DE1623858B1

DE1623858B1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der winkelstellung einer drehwelle mittels lichtelektrischer hilfskraft

Info

Publication number: DE1623858B1
Application number: DE1967T0035355
Authority: DE
Inventors: Carlo Delcarlo; James M Mcmenamin
Original assignee: Teeg Research Inc
Current assignee: Teeg Research Inc
Priority date: 1967-02-23
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR1549038A; US3584959A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Referenzsignal ein der Winkelstellung der Welle ent-

richtung zum Bestimmen der Winkelstellung einer sprechendes Signal gewonnen wird.

Drehwelle mittels lichtelektrischer Hilfskraft. Bei der Erfindung wird also ein modulierter, polari-

In zahlreichen Anwendungsfällen, insbesondere auf sierter Lichtstrahl auf ein optisch aktives Element pro-

dem Gebiet der astronomischen Navigation, ist es seit 5 jiziert, welches zusammen mit der Welle umläuft,

langem erforderlich, genaue Winkelmessungen auszu- dessen Winkelstellung bestimmt werden soll. Das von

führen. Die Forderung nach kleinen Instrumenten mit dem optisch aktiven Element schließlich abgeleitete

großem Auflösevermögen, die auch unter extremen Signal wird mit einem Bezugs- bzw. Referenzsignal

Bedingungen noch betriebsbereit sind, hat dabei die verglichen, das resultierende Signal liefert eine Aus-

von elektromechanischen Vorrichtungen gebotenen io sage über die Winkelstellung der Welle.

Möglichkeiten längst überstiegen. Die mit einer Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu

optischen Scheibe arbeitenden Vorrichtungen gehören sehen, daß es möglich ist, auch kleinste Drehwinkel-

in die mechanische Kategorie, da ihr erfolgreicher unterschiede zu erfassen und präzis anzuzeigen, ohne

Betrieb davon abhängt, bis zu welchem Maße extrem daß irgendeine mechanische Verbindung mit der sich

kleine, mechanische Toleranzen bei der Herstellung 15 drehenden Welle notwendig ist. Auch ist die Geschwin-

eingehalten werden können. Die Probleme, die auf- digkeit, mit welcher sich die Welle jeweils dreht, für

treten, wenn eine solche Scheibenvorrichtung mit einem das erfindungsgemäße Meßverfahren praktisch ohne

Auflösevermögen von 21 bit entwickelt werden soll, Bedeutung.

laufen darauf hinaus, die mechanische Herstellung Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausum einige Größenanordnungen zu verbessern. Eine 20 führungsformen der Erfindung dient im Zusammenbefriedigende Lösung der bei der Herstellung von hang mit e'en Zeichnungen der weiteren Erläuterung. Winkelmeßvorrichtungen hoher Genauigkeit und Dabei zeigt

Empfindlichkeit auftretenden Probleme verlangt aber F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten

eine völlig neue Konzeption und nicht einen von vorn- Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich-

herein zum Scheitern verurteilten Versuch,- die hand- 25 tung,

werkliche Kunstfertigkeit weiter zu steigern. F i g. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer derart'gen der Arbeitsweise der Vorrichtung aus F i g. 1 und

neuen Konzeption, zu welcher im wesentlichen ein F i g. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten

Interferometer für polarisiertes Licht gehört. Die er- Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich-

findungsgemäße Vorrichtung ist in sich kompakt, 30 tung.

besitzt ein hohes Auflösungsvermögen und enthält Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform

im wesentlichen keine beweglichen Teile. Das Auflö- einer Vorrichtung zum Bestimmsn von Winkellagen

sungsvermögen einer erfindungsgemälen Vorrich- gemäß der Erfindung wird ein aus einer Lichtquelle 12

tung ist besser als 23 bit. Die geringe Baugröße und stammendes Lichtbündel 10 mit Hilfe eines Linsen-

die Robustheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 35 systems 16 zu einem Parallelstrahlbündel 14 konzen-

machen sie in idealer Weise fir praktisch jede gewerb- triert. Das Lichtbündel 14 durchdringt einen Polari-

liche oder militärische Anwendung geeignet. sator 18, der aus einer Prismenanordnung oder einem

