WO1990012286A1 - Ringlaserkreisel - Google Patents

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WO1990012286A1
WO1990012286A1 PCT/EP1990/000307 EP9000307W WO9012286A1 WO 1990012286 A1 WO1990012286 A1 WO 1990012286A1 EP 9000307 W EP9000307 W EP 9000307W WO 9012286 A1 WO9012286 A1 WO 9012286A1
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WO
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ring laser
photodiodes
phase
voltage divider
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP1990/000307
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karin Hilpert-Wunderle
Klaus Hilpert
Original Assignee
Teldix Gmbh
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Publication date
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Publication of WO1990012286A1 publication Critical patent/WO1990012286A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • 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
    • G01C19/66—Ring laser gyrometers
    • G01C19/661—Ring laser gyrometers details
    • G01C19/662—Ring laser gyrometers details signal readout; dither compensators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers
    • H01S3/0835—Gas ring lasers

Definitions

  • the invention relates to a ring laser gyro according to the features of the preamble of the independent claims 1 and 2.
  • the interference fringe patterns generated from the two rotating light beams on an output prism are extracted from two e.g. Arranged directly on the ⁇ uskoppelprisma arranged photodiodes.
  • the distance between the photodiodes on the coupling coupling prism is the interference fringe distance. This results in two sinusoidal signals that are phase-shifted from one another by 90 °.
  • the direction of movement of the interference fringe patterns passing through the coupling coupling prism corresponds to the direction of rotation, the speed of movement corresponds to the rate of rotation of the gyroscope.
  • the object of the invention is to increase the resolution and thus the measurement accuracy of a ring laser gyroscope with simple means.
  • n photodiodes are arranged on the coupling-out prism of the ring laser gyroscope in the region of half an interference fringe spacing at equal distances from one another.
  • the resolution of the laser gyro output signal is doubled.
  • the resolution can be quadrupled by arranging eight photodiodes on the coupling coupling prism in such a way that the distance between two neighboring photodiodes is 1/16 of the interference fringe spacing. This quadruples the number of zero crossings of the laser gyro output signal.
  • a phase correction circuit is connected downstream of the photodiodes.
  • the phase correction circuit enables a correction of all photodiode output signals.
  • the photodiode arrangements are glued onto the coupling coupling prism. During the curing of the adhesive, the photodiode arrangement is slightly misaligned by the curing process, so that the output signals of the photodiodes have an incorrect phase angle with respect to one another.
  • the phase correction circuit By means of the phase correction circuit, the output signals of the photodiodes, which are shifted in percentage by the same amount and in the same direction, are adjusted to the correct value.
  • the phase correction circuit essentially consists of an inverter which is fed back with an adjustable voltage divider and further n-1 fixed voltage dividers.
  • the output signals of the photodiodes are connected to the inverter or to the voltage divider.
  • An evaluation circuit is connected downstream of the phase correction circuit.
  • the evaluation circuit contains n / 2 first EXOR elements, n / 4 second EXOR elements, n / 8 third EXOR elements, etc. until only two output signals are formed.
  • the first EXOR elements are each supplied with two signals that are 90 ° out of phase with each other.
  • the output signals of the first EXOR elements are fed to the second EXOR elements, these in turn being shifted in phase by 90 ° with respect to one another.
  • the third, and, if available, further following EXOR elements are likewise each supplied with two output signals of the upstream EXOR elements which are shifted by 90 ° relative to one another.
  • the number of EXOR stages results from the number of upstream photodiodes and thus the desired resolution.
  • the last EXOR stage consists of two EXOR elements, the output signals of which contain both angle increment and direction of rotation information.
  • At least two photodiodes arranged at 90 ° out of phase are present on the coupling coupling prism.
  • a 180 ° signal is generated from the 0 ° signal by an evaluator. If the photodiodes are inaccurately adjusted, the 90 ° signal is corrected by a phase correction circuit. A small proportion of the 0 ° or 180 ° signal is added to the misaligned 90 ° signal.
  • the output signals of these photodiodes and the 180 ° signal are switched to a voltage divider with n resistors to increase the resolution. With a certain ratio of the resistances to one another, the voltage divider generates output signals at its outputs which are shifted in phase by the same amount.
  • the phase correction circuit essentially consists of two voltage dividers.
  • the output signal to be corrected in phase is fed to the first voltage divider of the photodiode arranged at approximately 90 ° of the interference fringe spacing.
