DE3929239A1 - Ring laser gyro achieves increased resolution - Google Patents
Ring laser gyro achieves increased resolutionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Ringlaserkreisel entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 2.The invention relates to a ring laser gyro according to the features the preamble of the independent claims 1 and 2.
Bei Ringlaserkreiseln nach dem Stand der Technik werden die auf einem Aus koppelprisma aus den beiden umlaufenden Lichtstrahlen erzeugten Interferenz streifenmuster von zwei z.B. direkt auf dem Auskoppelprisma angeordneten Fotodioden erfaßt. Der Abstand der Fotodioden auf dem Auskoppelprisma zuein ander beträgt 1/4 des Interferenzstreifenabstandes. Das ergibt zwei um 90° zu einander phasenverschobene sinusförmige Signale. Die Bewegungsrichtung der auf dem Auskoppelprisma durchlaufenden Interferenzstreifenmuster entspricht dabei der Drehrichtung, die Bewegungsgeschwindigkeit entspricht der Drehrate des Kreisels.In the case of ring laser gyros according to the prior art, they are switched off coupling prism from the two rotating light rays generated interference stripe pattern of two e.g. arranged directly on the coupling prism Detected photodiodes. The distance between the photodiodes on the coupling prism the other is 1/4 of the interference fringe spacing. That makes two 90 ° too phase-shifted sinusoidal signals. The direction of movement of the Corresponding interference fringe pattern on the coupling prism the direction of rotation, the speed of movement corresponds to the rate of rotation of the gyroscope.
Da bei beiden Signalen die Nulldurchgänge ausgewertet werden, wird eine relativ grobe Auflösung der Drehrate erreicht.Since the zero crossings are evaluated for both signals, one is relatively rough resolution of the rotation rate achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Auflösung und damit die Meßgenauigkeit eines Ringlaserkreisels mit einfachen Mitteln wesentlich zu erhöhen. The object of the invention is the resolution and thus the measurement accuracy a ring laser gyroscope with simple means to increase significantly.
Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the characterizing parts of claims 1 and 2 specified features solved.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung werden zur Auflösungssteige rung auf dem Auskoppelprisma 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 Auskoppelprisma aufgebracht, verdoppelt sich die Auflösung des Laserkreisel-Ausgangssignals.In a first embodiment according to the invention, the resolution increases tion on the coupling prism of the ring laser gyro n photodiodes in the area half an interference fringe spacing at equal distances from each other arranged. Are z. B. instead of the known number of two photodiodes four applied at equal intervals to each other on the coupling prism, the resolution of the laser gyro output signal doubles.
Die Auflösung läßt sich vervierfachen, indem acht Fotodioden so auf dem Auskoppelprisma angeordnet werden, daß der Abstand zweier benachbarter Fotodioden ¹/₁₆ des Interferenzstreifenabstandes beträgt. Die Anzahl der Nulldurchgänge des Laserkreisel-Ausgangssignals wird dadurch vervierfacht. Die Nulldurchgänge des Ausgangssignals 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.The resolution can be quadrupled by placing eight photodiodes on the Decoupling prism that the distance between two neighboring Photodiodes ¹ / ₁₆ the interference fringe spacing. The number of This will quadruple the zero crossings of the laser gyro output signal. In this case, the zero crossings of the output signal lie in a downward direction stood from 180 ° / 8 = 22.5 °. With the progressive development of the microelek tronics, photodiode arrangements are possible, which are within half the inter allow even more photodiodes, so that the resolution of the laser gyro can be further increased.
Den Fotodioden wird eine Phasenkorrekturschaltung nachgeschaltet. Die Pha senkorrekturschaltung ermöglicht eine Korrektur aller Fotodioden-Ausgangs signale. Die Fotodioden-Anordnungen werden auf dem Auskoppelprisma aufge klebt. Während des Aushärtens des Klebers wird die Fotodioden-Anordnung durch den Aushärtungsvorgang 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.A phase correction circuit is connected downstream of the photodiodes. The Pha correction circuit enables correction of all photodiode output signals. The photodiode arrays are placed on the coupling prism sticks. During the curing of the adhesive, the photodiode array becomes slightly misaligned by the curing process, so that the output signals of the photodiodes to each other have a faulty phase angle sen. Through the phase correction circuit, the percentages are the same Chen amount and output signals of the photo shifted in the same direction diodes adjusted to the correct value.