Aus dem Journal of the Optical Society of America, gewöhnlichen Polarisationsfilter bestehen kann. Das August 1953, Bd. 43, S. 668 tis 672, kann ein optisches aus dem Polarisator 18 austretende Lichtbündel durchSystem entnommen werden, welches zu einer Anord- 40 dringt ein Lambda/Viertel-Wellenplättchen 20, beinung zur elektronischen Lagebestimmung von Inter- spielsweise aus Quarz, welches zwischen den Wellenferenzringen gehört. Aus diesem optischen System geht komponenten des polarisierten Lichtbündels eine die Verwendung eines sich drehenden Polarisators für bestimmte Phasenverzögerung hervorruft,
die Modulation eines Signals als bekannt hervor. Das aus dem Wellenplättchen 20 austretende, pola-

Weiterhin kann dem IBM Technical Disclosure 45 risierte Lichtbündel tritt nacheinander in zwei Pockel-

Bulletin, Bd. 9, Nr. 8 vom Januar 1967 auf den Seiten zellen 22 und 24 ein, die mit sinusförmigen Spannungsn

1G04 und 1G05 eine Anordnung zur Modulation eines mit einem Phasenunterschied von 90° betrieben werden.

Laserstrahls durch Binärsignale entnommen werden, Die Spannungen werden an Klemmen 26 bzw. 28 an-

d. h. durch eine Folge von Ein-Aus-Signalen mit sehr gelegt. Jede Pockelzelle besteht beispielsweise aus einem

hoher Widerholungsgeschwindigkeit. Auch in diesem 5° Kaliumdihydrogenphosphatkristall 30, dessen Flächen

Falle wird ein Polarisator verwendet. senkrecht zur kristallografischen Z-Achse geschliffen

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- sind (B. H. Billings, Journal Optical Society of

gründe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur America, 39, S. 797 [1949]). Wenn an die transparenten

Bestimmung von Winkelstellungen einer Welle mit Elektroden 32 und 34, die auf die erwähnten Kristall-

sehr hoher Genauigkeit und sehr großer Empfindlich- 55 flächen aufgebracht sind, eine Spannung angelegt

keit vorzuschlagen, wobei die Vorrichtung keine oder wird, wird der normalerweise unaxiale Kristall 30

nur wenige bewegliche Teile aufweisen, gegenüber doppelbrechend und verhält sich als variable Verzögs-

Schwerkraft und Beschleunigung unempfindlich und rungs- oder Modulationsplatte, wobei die Verzögs-

auch unter extremen Arbeitsbedingungen eine lange rung der angelegten Spannung proportional ist.

Lebensdauer besitzen soll. 6° Das aus den hintereinandergeschaltsten Pockel-

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus zellen austretende, elliptisch polarisierte Licht wird

von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art nach Durchlaufen eines Strahlenteilers 38 von einem

und besteht darin, daß ein Lichtstrahl parallel gerichtet Wandler 40, der als Kombination aus einem Spiegel

und polarisiert und der Polarisationswinkel des Lichtes und einem optisch aktiven Element ausgebildet ist

mit bestimmter Frequenz moduliert wird, daß das 65 und am Ende einer rotierenden Welle 42 befestigt ist,

polarisierte Licht mittels eines zusammen mit der Welle reflektiert und tritt nach Reflexion an der (in F i g. 1)

sich um seine optische Achse drehenden, optisch akti- linken Seite des Strahlenteilers 38 in einen Detektor 44

ven Elementes beeinflußt und im Vergleich mit einem ein. Die spektralen Kennzeichen der Elemente des