  • the other point of the first voltage divider is tapped off by a second voltage divider excited by the output signal of the photodiode arranged at 0 ° and 180 ° of the interference fringe spacing. connected.
  • the exact 90 ° output signal of the phase correction circuit obtained by superposition as in the first embodiment is taken from the tap of the first voltage divider.
  • the resolution of the output signal of the ring laser gyro can be determined in this second embodiment by the number of resistors arranged in the voltage divider.
  • the output signals of the voltage divider are fed via an Schmitt trigger to an evaluation circuit which, depending on the number of signals present, can be constructed in the same way as the evaluation circuit used in the first embodiment.
  • the second voltage divider can also be excited by the signal of a photodiode arranged at 0 ° of the interference strip spacing and by its inverted signal.
  • FIG. 2 shows a sinusoidal interference signal with a photodiode arrangement for increasing the resolution
  • FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment with 90 ° phase correction and the increase in resolution by means of voltage dividers
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a phase correction circuit for one
  • FIG. 7 shows the output signals of a voltage divider or a photodiode arrangement, corresponding to the second embodiment according to the invention, before the rectangular conversion by the Schmitt trigger stage, the input signals of the evaluation circuit according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows the signal processing of the input ignale 7 with an evaluation circuit corresponding to FIG. 6.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a ring laser gyroscope with the parts essential for this invention, such as the glass ceramic base body 1, the anodes 2, 14, the gas-filled bores 3, 7, 12 for the light beams 4, 13, rotating in opposite directions.
  • the photodiode arrangement 11 can consist of a multiplicity (s) of photodiodes or of two or three photodiodes.
  • FIG. 2 shows a sinusoidal interference signal with a photodiode arrangement according to the first embodiment according to the invention for increasing the resolution.
  • the photodiode arrangement 11 is arranged in the first half of the sinusoidal interference fringes.
  • Eight photodiodes have been selected to increase the resolution of the gyro signal. A further increase in resolution by, for example, doubling the eight photodiodes is possible without any problems.
  • the photo diodes are arranged at regular intervals (22.5 c ) from one another.
  • the first photodiode is 0 °, the second 22.5 °, the third 45 ° etc.
  • the eighth photodiode which serves to increase the resolution of the gyro signal, is arranged at 157 ° of the interference signal.
  • a ninth photodiode is 180 °.
  • the ninth photodiode is used to adjust the photodiode arrangement 11.
  • FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment according to the second embodiment of the invention.
  • two photodiodes are arranged on the coupling coupling prism of the ring laser gyroscope.
  • the photodiodes supply the two signals 0 ° and »90 ° phase-shifted relative to one another by approximately 90 ° to the input terminals A, B of this circuit.
  • the 0 ° signal is fed to excite a voltage divider 19 consisting of eight resistors via an amplifier 16 and an inverter 17.
  • the signal which is phase-shifted by ⁇ 90 ° with respect to the 0 ° signal, together with the two further outputs of the amplifier 16 and the inverter 17, is due to a 90 ° phase correction 18 (FIG. 5).
  • the phase-shifted signal of the photodiode arranged at approximately 90 ° of the interference signal is set exactly to 90 ° and used as an input signal of the following voltage divider 19a.
  • the voltage divider 19a which is further excited on one side with a 0 ° signal and on the other side with a 90 ° signal, supplies four signals A to D, each phase-shifted by 22.5 ° relative to one another, with a certain resistance ratio ° signal and the 180 ° signal generated by the voltage divider 19b, the signals E to H.
  • the signals A to H are applied to the inputs of the eight Schmitt triggers 20.
  • the Schmitt triggers 20 are used to convert the signals to sine-rectangles.
  • the outputs of the Schmitt trigger 20 are connected to the inputs of the evaluation circuit (FIG. 6).
  • phase correction circuits for both versions in more detail.
  • 4 is used for phase correction of, in this simplified case, only four photodiodes arranged on the photodiode arrangement 11 in accordance with the first embodiment of the invention.
  • 5 is used for phase correction of the 90 ° signal of the photodiode arranged at ⁇ 90 ° of the interference signal in accordance with the second embodiment of the invention.
  • the signal of the photodiode arranged at 0 ° of the interference signal is also used via an inverter 31 to excite the voltage divider 32.
