DD283219A5 - ARRANGEMENT FOR A MAGNETOSTRICTIVE-OPTICAL ACCELERATION GAUGE - Google Patents

ARRANGEMENT FOR A MAGNETOSTRICTIVE-OPTICAL ACCELERATION GAUGE Download PDF

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DD283219A5 DD32858689A DD32858689A DD283219A5 DD 283219 A5 DD283219 A5 DD 283219A5 DD 32858689 A DD32858689 A DD 32858689A DD 32858689 A DD32858689 A DD 32858689A DD 283219 A5 DD283219 A5 DD 283219A5
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magnetostrictive
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Michael Naumann
Peter Otto
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Akad Wissenschaften Ddr
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser, der mit Hilfe eines Interferometers in der Lage ist, sehr genau Beschleunigungen zu messen und somit z. B. in der Traegheitsnavigation und in Gradiometern einsetzbar ist. Die wesentlichen Merkmale des Beschleunigungsmessers sind die Verwendung eines schwingungsfaehigen Feder-Masse-Systems, das aufgrund seiner durch eine Beschleunigung hervorgerufenen Bewegung das Magnetfeld eines Elektromagneten aendert, in dem sich ein Element aus magnetostriktivem Material befindet. Dieses ist mit einer optischen Faser umwickelt, die Teil eines Interferometers ist. Durch die Magnetfeldaenderung erfaehrt das magnetostriktive Material Dehnungen, die zu einer Verlaengerung bzw. Verkuerzung der optischen Faser fuehren. Daraus folgt eine Veraenderung des Lichtweges, die zu einer Phasenverschiebung des Lichtes im Vergleich zu einer Referenzanordnung des Interferometers fuehrt. Dieser Phasenunterschied ist der einwirkenden Beschleunigung proportional. Figur{Beschleunigungsmesser; magnetostriktiv; optisch; mechanische Aufhaengung; schwingungsfaehiges Feder-Masse-System; Interferometer; aktive optische Meszfaser; Referenzfaser; Elektromagnet}The invention relates to an accelerometer, which is using an interferometer able to measure very accurately accelerations and thus z. B. in the Traegheitsnavigation and in gradiometers can be used. The essential features of the accelerometer are the use of a vibratory spring-mass system which, due to its motion caused by an acceleration, alters the magnetic field of an electromagnet in which an element of magnetostrictive material is located. This is wrapped with an optical fiber that is part of an interferometer. As a result of the magnetic field change, the magnetostrictive material experiences strains which lead to an extension or shortening of the optical fiber. This results in a change in the light path, which leads to a phase shift of the light compared to a reference arrangement of the interferometer. This phase difference is proportional to the acting acceleration. FIG {accelerometer; magnetostrictive; optical; mechanical suspension; vibratory spring-mass system; interferometer; active optical measuring fiber; Reference fiber; Electromagnet}