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beschriebenen Systems wirken in der Weise zusammen, folie bestehen kann (W. A. Schurcliff, Polarized daß sie dem Lichtbündel bzw. dem Lichtstrahl eine Light, Harvard University Press [1962], S. 109).
Hauptwellenlänge mitteilen, die durch einen optischen Das Ansprechen und die Wirkungsweise der erfin-Kompensator, beispielsweise nach B a b i η e t- dungsgemäßen Vorrichtung läßt si;h am besten unter S öl eil gemessen werden kann (H. G. Jerrard, 5 Zuhilfenahme des Müller-Jones-Kalküls beschreiben, Journal Optical Society of America, 38, S. 35 [1948]). zu desssn Verständnis auf das oben zitierte Buch von Die Abwesenheit von Filtern liefert eine größere nutz- Schurcliff verwiesen wird. Dieser Kalkül liefert mittels bare Lichtmenge im System. des Produktes charakteristischer Matrizen eine ana-Der Strahlenteiler 38 besteht aus einem halbdurch- lytische Beschreibung des Polarisationszustandes eines lässigen Spiegel. Der Wandler 40, welcher an der dreh- io Lichtbündels, welches durch eine Reihe die Polaribaren Welle 42 befestigt ist, enthält einen Spiegel 46, sation modifizierender, optischer Komponenten hinan dessen Oberfläche das eigentliche optisch aktive durchgegangen ist. Nach diesem Kalkül ist die Am-Element, welches auch als Analysator 50 bezeichnet plitude y des in den Detektor 44 eintretenden powerden kann, befestigt ist, und welches im allgemeinen larisierten Lichtes durch folgenden Ausdruck gsgeaus einem Polarisationsfilter oder einer Polarisations- 15 ben.

y-

Ό 0\ / cos© sin0\ 1 l_ /1 -l\ /1 0 \ "j/2_ /1 IWl
Ο lj ^-sin6> cos©/ F²U 1/1,0 exp(/<5)] \ ² [-1 1/ \0

Dabei ist ein verlustloses System angenommen, Die vierte, mit einem konstanten Koeffizienten ver- und die Azimutwinkel sind in üblicher Weise aus- sehene Matrix löst das die Pockelzelle 22 verlassende gehend von einer willkürlichen, äußeren Bezugslinie 25 Licht in Komponenten auf, die bei +45° zur Bezugsgemessen, und zwar mit Blickrichtung gegen die Aus- linie liegen; dis fünfte Matrix, die den Einfluß der breitungsrichtung des Lichtbündels. Pockelzelle 24 in F i g. 1 beschreibt (45° Azimut),

Das obige Matrixprodukt wird von rechts nach links führt zwischen jenen Komponenten eine Phassnvar-

gelesen: Die erste mit einem konstanten Koeffizienten Schiebung δ ein.

versehene Matrix beschreibt ein Bündel linear polari- 30 Die sechste, mit einem konstanten Koeffizienten

sierten Lichtes mit Einheitsamplitude, dessen Polari- versehene Matrix löst das aus der Pockelzelb 24 aus-

sationswinkel auf Grund der Anwesenheit des Polari- tretende Licht in Komponenten auf, die parallel und

sators 18 bei —45° liegt. senkrecht zur Bezugslinie liegen.

Die zweite Matrix trägt der Wirkung des Lambda/ Die siebte Matrix löst das aus der Pockelzelle 24

Viertel-Plättchens 20 Rechnung, wobei die optische 35 austretende Licht in Komponenten auf, db bezüglich

Achsa parallel zur Bezugslirb ist. Hierdurch wird eine der Bezugslinie bei einem Winkel von +0 liegen,

Phasenverschiebung von 90° zwischen den parallel während die achte Matrix diejenige Komponente aus-

und senkrecht zur Bezugslinie gemessenen Kompo- wählt, die der Bezugslinie in dem um Θ gedrehten

nenten hervorgerufen. System entspricht. Die siebte und achte Matrix be-

Die dritte Matrix beschreibt die Wirkung der ersten 4° ziehen sich infolgedessen auf den Einfluß des optisch

Pockelzelle 22 in F i g. 1 (0° Azimut), welche zwischen aktiven Elements 50, wobei Θ die Winkelverdrehung

den Komponenten des parallel und senkrecht zur dieses Elementes ist.

