste Leistung PD folgende:
PD = (2/3 P&sub1; + 1/6 P&sub2; + 1/6 P&sub3;) + (1/2 P&sub2; + 1/2 P&sub3;) = 2/3 (P&sub1; + P&sub2; + P&sub3;)
Die gesamte erfasste Leistung PD ist somit gleich zwei Drittel der Summe der Leistungen von den Interferometern I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, d. h. 2/9 der von der Quelle 1 ausgesandten Leistung Ps. Die drei Spulen 10 werden somit mit derselben Stärke beleuchtet und senden ausgeglichene Signale an den Photodetektor 2.
Die elektronische Bearbeitungseinheit steuert die Modulatoren 7, die gesteuerte Modulationsphasenunterschiede Φc,i , die den ausgewählten Modulationen und dem ausgewählten Multiplexing entsprechen, anlegen.
Bei der beschriebenen Konfiguration legen zwei Modulatoren 7, die auf den Führungszweigen 15 einer selben Y-Verbindung 6 angeordnet sind, gleichzeitig eine entgegengesetzte Phasenverschiebung an. Es können somit die drei gesteuerten Modulationsphasenverschiebungen Φc,1, Φc,2 und Φc,3 unterschieden werden, die in den drei Interferometern I&sub1;, I&sub2; bzw. I&sub3; angelegt werden.
Die Bearbeitungseinheit 11 empfängt auch Signale von dem Photodetektor 2, die sie einem Demultiplexing und einer Demodulation unterzieht. Da die Spulen 10 der Interferometer I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; in Drehung sind, kann die Bearbeitungseinheit 11 somit aus den erhaltenen Signalen die Drehgeschwindigkeiten S der Spulen 10 entnehmen.
Bei einem Betrieb in geschlossener Schleife ermöglicht es die Bearbeitung der erhaltenen Signale, die Phasenverschiebungen Φc,i , die von den Modulatoren 7 angelegt werden, einzustellen.
Die gesteuerten Modulationsphasenverschiebungen Φc,i umfassen eine Verzerrungskomponente Φm,i, die in einer periodischen Modulation und einer eventuellen Gegenreaktionskomponente Φcr,i für einen Betrieb in geschlossener Schleife besteht. Die Verzerrungskomponente Φm,i ist selbst die Summe eines Schwingungsterms Φo,i und eines konstanten Terms Φd,i , der auf den Phasenunterschied δΦm,i, der von der Phasenverschiebung Φm,i erzeugt wird, keine Auswirkung hat. Es ergibt sich somit:
Φc,i = Φm,i + Φcr,i = Φo,i + Φd,i + Φcr,i
Die Durchgangszeiten in den verschiedenen Spulen sind annähernd identisch und gleich mit τ. Daraus ergibt sich, dass der Phasenunterschied δΦc,i, der in dem Interferometer Ii erzeugt wird, die Summe eines periodischen Verzerrungsphasenunterschiedes δΦm,i und eines eventuellen Gegenreaktionsphasenunterschiedes δΦcr,i ist, wobei:
δΦc,i(t) = δΦm,i(t) + δΦcr,i(t) = (Φo,i(t) - Φo,i(t - τ) + (Φcr,i(t) - Φcr,i(t - τ))
Das Multiplexing der Signale, die von den Interferometern Ii erzeugt werden, kann erfolgen durch Verwendung der Schwingungsterme Φo,i der Verzerrungskomponenten Φm,i.
Bei dem Multiplexing nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Standardmodulation für jeden der drei Interferometer Ii , jedoch mit zeitlicher Versetzung.
Dieses Multiplexing ist in den Fig. 2 bis 9 dargestellt. Die Modulatoren 7 der Interferometer Ii legen an die Gegenausbreitungswellen, die sich in der Spule 10 des Interferometers I&sub1; ausbreiten, eine selbe Verzerrungsphasenverschiebung Φm,1 an. Ihre zeitliche Entwicklung 40, die in Fig. 2 dargestellt ist, besteht in einer Modulation um den Versetzungswert Φd,1 mit einer Periode Tm und einer Amplitude π/4.
Die Modulationszeit Tm ist das Doppelte der gemeinsamen Durchgangszeit τ. Nach der Ausbreitung einer Welle in der Spule 10 des Interferometers I&sub1; weist die Verzerrungsphasenverschiebung Φm,1 der Welle eine zeitliche Entwicklung 41 auf, die um die Durchgangszeit τ in bezug auf die vorhergehende 40 verschoben ist. Da die Periode Tm gleich 2τ ist, geht daraus hervor, dass der Verzerrungsphasenunterschied δΦm,1, der von den Modulatoren 7 erzeugt wird, eine zeitliche Entwicklung 42 aufweist, die in Fig. 2 dargestellt ist und in einer Modulation um 0 mit einer Periode Tm und einer Amplitude π/2 besteht.
Die Interferenzleistung P&sub1; in dem Interferometer I&sub1; wird direkt von dieser Entwicklung 42 abgezogen. Die Änderung 20 der Interferenzleistung P in Abhängigkeit von dem Phasenunterschied δΦ von übereinander gelagerten Wellen, der in Fig. 3 dargestellt ist, ermöglicht es, ein Signal für einen Phasenunterschied δΦm,1 zu erhalten, der ein Nicht-Vielfaches von π ist, und eine maximale Empfindlichkeit, wenn der Phasenunterschied δΦm,1 ein ungerades Vielfaches von π/2 ist.
Die zeitliche Entwicklung 42 des Phasenunterschiedes δΦm,1 und der Änderung 20 der Leistung P in Abhängigkeit von einem Phasenunterschied δΦ ermöglichen es, die zeitliche Entwicklung 43 der Interferenzleistung P&sub1; am Ausgang des Interferometers I&sub1; zu kontrollieren.
Indem mit P&sub0; die maximal von zwei Wellen in der Phase erzielbare Leistung bezeichnet wird, weist die Entwicklung 43, die eine Periode Tm/2 besitzt, eine Spitze 54 mit einer Höhe P&sub0; bei jedem Periodenanfang auf, und ist gleich P&sub0;/2 während jeder Halbperiode Tm/2, wie dies in Fig. 3 zu sehen ist.
Wenn sich die Spule 10 des Interferometers I&sub1; in Drehung befindet, fugt sich eine Sagnac-Phasenverschiebung δΦs,1 proportional zu der Drehgeschwindigkeit S zu dem Verzerrungsphasenunterschied δΦm,1 hinzu.
Die zeitliche Entwicklung 44 des Verzerrungsphasenunterschiedes δΦm,1 bei einer Drehung der Spule 10 des Interferometers I&sub1;, der in Fig. 4 dargestellt ist, ist nun um die Phasenverschiebung δΦs,1 in bezug auf die Entwicklung 42 in Abwesenheit einer Drehung versetzt.