Description

Hierzu 7 Seiten ZeichnungenFor this 7 pages drawings

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Beschleunigungsmesser, der in der Lage ist, mit Hilfe eines Interferometers sowohl vertikale als auch horizontale Beschleunigungen sehr genau zu messen. Er ist somit für alle technischen Anwendungen geeignet, bei denen genaue Beschleunigungsmessungen durchzuführen sind, wie z. B. bei der Trägheitsnavigation bzw. in der Gradiometrie.The invention relates to a magnetostrictive accelerometer which is capable of very accurately measuring both vertical and horizontal accelerations with the aid of an interferometer. It is therefore suitable for all technical applications where accurate acceleration measurements are to be performed, such as: As in the inertial navigation or in the gradiometry.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In der Patentliteratur sind viele Lösungen für Beschleunigungsmesser bekannt, die alle mit elektromagnetischer oder kapazitiver Meßwertaufnahme arbeiten (z.B. DE 2833915, DE 2164321, DE 2759499, DE 2759500, DE 2840652, DE 2840698, DE 2840700, US 3438265, US 4141765, US 3438266, US 4145929, SU 670896). Da das erfindungsgemäße Gerät eine optische Meßwertaufnahme verwendet, ergibt sich somit keine funktionell Ähnlichkeit mit diesen bekannten technischen Lösungen. In der Fachliteratur (W.B.Spillman Jr., Appl. Optics, 21/1982,2653-4; A.Schwaiger, rtp, 1983, H. 2) werden optische Beschleunigungsmesser beschrieben, die optische Fasern bzw. faseroptische Sensoren nutzen. Dabei werden vor allen Dingen der fotoelastische Effekt einiger transparenter Materialien (Spillman) sowie andere Eigenschaften der optischen Fasern ausgenutzt. Ebenso sind Vorschläge bekannt, bei denen mikromechanische Feder-Masse-Systeme an den optischen Fasern appliziert werden, die dann das Licht in den Fasern entsprechend modellieren (Schwaiger). Alle diese bekannten Lösungen basieren auf Wirkprinzipien, die von der vorliegenden Erfindung abweichen, so daß keine funktioneile Ähnlichkeit besteht. Zudem sind mit den bekannten Prinzipien hohe Auflösungen nicht erreichbar.Many solutions for accelerometers are known in the patent literature, all of which operate with electromagnetic or capacitive measured value recording (eg DE 2833915, DE 2164321, DE 2759499, DE 2759500, DE 2840652, DE 2840698, DE 2840700, US 3438265, US 4141765, US 3438266, US Pat. US 4145929, SU 670896). Since the device according to the invention uses an optical measured value recording, there is thus no functional similarity with these known technical solutions. The technical literature (W.B.Spillman Jr., Appl. Optics, 21/1982, 2653-4, A.Schwaiger, rtp, 1983, H. 2) describes optical accelerometers using optical fibers or fiber optic sensors. Above all, the photoelastic effect of some transparent materials (Spillman) as well as other properties of the optical fibers are exploited. Likewise, proposals are known in which micromechanical spring-mass systems are applied to the optical fibers, which then model the light in the fibers accordingly (Schwaiger). All of these known solutions are based on principles of action which deviate from the present invention, so that there is no functional similarity. In addition, high resolutions are not achievable with the known principles.

Das erfindungsgemäße Gerät ist in der Lage, mit Hilfe eines magnetostriktiven Elementes und eines Interferometers sehr genau Beschleunigungen zu messen.The device according to the invention is able to measure very accurately accelerations with the aid of a magnetostrictive element and an interferometer.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Beschleunigungsmesser vorzuschlagen, der zur sehr genauen Messung vertikaler und horizontalen Beschleunigungen geeignet ist und somit für viele m6ßtechnische Probleme (z. B. in der Trägheitsnavigation) anwendbar ist.The object of the invention is to propose an accelerometer which is suitable for the very accurate measurement of vertical and horizontal accelerations and thus applicable to many metrological problems (eg in inertial navigation).

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetostriktiv-optischen Beschleunigungsmesser für die Messung vonThe invention is based on the object, a magnetostrictive-optical accelerometer for the measurement of

vertikalen und horizontalen Beschleunigungen vorzuschlagen.to propose vertical and horizontal accelerations.

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsmesser (Fig. 1) besteht aus einem schwingungsfähigen Foder-Masse-System, ds sichThe accelerometer according to the invention (Fig. 1) consists of a vibratory Foder-mass system, ds

aus einer Testmasse 1, der Feder 2 und der Membranfederführung 3; 4 zusammensetzt. Die Tostmasse 1 besteht vorzugsweiseaus ferromagnetischem Material. In ihrer Gleichgewichtslage taucht sie geringfügig in den Elektromagneten 5 ein.from a test mass 1, the spring 2 and the diaphragm spring guide 3; 4 composed. The mass 1 is preferably made of ferromagnetic material. In its equilibrium position, it dips slightly into the electromagnet 5.

Im entgegengesetzten Ende des Elektromagneten 5 befindet sich ein Zylinder 6, der aus magnetostriktivem Material besteht.In the opposite end of the electromagnet 5 is a cylinder 6, which consists of magnetostrictive material. Dieser trägt die Wicklungen einer optischen Faser 7, die Teil eines Interferometers ist.This carries the windings of an optical fiber 7, which is part of an interferometer. Das Interferometer besteht neben der aktiven Meßfaser 7 aus der Referenzfaser 8, der Lichtquelle 9, den Kopplern 10; 11 und demThe interferometer is next to the active measuring fiber 7 of the reference fiber 8, the light source 9, the couplers 10; 11 and the

Detektor 12.Detector 12.

