DE1523214B2 - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Beschleunigungsmesser

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DE1523214B2 DE19661523214 DE1523214A DE1523214B2 DE 1523214 B2 DE1523214 B2 DE 1523214B2 DE 19661523214 DE19661523214 DE 19661523214 DE 1523214 A DE1523214 A DE 1523214A DE 1523214 B2 DE1523214 B2 DE 1523214B2
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Description

1 2
Die Erfindung bezieht sich auf Beschleunigungs- verlaufen durch die Wandung des Gehäuses 14. Die
messer, bei denen ein Lichtstrahl von einer trägen , Elektroden 24,26 sind über Durchführisolatoren 28
Masse beeinflußt wird. und 30 mit zwei Hochspannungsanschlüssen ent-
Es sind bereits Beschleunigungsmesser bekannt, gegengesetzter Polarität (nicht dargestellt) verbunden,
die eine Masse mit einem Spiegel aufweisen und bei 5 Die an diesen Anschlüssen 28 und 30 liegenden
denen ein optisches Interferometer einen digitalen Spannungen ergeben eine Ionenentladung längs des
Laserausgang liefert. Auch ist es grundsätzlich be- gestrichelt dargestellten Pfades 32, der an der Elek-
kannt, Laser zur Messung von Bewegungen zu ver- trode 24 beginnt und über die Außenseite des Rohres
binden. 16, durch das Rohr 16, längs der Außenseite des
Demgegenüber ist es Ziel vorliegender Erfindung, io Rohres 16 zu einer Verbindungsleitung 34, dann einen Beschleunigungsmesser zu schaffen, der sehr längs des Rohres 18, durch das Innere des Rohres kompakt ausgebildet ist, der ein äußerst geringes und längs der Außenseite des Rohres 18 zur Elek-Gewicht aufweist und der extrem empfindlich auf trode 26 verläuft. Bei einer bevorzugten AusBeschleunigungen, anspricht, führungsform ist die Elektrode 26 ein Heizfaden oder
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, 15 eine Kathode, die Elektronen emittieren kann, damit daß der Abstand zwischen den Endreflektpren eines die Gasentladung unterstützt wird. Jeder Laser 10 Lasers durch die träge Masse änderbar ist. Vorzugs- und 12 besitzt zwei parallel zueinander liegende weise ist dabei einer der einander gegenüberstehen- Brewsterfenster 36, 38 und 40, 42 an seinen jeden Reflektoren des .,Lasers mit der trägen Masse weiligen Enden,
beweglich und axial zum Laser ausgerichtet befestigt. 20 Das Glasgehäuse 14 wird von Stützen 44 und 46
Um die gewünschte Messung zu erhalten, ist eine aufgenommen, wie insbesondere aus F i g. 3 zu erAnordnung zum Ausbau von Interferenz mit dem sehen ist. Das Gehäuse 14 sowie die Stützen 44 und 46 « Laserausgang vorgesehen. Zur Überwachung der sind innerhalb eines äußeren Gehäuses 48 angebracht, f Laserabgabefrequenz dient ein optisches System, in das zumindest teilweise evakuiert sein kann. Das Gewelchem der Strahl aus einem Laser mit dem Strahl 25 häuse 14 ist innerhalb des Gehäuses 48 in einer eines zweiten Lasers, der ein Bezugslaser ist, zur solchen Lage angeordnet, daß die Achsen der Rohre Erzeugung einer Lichtabgabe mit einer Schwebungs- 16 und 18 in Richtung der abzufühlenden Befrequenz kombinierbar ist, wobei die Schwebungs- schleunigung liegen; diese Richtung ist durch den frequenz in elektrische Signale umgewandelt wird, Pfeil 50 dargestellt,
die die Beschleunigung darstellen. ' 30 Mit der Bohrung des Rohres 16 ist ein Reflektor-
Vorzugsweise ist ein gemeinsamer Lichtabgabe- paar 52, 54 ausgerichtet. Der Reflektor 52 ist teil-
kanal für beide Laser vorgesehen, ein lichtempfind- weise versilbert, er reflektiert einen Teil des Lichtes
licher Wandler wandelt die kombinierte Lichtabgabe- und läßt einen Teil des auf ihn auftreffenden Lichtes
intensität in elektrische Signale um, und eine Schalt- durch. Der Reflektor 54 ist an einer auf Beschleuni-
anordnung überwacht die Signale, die die Be- 35 gung ansprechenden trägen Masse 56 befestigt, die,
schleunigung des betrachteten Objektes darstellen. wie weiter unten in Verbindung mit F i g. 5 be-
Aus den Werten für die Beschleunigung wird die schrieben, auf Federn 66 und 68 befestigt ist und mit
Geschwindigkeit durch Integration mit Hilfe eines der Beschleunigung in Richtung des Pfeils 50 ver-
Zählers bestimmt. schoben wird.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit 40 Ein Reflektorpaar 58, 60 ist mit der Bohrung des
der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels Rohres 18 ausgerichtet. Der Reflektor 58 ist teilweise
erläutert. Es zeigt v.^ ... versilbert und bewirkt, daß ein Teil des Lichtes re-
Fig. 1 eine Endän'sicht einer erfindungsgemäßen flektiert und ein Teil durchgelassen wird. Der Retypischen Lasereinrichtung, die auf Beschleunigung flektor 60 ist vorzugsweise ein metallischer, leitender anspricht, 45 Reflektor, der auf einem Quarzkristall 62 befestigt
F i g. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 nach' ist, welcher ausgelenkt werden' kann, wenn eine
F i g. 1 in Verbindung mit einer Schaltanordnung, Spannung zwischen dem stromleitenden Reflektor 60
die zum Abfühlen und Ablesen der Beschleunigungs- und dem benachbarten Teil des Gehäuses 48, der
und Geschwindigkeitssignale vorgesehen ist, einen Metallteil 64 ausbildet, gelegt ist. Der Quarz-
Fig. 3 eine Sehnittansicht längs der Linie 3-3 in 50 kristall 62 ist . wesentlich steifer als die Feder-
Fig. 2, · / ■ aufhängung für die Masse 56, d. h., die Masse 56 ist
F i g. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 nach empfindlicher gegenüber Beschleunigung in Richtung
F i g. 2 und des Pfeils 50 als der Quarzkristall 62.