Dank der Änderung 20 der Interferenzleistung P in Abhängigkeit von einer Phasenverschiebung δΦ wird davon in Abwesenheit einer Drehung die zeitliche Entwicklung 50 der Interferenzleistung P&sub1; am Ausgang des Interferometers I&sub1;, die in Fig. 4 dargestellt ist, abgezogen.
Es ist zu sehen, dass diese Entwicklung 24 Tm als Periode zulässt, Spitzen 54 mit einer Höhe P&sub0; bei jeder Halbperiode Tm/2 aufweist und eine Änderung der Werte unter und über P&sub0;/2 während der Halbperioden Tm/2 aufweist.
Die Kenntnis dieses Signals würde es ermöglichen, dank üblicher Methoden die Drehgeschwindigkeit der Spule 10 des Interferometers I&sub1; von der erhaltenen Leistungsmodulation abzuziehen.
Die Verzerrungsphasenunterschiede δΦm,2 und δΦm,3 die jeweils in den Interferometern 12 und 13 erzeugt werden, weisen zeitliche Entwicklungen 45 und 46 auf, die in Fig. 5 dargestellt sind, und einfach von dem Verzerrungsphasenunterschied δΦm,1 der in dem Interferometer I&sub1; durch zeitliche Verschiebungen mit einer Dauer Tm/6 bzw. Tm/3 erzeugt werden, abgezogen werden. Diese Phasenunterschiede δΦm,2 und 60 m³ werden erzielt, indem Verzerrungsphasenverschiebungen Φm,2 und Φm,3 in den Interferometern I&sub2; und I&sub3; angelegt werden, deren zeitliche Entwicklungen (nicht dargestellt) jeweils von der Entwicklung 40 der Phasenverschiebung Φm,1 durch zeitliche Verschiebungen mit einer Dauer von Tm/6 bzw. Tm/3 abgezogen werden.
Nach diesem Verfahren wird somit eine Zeitdauer Th gleich Tm/6 verwendet.
Jede Halbperiode Tm/2 wird in drei aufeinanderfolgende Zeitintervalle unterteilt: δt&sub1; δt&sub2; und δt&sub3;. Während jeder Dauer Th weist nur einer der Verzerrungsphasenunterschiede δΦm,i ein jenem der anderen entgegengesetztes Vorzeichen auf. Die Interferenzleistungen P&sub1;, P&sub2; und P&sub3;, die am Ausgang der Interferometer Ii erzielt werden, werden von den Phasenunterschieden δΦm,1 abgezogen.
Bei Vorhandensein von Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i aufgrund von Drehungen der Spulen 10 der Interferometer Ii, bestehen ihre zeitlichen Entwicklungen 50, 51 und 52, die in Fig. 6 dargestellt sind, in Modulationen mit der Periode Tm, die um einen Wert P&sub0;/2 zentriert sind, und weisen Spitzen 54 in der Höhe P&sub0; am Ende jeder Halbperiode Tm/2 auf.
Die drei Leistungsmodulationen sind zueinander um Tm/6 versetzt. Daraus ergibt sich, dass die Leistung PD, die von dem Photodetektor 2 von den drei Interferometern Ii kommend erhalten wird, die die Summe der drei Leistungen P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; multipliziert mit einem Koeffizienten 2/3 darstellt, jederzeit die drei Modulationen berücksichtigt, die jeweils den Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs,i entsprechen, die in jedem Interferometer Ii auftreten.
Die zeitliche Entwicklung 53 der Leistung PD, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist somit eine Funktion der Periode Tm, die Stufen 56 mit einer Dauer von Tm/6 und einer Höhe aufweist, die um den Wert 3P&sub0;/2 schwingt, und Spitzen 55 aufweist, die an jedem Stufenbeginn 56 auftreten und eine Höhe aufweisen, die um den Wert 2π&sub0; schwingt.
Ausgehend von dem von der Bearbeitungseinheit 11 von dem Photodetektor 2 erhaltenen Signal ist es möglich, die von den verschiedenen Interferometern Ii ausgegangenen Signale wiederherzustellen, dank einer elektronischen Demultiplexing- und Demodulationsschaltung 65, die in Fig. 7 dargestellt ist. In der Folge wird der Begriff"Demultiplexing" verwendet, um das Demultiplexing und gleichzeitig die Demodulation zu bezeichnen.
Diese Schaltung 65 umfasst einen Eintrittsdraht 58, der sich in drei Dräihte 59 teilt, auf denen die Demultiplexingeinheiten 61, 62 und 63 und Integratoren 57 angeordnet sind. Die Demultiplexingeinheiten 61, 62 und 63 legen an die in den Drähten 59 zirkulierenden erfassten Signale jeweils Demultiplexingsignale D&sub1;, D&sub2; und D&sub3; an.
Die zeitlichen Entwicklungen 66, 67 bzw 68 der Demultiplexingsignale D&sub1;, D&sub2; und D&sub3;, die in Fig. 8 dargestellt sind, ermöglichen es, die Signale wiederherzustellen, die von den Interferometern I&sub1;, I&sub2; bzw. I&sub3; kommen. Da das Demultiplexing in geschlossener Schleife funktioniert, können die Signale Di genormt werden.
Die Entwicklung 66 des Signals D&sub1; ist eine ungerade Funktion der Periode Tm mit dem Wert 1 während des ersten Drittels Tm/6 der Halbperiode Tm/2,0 während des zweiten und 1 während des dritten Drittels. Die zeitlichen Entwicklungen 67 und 68 der Signale D&sub2; und D&sub3; werden jeweils von der Entwicklung 66 durch zeitliche Verschiebungen mit der Dauer Tm/6 und Tm/3 abgezogen.
Es ist interessant, die Verzerrungsphasenunterschiede 42, 45, 46 mit den Demultiplexingsignalen 66, 67, 68 in Übereinstimmung zu bringen, wie dies in Fig. 9 erfolgt ist. Es zeigt sich, dass jedes Signal Di einfach von dem zugehörigen Phasenunterschied δΦm,i abgezogen wird. Es reicht aus, diesen letztgenannten aufzunehmen, um ihn zu normen und ihn während einer Uhrzeit Th in der Mitte jedes Zeitimpulses zu annullieren.