Bezugslinie polarisierten Lichtes eine Phasenverschie- Die Entwicklung des Matrixproduktes führt zu:
bung hervorruft.

= j/f si

sin<9 {[1 + exp (Ja)] -j exp (je) [1 - exp

+ 1/Acos(9{[-1 + exp (J S)] +./exp C/β) P + expG<5)]}.

Das Produkt von y mit dessen Komplex-Konju- entsprechend der nachstehenden Relationen
gierterj>* liefert einen Ausdruck far den auf den s _ y._F -;_,.*

Detektor 44 fallenden Lichtfluß: " '

ε = kE coscoi.

Y 7* = I (1 + sin δ cos ε cos 2 Θ - sin ε sin 2 Θ). ^ ^In, ^dif ^sen _c Beziehungen bedeutet E die Größe der 2 angelegten Spannung und k eine Konstante. Wenn E

hinreichend klein gemacht wird, so daß gilt:

Das Anlegen sinusförmiger Spannungen an die . „ _ . , _Λ _-ι _Λ2/

Pockelzellen 22 und 24 führt zu einer entsprechenden smd — ö und cosd — 1 — d /₂

Modulierung der induzierten Phasenverschiebungen 60 und entsprechend für sin ε und cos ε erhält man

yy* = 1 jl + kE sin (ω t - 2Θ) - -^- k³E³ cos 2 Θ sin 3 ω t — ~ k³E³ cos 2 Θ sin ω t

Der Ausgang des Detektors 44 besteht nunmehr aus Pockelzellen, jedoch mit einer Phasenverschiebung, einem Gleichstromterm, einem Wechselstromterm mit die gleich der doppelten Winkel Verdrehung der Welle 42 der gleichen Frequenz wie die Spannungen an den ist. Ferner umfaßt der obenstehende Ausgang des

Detektors 44 zwei kleine Ausdrücke, von denen der stellung der Welle, und zwar mit einer Genauigkeit eine die Treibfrequenz der Pockelzellen und der andere von 0,05 Bogensekunden.

das Dreifache dieser Frequenz aufweist und wobei Der Strahlenteiler 38 und der Spiegel 40 in F i g. 1

die Amplituden von der Verdrehung der Welle ab- können in solchen Anwendungsfällen entfallen, wo hängen. Ein Sperr- und Filterstromkreis 46 läßt ledig- 5 der Detektor 44 innerhalb der Welle 42 oder in der lieh das nutzbare Wechselstromsignal passieren, Nähe des anderen Endes der Welle untergebracht

welches von der Form ist: werden kann, wobei eine geeignete Öffnung durch die

V = k' sin (ω t 4- 2 Θ) (D Längsachse der Welle vorhanden sein muß, um das

~~ Lichtbündel 14 passieren zu lassen. Dem Fachmann

. Hierbei ist / = ω/2 π die Treibfrequenz der Pockel- io ist weiterhin klar, daß der Detektor 44 irgendein zellen, Θ die Winkelverdrehung der Welle und k' eine optisch-elektrischer Wandler sein kann und daß der

Konstante. digital arbeitende Zähler 48 auch durch eine Analog-

Das nutzbare Ausgangssignal wird vom Filter- anzeige ersetzt werden kann.