  • the other points 28, 29, 30 of the voltage divider 21, 22, 23 are connected together and led to the tap of the voltage divider 32.
  • the signals corrected in phase are picked up at the voltage divider connections 33, 34, 35.
  • a signal with 0 ° or 180 ° and adjustable amplitude can be taken off by tapping the voltage divider 32 and the phase-shifted signals be overlaid.
  • phase correction is made possible by the fact that it can be assumed that all the photodiodes on the photodiode arrangement 11 are phase-shifted in the same direction by a percentage equal amount. Should this e.g. If individual photodiodes are arranged on the coupling coupling prism 10, if this is not the case, then a single phase correction must be carried out, for example according to FIG. 5.
  • the output signals 0 ° and K 90 ° of the photodiodes arranged at 0 ° and 90 ° of the interference signal on the coupling coupling prism 10 are led to the inputs 36, 38 of the voltage dividers 37, 39.
  • the signal of the 0 ° photo diode additionally inverted by an inverter 17 (FIG. 3) excites the other side of the voltage divider 39.
  • the other side of the voltage divider 37 is connected to the tap 41 of the voltage divider 39 connected.
  • the phase corrected signal is taken from the voltage divider terminal 42.
  • the evaluation circuit shown in FIG. 6, for example, can be used for both embodiments according to the invention.
  • the example shown is provided for the exemplary embodiments in which the high resolution is achieved by eight photodiodes on the coupling coupling prism 10 or by eight resistors in the voltage dividers 19a and 19b.
  • the evaluation circuit contains four first EXOR elements 43. These first EXOR elements 43 are supplied with signals that are exactly 22.5 ° out of phase (FIGS. 8, A to H), with each individual EXOR element being connected to the two inputs there are two signals shifted 90 ° relative to each other.
  • the output signals (Fig.
  • the output signals (FIG. 8, N, 0) of the following EXOR elements 44 contain the angular increment and the direction of rotation of the ring laser gyro.
  • the angular increment is contained in the number or pulses of the signals present at the output of the EXOR elements 44.
  • the direction of rotation can be recognized by which of the two signals leads or lags the other.
  • the evaluation circuit can be expanded for even higher resolutions, for example by doubling the number of signals supplied and the number of EXOR elements. In this case there are eight first, four second and two third EXOR elements. Reference list

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Abstract

Es wird ein Ringlaserkreisel vorgeschlagen, bei dem zur Auflösungssteigerung des Ausgangssignals entweder die Anzahl der auf dem Auskoppelprisma angeordneten Fotodioden erhöht wird oder durch einen Spannungsteiler eine Vielzahl von gegeneinander phasenverschobenen Signalen erzeugt werden.

Description

Ringlaserkreisel
Die Erfindung betrifft einen Ringlaserkreisel entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 2.
Bei Ringlaserkreiseln nach dem Stand der Technik werden die auf einem Äus¬ koppelprisma aus den beiden umlaufenden Lichtstrahlen erzeugten Interferenz- Streifenmuster von zwei z.B. direkt auf dem Äuskoppelprisma angeordneten Fotodioden erfaßt. Der Abstand der Fotodioden auf dem Äuskoppelprisma zuein¬ ander beträgt des Interferenzstreifenabstandes. Das ergibt zwei um 90° zu¬ einander phasenverschobene sinusförmige Signale. Die Bewegungsrichtung der auf dem Äuskoppelprisma durchlaufenden Interferenzstreifenmuster entspricht dabei der Drehrichtung, die Bewegungsgeschwindigkeit entspricht der Drehrate des Kreisels.
Da bei beiden Signalen die Nulldurchgänge ausgewertet werden, wird eine relativ grobe Auflösung der Drehrate erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Auflösung und damit die Meßgenauigkeit eines Ringlaserkreisels mit einfachen Mitteln wesentlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung werden zur Auflösungssteige¬ rung auf dem Äuskoppelprisma des Ringlaserkreisels n Fotodioden im Bereich eines halben Interferenzstreifenabstandes in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Werden z. B. statt der bekannten Anzahl von zwei Fotodioden vier in gleichen Abständen zueinander auf dem Äuskoppelprisma aufgebracht, verdoppelt sich die Auflösung des Laserkreisel-Ausgangssignalε. Die Auflösung läßt sich vervierfachen, indem acht Fotodioden so auf dem Äuskoppelprisma angeordnet werden, daß der Abstand zweier benachbarter Fotodioden 1/16 des Interferenzstreifenabstandeε beträgt. Die Anzahl der Nulldurchgänge des Laserkreisel-Äusgangssignals wird dadurch vervierfacht. Die Nulldurchgänge des Äusgangssignals liegen in diesem Fall in einem Ab¬ stand von 180°/8 = 22,5°. Mit fortschreitender Entwicklung der Mikroelek¬ tronik sind Fotodioden-Anordnungen möglich, die innerhalb des halben Inter¬ ferenzstreifenabstandes noch mehr Fotodioden zulassen, so daß die Auflösung des Laserkreisels weiter gesteigert werden kann.