Dasselbe Multiplexing- und Demultiplexingverfahren ist leicht auf zwei Messachsen anstatt von drei übertragbar. Die Uhrzeit Th ist nun gleich Tm/4 und definiert auf jeder Halbperiode Tm/2 zwei Intervalle δt&sub1; und δt&sub2;. Die Verzerrungsphasenunterschiede δΦm,1 und δΦm,2, die an die beiden Achsen angelegt werden, die in Fig. 10 dargestellt sind, sind Modulationen, deren zeitliche Entwicklungen 140 und 141 ähnlich den vorher beschriebenen 42, 45, 46 sind. Sie sind zueinander um die Zeitdauer Th = Tm/4 versetzt. Die Demultiplexingsignale D&sub1; und D&sub2; weisen Entwicklungen 142 und 143 auf, die direkt von jenen 140 und 141 der Phasenunterschiede durch einen einfachen Multiplikationskoeffizienten abgezogen werden. Das erste Demultiplexingsignal ist somit gleich 1 von 0 bis 2Th, -1 von 2Th bis 4Th, während das zweite gleich -1 von 0 - Th, 1 von Th bis 3Tb und -1 von 3Th bis 4Th ist. Sie entsprechen somit auch Standardmodulationen.
Es ist einfach, dieses Verfahren auf eine beliebige Anzahl N von Messachsen zu verallgemeinern. Die Uhrzeit Th ist nun gleich Tm/(2N) und definiert auf jeder Halbperiode Tm/2N Intervalle δt&sub1;, δt&sub2;, ... δtn. Die N Verzerrungsphasenunterschiede δΦm,i, die jeweils an die N Achsen angelegt werden, weisen zeitliche Entwicklungen 144, 145 auf, die nacheinander um Th versetzt sind (Fig. 11).
Die N Demultiplexingsignale D&sub1;, D&sub2;, ..., DN werden von den Phasenunterschieden δΦm,i durch eine einfache Matrixinversion abgezogen. Ihre zeitlichen Entwicklungen 146, 147 (Fig. 11) werden aus jenen 144, 145 der auf 1 genormten Phasenunterschiede erhalten, indem sie auf (N - 2) Uhrzeiten Th in der Mitte jedes Zeitimpulses annulliert werden. Das i. Demultiplexingsignal Di ist somit gleich 1 beim Intervall δti, 0 von δi+1 bis δtN+i-1, -1 bei δtN+i, 0 von δtN+i+1 bis δt2N+i-2 und -1 bei δt2N+i-1.
Das auf diese Weise durchgeführte Demultiplexing ist sehr einfach digital mit einer digitalen Elektronik einzusetzen, nach einer Analog-Digital-Umwandlung des Signals des Photodetektors 2 bei jedem Intervall δti.
Die Messung der Drehungen kann durch einen Betrieb in geschlossener Schleife verbessert werden, der an sich bekannt ist. Die Modulatoren 7 jedes Interferometers Ii legen nun Gegenreaktionsphasenverschiebungen Φcr,i an, die zu der Verzerrungsphasenverschiebung Φm,i hinzukommen, um die gesteuerten Modulationsphasenverschiebungen Φc,i zu bilden. Die zeitliche Entwicklung 35, die für eine solche Phasenverschiebung Φcr typisch ist und in Fig. 12 dargestellt ist, besteht in einer Aufeinanderfolge von Phasenrampen 38 mit einer Gegenreaktionsperiode τcr und einer Höhe 2π.
Nach dem Durchqueren der Spule 10 eines der Interferometer Ii wird die zeitliche Entwicklung 36 der Gegenreaktionsphasenverschiebung Φcr um eine Dauer τ verschoben, wie in Fig. 12 dargestellt. Wenn mit a das Gefälle der Phasenrampen 38 bezeichnet wird, weist der Gegenreaktionsphasenunterschied δΦcr, der von den Modulatoren 7 erzeugt wird, somit eine derartige zeitliche Entwicklung 37 im Zeitimpuls auf, dass der Phasenunterschied δΦcr konstant gleich aτ ist, auf einen Additionsfaktor 2π genau.
Die auf diese Weise durchgeführte Regelung ermöglicht es, leicht von a oder direkter von der Abfallfrequenz der Phasenrampen 38 die Drehgeschwindigkeit S der entsprechenden Spule 10 abzuziehen.
Dieser Betrieb in geschlossener Schleife ist perfekt stabil, und die Interaktionen zwischen den Signalen, die von den jeweiligen Interferometern Ii kommen, insbesondere aufgrund ihrer Rückkehr zur Quelle 1, die letztgenannte moduliert, werden durch die Regelung ausgeglichen.
Obwohl die Auswahl einer Phasenverzerrung gleich π/2 besonders vorteilhaft ist, ist es möglich, jeden anderen Wert, der ein Nicht-Vielfaches von π ist, auszuwählen.
Andererseits ist es möglich, obwohl die Teilung der Periode Tm in Zeitintervalle δti derselben Dauer besonders praktisch ist, insbesondere aufgrund ihres Zusammenfallens mit der Uhrzeit Th, Zeitintervalle δti mit unterschiedlichen Dauern zu verwenden, wobei es im wesentlichen darum geht, eine Teilung der Periode Tm zu erzielen.
Es kann auch das Multiplexing durch zeitliche Versetzung mit komplexeren Modulationssystemen als dem als Beispiel angeführten kombiniert werden. So kann es vorteilhaft sein, es mit einer Modulation einzusetzen, nicht mehr in einem Zeitimpuls sondern mit vier Zuständen, was an sich bekannt ist. Typischerweise weist diese eine periodische Aufeinanderfolge der vier Phasenverzerrungen π/4, 3π/4, -3π/4, - π/4 auf, wobei dieser besondere Fall nicht einschränkend ist.
Bei den meisten Ausführungen sind die Durchgangszeiten τi in den Spulen 10 der Interferometer Ii nur annähernd gleich einer selben Durchgangszeit τ. Die Modulationszeit Tm wird nun gleich dem Doppelten 2τ dieser Durchgangszeit τ ausgewählt.
Die Unterschiede zwischen diesen Längen führen zu Verzerrungsfehlern, die eine große Schwierigkeit bei der Verwendung des mehrachsigen Drehkreisels 9 darstellen.
In einem Interferometer Ii mit einer Durchgangszeit τ und einem zugehörigen Modulator 7, der eine Verzerrungsphasenverschiebung Φm mit einer Periode Tm, die etwas größer als τ ist, und mit einer Amplitude π/4 anlegt, wobei eine eintreffende Welle dieser zeitlichen Entwicklung 70 der Phasenverschiebung Φm, wie in Fig. 13 dargestellt, unterworfen ist, ergibt sich am Ausgang der Spule 10 des Interferometers Ii eine Verzerrungsphasenverschiebung Φm (t - τ), deren zeitliche Entwicklung 71 um eine Dauer τ in bezug auf jene 70 der angelegten Phasenverschiebung Φm (t) verschoben ist.