Die Referenzfaser 8 liegt mit ebensoviel Wicklungen wie die aktive Meßfaser 7 um einen identischen magnetostriktiven ZylinderThe reference fiber 8 lies with as many windings as the active measuring fiber 7 to an identical magnetostrictive cylinder

13. Dieser befindet sich ebenfalls in genau identischer Art und Welse innerhalb eines Elektromagneten 14. Diese13. This is also in exactly the same way and catfish inside an electromagnet 14. This

Referenzanordnung ist von der Meßanordnung durch eine magnetische Abschirmung 15 getrennt. Die Elektromagneten 5; 14Reference arrangement is separated from the measuring arrangement by a magnetic shield 15. The electromagnets 5; 14

liegen an der gleichen Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt).are at the same DC voltage source (not shown).

Bei Funktion des Beschleunigungsmessers wird durch die aktive Meßfaser 7 und die Referenzfaser 8 mit Hilfe der Koppler 10; 11In the function of the accelerometer is by the active measuring fiber 7 and the reference fiber 8 by means of the coupler 10; 11

monochromatisches Licht der Lichtquelle 9 zum Detektor 12 geleitet. Weiterhin liegt an beiden Elektromagneten 5; 14directed monochromatic light of the light source 9 to the detector 12. Furthermore, located on both electromagnets 5; 14

Gleichspannung an, wodurch sich zwei konstante Magnetfelder ausbilden. Diese führen zu konstanten Verformungen derDC voltage, whereby two constant magnetic fields form. These lead to constant deformations of the

magnetostriktiven Zylinder 6; 13 und konstanten Dehnungen der aktiven Meßfaser 7 und der Referenzfaser 8. Das Magnetfelddes Elektromagneten 5 weicht von dem des Elektromagneten 14 ab und somit die Verformung des magnetostriktiven Zylindersβ von der des Zylinders 13 wegen des Vorhandenseins der Testmasse 1 in der Meßanordnung. Die daraus resultierendemagnetostrictive cylinder 6; 13 and constant strains of the active measuring fiber 7 and the reference fiber 8. The magnetic field of the electromagnet 5 deviates from that of the electromagnet 14 and thus the deformation of the magnetostrictive Zylinderβ of that of the cylinder 13 because of the presence of the test mass 1 in the measuring arrangement. The resulting

Phasenverschiebung des Lichtes zwischen der aktiven Faser 7 und der Referenzfaser 8 ist am Detektor 12 des InterferometersPhase shift of the light between the active fiber 7 and the reference fiber 8 is at the detector 12 of the interferometer

nachweisbar. Diese Phasenverschiebung ist bei ruhenderTestmasse 1 -unabhängig von Störungen der Gleichspannungsquelle- konstant.detectable. This phase shift is constant when the test ground 1 is at rest, irrespective of any dc source interference.

Wirkt auf den Beschleunigungsmesser eine Beschleunigung in Richtung der durch die Membranfederführung 3; 4Acts on the accelerometer acceleration in the direction of the diaphragm spring guide 3; 4

aufgespannten empfindlichen Achse 16, so wird die Testmasse 1 innerhalb des Elektromagneten 5 verlagert. Daraus resultiertspanned sensitive axis 16, the test mass 1 is displaced within the electromagnet 5. This results

eine Magnetfeldänderung des Elektromagneten 5, die zu einer Änderung der Querdehnung des magnetostriktiven Zylinders 6und somit zu einer Verlängerung bzw. Verkürzung der aktiven Meßfaser 7 führt. Diese Längenänderung hat eine Änderung desa magnetic field change of the electromagnet 5, which leads to a change in the transverse strain of the magnetostrictive cylinder 6 and thus to an extension or shortening of the active measuring fiber 7. This change in length has a change of

Lichtweges zur Folge, die als zusätzliche Phasenverschiebung des Lichtes zwischen der aktiven Meßfaser 7 und der ReferenzfaserLight path result, as an additional phase shift of the light between the active measuring fiber 7 and the reference fiber

8 am Detektor 12 nachweisbar ist. Die zusätzliche Phasenverschiebung ist der wirkenden Beschleunigung proportional.8 is detectable on the detector 12. The additional phase shift is proportional to the acting acceleration.

Ausführungsbeispielembodiment

Der Aufbau und die Funktion des Beschleunigungsmessers sollen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert werden.The structure and function of the accelerometer will be explained in more detail with reference to several embodiments and figures.