Stromkreis 46 einem digital arbeitenden Zeitintervall- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von einer

zähler 48 zugeführt. In diesen Zähler 48 wird ferner 15 mechanischen Ankupplung unabhängig. Es erfolgt auch ein Signal, welches einer der sinusförmigen, an eine echte optische Kupplung zwischen der Vorricheine der Pockelzellen angelegten Signalspannungen tung und der drehbaren Welle 42. Die Welle trägt entspricht, eingeleitet, wie dies schematisch in F i g. 1 einen optischen Wandler 40, der beispielsweise nur durch die Linien 52 angedeutet ist, die die Elektroden 4 mm im Durchmesser und 1,7 mm dick zu sein braucht 32 und 34 der Pockelzelle 22 mit dem Zähler 48 ver- 20 und ein Gewicht von lediglich 50 mg haben kann. Diese binden. Infolgedessen werden dieses Signal sowie Masse bildet die einzige mechanische Belastung, welche die Ausgangssignale der Vorrichtung dazu benutzt, der rotierenden Welle auferlegt werden muß. Beim den digitalen Zeitintervallzälher 48 zu betätigen, und Wegfall des Strahlenteilers 38 und des Spiegels 46 das der Phasenverschiebung entsprechende Zeitinter- kann, falls der Detektor 44 in der Nähe des anderen vall wird eine lineare Funktion der Winkelverdrehung 25 Endes der Welle aufgestellt wird, dieses Gewicht noch der Welle 42. . weiter reduziert werden.

Die obige Gleichung (1) zeigt, daß eine Verdrehung Da in der erfindungsgemäßen Vorrichtung keinerlei

der Welle von 180° eine Phasenverschiebung von 360° Lager eingeschlossen sind, entfallen Torsionskräfte im Ausgangssignal erzeugt. Da 180° 6,48 · 10⁵ Bogen- beim Start und Lauf der Vorrichtung. Diese lagerfreie Sekunden entsprechen, ist das Zeitintervall Δ t, welches 30 Konstruktion gestattet eine einfache Anpassung der einer Verdrehung der Welle 42 über eine Bogensekunde Vorrichtung an bereits existierende Anlagen, bei denen

entspricht, gleich: . der Zugang zum Ende der drehbaren Welle leicht her-

Λ _t _ ι 54. iQ-6 f-i (2) gestellt werden kann. Die Welle kann, falls erwünscht,

' in einiger Entfernung von der erfindungsgemäßen Meß-

In dieser Gleichung bedeutet / die Treibfrequenz. 35 vorrichtung liegen.

Handelsübliche Intervallzähler, wie sie überall Es ist zu betonen, daß die Anzeige lediglich von den

verfügbar sind, sind in der Lage, Zeitintervalle von Winkelverdrehungen der Welle 42 abhängt. Bewegun-1 · 10~⁹ Sekunden mit einer Genauigkeit von dz 5 · 1O^-10 gen des Wandlers, welche durch Spiel des Wellenendes Sekunden aufzulösen. Ein Beispiel für einen solchen und Auslaufen erzeugt werden, spielen keine Rolle.
Zähler ist das Modell 793 des digitalen Zeitintervall- 40 Die vorteilhaften Merkmale einer erfindungsgezählers, hergestellt von Eldorado Electronics Comp. mäßen interferometrischen Vorrichtung zur Bestimof Concord, California, USA. mung der Winkellagen einer Welle lassen sich wie folgt

Zur Erhaltung von 10⁶ bis 10⁷ Ablesungen oder zusammenfassen:
Anzeigen/Sek. wird außer dem Zähler 48 ein (nicht _, . , . '

dargestellter) Computer verwendet, der zwischen auf- 45 ^(jenauiS^lceit.

einanderfolgenden Ablesungen interpoliert und dabei 0,1 Bogensekunde bei allen Winkeln; unabhängig

von der leicht verfügbaren Information über die ge- ™ⁿ vorangehenden Drehungen,

naue Geschwindigkeit Gebrauch macht. Der maximale, Auflösung:
durch die Interpolation hervorgerufene Fehler ist - q γ Bogenge^nde

durch den Computer nicht beschränkt. Er hängt 5° . ' .
lediglich von demjenigen Ausmaß ab, in welchem eine Leistungseingang:
Beschleunigung innerhalb des betrachteten ¹J₅₁-Se- 30 Watt.