Daraus ergibt sich, dass der Verzerrungsphasenunterschied δΦm, der am Ausgang des Interferometers Ii erhalten wird, eine zeitliche Entwicklung 72 aufweist, die einer Modulation mit der Periode Tm und der Amplitude π/2 entspricht, die um Null zentriert ist, wie in Abwesenheit eines Verzerrungsfehlers.
Jedoch zwischen den oberen Stufen 130 und den unteren Stufen 131, die die Modulation darstellen, treten Nullphasenverschiebungsstufen 132 mit einer Dauer (Tm/2)- τ auf. Daraus ergibt sich, dass die zeitliche Entwicklung 73 der Interferenzleistung aufgrund des Verzerrungsphasenunterschiedes δΦm nicht mehr, wie bei Abwesenheit eines Verzerrungsfehlers, eine stationäre Entwicklung mit einer Höhe P&sub0;/2 ist, die durch Leistungsspitzen 54 mit der Höhe P&sub0; mit dem Takt 2/Tm, sondern durch Zeit impulse 133 mit einer Dauer (Tm/2) - τ derselben Höhe und desselben Taktes wie die vorhergehenden Spitzen 54 unterbrochen ist, darstellt.
Eine solche Leistungsentwicklung 73 verfälscht nicht a priori die Richtigkeit der Messungen, die auf Basis der Sagnac-Phasenverschiebungen δΦs durchgeführt werden, welche für Drehgeschwindigkeiten S der Spulen 10 der Interferometer Ii repräsentativ sind. Es zählt nämlich nur der Unterschied zwischen zwei Signalen, die mit einer zeitlichen Versetzung um eine Halbperiode erhalten wurden, entsprechend dem Unterschied P(t) - P(t + Tm/2). Dieser Unterschied wird nicht durch die Zeitimpulse 133 der Entwicklung P(t) zugeteilt.
Leider ist in der Praxis das Quadratsignal nicht perfekt symmetrisch, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Anstiegs- und Abfallzeiten a priori unterschiedlich sind. Bei Vorhandensein einer solchen asymmetrischen Quadratmodulation zeigen die zeitlichen Entwicklungen 75, 76 und 77 der Interferenzleistungen, die in Fig. 14 dargestellt sind, Zeitimpulse 135, 136, 137 mit dem Takt 2/Tm auf.
Wenn die Modulationsperiode Tm gleich dem Doppelten 2τ der Durchgangszeit τ ist, lässt die zeitliche Entwicklung 76 der Leistung P Zeitimpulse 137 derselben Dauer d1 zu, wobei diese Dauer von der Asymmetrie der Modulation abhängt. Wenn die Modulationsperiode Tm größer als das Doppelte 2τ der Durchgangszeit τ ist, bewirkt die Asymmetrie der Modulation in der zeitlichen Entwicklung 75 der Interferenzleistung einen Wechsel von Zeitimpulsen 135 und 136 mit Dauern, die kleiner d&sub2; bzw. größer d&sub3; sind. Die Antwort lässt nun Tm/2Nicht mehr als Periode zu, und die erhaltenen Abweichungen verfälschen die Richtigkeit der Ergebnisse.
Ein gleichartiges Phänomen entsteht, wenn die Modulationsperiode Tm kleiner als das Doppelte 2τ der Durchgangszeit τ ist. Es ist nun bei der Frequenzentwicklung 77 der Interferenzleistung ein Wechsel von Zeitimpulsen 136 und 135 mit Dauern, die größer d&sub4; bzw. kleiner d&sub5; sind, zu beobachten.
Indem mit D die relative Frequenzabweichung in bezug auf die Eigenfrequenz 1/(2τ) der Spule 10 des Interferometers Ii bezeichnet wird, d. h. D = (1/Tm - 1/(2τ)). 2τ, wird gezeigt, dass die auf diese Weise erzeugte Verzerrung in Radian gleich 2πD ist. Nun beträgt die relative Änderung der Eigenfrequenz 1/(2τ) in Abhängigkeit von der Temperatur ungefähr 10 ppm pro Kelvin.
Es ergibt sich somit ein Fehler von ungefähr 10&supmin;³ rad auf den 100K spezifizierten Wärmebandes, was deutlich über dem gewünschten Wert von 10&supmin;&sup6; oder 10&supmin;&sup7; rad liegt.
Die nach der Modulation mit einer Periode Tm/2 erhaltenen Verzerrungsfehler sind im wesentlichen auf den Bereich von Zeitimpulsen 135, 136, 137 kurzer Zeitdauern d&sub1;, d&sub2;, d&sub3;, d&sub4;, d&sub5; konzentriert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung umfasst die elektronische Bearbeitungseinheit 11 eine periodische SignalbearbeitungsTor mit der Periode Tm/2. Diese Methode, die in Fig. 15 dargestellt ist, besteht somit darin, in der zeitlichen Entwicklung 83 der Interferenzleistung, die in der Bearbeitungseinheit 11 erhalten wird, Zeitintervalle mit einer Dauer d6 zu beseitigen, die eine periodische Tor 80 darstellen. Die Punkte für das Zeitsampling, die in der Bearbeitungseinheit 11 verwendet werden, werden somit außerhalb dieser Zeitintervalle ausgewählt.
Bei einem Multiplexing durch Löschen bei π oder durch zeitliche Versetzung treten die Spitzen 33, 35, die in den Antwortsignalen 32, 53, die von dem Photodetektor 2 erhalten wurden, vorhanden sind, in einem Takt von 6/ Tm auf. Die elektronische Bearbeitungseinheit 80, die für die Filterung der Verzerrungsfehler verwendet wird, weist somit eine Periode Tm/6 auf.
Allgemeiner gesagt, würde ein Multiplexing mit N Interferometern Ii eine Perioden- Tor Tm/N erfordern.
Obwohl dieses Tor effizient ist, kann es manche Fehler nicht verhindern. Insbesondere die Signale, die kein unendliches Abfallgefälle aufweisen, erfordern, dass die exponentiellen Verminderungen 81, die zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden und deren Höhe h&sub1; von der Gesamtleistung Ps abhängt, die von der Quelle ausgesandt wird, berücksichtigt werden, wie in Fig. 15 zu sehen ist. Die Samplingpunkte 82, die auf der zeitlichen Entwicklungskurve 83 der Leistung ausgewählt werden, weisen somit Werte auf, die durch die exponentiellen Verminderungen 81 verfälscht wurden.
Um diesen Effekt zu minimieren, ist es interessant, die Quelle 1 auf jeder der zeitlichen Spitzen 33, 55 zu löschen, um die Höhen h&sub1; der exponentiellen Verminderungen 81 möglichst zu reduzieren.