Fig. 1: Prinzipieller Aufbau des BeschleunigungsmesseroFig. 1: Basic structure of the Beschleunigungsmessero Fig. 2: Seitenansicht des Beschleunigungsmessers des Ausführungsbeispieles 1 (Schnitt)2: side view of the accelerometer of the embodiment 1 (section) Fig.3: MembranfedervariantenFig.3: Diaphragm spring variants Fig.4: Seitenansicht des Beschleunigungsmessers des Ausführungsbeispieles 2 (Schnitt)4: side view of the accelerometer of the embodiment 2 (section) Fig. 5: Seitenansicht des Beschleunigungsmessers des Ausführungsbeispieles 3 (Schnitt)5: side view of the accelerometer of the embodiment 3 (section) Fig. 6: Seitenansicht des Beschleunigungsmessers des Ausführungsbeispieles 4 (Schnitt)6: side view of the accelerometer of the embodiment 4 (section) Fig. 7: Seitenansicht des Beschleunigungsmessers des Ausführungsbeispieles 5 (Schnitt).Fig. 7: side view of the accelerometer of the embodiment 5 (section). Ausfuhrungsbeispiel 1Exemplary embodiment 1 Der Beschleunigungsmesser (Fig. 1 und 2) bestoht aus einem mehrteiligen Gehäuse 17, in dem sich die Testmasse 1, derThe accelerometer (FIGS. 1 and 2) consists of a multipart housing 17, in which the test mass 1, the Elektromagnet 5 und die Schraubenfeder 2 befinden. Die Testmasse 1 ist ein ferromagnetischer Zylinder mit einer Masse vonElectromagnet 5 and the coil spring 2 are located. The test mass 1 is a ferromagnetic cylinder with a mass of

10g. Durch den Elektromagneten 5 und die Schraubenfeder 2 wird die Testmasse 1 in einer Gleichgewichtslage gehalten, bei derdiese gegenüber dem Elektromagneten 5 so liegt, daß sie gerade in diesen eintaucht. Die Testmasse 1 wird mittels zweierkreisrunder, ebener, durchbrochener Membranfedern 3; 4 (Fig. 3) im Gehäuse 17 geführt. Die MemL· ranfedern 3; 4 bestehen aus0,1 mm starker Messingfolie mit einem Außendurchmesser von 50mm. Sie gewährleisten eine reibungsarme axiale Bewegungder Testmasse 1 bei hoher radialer Steifigkeit.10g. By the electromagnet 5 and the coil spring 2, the test mass 1 is held in an equilibrium position in which this is opposite to the electromagnet 5 so that it just dips into this. The test mass 1 is by means of two circular, planar, open-ended membrane springs 3; 4 (FIG. 3) in the housing 17. The mem- brane springs 3; 4 consist of 0.1 mm thick brass foil with an outer diameter of 50mm. They ensure a low-friction axial movement of the test mass 1 with high radial rigidity.

Im entgegengesetzten Ende des Elektromagneten 5 befindet sich ein Zylinder 6, der aus magnetostriktivem Material (z. B. Nickel)In the opposite end of the electromagnet 5 is a cylinder 6 made of magnetostrictive material (eg nickel).

gefertigt ist. Er hat einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 15 mm. Auf diesem Zylinder 6 befinden sich 10 Wicklungeneiner optischen Faser 7, die Teil eines Interferometers ist.is made. It has a diameter of 8 mm and a length of 15 mm. On this cylinder 6 are 10 windings of an optical fiber 7 which is part of an interferometer.

Das Interferometer besteht aus der Lichtquelle 9, die als Halbleiter-Monomode-Laser ausgeführt ist, aus den Optokopplern 10;The interferometer consists of the light source 9, which is designed as a semiconductor single-mode laser, from the optocouplers 10;

11, der aktiven Meßfaser 7, der Referenzfaser 8, die beide als Monomade-Fasern ausgeführt sind, und dem Detektor 12.11, the active measuring fiber 7, the reference fiber 8, both of which are designed as monomode fibers, and the detector 12.

Die Referenzfaser 8 liegt mit ebenfalls 10 Wicklungen um einen magnetostriktiven Zylinder 13, der ebenfalls aus Nickel bestehtThe reference fiber 8 is also 10 windings to a magnetostrictive cylinder 13, which also consists of nickel

und die gleichen Abmaße wie der Zylinder 6 aufweist. Der Zylinder 13 befindet sich identisch zum Zylinder 6 in einemand the same dimensions as the cylinder 6 has. The cylinder 13 is identical to the cylinder 6 in one

Elektromagneten 14.Electromagnets 14.