Den Fotodioden wird eine Phasenkorrekturschaltung nachgeschaltet. Die Pha¬ senkorrekturschaltung ermöglicht eine Korrektur aller Fotodioden-Ausgangs¬ signale. Die Fotodioden-Anordnungen werden auf dem Äuskoppelprisma aufge¬ klebt. Während des Aushärtens des Klebers wird die Fotodioden-Anordnung durch den Äushärtungsvorgang geringfügig dejustiert, so daß die Ausgangs¬ signale der Fotodioden zueinander einen fehlerhaften Phasenwinkel aufwei¬ sen. Durch die Phasenkorrekturschaltung werden die prozentual um den glei¬ chen Betrag und in gleicher Richtung verschobenen Ausgangssignale der Foto¬ dioden auf den korrekten Wert abgeglichen.
Die Phasenkorrekturschaltung besteht im wesentlichen aus einem mit einem einstellbaren Spannungsteiler rückgekoppelten Inverter und weiteren n-1 festen Spannungsteilern. Die AusgangsSignale der Fotodioden werden an den Inverter bzw. an die Spannungsteiler geschaltet. Durch Überlagerung der in der Phase zu korrigierenden Signale mit einem zwischen 0° und 180° ein¬ stellbaren Signal werden alle Ausgangssignale der Fotodioden um den prozen¬ tual gleichen Betrag und in gleicher Richtung in der Phase korrigiert.
Der Phasenkorrekturschaltung ist eine AuswerteSchaltung nachgeschaltet. Die Auswerteschaltung enthält n/2 erste EXOR-Glieder, n/4 zweite EXOR-Glieder, n/8 dritte EXOR-Glieder usw. bis zur Bildung von nur zwei Ausgangssignalen. Den ersten EXOR-Gliedern werden jeweils zwei um 90° gegeneinander in der Phase verschobene Signale zugeführt. Den zweiten EXOR-Gliedern werden die Ausgangssignale der ersten EXOR-Glieder zugeführt, wobei diese wiederum 90° gegeneinander in der Phase verschoben sind. Den dritten, und, wenn vor¬ handen, weiteren folgenden EXOR-Gliedern, werden ebenfalls jeweils zwei um 90° gegeneinander verschobene Ausgangssignale der vorgeschalteten EXOR- Glieder zugeführt.
Die Anzahl der EXOR-Stufen ergibt sich aus der Anzahl der vorgeschalteten Fotodioden und somit der gewünschten Auflösung. Die letzte EXOR-Stufe be¬ steht aus zwei EXOR-Gliedern, deren Ausgangssignale sowohl Winkelinkrement als auch Drehrichtungsinformation enthalten.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung sind auf dem Äuskoppelpris¬ ma wenigstens zwei um 90° phasenverschoben angeordnete Fotodioden vorhan¬ den. Aus dem 0°-Signal wird durch einen Inwerter ein 180°-Signal erzeugt. Bei ungenauer Justage der Fotodioden wird das 90°-Signal durch eine Phasen¬ korrekturschaltung korrigiert. Dabei wird zum dejustierten 90°-Signal ein geringer Anteil des 0°- bzw. 180°-Signals addiert. Die Ausgangsεignale die¬ ser Fotodioden und das 180°-Signal werden zur Steigerung der Auflösung auf einen Spannungsteiler mit n Widerständen geschaltet. Der Spannungsteiler erzeugt, mit einem bestimmten Verhältnis der Widerstände zueinander, an seinen Ausgängen Auεgangssignale die zueinander um gleiche Beträge in der Phase verschoben sind.