Dazu wird eine elektronische Modulationsschaltung 84, wie in den Übersichten der Fig. 16 und 17 dargestellt, durchgeführt. Diese elektronische Schaltung 84 besteht in einem logischen Tor 95, das mit einem geräuscharmen Stromgenerator 85 über einen Stromspiegel 97 gekoppelt ist. Das logische Tor 95 ist parallel mit einer Superlumineszenzdiode 96 verbunden, die als Lichtquelle 1 dient. Dieses logische Tor 95 ermöglicht es, eine U-Modulation 101 anzulegen, die die DSL 96 kurzschließt oder nicht. Die Stromversorgung erfolgt für diese Schaltung 95, 96 durch einen geräuscharmen Stromgenerator 85, der den Strom über einen Eingang 89 erhält.
Die Lichtstärke, die von der DSL 96 ausgesandt wird, hängt direkt von dem sie durchlaufenden Strom ab. Deshalb muss der Lärmpegel in dem Stromgenerator 85 gering gehalten werden. Typischerweise muss er geringer als 10 nA/ Hz auf dem Band 1 kHz-10 MHz für einen Strom von 80 mA gehalten werden, um unter dem Photonlärmpegel auf dem Photodetektor 2 zu bleiben.
Der geräuscharme Stromgenerator 85 umfasst einen Transistor NPN 87, bestehend aus einem Eingang 89 zur Stromversorgung, einem Anschluss 102 und einem Aus gang 93, der zu dem Stromspiegel 97 führt, indem er einen Messwiderstand 91 durchläuft.
Ein Endgehäuse 92 ist parallel an den Widerstand 91 angeschlossen, um am Ausgang 94 des Endgehäuses 92 die Spannung Ur zu erhalten, die an die Widerstandsklemmen 91 angelegt wurde. Dieser Ausgang 94 ist mit einem Vergleicher 90 verbunden, der einen Eingang 88 umfasst, der es ermöglicht, eine Sollspannung anzulegen. Der Unterschied zwischen der Sollspannung und der Widerstandsspannung Ur wird von dem Vergleicher 90 an einen Integrator 86 übertragen. Dieser führt zum Anschluss 102 des Transistors 87.
Während des Betriebs wird der Strom mit der Stärke I, der zu der DSL 96 gerichtet ist, mit Hilfe des Widerstandes 91 gemessen, der die Spannung Ur erzeugt. Diese Spannung wird mit dem Sollwert verglichen, der in den Vergleicher 90 eingegeben wurde, und der Unterschied zwischen den beiden Pilotspannungen des Integrators 86, der auf den Transistor 87 reagiert, kann den Wert I des Stroms regeln.
Die Grenzfrequenz dieser Regelung ist gering, um den Lärm zu minimieren, allerdings ausreichend, um eventuelle thermische Abweichungen der Komponenten auszugleichen. Der Transistor 87 liefert den Strom an den Widerstand 91 und isoliert ihn gleichzeitig von der Versorgung. Der Lärm dieser Versorgung wird auf diese Weise gefiltert. Die Praxis zeigt, dass Lärmpegel von weniger als 1 nA/ Hz auf dem Band 1 kHz -10 MHz für solche Schaltungen erreicht werden.
Die Verwendung des logischen Tores 95 ermöglicht es, sehr kurze Anstiegszeiten zu erhalten, die kleiner als 10 ns sind, um die Versorgungen sehr wenig zu stören. Falls nämlich ein perfekter Stromgenerator vorhanden ist, ist der von der Versorgung abgegebene Strom konstant unabhängig von dem Zustand der Tor 95.
Jedoch diese Schaltung kann nicht mit einem geräuscharmen Generator 85 verwendet werden, da die Laständerungen, die von der Modulation 101 hervorgerufen werden, den Stromgenerator 84 stören.
Um diese Schwierigkeit der Laständerung bei der Modulation 101 zu überwinden, wird der Stromspiegel 97 verwendet. Dieser ist mit dem Widerstand 91 von einem Punkt A aus verbunden. Sein Interesse besteht darin, dass die Last vom Funkt A aus gesehen fest ist, unabhängig von jeder Modulation.
Der Stromspiegel 97 umfasst zwei Transistoren PNP 98 und 99, die jeweils zwei Eingänge 103 und 104, zwei Ausgänge 143 und 144 und zwei Anschlüsse 141 und 142, die miteinander verbunden sind, umfassen. Der Eintrittsdraht 140 in den Stromspiegel 97 kommend von Punkt A teilt sich in die Hälfte, um zu den Eingängen 103 und 104 der Transistoren 98 und 99 zu gelangen. Der Ausgang 143 des Transistors 98 ist mit einem Widerstand 100 verbunden, der geerdet 144 ist. Der Ausgang 144 des zweiten Transistors 99 seinerseits ist mit der Quellenmodulationsschaltung 95, 96 verbunden. Ein Draht 182 schließt die Verbindung der Anschlüsse 141, 142 der Transistoren 98 und 99 an den Ausgang 143 des Transistors 98 an.
Während des Betriebs weist der von dem Transistor 98 und dem Widerstand 100 gebildete Zweig eine feste Last auf, da der Transistor 98 wie eine Diode montiert ist, wobei die beiden Transistoren 98 und 99 gleichwertig sind. Da die Basisspannungen der beiden Transistoren 98 und 99 gleichwertig sind, ist der Strom am Ausgang 144 des Transistors 99 in Richtung der Quellenmodulationsschaltung 95, 96 identisch mit jenem am Ausgang 143 des Transistors 98, der zu dem Widerstand 100 gerichtet ist, unabhängig von der Last in dem Zweig, der die Schaltung 95, 96 enthält.
Ein eintreffender Strom mit der Stärke I, der zu dem Stromspiegel 97 von dem Punkt A gelangt, teilt sich somit in zwei Ströme mit der Stärke I/2 auf, die zu dem Widerstand 100 bzw. der Schaltung 95, 96 gerichtet sind.
Das Vorhandensein des Stromspiegels 97 zwischen den Quellenmodulationsvorrichtungen 95, 96 und dem geräuscharmen Stromgenerator 85 ermöglicht es somit, eine sehr geräuscharme Lichtquelle 1, die rasch modulierbar ist, zu erhalten. Auf diese Weise wird die Störstrahlung an den Versorgungen aufgrund der Modulation des Generators 85 vermieden.
Mit dieser elektronischen Modulationsschaltung 84 ist festzustellen, dass der Lärmpegel von der an die DSL 96 angelegten Modulation 101 unabhängig ist. Es ist auch festzustellen, dass die durch die DSL 96 durchlaufende Stromstärke typischerweise eine Anstiegszeit von ungefähr 20 ns bei einem Zeitimpuls mit einer Höhe von 80 mA aufweist. Da die elektro-optischen Erscheinungen deutlich rascher sind als die elektronischen, weist die von der DSL 96 gelieferte optische Leistung dasselbe Profil wie der Strom auf, der sie durchfließt.