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. The phase correction circuit essentially consists of one with one adjustable voltage divider feedback inverter and another n-1 fixed voltage dividers. The output signals of the photodiodes are sent to the Inverter or connected to the voltage divider. By overlaying the in the phase to be corrected signals with a between 0 ° and 180 ° adjustable signal are all output signals of the photodiodes by the percent tual same amount and corrected in the same direction in the phase.
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.The phase correction circuit is followed by an evaluation 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.
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.The first EXOR links are two each at 90 ° to each other in the Phase shifted signals supplied. The second EXOR links are the Output signals of the first EXOR elements fed, which in turn 90 ° are shifted in phase. The third, and if before other subsequent EXOR links, are also two each Output signals of the upstream EXOR Limbs fed.
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.The number of EXOR stages results from the number of upstream ones Photo diodes and thus the desired resolution. The last EXOR stage be consists of two EXOR elements, the output signals of which are both angular increments as well as information about the direction of rotation.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung sind auf dem Auskoppelpris ma wenigstens zwei um 90° phasenverschoben angeordnete Fotodioden vorhan den. Aus dem 0°-Signal wird durch einen Inverter 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 Ausgangssignale 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 Ausgangssignale, die zueinander um gleiche Beträge in der Phase verschoben sind.In a second embodiment according to the invention are on the coupling-out prism ma at least two photodiodes arranged 90 ° out of phase the. An inverter generates a 180 ° signal from the 0 ° signal. If the photodiodes are inaccurately adjusted, the 90 ° signal is interrupted by a phase Correction circuit corrected. In doing so, the misaligned 90 ° signal small portion of the 0 ° or 180 ° signal added. The output signals the These photodiodes and the 180 ° signal are used to increase the resolution switched a voltage divider with n resistors. The voltage divider generated with a certain ratio of the resistances to each other its outputs output signals that are equal to each other by the same amounts Phase are shifted.
Die Phasenkorrekturschaltung besteht im wesentlichen aus zwei Spannungstei lern. Dem ersten Spannungsteiler wird das in der Phase zu korrigierende Ausgangssignal der bei etwa 90° des 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 Ausführung durch Überlagerung gewon nene exakte 90°-Ausgangssignal der Phasenkorrekturschaltung wird am Abgriff des ersten Spannungsteilers abgenommen.The phase correction circuit essentially consists of two voltage sections learn. The first voltage divider is to be corrected in phase Output signal which is arranged at approximately 90 ° of the interference fringe spacing th photodiode supplied. The other point of the first voltage divider is with the tap of a second, from the output signal of the at 0 ° and 180 ° Interference fringe spacing arranged photodiode excited voltage voltage connected. That, as in the first version won by overlay The exact 90 ° output signal of the phase correction circuit is at the tap of the first voltage divider removed.
Durch die Anzahl der im Spannungsteiler angeordneten Widerstände läßt sich in dieser zweiten Ausführung die Auflösung des Ausgangssignals des Ring laserkreisels bestimmen.The number of resistors arranged in the voltage divider allows in this second embodiment the resolution of the output signal of the ring determine gyroscope.
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 Auswerteschaltung.The output signals of the voltage divider become one via Schmitt trigger Evaluation circuit supplied, depending on the number of available Signals that can be constructed like that used in the first embodiment Evaluation circuit.