Die Phasenkorrekturschaltung besteht im wesentlichen aus zwei Spannungstei¬ lern. Dem ersten Spannungsteiler wird das in der Phase zu korrigierende Ausgangssignal der bei etwa 90° deε Interferenzstreifenabstandes angeordne¬ ten Fotodiode zugeführt. Der andere Punkt des ersten Spannungsteilers ist mit dem Abgriff eines zweiten, vom Ausgangssignal der bei 0° und 180° des Interferenzstreifenabstandes angeordneten Fotodiode erregten, Spannungstei- lers verbunden. Das, wie in der ersten Auεführung durch Überlagerung gewon¬ nene exakte 90°-Ausgangssignal der Phasenkorrekturschaltung wird am Abgriff des ersten Spannungsteilers abgenommen.
Durch die Anzahl der im Spannungsteiler angeordneten Widerstände läßt sich in dieser zweiten Ausführung die Auflösung des Ausgangsεignalε deε Ring- laserkreiεels bestimmen.
Die Ausgangssignale des Spannungsteilers werden über Schmitt-Trigger einer Auswerteschaltung zugeführt, die, abhängig von der Anzahl der vorhandenen Signale, so aufgebaut sein kann wie die in der ersten Ausführung verwendete Äuswerteschaltung.
Der zweite Spannungsteiler kann auch vom Signal einer bei 0° des Interfe¬ renzstreifenabstandes angeordneten Fotodiode und von ihrem invertierten Signal erregt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ringlaserkreiεels,
Fig. 2 ein sinusförmiges Interferenzsignal mit einer Fotodioden-Anordnung zur Steigerung der Auflösung, Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels mit 90°-Phasenkorrek- tur und der Auflösungssteigerung durch Spannungsteiler, Fig. 4 ein Auεführungsbeispiel einer Phasenkorrekturschaltung für eine
Äuflösungsεteigerung durch eine Fotodiodenanordnung mit vier
Fotodioden, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Phasenkorrekturschaltung für eine
Auflösungssteigerung durch einen Spannungsteiler, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Äuswerteschaltung,
Fig. 7 die Ausgangssignale eines Spannungsteilerε, bzw. einer Fotodioden- Anordnung, entεprechend der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung, vor der Rechteckwandlung durch die Schmitt-Trigger-Stufe, die EingangsSignale der Auswerteεchaltung entsprechend Fig. 6, Fig. 8 die Signalverarbeitung der Eingangs ignale nach Fig. 7 mit einer Äuswerteschaltung entsprechend Fig. 6.
Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ringlaserkreisels mit den für diese Erfindung wesentlichen Teilen wie den Glaskeramik-Grundkörper 1, den Anoden 2, 14, den gasgefüllten Bohrungen 3, 7, 12 für die gegensinnig umlaufenden Lichtstrahlen, die Lichtstrahlen 4, 13, die Spiegel 5, 15, den teildurchlässigen Spiegel 9, das Piezoele ent 6 zur Regelung der Licht¬ strahlpfadlänge, die Kathode 8, das Äuskoppelprisma 10, sowie die auf dem Äuskoppelprisma angeordnete Fotodioden-Anordnung 11.
Die Fotodioden-Anordnung 11 kann, abhängig von der Ausführung der Erfindung, aus einer Vielzahl (n) von Fotodioden bestehen oder aus zwei oder drei Fotodioden.
Die Funktionsweise eines Ringlaserkreisels wird als bekannt vorausgesetzt und deswegen hier nicht näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein sinusförmiges Interferenzsignal mit einer Fotodiodenanord¬ nung nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführung zur Auflösungssteigerung.
Die Fotodioden-Anordnung 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Hälfte des sinusförmigen Interferenzstreifen uεters angeordnet. Zur Stei¬ gerung der Auflösung des Kreiselsignals sind acht Fotodioden gewählt worden. Eine weitere Steigerung der Auflösung durch z.B. einer Verdopplung der acht Fotodioden ist problemlos möglich. Im vorliegenden Beispiel sind die Foto¬ dioden in gleichmäßigen Abständen (22,5 c) zueinander angeordnet. Die erste Fotodiode liegt bei 0°, die zweite bei 22,5°, die dritte bei 45° usw. Die achte Fotodiode, die zur Auflösungssteigerung des Kreiselsignals dient, ist bei 157° des Interferenzsignals angeordnet. Eine neunte Fotodiode liegt bei 180°. Die neunte Fotodiode dient zur Justage der Fotodiodenanordnung 11.