Ie Referenzanordnung ist von der Meßanordnung magnetisch abgeschirmt 15, so daß keine gegenseitige Beeinflussung auftritt. Die Elektromagneten 5; 14 liegen an dergleichen Gleichspannungsquelle.Ie reference arrangement is magnetically shielded 15 of the measuring arrangement, so that no mutual interference occurs. The electromagnets 5; 14 are connected to the same DC voltage source.

Beide Elektromagneten 6; 14 beeinflussen durch ihr konstantes Magnetfeld das Licht in den beiden optischen Fasern 7; 8. Diese Beeinflussung beruht auf der Querdehnung der magnstostriktiveii Zylinder 6; 13 infolge der Magnetfelder und der daraus resultierenden Verlängerung bzw. Verkürzung der optischen Fasern 7; 8. Durch das Vorhandensein der Testmasse 1 in der Meßanordnung wird das Licht in beiden Fasern 7; 8 unterschiedlich stark beeinflußt, so daß am Detektor 12 des Interferometers eine konstante Phasenverschiebung zwischen den Lichtstrahlen der Fasern 7; 8 nachweisbar ist.Both electromagnets 6; 14 influence the light in the two optical fibers 7 by their constant magnetic field; 8. This influence is due to the transverse strain of the magnetostrictive cylinders 6; 13 due to the magnetic fields and the resulting lengthening or shortening of the optical fibers 7; 8. Due to the presence of the test mass 1 in the measuring arrangement, the light in both fibers 7; 8 different degrees of influence, so that the detector 12 of the interferometer, a constant phase shift between the light beams of the fibers 7; 8 is detectable.

Bei einer auf den Beschleunigungsmesser wirkenden Beschleunigung wird die Testmasse 1 innerhalb des Elektromagneten 5 verlagert, so daß sich dessen Magnetfeld ändert. Diese Magnetfeldänderung bewirkt eine Änderung der Querdehnung des magnetostriktiven Zylinders 6 und somit eine zusätzliche Verlängerung bzw. Verkürzung der aktiven Meßfaser 7. Diese Längenänderung hat einen veränderten Lichtweg zur Folge, der als zusätzliche Phasenverschiebung des Lichtes am Detektor 12 nachweisbar ist. Der zusätzliche Phasenunterschied zwischen der aktiven Meßfaser 7 und der Referenzfaser 8 ist der wirkenden Beschleunigung proportional.When acting on the accelerometer acceleration, the test mass 1 is displaced within the electromagnet 5, so that changes the magnetic field. This magnetic field change causes a change in the transverse strain of the magnetostrictive cylinder 6 and thus an additional extension or shortening of the active measuring fiber 7. This change in length results in a modified light path, which is detectable as an additional phase shift of the light at the detector 12. The additional phase difference between the active measuring fiber 7 and the reference fiber 8 is proportional to the acting acceleration.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2 Der Beschleunigungsmesser besteht im zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem mehrteiligen Gehäuse 17, in dem sichThe accelerometer also consists in the second embodiment of a multi-part housing 17, in which

die Testmasse 1 und der Elektromagnet 5 befinden (Fig.4). Die Testmasse selbst ist als ferromagnetischer Zentralteil einerkreisrunden, ebenen, durchbrochenen Membranfeder 18 ausgeführt, wobei dessen Masse 0,1 g beträgt. Die Membranfeder 18besteht aus 0,01 mm starkor Messingfolie mit einem Außendurchmesser von 50mm.the test mass 1 and the electromagnet 5 are located (FIG. 4). The test mass itself is designed as a ferromagnetic central part of a circular, flat, open-ended diaphragm spring 18, the mass of which is 0.1 g. The diaphragm spring 18 is made of 0.01 mm thick brass foil with an outer diameter of 50 mm.

Der Elektromagnet 5 ist als Flachspule ausgeführt. An deren entgegengesetztem Ende befindet sich der magnetostriktiveThe electromagnet 5 is designed as a flat coil. At its opposite end is the magnetostrictive Nickel-Zylinder 6 mit den 10 Wicklungen der optischen Faser 7. Der Nickel-Zylinder besitzt die gleichen Abmaße wie imNickel cylinder 6 with the 10 windings of optical fiber 7. The nickel cylinder has the same dimensions as in Ausführungsbeispiel 1.Embodiment 1. Der Aufbau des Interferometers entspricht dem Ausführungsbeispiel 1. Dabe1 liegt die Referenzfaser 8 mit ebenfalls 10The structure of the interferometer corresponds to the embodiment 1. Dabe 1 is the reference fiber 8, also 10th Wicklungen um den identischen magnetostriktiven Zylinder 13, der sich zur Meßanordnung identisch im Elektromagneten 14Windings around the identical magnetostrictive cylinder 13, which is identical to the measuring arrangement in the electromagnet 14

befindet, der ebenfalls als Flachspule ausgeführt ist.which is also designed as a flat coil.