Nach demselben Prinzip, wie dem vorher erwähnten, ist es möglich, alle Arten von anderen optischen mehrachsigen Drehkreiseln auszuführen, die identische Multiplexing-Verfahren verwenden.
Insbesondere nach einer alternativen Ausführungsart des optischen mehrachsigen Drehkreisels, die in Fig. 18 dargestellt ist, wird die Verwendung von N Interferometern Ii vorgesehen. Dieser optische Drehkreisel 108 umfasst eine Lichtquelle 1, einen Photodetektor 2 und Interferometer Ii , die jeweils, wie bei der ersten Ausführungsart, optische Y-Verbindungen 6, Faserspulen 10 aufweisen und mit Modulatoren 7 versehen sind.
Bei dieser alternativen Ausführungsart wird ein einziger Koppler 105 mit N Eingangstore 106, 107 und N Ausgangstore 109 verwendet, wobei ein Eingangstor 106 mit der Quelle 1 verbunden ist, und die N - 1 anderen 107 mit dem Photodetektor 2, und wobei die n Ausgangstore 109 jeweils mit den Interferometern Ii verbunden sind.
Die Anzahl von Interferometern Ii kann auch größer als drei gewählt werden, wobei ausschließlich Koppler 2 · 2 verwendet werden. Die ausschließliche Verwendung von Kopplern 2 · 2 ermöglicht es nämlich, die Polarisation des Lichts beizubehalten.
Eine weitere Ausführungsart des erfindungsgemäßen optischen Drehkreisels, die in Fig. 19 dargestellt ist, betrifft somit einen Drehkreisel mit vier Messachsen.
Der Drehkreisel 114 nach dieser anderen Ausführungsart umfasst eine Lichtquelle 1, einen Photodetektor 2 und vier Interferometer Ii , die dieselben Komponenten wie vorher umfassen.
Der Drehkreisel 114 umfasst drei Koppler ¹/&sub2;, ¹/&sub2;, 145, 146 und 147. Ein erster Koppler 145 weist ein Eingangstor 148 auf, das mit der Quelle 1 verbunden ist, und ein Eingangstor 149, das mit dem Photodetektor 2 verbunden ist. Eine erste seiner Ausgangstore 150 ist mit einem zweiten Koppler 146 verbunden, und das zweite seiner Ausgangstore 151 ist mit dem dritten Koppler 147 verbunden. Die Koppler 146 und 147 sind symmetrisch in bezug auf die Schaltung angeordnet.
Ein Eingangstor 152 des Kopplers 146 ist mit dem Ausgangstor 150 des ersten Kopplers 145 verbunden, das zweite Eingangstor 153 des zweiten Kopplers 146 ist mit dem Photodetektor 2 verbunden. Die beiden Ausgangstore 154 und 155 des zweiten Kopplers 146 sind jeweils mit zwei Interferometern I&sub1; und I&sub2; verbunden. Was den dritten Koppler 147 betrifft, sind ein Eingangstor 156 mit der Ausgangstor 151 des ersten Kopplers 145, ein Eingangstor 157 mit dem Photodetektor 2 und die beiden Ausgangstore 158 und 159 jeweils mit den beiden anderen Interferometern I&sub3; und I&sub4; verbunden.
Die Ausführung dieser Schaltung ist derart, dass die zu den vier Interferometern Ii gelangenden Leistungen identisch sind, und dass die von dem Photodetektor 2 von diesen Interferometern Ii erhaltenen Signale ausgeglichen sind.
Die beiden vorher beschriebenen Multiplexingarten sind direkt auf diesen erfindungsgemäßen Drehkreisel 114 anwendbar.
Zusätzlich zu den zahlreichen Möglichkeiten, die durch die Herstellung eines Drehkreisels nach dem Basisprinzip der Erfindung geboten werden, ist es möglich, mehrere dieser Drehkreisel zu koppeln oder sie mit anderen Drehkreiseln anderer Typen zu verbinden.
Eine mögliche Technik, die in Fig. 20 dargestellt ist, besteht in einem Drehkreisel 115, der zwei Drehkreisel mit je zwei Messachsen gemäß der vorhergehenden Beschreibung kombiniert. Diese Ausführung mit vier Messachsen umfasst somit zwei Lichtquellen 110 und 111, zwei Photodetektoren 112 und 113 und vier Interferometer Ii.
Der Drehkreisel 115 umfasst drei Koppler 2 · 2, 160, 161 und 162, wobei die Koppler 160 und 161 eine symmetrische Rolle spielen. Ein Versorgungskoppler 162 weist zwei Eingangstore 163 und 164 auf, die jeweils mit den Lichtquellen 110 und 111 verbunden sind. Seine Ausgangstore 165 und 166 sind mit den Eingangstoren 167 bzw. 171 der beiden anderen Koppler 160 und 161 verbunden. Der erste Koppler 160 zur Verbindung mit den Interferometern Ii weist ein Eingangstor 167 auf, das mit dem Ausgangstor 165 des Kopplers 162 verbunden ist, wobei sein zweites Eingangstor 168 mit dem ersten Photodetektor 112 und seine beiden Ausgangstore 169 und 170 mit zwei der Interferometer I&sub1; bzw. I&sub2; verbunden sind. Der zweite Koppler 161 zur Verbindung mit den Interferometern Ii weist ein Eingangstor 171 auf, das mit dem Ausgangstor 166 des Kopplers 162 verbunden ist, wobei sein zweites Eingangstor 172 mit dem zweiten Photodetektor 113 und seine beiden Ausgangstore 173 und 174 mit den beiden anderen Interferometern I&sub3; bzw. I&sub4; verbunden sind.
Die Verwendung eines Kopplers ¹/&sub2;, ¹/&sub2; ermöglicht es ebenfalls, die an die Interferometer Ii gesandten und von den Photodetektoren 112, 113 von diesen Interferometern Ii erhaltenen Energien auszugleichen.
In Bezug auf die vorhergehende Ausführungsart erfordert dieser nicht mehr eine, sondern zwei elektronische Bearbeitungseinheiten. Die beiden vorher beschriebenen Multiplexingarten sind perfekt auf getrennte Weise auf die Interferometereinheiten I&sub1;, I&sub2; einerseits und I&sub3; und I&sub4; andererseits anwendbar.
Somit ergibt sich ein Multiplexingschema zwei und zwei mit Redundanz.