F i g. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 nach Wie in F i g. 5 gezeigt, sind die träge Masse 56
F i g. 2. ,, . , .55 und der Reflektor 54 relativ zum Bauteil 64 mit Hilfe
In den Figuren sind erste und zweite Laser 10,12 der Auslenkfedern 66 und 68 befestigt. Die Federn
in dem gleichen Glasgehäuse; 14 untergebracht. Das 66 und 68 ermöglichen eine Verschiebung der Masse
Gehäuse 14 ist mit einem Gas gefüllt, das durch eine 56 bei auftretender Beschleunigung, z. B. in die durch
Ionenentladung erregt werden kann. die gestrichelten.. Linien 70 oder 72 dargestellten
Jeder Laser 10, 12 weist innerhalb des Glas- 60 Stellungen. ...
gehäuses 14 ein zentrisches Rohr 16,18 auf, das aus Die Spiegel 74: und 76 sind in einem Winkel von Glas oder anderem keramischem Material bestehen z. B. 45° gegenüber einer gemeinsamen Achse, die kann. Die Rohre 16 und 18 werden von dem äußeren durch die Pfeile 78 und 80 angezeigt ist, und gegen-Gehäuse 14 an Stellen 20, 22 aufgenommen und sind über den Achsen der Rohre 18 und 16 befestigt. Der vorzugsweise an diesen Stellen 20 und 22 mit einem 65 Spiegel 76 ist teilweise versilbert; er läßt Licht aus Teil des Gehäuses so verbunden, daß eine elektrische dem Spiegel 74 durch und reflektiert durch den ReAbleitung um den äußeren Umfang der Rohre 16 flektor 52 gelangendes Licht in Richtung des Pfeils und 18 vermieden wird. Zwei Elektroden 24 und 26 80. Licht, das durch den Reflektor 58 tritt, wird von :
dem Spiegel 74 in Richtung des Pfeils 78 reflektiert. Licht aus den Spiegeln 74 und 76 trifft auf den lichtempfindlichen Wandler 82, der ein Fotowiderstandselement, z. B. Kadmiumsulfid, sein kann.
Die Spiegel 74 und 76 und der lichtempfindliche Wandler 82 können in einem Lichtabgabekanal 84 befestigt sein, der beispielsweise in das Gehäuse 48 einschraubbar ist. Die Reflektoren 52 und 58 sind zweckmäßigerweise am Lichtabgabekanal 84 angebracht.
Das elektrische Ausgangssignal des lichtempfindlichen Wandlers 82 wird in eine Brückenschaltung 86 eingeführt, deren Ausgang über einen Verstärker 88 mit einem Zähler 90 verbunden ist. Der Zähler 90 zählt die Anzahl von Perioden der Schwebungsfrequenz zwischen den beiden Lichtstrahlen aus den Lasern 10 und 12. Der Ausgang des Zählers 90 ist mit einem Wandler 92, z. B. einem Motor, verbunden, der mechanisch den Schieber 94 des Potentiometers 96 verstellt; das Potentiometer liegt an einer Spannungsquelle 98. Die Spannung am Schieber 94 des Potentiometers 96 ist über einen Durchführungsisolator 100 mit dem Reflektor 60 verbunden. Eine gemeinsame Verbindung besteht zum Bauteil 64 über die Leitung 102.
Wenn im Betrieb keine Beschleunigung auftritt, wird die Spannung am Potentiometerschieber 94 so eingestellt, daß der Kristall 62 ausgelenkt wird. Dies bewirkt, daß die Frequenz des Lasers 12 gleich der Frequenz des Lasers 10 wird. Unter diesen Bedingungen wird von dem lichtempfindlichen Wandler 82 keine Schwebungsfrequenz erzeugt, und der Zähler 90 registriert kein Signal.