Dia Meß- und die Referenzanordnung sind magnetisch voneinander abgeschirmt 15. Die als Flachspulen ausgeführtenDia measuring and the reference arrangement are magnetically shielded from each other 15. The designed as a flat coil Elektromagneten 5; 14 liegen an der gleichen Gleichspannungsquelle.Electromagnet 5; 14 are at the same DC voltage source. Die Funktionsweise des Gerätes des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht der des ersten.The operation of the device of the second embodiment corresponds to that of the first. Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3 Beim dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 5) besteht die Testmasse 1 aus einem Permanentmagneten mit einer Masse von 10g.In the third embodiment (FIG. 5), the test mass 1 consists of a permanent magnet with a mass of 10 g. Dieser wird durch die Schraubenfeder 2 und die kreisrunde, ebene, durchbrochene Membranfeder 4 in einer GleichgewichtslageThis is by the coil spring 2 and the circular, flat, open-end diaphragm spring 4 in an equilibrium position Innerhalb des Gehäuses 17 gehalten. Unterhalb der Testmasse 1 befindet sich der magnetostriktive Nickel-Zylinder 6 mit den 10Held within the housing 17. Below the test mass 1 is the magnetostrictive nickel cylinder 6 with the 10th Wicklungen der aktiven Meßfaser 7. Der Nickel-Zylinder 6 besitzt die gleichen Abmaße wie in der Ausführung 1.Windings of the active measuring fiber 7. The nickel cylinder 6 has the same dimensions as in the embodiment 1. Die aktive Meßfaser 7 ist Teil eines Interferometers, dessen Aufbau dem im ersten Ausführungsbeispiel entspricht und dessenThe active measuring fiber 7 is part of an interferometer whose structure corresponds to that in the first embodiment and its Referenzfaser 8 mit ebenfalls 10 Wicklungen um den identischen magnetostriktiven Zylinder 13 ausgeführt ist.Reference fiber 8 is also designed with 10 windings to the identical magnetostrictive cylinder 13. Di'3 Meß- und Referenzanordnung sind durch eine magnetische Abschirmung 15 voneinander getrennt.Di'3 measuring and reference arrangement are separated by a magnetic shield 15. Die Funktionsweise des Gerätes entspricht prinzipiell der des ersten Ausführungsbeispiels, nur daß eine konstanteThe operation of the device corresponds in principle to that of the first embodiment, except that a constant Anfangsphasenverschiebung zwischen den Lichtstrahlen der aktiven Meßfaser 7 und der Roferenzfaser 8 lediglich durch dasInitial phase shift between the light beams of the active measuring fiber 7 and the Roferenzfaser 8 only by the Vorhandensein derTestmasse 1 und ihres Permanentmagnetfeldes in der Nähe des magnetostriktiven Zylinders 6 hervorgerufenPresence of the test ground 1 and its permanent magnetic field in the vicinity of the magnetostrictive cylinder 6 caused Wird die Testmasse 1 durch eine wirkende Beschleunigung relativ zum magnetostriktiven Zylinder 6 bewegt, so ändert sich fürIf the test mass 1 is moved by an acting acceleration relative to the magnetostrictive cylinder 6, then changes for

diesen das Magnetfeld. Die daraus resultierende Querdehnung des Zylinders 6 führt zu einer Verlängerung bzw. Verkürzung deraktiven Meßfaser 7, woraus eine zusätzliche Phasenverschiebung des Lichtes folgt. Diese zusätzliche Phasenverschiebung ist derwirkenden Beschleunigung proportional.this the magnetic field. The resulting transverse expansion of the cylinder 6 leads to an extension or shortening of the active measuring fiber 7, which results in an additional phase shift of the light. This additional phase shift is proportional to the acting acceleration.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4 Die Testmasse 1 (Fig.6) besteht ebenfalls aus einem Permanentmagneten mit einer Masse von 10g, der durch die Blattfeder 21The test mass 1 (Fig.6) also consists of a permanent magnet with a mass of 10g, by the leaf spring 21st