Die Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Äusführungsbeispielε nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung. Bei diesem Äusführungsbeispiel sind auf dem Äuskoppelprisma des Ringlaserkreisels zwei Fotodioden angeordnet. Die Fotodioden liefern die beiden gegeneinander um etwa 90° phasenverεcho- benen Signale 0° und » 90° an die Eingangsklemmen Ä, B dieser Schaltung. Das 0°-Signal wird zur Erregung eines aus acht Widerständen bestehenden Spannungsteilers 19 über einen Verstärker 16 und über einen Inverter 17 geführt. Das gegenüber dem 0°-Signal um ~ 90° phasenverschobene Signal liegt zusammen mit den zwei weiteren Ausgängen des Verstärkers 16 und des Inverters 17 an einer 90°-Phasenkorrektur 18 (Fig. 5). In dieser 90°-Phasen- korrektur 18 wird das um ~ 90° phasenverschobene Signal der bei ca. 90° des Interferenzsignals angeordneten Fotodiode exakt auf 90° eingestellt und als Eingangssignal des folgenden Spannungsteilerε 19a verwendet. Der an einer Seite weiter mit einem 0°- und an der anderen Seite mit einem 90°-Signal erregte Spannungsteiler 19a liefert mit einem bestimmten Widerεtandsverhält- nis vier um jeweils 22,5° gegeneinander phasenverschobene Signale A bis D Analog hierzu werden aus dem 90°-Signal und dem 180°-Signal durch den Span¬ nungsteiler 19b die Signale E bis H erzeugt. Die Signale A bis H werden an die Eingänge der acht Schmitt-Trigger 20 gelegt.
Die Schmitt-Trigger 20 dienen zur Sinus-Rechteck-Wandlung der Signale. Die Ausgänge der SchmittTrigger 20 sind mit den Eingängen der Auswerteεchaltung (Fig. 6) verbunden.
In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele von Phasenkorrekturεchaltun- gen für beide Ausführungen detaillierter dargestellt.
Die Phasenkorrekturschaltung nach Fig. 4 dient zur Phasenkorrektur von, in diesem vereinfachten Fall, nur vier auf der Fotodioden-Anordnung 11 angeord¬ neten Fotodioden entsprechend der ersten erfindungsgemäßen Ausführung. Die Phasenkorrekturschaltung nach Fig. 5 dient zur Phasenkorrektur des 90°- Signals der bei ~ 90° des Interferenzsignals angeordneten Fotodiode entsprechend der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung.
Aus Fig. 4 ersieht man, daß die Ausgangssignale 0°, ~ 45°, ~ 90° und ~ 135° der in diesem Fall vier auf der Fotodioden-Anordnung 11 befindlichen Foto¬ dioden den Eingängen 24, 25, 26, 27 der Spannungsteiler 21, 22, 23, 32 zu¬ geführt werden. Das Signal der bei 0° des Interferenzsignals angeordneten Fotodiode wird außerdem noch über einem Inverter 31 zur Erregung des Span¬ nungsteilers 32 verwendet. Die anderen Punkte 28, 29, 30 der Spannungstei¬ ler 21, 22, 23 sind zusammengeschaltet und auf den Abgriff des Spannungs¬ teilers 32 geführt. Die in der Phase korrigierten Signale werden an den Spannungεteileranεchlüεεen 33, 34, 35 abgenommen.
Da an den Anschlüssen des im Rückkopplungskreis des Inverters 31 liegenden Spannungsteilers 32 ein 0°- und ein 180°- Signal anliegt, kann über den Abgriff des Spannungsteilers 32 ein Signal mit 0° oder 180° und einstell¬ barer Amplitude abgenommen und den phasenverschobenen Signalen überlagert werden.