Der zweite Spannungsteiler kann auch vom Signal einer bei 0° des Interfe renzstreifenabstandes angeordneten Fotodiode und von ihrem invertierten Signal erregt werden.The second voltage divider can also from the signal one at 0 ° of the interfe border strip spacing arranged photodiode and its inverted Signal are excited.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ringlaserkreisels, Fig. 1 shows the basic structure of a ring laser gyro,
Fig. 2 ein sinusförmiges Interferenzsignal mit einer Fotodioden-Anordnung zur Steigerung der Auflösung, Fig. 2 is a sinusoidal interference signal with a photo diode array to increase the resolution,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels mit 90°-Phasenkorrek tur und der Auflösungssteigerung durch Spannungsteiler, Fig. 3 is a block diagram of an embodiment with a 90 ° -Phasenkorrek structure and the increase in resolution by the voltage divider,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Phasenkorrekturschaltung für eine Auflösungssteigerung durch eine Fotodiodenanordnung mit vier Fotodioden, Fig. 4 shows an embodiment of a phase correction circuit for a resolution enhancement by a photodiode array having four photodiodes,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Phasenkorrekturschaltung für eine Auflösungssteigerung durch einen Spannungsteiler, Fig. 5 shows an embodiment of a phase correction circuit for a resolution enhancement by a voltage divider,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung, Fig. 6 shows an embodiment of an evaluation circuit,
Fig. 7 die Ausgangssignale eines Spannungsteilers, bzw. einer Fotodioden- Anordnung, entsprechend der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung, vor der Rechteckwandlung durch die Schmitt-Trigger-Stufe, die Eingangssignale der Auswerteschaltung entsprechend Fig. 6, Fig. 7 shows the output signals of a voltage divider, or a photodiode array according to the second embodiment of the invention, in the rectangular conversion by the Schmitt trigger stage, the inputs of the evaluation circuit shown in FIG. 6,
Fig. 8 die Signalverarbeitung der Eingangssignale nach Fig. 7 mit einer Auswerteschaltung entsprechend Fig. 6. Fig. 8 shows the signal processing of the input signals of FIG. 7, with an evaluation circuit according to 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 Piezoelement 6 zur Regelung der Licht strahlpfadlänge, die Kathode 8, das Auskoppelprisma 10, sowie die auf dem Auskoppelprisma angeordnete Fotodioden-Anordnung 11. Fig. 1 shows the basic structure of a ring laser gyroscope with the essential for this invention parts such as the ceramic base body 1, the anode 2, 14, the gas-filled holes 3, 7, 12 encircling the opposite directions the light beams, the light beams 4, 13, the mirrors 5 , 15 , the semitransparent mirror 9 , the piezo element 6 for regulating the light beam path length, the cathode 8 , the coupling prism 10 , and the photodiode arrangement 11 arranged on the coupling prism.
Die Fotodioden-Anordnung 11 kann, abhängig von der Ausführung der Erfindung, aus einer Vielzahl (n) von Fotodioden bestehen oder aus zwei oder drei Fotodioden.Depending on the embodiment of the invention, the photodiode arrangement 11 can consist of a multiplicity (s) of photodiodes or of two or three photodiodes.
Die Funktionsweise eines Ringlaserkreisels wird als bekannt vorausgesetzt und deswegen hier nicht näher erläutert.The functioning of a ring laser gyroscope is assumed to be known and therefore not explained in more detail here.
Fig. 2 zeigt ein sinusförmiges Interferenzsignal mit einer Fotodiodenanord nung nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführung zur Auflösungssteigerung. Fig. 2 shows a sinusoidal interference signal with a Fotodiodenanord voltage according to the first embodiment of the invention to increase resolution.
Die Fotodioden-Anordnung 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in der ersten Hälfte des sinusförmigen Interferenzstreifenmusters 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°) 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.In this exemplary embodiment, the photodiode arrangement 11 is arranged in the first half of the sinusoidal interference fringe pattern. 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. In the present example, the photo diodes are arranged at equal intervals (22.5 °) to each other. The first photodiode is at 0 °, the second at 22.5 °, the third at 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 .