kunden-Intervalls stattfindet. Ferner ist zu beachten, Umlaufgeschwindigkeit (Slew Rate):
daß die Interpolationsfehler nicht kumulativ sind. °

In Fig. 2 ist die Spannung54 dargestellt, welche 55 Unbeschrankt,
gleichzeitig an die Pockelzelle 22 und den digitalen Torsionskraft beim Start:
Zeitintervallzähler 48 angelegt wird. Weiterhin ist die Keine,

resultierende, nutzbare Arbeitsspannung 56 dargestellt, . . .

welche vom Detektor 44 abgelesen und über den Filter- ⁱ °rsionskratt beim Betrieb:
Stromkreis 46 dem Zähler 48 zugeleitet wird. Beide 60 Keine.
Kurven sind im wesentlichen im gleichen Maßstab Anzeige-Typ:

dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Signalspannung 56 ^_{4-8 BCD} Gleichstromspannungen

gegenüber der Antnebsspannung 54 um ein Zauntor- _{))0(( = (}__{)0 5 Volt nominal; >
>1<( = (}__{)5 0} Volt

vall Δ t phasenverschoben ist, wobei diese Phasenver- nominal

Schiebung, wie zuvor erläutert, eine lineare Funktion 6g

der Verdrehung der WeUe 42 ist. Der Zähler 48 liefert Gewicht und Volumen der Vorrichtung:
somit eine Anzeige, die dem Intervall A't proportional Gewicht etwa 45 g; Volumen etwa 16,4 cm³ außer

ist. Diese Anzeige ist repräsentativ für die Winkel- elektrischen Zuleitungen.

Gewicht und Volumen der elektronischen Einrichtung: Gewicht 0,45 kg; Volumen 3500 cm³.

Lebensdauer:

Etwa 20 Jahre bei durchschnittlicher Brenndauer der Lichtquelle; längere Lebensdauer bei besseren Lichtquellen.

Nullpunkt (Zero Reference):

Stabil; ein interner Bezugspunkt wird in der Form einer plötzlichen Phasenverschiebung von 0 auf 360° vermittelt, wenn die Welle durch die 0- oder 180°-Stellung läuft.

Art der Lager:
Keine Lager.

Lebensdauer der Lager:
Nicht zutreffend.

Betriebstemperatur:
-40 bis +45⁰C.

Absolute Messung:
Arbeitsbereich:
360°.

Die Intensität des in den Detektor 66 gelangenden Lichtes besitzt die folgende Form:

cos2<wi

Ig — K L·

Wenn sich die Welle 42 um einen Winkel Θ verdreht hat, wird die zum Detektor 66 gelangende Lichtintensität:

lsi = K L·

Somit gibt eine Verdrehung der Welle 42 um einen Winkel Θ eine Verschiebung von 2 Θ zwischen den Lichtintensitäten, welche von den Detektoren 62 und empfangen werden. Diese Phasenverschiebung ist ein Maß für die Winkelstellung der Welle 42 bezüglich einer Bezugsrichtung. Die am Ausgang der Detektoren 66 und 62 erhaltenen Signale, welche in F i g. 2

ao bei 54 bzw. 56 dargestellt sind, sind in der Phase um einen Betrag von A't verschoben und werden im Zähler in der gleichen Weise ausgenutzt, wie dies im voranstehenden im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß F i g. 1 beschrieben wurde.

Bei der in F i g. 3 dargestellten abgewandelten Vorrichtung gemäß der Erfindung werden Lichtstrahlen 10, die aus einer Lichtquelle, beispielsweise einer Glühbirne 12, stammen, zu einem im wesentlichen parallelstrahligen Bündel 14 mit Hilfe eines Kollimator- oder Linsensystems 16 vereinigt. Das Bündel 14 durchdringt einen Polarisator 18, welcher auf der Welle 58 eines elektrischen Synchronmotors 60 angeordnet und von diesem kontinuierlich in Umlauf versetzt wird. Das den Polarisator 18 verlassende Lichtbündel besitzt eine Polarisationsrichtung, welche synchron mit dem Umlauf der Motorwelle 58 rotiert.