in einer Gleichgewichtslage gehalten wird. Unterhalb der Testmasse 1 befindet sich der magnetostriktive Nickel-Zylinder 6 mitden 10 Wicklungen der aktiven Meßfaser 7. Er besitzt die gleichen Abmessungen wie im ersten Ausführungsbeispiel.is held in an equilibrium position. Below the test mass 1 is the magnetostrictive nickel cylinder 6 with the 10 windings of the active measuring fiber 7. It has the same dimensions as in the first embodiment.

Die aktive Meßfaser 7 ist Teil eines Interferometers, dessen Aufbau dem im ersten Ausführungsbeispiel entspricht und dessenThe active measuring fiber 7 is part of an interferometer whose structure corresponds to that in the first embodiment and its Referenzfaser8 mit ebenfalls 10 Wicklungen um den identischen magnetostriktiven Zylinder 13 ausgeführt ist.Referenzfaser8 also with 10 windings to the identical magnetostrictive cylinder 13 is executed. Die Meß- und Referenzanordnung sind durch eine magnetische Abschirmung 15 voneinander getrennt.The measuring and reference arrangement are separated by a magnetic shield 15. Die Funktionsweise des Gerätes entspricht der des vierten Ausführungsbeispiels.The operation of the device corresponds to that of the fourth embodiment. AusfOhrungsbelsplel 5EXECUTIVE BELGIUM 5 Beim fünften Ausführungsbeispiel bleibt jeweils der mechanische Aufbau der Ausführungsbeispiele 1 ...4 erhalten.In the fifth embodiment, each of the mechanical structure of the embodiments 1 ... 4 is maintained. Die aktive Meßfaser 7 sowie die Referenzfaser 8 des Interferometers werden jedoch nicht um die magnetostriktiven Zylinder 6;However, the active measuring fiber 7 and the reference fiber 8 of the interferometer are not around the magnetostrictive cylinder 6;

13 gewickelt. Anstelle dieser Zylinder 6; 13 werden jeweils dünne magnetostriktive Filme 19; 20 vorzugsweise aus Nickelverwendet, die gleichzeitig die Umhüllung bzw. den Mantel der beiden optischen Fasern 7; 8 darstellen (Fig. 7).13 wound. Instead of these cylinders 6; 13, thin magnetostrictive films 19; 20 is preferably made of nickel, which at the same time the sheath or the cladding of the two optical fibers 7; 8 (FIG. 7).

Bei einer wirkenden Beschleunigung kommt es hier infolge der Magnetfeldänderung zu einer zusätzlichen Längsdehnung desIn the case of an acting acceleration, as a result of the magnetic field change, an additional longitudinal expansion of the

magnetostriktiven Filmes 19 und somit der aktiven Meßfaser 7.magnetostrictive film 19 and thus the active measuring fiber 7.

Dadurch entsteht zur Referenzfaser 8 ein Phasenunterschied des Lichtes, der vom Detektor 12 aufgenommen wird und derThis results in the reference fiber 8, a phase difference of the light, which is received by the detector 12 and the

wirkenden Beschleunigung proportional ist.acting acceleration is proportional.

Claims (4)