Die Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auf dem Auskoppelprisma des Ringlaserkreisels zwei Fotodioden angeordnet. Die Fotodioden liefern die beiden gegeneinander um etwa 90° phasenverscho benen Signale 0° und ≈ 90° an die Eingangsklemmen A, 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 Spannungsteilers 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 Widerstandsverhält 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. Fig. 3 shows a block diagram of an embodiment according to the second embodiment of the invention. In this exemplary embodiment, two photodiodes are arranged on the coupling-out prism of the ring laser gyroscope. The photodiodes deliver the two phase shifted signals 0 ° and ≈ 90 ° to each other at 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). In this 90 ° phase correction 18 , the ≈ 90 ° phase-shifted signal of the photodiode arranged at approximately 90 ° of the interference signal is set exactly to 90 ° and used as the input signal of the following voltage divider 19 a. The voltage divider 19 a further excited on one side with a 0 ° and on the other side with a 90 ° signal supplies four signals A to D which are phase-shifted by 22.5 ° relative to each other with a certain resistance ratio 90 ° signal and the 180 ° signal generated by the voltage divider 19 b signals E to H. The signals A to H are applied to the inputs of the eight Schmitt triggers 20 .
Die Schmitt-Trigger 20 dienen zur Sinus-Rechteck-Wandlung der Signale. Die Ausgänge der Schmitt-Trigger 20 sind mit den Eingängen der Auswerteschaltung (Fig. 6) verbunden.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).
In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele von Phasenkorrekturschaltun gen für beide Ausführungen detaillierter dargestellt.In FIGS. 4 and 5 embodiments are of Phasenkorrekturschaltun gen shown in more detail for both versions.
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. The phase correction circuit of FIG. 4 is used for phase correction of, in this simplified case, only four on the photodiode array 11 angeord Neten photodiodes according to the first embodiment of the invention.
Die Phasenkorrekturschaltung nach Fig. 5 dient zur Phasenkorrektur des 90°- Signals der bei ≈ 90° des Interferenzsignals angeordneten Fotodiode entsprechend der zweiten erfindungsgemäßen Ausführung. . The phase correction circuit of Figure 5 is used for phase correction of 90 degrees - the signal arranged at ≈ 90 ° of the interference signal photodiode according to the second embodiment of the invention.
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 Spannungsteileranschlüssen 33, 34, 35 abgenommen.From Fig. 4 it can be seen that the output signals 0 °, ∼45 °, ∼90 ° and ∼135 ° in this case four photo diodes located on the photodiode array 11, the inputs 24 , 25 , 26 , 27 of the voltage divider 21st , 22 , 23 , 32 to be performed. 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 interconnected and guided to the tap of the voltage divider 32 . The signals corrected in phase are taken from the voltage divider connections 33 , 34 , 35 .
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.Since a 0 ° and a 180 ° signal is present at the connections of the voltage divider 32 in the feedback circuit of the inverter 31 , a signal with 0 ° or 180 ° and adjustable amplitude can be taken off by tapping the voltage divider 32 and superimposed on the phase-shifted signals will.
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 Auskoppelprisma 10 nicht der Fall sein, so ist eine Einzel-Phasenkorrek tur, etwa nach Fig. 5, durchzuführen.This method of phase correction is possible in that it can be assumed that all of the photodiodes on the photodiode arrangement 11 are phase shifted by a percentage equal amount in the same direction. If this is not the case, for example, when individual photodiodes are arranged on the coupling-out prism 10 , then a single-phase correction, for example according to FIG. 5, must be carried out.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Phasenkorrektur sind die Ausgangssignale 0° und ≈ 90° der bei 0° und 90° des Interferenzsignals auf dem Auskoppel 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 Spannungsteilers 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 Spannungsteilers 39 ein Signal mit 0° oder 180° und einstellbarer Amplitude abgenommen und dem phasenver schobenen Signal ≈ 90° überlagert werden.In the phase correction shown in FIG. 5, the output signals 0 ° and ≈ 90 ° of the photodiodes arranged at 0 ° and 90 ° of the interference signal on the coupling prism 10 are guided to the inputs 36 , 38 of the voltage dividers 37 , 39 . The additionally inverted signal of the 0 ° photo diode from 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 . The phase corrected signal is taken from the voltage divider terminal 42 . In this phase correction circuit, a signal with 0 ° or 180 ° and adjustable amplitude can be taken off via the tap 41 of the voltage divider 39 and the phase-shifted signal ≈ 90 ° can be superimposed.