Das rotierende, linear polarisierte Licht aus dem

Polarisator 18 wird teilweise vom Strahlenteiler 38 als Bezugsbündel reflektiert und fällt auf einen Be-

^ zugsdetektor 62. Infolgedessen ist der Ausgang des

ψ Detektors 62 ein Signal, das die Modulationsfrequenz

des rotierenden Polarisationswinkels des Bezugsbündeis darstellt.

Das den Strahlenteiler 38 durchdringende, polarisierte Teilbündel wird von einem einen Spiegel und Analysator umfassenden Wandler 40, der am Ende der drehbaren Welle 42 befestigt ist, reflektiert und trifft auf einen zweiten Detektor 66, nachdem es von der (in F i g. 3) linken Fläche des Strahlenteilers 38 reflektiert wurde.

Der Wandler 40 schließt, wie bereits zuvor im Zusammenhang mit F i g. 1 erwähnt, einen Spiegel 46 ein, auf dessen Oberfläche ein optisch aktives Element 50 in Form eines Polarisationsfilters oder -films befestigt ist.

Die Intensität des zum Detektor 62 gelangenden Lichtes ist von folgender Form:

Ir = KL· cos² öi= KL·

cos 2 cu A

In dieser Formel bedeutet I_p die Intensität des einfallenden Lichtes, ω die Drehfrequenz des Polarisators 18 und K eine Konstante.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen der Winkelstellung einer Drehwelle mittels lichtelektrischer Hilfskraft, dadurchgekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl parallel gerichtet und polarisiert und der Polarisationswinkel des Lichtes mit bestimmter Frequenz moduliert wird, daß das polarisierte Licht mittels eines zusammen mit der Welle sich um seine optische Achse drehenden, optisch aktiven Elementes beeinflußt und im Vergleich mit einem Referenzsignal ein der Winkelstellung der Welle entsprechendes Signal gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal aus dem noch nicht beeinflußten und das Meßsignal aus dem beeinflußten Polarisationswinkel des Lichtstrahles gewonnen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen (12, 16, 18) zur Erzeugung eines Strahles (14) aus polarisiertsm Licht, durch Mittel (22, 14) zur Modulation des Polarisationswinkels des Lichtstrahles (14), durch ein optisch aktives, mit der Welle (42) in Wirkverbindung stehendem Element, auf das der Lichtstrahl auftrifft und durch eine Meß- und Anzeigeeinrichtung (44, 46, 48) auf die das aus dem optisch aktiven Element gewonnene Meßsignal zum Vergleich mit einem aus den Modulationsmitteln (22, 24) abgeleiteten Referenzsignal geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation des Polarisationswinkels ein Paar Pockelzellen (22, 24) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation des Polarisationswinkels ein rotierender Polarisator (18, 58, 60) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meß- und Anzeigeeinrichtung ein digitaler Zeitintervallzähler (48) vorgesehen ist.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinter dem aktiven Element (50) angeordneter, das Licht durch das optisch aktive Element zurück auf die Rückseite eines halbdurchlässigen Strahlenteilers (38) reflektierender Spiegel (46) und eine ein erstes aus dem optisch aktiven Element stammendes

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Meßsignal mit. einem zweiten, aus den Modulationsmitteln (22,24) stammendes Rererenzsignal vergleichende MeB- und Anzeigeeinrichtung (44, 46, 48) vorgesehen ist, die den für die Winkelstellung der Welle (42) repräsentativen Phasenunterschied (A't) zwischen diesen beiden Signalen aufzeigt.

Hierzu !Blatt Zeichnungen.