1. Anordnung für einen magnetostriktiv-optischen Beschleunigungsmesser, bestehend aus einer Meßanordnung mit einem schwingungsfähigen Feder-Masse-System (1; 2; 3; 4) und einer Kompensationsanordnung, die jeweils ein magnetfelderzeugendes (5; 14) und ein magnetfeldempfindliches (6; 13) Element enthalten, sowie einem aus zwei optischen Fasern (7; 8) gebildeten Interferometer, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Masse-System (1 ...4) der Meßanordnung in unmittelbarer Nähe dos entsprechenden magnetfelderzeugenden Elementes (5) angeordnet ist, μ η d daß sowohl bei der Meß- als auch bei der Kompensationsanordnung das magnetfeldempfindliche Element (6; 13) in unmittelbarer Nähe des magnetfelderzeugenden Elementes (5; 14) angeordnet ist, und daß die magnetfeldempfindlichen Elemente (6; 13) mit je einer optischen Faser (7; 8) des Interferometers fest verbunden sind.An arrangement for a magnetostrictive optical accelerometer, comprising a measuring arrangement with a vibratory spring-mass system (1, 2, 3, 4) and a compensation arrangement, each of which generates a magnetic-field-generating (5, 14) and a magnetic-field-sensitive (6; 13) element and an interferometer formed from two optical fibers (7, 8), characterized in that the spring-mass system (1 ... 4) of the measuring arrangement is arranged in the immediate vicinity of the corresponding magnetic field-generating element (5) , μ η d that both in the measuring and in the compensation arrangement, the magnetic field sensitive element (6; 13) in the immediate vicinity of the magnetic field generating element (5; 14) is arranged, and in that the magnetic field sensitive elements (6; optical fiber (7; 8) of the interferometer are firmly connected. 2. Anordnung flach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Feder-Masse-System (1 ...4) der Meßanordnung aus einer ferromagnetischen Testmasse (1), einer Schraubenfeder (2) und einer Membranfederführung (3; 4) besteht, und daß unterhalb des Feder-Masse-Systems (1 ...4) als magnetfelderzeugendes Element ein Elektromagnet (5) so angeordnet ist, daß die Testmasse (1) des Feder-Masse-Systems (1 ...4) in ihrer Gleichgewichtslage) geringfügig in den Elektromagneten (5) eintaucht, und daß im unteren Ende des Elektromagneten (5) ein magnetostriktives Element (6) angeordnet ist, das mit einer optischen Faser (7) fest verbunden ist, und daß die Kompensationsanordnung in ihrer räumlichen Anordnung des Elektromagnet 3n (14), des magnetostriktion Elementes (13) und der dazugehörigen optischen Faser (8) <Jer Meßanordnung identisch ist und beide Elektromagneten (5; 14) durch die gleiche Gleichspannungsquelle versorgt werden.2. arrangement flat claim 1, characterized in that the spring-mass system (1 ... 4) of the measuring arrangement of a ferromagnetic test mass (1), a coil spring (2) and a diaphragm spring guide (3, 4), and that below the spring-mass system (1 ... 4) as a magnetic field generating element, an electromagnet (5) is arranged so that the test mass (1) of the spring-mass system (1 ... 4) in their equilibrium position) is slightly immersed in the electromagnet (5), and that in the lower end of the electromagnet (5) has a magnetostrictive element (6) is fixedly connected to an optical fiber (7), and that the compensation arrangement in their spatial arrangement of the electromagnet 3n (14), the magnetostriction element (13) and the associated optical fiber (8) <Jer measuring device is identical and both electromagnets (5; 14) are supplied by the same DC voltage source. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Testmasse (1) des Feder-Masse-Systems (1 ...4) der Meßanordnung aus einem Permanentmagneten besteht, der zugleich das magnetfelderzeugende Element darstellt, und daß unterhalb des Feder-Masse-Systems (1 ...4) ein magnetostriktives Element (6) angeordnet ist, das mit einer optischen Faser (7) fest verbunden ist, und daß die Kompensationsanordnung in ihrer räumlichen Anordnung eines feststehenden identischen Permanentmagneten und des magnetostriktiven Elementes (13) mit der dazugehörigen optischen Faser (8) der Meßanordnung identisch ist.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the test mass (1) of the spring-mass system (1 ... 4) of the measuring arrangement consists of a permanent magnet, which also represents the magnetic field generating element, and that below the spring mass -System (1 ... 4) a magnetostrictive element (6) is arranged, which is fixedly connected to an optical fiber (7), and in that the compensation arrangement in their spatial arrangement of a fixed identical permanent magnet and the magnetostrictive element (13) the associated optical fiber (8) of the measuring arrangement is identical. 4. Anordnung nach Anspruch 1 ...3, gekennzeichnet dadurch, daß die magnetostriktiven Elemente sowohl identische Zylinder (6; 13) darstellen, um die die optischen Fasern (7; 8) mit gleicher Wicklungszahl gewickelt sind, als auch identische dünne magnetostriktive Filme (19; 20) darstellen, die gleichzeitig die Umhüllung bzw. den Mantel der optischen Fasern (7; 8) verkörpern.4. Arrangement according to claim 1 ... 3, characterized in that the magnetostrictive elements both identical cylinders (6; 13) represent, around which the optical fibers (7; 8) are wound with the same number of turns, as well as identical thin magnetostrictive films (19, 20) simultaneously embodying the cladding of the optical fibers (7, 8).
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