Diese Methode der Phasenkorrektur wird dadurch möglich, daß davon auszu¬ gehen ist, daß alle auf der Fotodioden-Anordnung 11 befindlichen Fotodioden um einen prozentual gleichen Betrag in der gleichen Richtung phasenverscho¬ ben sind. Sollte dies z.B. bei Anordnung von einzelnen Fotodioden auf dem Äuskoppelprisma 10, nicht der Fall sein, so ist eine Einzel-Phasenkorrek¬ tur, etwa nach Fig. 5, durchzuführen.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Phaεenkorrektur εind die Ausgangεεignale 0° und K 90° der bei 0° und 90° des Interferenzsignalε auf dem Äuskoppel¬ prisma 10 angeordneten Fotodioden auf die Eingänge 36, 38 der Spannungs¬ teiler 37, 39 geführt. Das zusätzlich von einem Inverter 17 (Fig. 3) invertierte Signal der 0°-Fotodiode erregt die andere Seite des Spannungs¬ teilers 39. Die andere Seite des Spannungsteilerε 37 ist mit dem Abgriff 41 des Spannungsteilers 39 verbunden. Das in der Phase korrigierte Signal wird am Spannungsteileranschluß 42 abgenommen. Auch bei dieser Phasenkor¬ rekturschaltung kann über den Abgriff 41 des Spannungsteilerε 39 ein- Signal mit 0° oder 180° und einstellbarer Amplitude abgenommen und dem phasenver¬ schobenen Signal =* 90° überlagert werden.
Die in Fig. 6 beispielsweise dargeεtellte Äuswerteschaltung kann für beide erfindungsgemäße Ausführungen angewendet werden. Das dargestellte Beispiel ist für die Äusführungsbeispiele vorgesehen, bei denen die hohe Auflösung durch acht Fotodioden auf dem Äuskoppelprisma 10 oder durch acht Widerstän¬ de in den Spannungsteilern 19a und 19b erreicht wird. Die Äuswerteschaltung enthält vier erste EXOR-Glieder 43. Diesen ersten EXOR-Gliedern 43 werden Signale die exakt um 22,5° phasenverschoben sind (Fig. 8, A bis H) zuge¬ führt, wobei an den beiden Eingängen jedes einzelnen EXOR-Gliedes zwei ge¬ geneinander um 90° verschobene Signale anliegen. Die Ausgangssignale (Fig. 8, J, K, L, M) der ersten EXOR-Glieder 43 sind so mit den Eingängen der folgenden EXOR-Glieder 44 verbunden, daß jeweils zwei gegeneinander um 90° verschobene Signale an den Eingängen eines EXOR-Gliedes anliegen. Die Ausgangssignale (Fig.8, N,0) der folgenden EXOR-Glieder 44 enthalten Winkel- inkrement und Drehrichtung deε Ringlaserkreiselε. Daε Winkelinkrement iεt dabei in der Anzahl oder Impulse der am Ausgang der EXOR-Glieder 44 anste¬ henden Signale enthalten. Die Drehrichtung ist daran zu erkennen, welches der beiden Signale gegenüber dem anderen vor- bzw. nacheilt.
Selbεtverεtändlich iεt die Auεwerteschaltung erweiterbar für noch höhere Auflösungen, indem beispielweise die Anzahl der zugeführten Signale und Anzahl der EXOR-Glieder verdoppelt wird. In diesem Fall sind acht erste, vier zweite und zwei dritte EXOR-Glieder vorhanden. Bezugszeichenliste
1 Glaskeramik-Grundkorper
2 Anode
3 Bohrung
4 Lichtstrahl
5 Spiegel
6 Piezoelement
7 Bohrung
8 Kathode
9 teildurchläsεiger Spiegel
10 Auεkoppelprisma
11 Fotodioden-Anordnung
12 Bohrung
13 Lichtstrahl
14 Anode
15 Spiegel
16 Verstärker
17 Inverter 90°-Phasenkorrektur
a, 19b Spannungsteiler
Schmitt-Trigger
, 22, 23 Spannungsteiler
, 25, 26, 27 Spannungsteiler-Eingang
, 29, 30 Spannungsteiler-Äbgriff
Inverter
Spannungsteiler
, 34, 35 Spannungsteiler-Ausgang
Spannungsteiler-Eingang
Spannungsteiler
Spannungsteiler-Eingang
Spannungsteiler
Spannungsteiler-Eingang
Spannungsteiler-Abgriff
Spannungsteiler-Ausgang
, 44 EXOR-Glieder

Claims

Patentansprüche
Ringlaserkreisel, bei dem aus den beiden umlaufenden Lichtstrahlen Interferenzstreifenmuεter erzeugt werden, deren Bewegungsrichtung ein Maß für die Drehrichtung und deren Bewegungsgeschwindigkeit ein Maß für die Drehrate des Kreisels iεt, bei dem die Interferenz¬ streifenmuster mittels Fotodioden abgetastet und die Signale der Fotodioden einer Äuswerteschaltung zur Darstellung der Drehrate zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß n Fotodioden (in 11} im Bereich eines halben Interferenzstreifenabstandes in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Ringlaserkreisel, bei dem aus den beiden umlaufenden Lichtstrahlen Interferenzstreifenmuster erzeugt werden, deren Bewegungεrichtung ein Maß für die Drehrichtung und deren Bewegungsgeschwindigkeit ein Maß für die Drehrate des Kreisels ist, bei dem die Interferenz¬ streifenmuεter mittels Fotodioden abgetastet und die Signale der Fotodioden einer Auswerteεchaltung zur Darεtellung der Drehrate zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe wenigεtens zweier Fotodioden (in 11) und n Widerεtänden (19a, 19b) jeweils n um 180c/n gegeneinander phaεenverschobene Spannungen erzeugt und der Äuswerteschaltung zugeführt werden.
Ringlaserkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangεsignale der n Fotodioden (in 11) einer Phasenkorrekturschal¬ tung (21 bis 35) zugeführt werden.
Ringlaserkreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je¬ weils eine Fotodiode (in 11) bei 0° und 90° eines Interferenz¬ streifenabstandes angeordnet ist.
Ringlaserkreiεel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der bei 90° des Interferenzεtreifenabstandes ange¬ ordneten Fotodiode (in 11) in der Phase korrigiert wird. Phaεenkorrekturschaltung, insbesondere für einen Ringlaserkreisel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektur¬ schaltung (21 bis 35) n-1 Spannungsteiler (21, 22, 23) enthält, deren einem Punkt (25, 26, 27) die in der Phase zu korrigierenden AuεgangεSignale von n-1 Fotodioden (in 11) zugeführt werden, deren andere Punkte (28, 29, 30) zuεammengeschaltet und an einem Abgriff eines in einem Inverter (31)- Rückkopplungskreis liegenden Spannungε- teilerε (32) angeschaltet sind, wobei dem Inverter (31) das Auεgangs- signal einer Fotodiode (in 11) als Referenzspannung zugeführt wird und die in der Phase korrigierten Signale an den n-1 Spannungstei- leranschlüssen (33, 34, 35) abgenommen werden.
Phasenkorrekturεchaltung, insbesondere für einen Ringlaserkreiεel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektur¬ schaltung (36 bis 42) einen ersten Spannungsteiler (37) enthält, dessen einem End-Punkt (38) das in der Phase zu korrigierenden Auε- gangsεignal der bei 90° des Interferenzεtreifenabstandes angeordne¬ ten Fotodiode (in 11) zugeführt wird, deεεen anderer End-Punkt (41) mit dem Abgriff eineε vom Äusgangssignal der bei 0° angeordneten Fotodiode und dem dazu invertierten Signal erregten zweiten Span¬ nungsteilers (39) verbunden iεt und daß das in der Phase korri¬ gierte Signal an dem Abgriff des ersten Spannungsteilers (42) abge¬ nommen wird.
Ringlaserkreisel nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Phaεenkorrekturschaltung (21 bis 35) eine Äus¬ werteschaltung (43, 44) nachgeschaltet ist.
Ringlaεerkreiεel nach den Anεprüchen 2, 4, 5 und 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die um 180°/n gegeneinander phaεenverεchobenen Span¬ nungen einer Äuswerteschaltung (43, 44) zugeführt werden. 10. Auεwerteschaltung, insbesondere für einen Ringlaserkreisel nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Äuswerteschal¬ tung n 1. digitale Glieder (43) enthält denen jeweils zwei um 90° gegeneinander versetzte Signale zugeführt werden, daß den 1. digita¬ len Gliedern (43) weitere 2., 3. usw. digitale Glieder (44) bis zur Bildung von zwei Ausgangssignalen so nachgeschaltet sind, daß die Anzahl der weiteren 2., 3, usw. digitalen Glieder gegenüber der Anzahl der vorherigen digitalen Glieder halbiert ist, daß den wei¬ teren digitalen Gliedern die Ausgangssignale der vorherigen digi¬ talen Gliedern zugeführt wird, daß der Flankenabεtand der beiden Ausgangssignale ein Winkelinkrement und die Phasenlage der beiden Ausgangssignale zueinander die Drehrichtung des Ringlaserkreiεels darstellt.
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