Die in Fig. 6 beispielsweise dargestellte Auswerteschaltung kann für beide erfindungsgemäße Ausführungen angewendet werden. Das dargestellte Beispiel ist für die Ausführungsbeispiele vorgesehen, bei denen die hohe Auflösung durch acht Fotodioden auf dem Auskoppelprisma 10 oder durch acht Widerstän de in den Spannungsteilern 19a und 19b erreicht wird. Die Auswerteschaltung 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, O) der folgenden EXOR-Glieder 44 enthalten Winkel inkrement und Drehrichtung des Ringlaserkreisels. Das Winkelinkrement ist 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.The evaluation circuit shown for example in FIG. 6 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-out prism 10 or by eight resistors in the voltage dividers 19 a and 19 b. The evaluation circuit contains four first EXOR elements 43 . These first EXOR gates 43 are signals that are exactly 22.5 ° out of phase ( Fig. 8, A to H), leads, two ge against each other by 90 ° shifted signals are present at the two inputs of each individual EXOR . The output signals ( Fig. 8, J, K, L, M) of the first EXOR elements 43 are connected to the inputs of the following EXOR elements 44 in such a way that in each case two signals shifted from one another by 90 ° at the inputs of an EXOR element issue. The output signals ( Fig. 8, N, O) of the following EXOR elements 44 contain angle increment and direction of rotation of the ring laser gyro. The angular increment is included 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.
Selbstverständlich ist die Auswerteschaltung erweiterbar für noch höhere Auflösungen, indem beispielsweise 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.Of course, the evaluation circuit can be expanded for even higher ones Resolutions, for example the number of signals and Number of EXOR elements is doubled. In this case, eight are first, four second and two third EXOR links available.
BezugszeichenlisteReference symbol list
1 Glaskeramik-Grundkörper
2 Anode
3 Bohrung
4 Lichtstrahl
5 Spiegel
6 Piezoelement
7 Bohrung
8 Kathode
9 teildurchlässiger Spiegel
10 Auskoppelprisma
11 Fotodioden-Anordnung
12 Bohrung
13 Lichtstrahl
14 Anode
15 Spiegel
16 Verstärker
17 Inverter
18 90°-Phasenkorrektur
19a, 19b Spannungsteiler
20 Schmitt-Trigger
21, 22, 23 Spannungsteiler
24, 25, 26, 27 Spannungsteiler-Eingang
28, 29, 30 Spannungsteiler-Abgriff
31 Inverter
32 Spannungsteiler
33, 34, 35 Spannungsteiler-Ausgang
36 Spannungsteiler-Eingang
37 Spannungsteiler
38 Spannungsteiler-Eingang
39 Spannungsteiler
40 Spannungsteiler-Eingang
41 Spannungsteiler-Abgriff
42 Spannungsteiler-Ausgang
43, 44 EXOR-Glieder 1 glass ceramic base
2 anode
3 hole
4 light beam
5 mirrors
6 piezo element
7 hole
8 cathode
9 semi-transparent mirror
10 decoupling prism
11 photodiode array
12 hole
13 light beam
14 anode
15 mirrors
16 amplifiers
17 inverters
18 90 ° phase correction
19 a, 19 b voltage divider
20 Schmitt triggers
21, 22, 23 voltage divider
24, 25, 26, 27 voltage divider input
28, 29, 30 voltage divider tap
31 inverters
32 voltage dividers
33, 34, 35 voltage divider output
36 voltage divider input
37 voltage divider
38 voltage divider input
39 voltage divider
40 voltage divider input
41 Voltage divider tap
42 voltage divider output
43, 44 EXOR links
Claims (10)
Priority Applications (3)
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- 1989-09-02 DE DE19893929239 patent/DE3929239A1/en not_active Withdrawn
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