Claims

1. Verfahren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten (S) in bezug auf N Achsen, wobei N mindestens gleich 2 ist, unter Verwendung eines Interferenzkreisels (9) mit optischer Faser (3), bestehend aus N Interferometern Ii in Sagnac- Ring-Form, zwei Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, wobei die Ausbreitungszeit der Wellen zwischen ihrer Trennung und ihrer Wiedervereinigung τi ist, wobei die den Interferometern Ii zugeordneten Zeiten τi im wesentlichen gleich einer gemeinsamen Durchgangszeit τ sind, wobei das Verfahren darin besteht, daß:

- Signale von einer gemeinsamen Lichtquelle (1) zu der Gesamtheit der Interferometer Ii ausgesandt werden:

- diese Signale nach dem Durchqueren der Interferometer Ii in einem gemeinsamen Photodetektor (2) erfaßt werden;

- durch Phasenmodulatoren (7) gesteuerte Modulationsphasenunterschiede δφc,i zwischen den Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, erzeugt werden;

- die Modulatoren (7) gesteuert werden, Signale, die von dem Photodetektor (2) kommen, einem Demultiplexing und einer Demodulation unterzogen werden, und die Drehgeschwindigkeiten (S) der Interferometer Ii durch eine Bearbeitungseinheit (11) entnommen werden;

wobei die von der Quelle (1) ausgesandten Signale zu der Gesamtheit der Interferometer Ii sodann zu dem Photodetektor (2) im wesentlichen gleichzeitig gelangen,

dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Modulationsphasenunterschiede δφc,i , die von den Modulatoren (7) erzeugt werden, Verzerrungskomponenten δφm,i (43, 45, 46) mit einer gemeinsamen Modulationszeit Tm, die im wesentlichen gleich dem Doppelten 2τ der gemeinsamen Durchgangszeit τ ist, und eine gemeinsame Amplitude, die gleich einer Phasenverzerrung ist, die ein Nicht- Vielfaches von π ist, umfassen, wobei der Wert jeder Verzerrungskomponente δφm,i zu einem Zeitpunkt t jenem der Komponenten zu dem Zeitpunkt t + Tm/2 entgegengesetzt ist, wobei jede Halbperiode Tm/2 in mindestens N Zeitintervalle δti unterteilt wird, und daß die Verzerrungskomponente δφm,i (42, 45, 46), die jedem Interferometer Ii zugeordnet ist, zu Beginn eines unterschiedlichen Zeitintervalls δti das Vorzeichen ändert, so daß ein Signal, das zu der Bearbeitungseinheit (11) gelangt, gleichzeitig von Sagnac-Phasenverschiebungen δφs,i betroffen ist, die für die Drehgeschwindigkeiten (5) der Gesamtheit der Interferometer Ii repräsentativ sind und sich zu den Modulationsphasenunterschieden δφc,i hinzufügen, wobei diese Sagnac-Phasenverschiebungen δφs,i von der Bearbeitungseinheit (11) durch ein Sampling des Signals an den N Zeitintervallen δti entnommen werden.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Demultiplexing und die Demodulation dieser Signale, die von dem Photodetektor (2) kommen, durch eine elektronische Demultiplexing- und Demodulationsschaltung (65) der Bearbeitungseinheit (11) Demultiplexing- und Demodulationssignale Di mit gleichen Perioden wie die gemeinsame Modulationsperiode Tm angelegt werden, derart, daß das Demultiplexing- und Demodulationssignal Di , das jedem der Interferometer Ii zugeordnet ist, 1 beträgt auf dem entsprechenden Zeitintervall δti der Vorzeichenänderung, 0 beträgt von dem folgenden Intervall δti+1 zum folgenden (N - 2). Intervall δtN+i-2, 1 beträgt auf dem folgenden (N-1). Intervall δtN+i-1, -1 beträgt auf dem folgenden N. Intervall δtN+i, 0 beträgt von dem folgenden (N + 1). Intervall δtN+i+1 zum (2N - 2). Intervall δt2N+i-2, und -1 beträgt auf dem folgenden (2N - 1). Intervall δt2N+i-1.

3. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Modulationsphasenunterschied δφc,i, der in jedem Interferometer Ii von den Modulatoren (7) erzeugt wird, hergestellt wird, indem gleichzeitig eine gleiche gesteuerte Modulationsphasenverschiebung φc,i an beide Gegenausbreitungswellen, die sich in dem Interferometer Ii ausbreiten, angelegt wird, daß sich diese Gegenausbreitungswellen nach einer zeitlichen Verschiebung, die gleich der Durchgangszeit τ ist, wieder vereinigen, daß die Phasenverschiebung φc,i den Phasenunterschied δφc,i bestimmt, daß die Modulationsphasenverschiebung φc,i eine Verzerrungskomponente φm,i (40) mit einer Periode gleich der Modulationsperiode Tm umfaßt, daß die Verzerrungskomponente φm,i (40) die Summe eines Schwingungsterms φo,i und eines konstanten Verschiebungsterms φd,i ist, daß der Wert des Schwingungsterms φo,i zu einem Zeitpunkt t jenem zum Zeitpunkt t + Tm/2 entgegengesetzt ist und daß wobei der Schwingungsterm φo,i eine Amplitude gleich der Hälfte der Verzerrungsphase aufweist und zu Beginn des Zeitintervalls δti, der dem Interferometer Ii entspricht, das Vorzeichen ändert.

4. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverzerrung gleich π/2 ist.

5. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle δti gleich sind und 1/N von der Modulationsperiode Tm/2 betragen.

6. Meßverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal, das zu der Bearbeitungseinheit (11) gelangt, angelegt wird und daß ein periodisches Signalbearbeitungstor (80), das in einer Amplitudenmodulation mit einer Torperiode gleich 1/(2N) der Modulationsperiode Tm besteht, dieses Signal während eines Teils jeder Torperiode, der auf einen der Zeitintervalle δti zentriert ist, unverändert läßt und es während des anderen Teils (ds) dieser Periode löscht, so daß die Störeffekte (135, 136, 137) aufgrund der Abweichungen zwischen der Halbmodulationsperiode Tm/2 und den Eigenperioden τi der Interferometer Ii gemildert werden.

7. Meßverfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein von der Quelle (1) ausgesandtes Signal durch eine elektronische Modulationsschaltung (85), die mit der Quelle (1) verbunden ist, eingewirkt wird, daß diese Schaltung (85) an das Signal eine sequentielle Löschung mit einer Löschperiode gleich 1/(2N) der Modulationsperiode Tm anlegt, so daß die Störeffekte (81, 82) aufgrund der Abweichungen zwischen der Halbmodulationsperiode Tm/2 und den Eigenperioden τi der Interferometer Ii gemildert werden.

8. Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Interferometer Ii eine eventuelle Sagnac-Phasenverschiebung δφs,i aufgrund einer Drehung des Interferometers Ii, die zu der Verzerrungskomponente δφm,i des zugehörigen gesteuerten Modulationsphasenunterschiedes δφc,i hinzukommt, durch eine Gegenreaktionskomponente δφcr,i des Modulationsphasenunterschiedes δφc,i ausgeglichen wird und daß die Summe δφs,i + δφcr,i der Sagnac-Phasenverschiebung δφs,i und der Gegenreaktionskomponente δφcr,i konstant auf Null gesteuert wird, so daß die Drehungen der Interferometer Ii von den Gegenreaktionskomponenten δφcr,i abgeleitet werden.