Tritt eine Beschleunigung auf, wird die träge Masse 56 ausgelenkt, und zwar stärker als die Masse des Kristalls 62, wodurch eine Schwebungsfrequenz am lichtempfindlichen Wandler 82, das den Zähler 90 beaufschlagt, entsteht. Der Ausgang des Zählers 90 bewirkt, daß der Wandler 92 den Potentiometerschieber 94 so verstellt, daß die Frequenz des Lasers 12 der Frequenz des Lasers 10 folgt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird kein Wandler 92 verwendet, und die Lage des Schiebers 94 ist auf den Nullbeschleunigungspunkt eingestellt. Der Zähler fährt bei vorhandener Beschleunigung mit seiner Zählung fort, und der Ausgang des Zählers ist ein digitales Maß für die Geschwindigkeit des Trägerfahrzeuges.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die träge Masse 56 anstatt einer Spannungserzeugung am Kristall 62 gezwungen werden (z. B. durch eine elektromagnetische Einrichtung, die nicht dargestellt ist), zu bewirken, daß der Laser 10 den Laser 12 mitzieht, wobei die erforderliche Kraft für dieses Mitziehen ein Maß für die abgefühlte Beschleunigung ist. Der Strom für eine derartige elektromagnetische Einrichtung kann über einen Verstärker 88 von einer Speisequelle eingeführt werden, die durch den Zähler 90 oder durch die Speisequelle 98 gesteuert wird.

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Beschleunigungsmesser, bei dem ein Lichtstrahl von einer tragen Masse beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Endreflektoren (52,54; 58, 60) eines Lasers (10,12) durch die träge Masse (56) änderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der einander gegenüberstehenden Reflektoren (52, 54; 58, 60) des Lasers mit der trägen Masse (56) beweglich und axial zum Laser ausgerichtet befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Aufbau von Interferenz mit dem Laserausgang, um die gewünschte Messung zu erhalten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Laserabgabefrequenz ein optisches System vorgesehen ist, in welchem der Laserstrahl aus dem Laser (10) mit dem Strahl eines zweiten Lasers (12), der ein Bezugslaser ist, zur Erzeugung einer Lichtabgabe mit einer Schwebungsfrequenz kombinierbar ist, wobei die Schwebungsfrequenz in elektrische Signale umgewandelt wird, die die Beschleunigung darstellen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Lichtabgabekanal (84) für beide Laser vorgesehen ist, daß ein lichtempfindlicher Wandler (82) die kombinierte Lichtabgabeintensität in elektrische Signale umwandelt und daß eine Schaltanordnung die Signale überwacht, die die Beschleunigung des Gegenstandes darstellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Kanal (84) zum Kombinieren der Lasersignale einen vollständig reflektierenden Spiegel (74) und einen teilweise durchlässigen und teilweise reflektierenden Spiegel (72) aufweist, der im Winkel zur gemeinsamen optischen Achse (80) des so gebildeten Lichtkanals ausgerichtet ist, wobei jeder Spiegel (74, 76) den Abgabestrahl aus einem der Laser (10,12) aufnimmt und der lichtempfindliche Wandler (82) längs der optischen Achse (80) des Lichtkanals angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugslaser (12) mit dem Laser (10) in einem gemeinsamen gasgefüllten Gehäuse (14) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Werten für die Beschleunigung die Geschwindigkeit durch Integration mit einem Zähler (90) bestimmt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenschaltung (86) zur Gleichrichtung der Signale aus dem lichtempfindlichen Wandler (82) vorgesehen ist, daß ein Verstärker (88) die Signale aufnimmt und daß der Verstärkerausgang an den Zähler (90) gelegt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale einer Antriebseinrichtung aufgebbar sind, die die Lage des einen Endreflektors eines Lasers in Abhängigkeit von Änderungen im Signalpegel einstellt, damit eine geschlossene Servoschleife entsteht, wobei die Änderungen im Signalpegel als Maß für die Beschleunigung des Gegenstandes überwacht werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandler (92) die Signale
aus dem Zähler in mechanische Energie umformt und den Schieber eines Potentiometers (96) steuert, wobei das an dem Schieber (94) des Potentiometers auftretende Potential die Energie für die Antriebseinrichtung liefert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen piezoelektrischen Kristall (62) aufweist, der den Endreflektor (60) des Bezugslasers (12) aufnimmt und daß die Signale zwei Elektroden in der Nähe des Kristalls aufgebbar sind, um seine Deformierung und damit eine Änderung der optischen Länge des Bezugslasers (12) zu erreichen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Endreflektor (60) eine Elektrode des Elektrodenpaares bildet, dem die Signale aufgegeben werden und daß ein Teil (64) eines metallischen Außengehäuses (48) die andere Elektrode bildet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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