9. Interferenzkreisel (9) mit optischer Faser (3), der die Messung von Drehgeschwindigkeiten (S) in bezug auf N Achsen ermöglicht, wobei N mindestens gleich 2 ist, bestehend aus:

- N Interferometern Ii in Sagnac-Ring-Form, wobei sich zwei Gegenausbreitungswellen in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, die Ausbreitungszeit der Wellen zwischen ihrer Trennung und ihrer Wiedervereinigung eine Durchgangszeit τi ist und die den Interferometern Ii zugeordneten Zeiten τi im wesentlichen gleich einer gemeinsamen Durchgangszeit τ sind,

- einer gemeinsamen Lichtquelle (1),

- einem gemeinsamen Photodetektor (2),

- Phasenmodulatoren (7), die gesteuerte Modulationsphasenunterschiede δφc,i zwischen den Gegenausbreitungswellen, die sich in jedem der Interferometer Ii ausbreiten, erzeugen,

- einer Bearbeitungseinheit (11), die die Modulatoren (7) steuert, die Signale, die von dem Photodetektor (2) kommen, empfängt, diese einem Demultiplexing und einer Demodulation unterzieht, und die Drehgeschwindigkeiten (S) der Interferometer Ii liefert,

dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulatoren derart ausgeführt sind, daß sie die gesteuerten Modulationsphasenunterschiede δφc,i erzeugen, so daß sie Verzerrungskomponenten δφm,i (43, 45, 46) mit einer gemeinsamen Modulationszeit Tm, die im wesentlichen gleich dem Doppelten 2τ der gemeinsamen Durchgangszeit τ ist, und eine gemeinsame Amplitude umfassen, die gleich einer Phasenverzerrung ist, die ein Nicht-Vielfaches von π ist, wobei der Wert jeder Verzerrungskomponente δφm,i zu einem Zeitpunkt t jenem der Komponente zu dem Zeitpunkt t + Tm/2 gegenübersteht, wobei jede Halbperiode Tm/2 in mindestens N Zeitintervalle δti unterteilt wird, und daß der Modulator (7) jedes Interferometers Ii eine Vorzeichenänderung der Verzerrungskomponente δφm,i zu Beginn eines unterschiedlichen Zeitintervalls δti erzeugt, so daß ein Signal, das zu der Bearbeitungseinheit (11) gelangt, gleichzeitig von Sagnac-Phasenverschiebungen δφs,i betroffen ist, die für die Drehgeschwindigkeiten (S) der Gesamtheit der Interferometer Ii repräsentativ sind und sich zu den Modulationsphasenunterschieden δφc,i hinzufügen, wobei diese Sagnac-Phasenverschiebungen δφs,i von der Bearbeitungseinheit (11) durch ein Sampling des Signals an den N Zeitintervallen δti entnommen werden.

10. Kreisel (9) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einheit von Kopplern (4, 5) umfaßt, die die Quelle (1), den Photodetektor (2) und die Interferometer Ii verbinden, daß diese Einheit von Kopplern (4, 5) N Eingangstoren (120, 121, 125) und N Ausgangstoren (122, 126, 127) aufweist, daß ein Eingangstor (120) mit der Quelle (1) und N-1 Eingangstoren (121, 125) mit dem Photodetektor (2) verbunden sind und daß N Ausgangstore (122, 126, 127) jeweils mit den Interferometern Ii verbunden sind.

11. Kreisel (108) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er einen einzigen Koppler (105) umfaßt, der N Eingangstore (106, 107) und N Ausgangstore (109) umfaßt.

12. Kreisel (9, 114) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppler (4, 5, 145, 146, 147) jeweils zwei Eingangstore (120, 121, 124, 125, 148, 149, 152, 153, 156, 157) und zwei Ausgangstore (122, 123, 126, 127, 150, 151, 154, 155, 158, 159) umfassen und eine verzweigte Einheit bilden.

13. Kreisel (108) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Interferometer (I&sub1;, I&sub2;) und einen Koppler (105) umfaßt, wobei der Koppler (105) 1/2, 1/2 eine auf ein erstes, mit der Quelle (1) verbundenes Eingangstor (106) eintreffende Leistung in zwei Leistungen teilt, die jeweils an die beiden Ausgangstore (109), die mit den beiden Interferometern (I&sub1;, I&sub2;) verbunden sind, übertragen werden, wobei jede Leistung gleich der Hälfte der eintreffenden Leistung ist, so daß die beiden Interferometer (I&sub1;, I&sub2;) jeweils eine selbe Lichtleistung empfangen und die von den Interferometern (I&sub1;, I&sub2;) ausgesandten und von dem Photodetektor (2) empfangenen Signale ausgeglichen sind.

14. Kreisel (9) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er drei Interferometer (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;) und zwei Koppler (4, 5) umfaßt, wobei ein erster (4) dieser Koppler zwei Eingangstore (120, 121) aufweist, die jeweils mit der Quelle (1) und dem Photodetektor (2) verbunden sind, ein Ausgangstor (122), das mit einem ersten der Interferometer (I&sub1;) verbunden ist, und ein weiteres Ausgangstor (123), das mit einem ersten Eingangstor (124) des zweiten Kopplers (5) verbunden ist, daß der zweite Koppler (5) 1/2, 1/2 ein zweites Eingangstor (125) aufweist, das mit dem Photodetektor (2) verbunden ist, und daß die Ausgangstore (126, 127) jeweils mit den beiden anderen Interferometern (I&sub2;, I&sub3;) verbunden sind, daß der erste Koppler (4) 1/3, 2/3 eine Leistung, die auf das mit der Quelle verbundene Eingangstor (120) trifft, in eine erste Leistung, die auf das Ausgangstor (122), das mit dem ersten Interferometer (I&sub1;) verbunden ist, übertragen wird und gleich einem Drittel der eintreffenden Leistung ist, und in eine zweite Leistung teilt, die auf das Ausgangstor (123), das mit dem ersten Eingangstor (124) des zweiten Kopplers (5) verbunden ist, übertragen wird und gleich zwei Drittel der eintreffenden Leistung ist, so daß die drei Interferometer (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;) jeweils eine gleiche Lichtleistung empfangen und die von den Interferometern ausgesandten und von dem Photodetektor (2) erhaltenen Signale ausgeglichen sind.

15. Kreisel (9, 108, 114) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Polarisatoren zwischen den Kopplern und den Interferometern Ii angeordnet sind.

16. Kreisel (9, 108, 114) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er mit anderen Kreiseln gekoppelt ist.

17. Kreisel (108) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem zweiten Kreisel (108), der einem der vorhergehenden Ansprüche enspricht, mit Hilfe eines Kopplers (162) gekoppelt ist, der zwei Eingangstore (163, 164) und zwei Ausgangstore (165, 166) umfaßt, daß die beiden Eingangstore (163, 164) jeweils mit den beiden Lichtquellen (110, 111) der Kreisel (108) verbunden sind und daß die beiden Ausgangstore (165, 166) jeweils mit den beiden Kreiseln (108) verbunden sind und ihnen optische Signale senden.