DE1955911B2

DE1955911B2 - Laser-winkelgeschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE1955911B2
Application number: DE19691955911
Authority: DE
Inventors: Shogo; Terai Masatoshi; Tokio Yoshikawa
Original assignee: Nippon Selfoc Co., Ltd., Tokio
Priority date: 1968-11-16
Filing date: 1969-11-06
Publication date: 1973-09-06
Also published as: DE1955911A1; GB1269104A; DE1955911C3; NL6917051A; FR2023465A1; JPS497636B1

Description

in der Achse des schraubenförmig gewundenen Lasers 1 liegt. Außerhalb des Lasers 1 befindet sich ein zylindrischer Reflektor 3, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse des Lasers 1 zusammenfällt. Ein halbdurchlUssiger Spiegel 4 befindet sich gegenüber beiden Enden des Lasers 1, die gegenüber dem spezifischen Einfallspiinkt auf dem halbdurchlässigen Spieg'¹! 4 den gleichen Einfallswinkel in derselben Ilinfallsebene aufweisen. Durch Reflexionsspiegel 5 und 5' werden die zwei Laserlichtstrahlenanteile, die durch den halbdurchlässigen Spiegel 4 hindurchgetreien sind, auf die gemeinsame optische Einrichtung (Detektor 6) reflektiert.

Der Laser-Winkelgeschwindigkeitsmesser ist als Ganzes auf einem drehbaren Tragkörper befestigt. der nicht dargestellt ist und der um die Achse des hier schraubenförmig gewundenen Lasers 1 rotiert. wobei die Rotationsachse des Tragkörpers mit der Laserachse zusammenfäHt. Die Bestrahlung des Lasers 1 durch Erregerlichtstrphlen, die von der Erregerlichtquelle 2 ausgestrahlt werden, bewirkt, daß Laserlichtstrahlen sowohl im Uhrzeigersinn als auch im entgegengesetzten Sinn innerhalb des Lasers 1 entlanglaufen. Von beiden Endflächen de;, Lasers 1 treten dann Laserlichtstrahlen in Richtung auf den halbdurchlässigen Spiegel 4 aus. Laserlichtstrahlen, die aus der einen Endfläche des Lasers 1 austreten, werden teilweise von dem halbdurchlässigen Spiegel 4 auf die andere Endfläche des Lasers 1 reflektiert. Der reflektierte Laserlichtstrahl läuft durch den Laser 1 und tritt erneut aus der ersten Endfläche des Lasers 1 aus. Als Ergebnis laufen zwei Laserlichtstrahlen sowohl im Uhrzeigersinn als auch im entgegengesetzten Sinn durch den Laser 1. Auf der anderen Seite werden die Laser- lichtstrahl/Π und R 2, die durch den halbdur 1 lässigen Spiegel 4 hindurchgetreten sind, mittels der Reflexionsspiegel 5 und 5' auf den Detektor b ge-

UVL der Laser 1 zusammen mit dem nicht dargestellten Rotationskörper rotiert, wird auf Grund des Doppler-Effektes eine FrequenzdifTerenz zwischen den im Uhrzeigersinn und den im entgegengesetzten Uhrzeigersinn laufenden Laserlichtstrahlen innerhalb des Laters 1 erzeugt. Be. Bestimmung der F equen/-differenz durch den Detektor 6 .st es möglich, d.e Zahl der Umdrehungen des Rotationskörpers zu

^mWi^eeⁿ'vorstehend beschrieben, basiert das erfindungsgemäße Lasermeßgerät auf der Flex.b.htat und den spezifischen Lich-Übertragungseigenschaften d„ aktiven Konvergenzlichtleiters. Auf Grund di.sc vorteilhaften Eigenschaften des aktiven LicnüLiters läßt sich der Laser 1 -nügend lang ausbilden. Nach der Lehre der Erfindung läßt sich daher eine hoch empfindliche leicht einstellbare Einrichtung.schaffen. In dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind die Erregerlichtquelle und der zylindrische Reflektor zur Lichtkonzentrierung konzentrisch zueinander angeordnet, um den Laser 1 wirksam zu bestrahlen. Es läßt sich aber auch jede andere Anordnung zur wirksamen Bestrahlug des gewunden ausgeführten Lasers über seine gesamte Lange ver- ^WfDie Vorrichtung zur Bestimmung der Frequeircdifferenz kann auch durch eine andere ersetzt werden. Der Laser kann statt aus einem glasfaserartigen, aktiven Lichtleiter auch aus einem transparenten, synthetischen Kunststoff bestehen, der aktive Las^imaterialien enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

fächer Ausbildung eine wesentlich höhere Meßwert-Patentansprüche: empfindlichkeit aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise

1. Laser-Winkelgeschwindigkeitsmesser, in dem gelöst, daß der in an sich bekannter Weise von der zwei Lichtstrahlen" in entgegengesetzten Richtun- 5 Achse zur Oberfläche abnehmende Brechungsindex gen mit unterschiedlichen Frequenzen in einem des in an sich bekannter Weise Lar.eraktivstoffe entLichtleiter aus faserartigem transparentem Mate- haltenden und durch eine Erregerlichtquelle stimurial laufen und der Lichtleiter mit wenigstens lierbaren Lichtleiters mit dem Quadrat des radialen einer Windung um die Achse eines ihn tragenden Abstandes von der Achse abnimmt.

Körpers gewunden ist. wobei ein halbdurchlässi- io Es ist schon ein stimulierbares Festkörpermedium ger Spiegel derart gegenüber den Endflächen des in der Form einer Glasfaser für optische Sender und Lichtleiters angeordnet ist. daß die aus der einen Empfänger (Laser) bekanntgeworden. Dabei weht Endfläche austretenden Laserlichtstrahlen teil- jeoch die Glasfaser ein-n Brechungsindex auf. der weise auf die andere Endfläche und umgekehrt radial zur Oberfläche sprunghaft abnimmt. Der Larefiekliert werden und die von den Endflächen 15 serlichtstrahl wird dabei bei der bekannten stimulieraustretenden, teilweise durch den halbdurcli'.ässi- baren Glasfaser entlang ihrer von einem Mantel umgen Spiegel hindurchtretenden Laserlichtstrahlen gebenen Oberfläche hin- und hergebrochen. Um da- aui eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fre- bei die unvermeidlichen Brechungsverluste möglich-; quenzdifferenz der Laserlichtstrahlen reflektiert gering zu halten, weist der Mantel einen geringeren werden, dadurch gekennzeichnet, daß 20 Brechungsindex auf als die Glasfaser. Bei dem in der der in an sich bekannter Weise von der Achse zur erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen stimu-Oberfläche abnehmende Brechungsindex des in lierbaren Lichtleiter, der außerdem wesentlich voran sich Lekannter Weise Laseraktivstoffe enthal- besserte Lichtleiteigenschaften gegenüber dem be tenden und durch eine Erregerlichtquelle stimu- kannten stimulierbaren Lichtleiter aufweist, ist ein lierbaren Lichtleiters mit dem Quadrat des ra- 25 solcher Mantel nicht erforderlich, dialen Abstandes von der Achse abnimmt. Ein stimulierbar^ Lichtleiter mit entsprechend

2. Laser-Winkelgeschwindigkeitsmesser nach verbesserten Eigenschaften ist bereits Gegenstand Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eines älteren Vorschlages. Dieser Lichtleiter weist Endflächen de? Lasers (1) und der halbdurch- mindestens eine Akiivatorionenart auf, die wenigstens lässige Spiegel (4) derart angeordnet sind, daß 30 in einem axialen Bereich des Körpers gleichmäßig die von den Endflächen austretenden, sich in verteilt ist. Außerdem weist der Lichtleiter mindeeinem Punkt auf dem Spit gel treffenden, sym- stens zwei austauschbare Ionenarten mit einer sich metrisch zur Einfallsnormalen vei laufenden Strah- kreuzenden Dotierungsdichte auf. Nach dem älteren len gleiche Einfallswinkel bilden. Vorschlag kann der Lichtleiter auch eine gewendelte

35 Gestalt besitzen, entlang deren Achse eine stabför-

mige Erregerlichtquelle angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausführung nach der Erfindung besteht darin, daß die Endflächen des Lasers und der

D^:.e Erfindung betrifft einen Laser-Winkelgeschwin- halbdurchlässige Spiegel derart angeordnet sind, daß

digkeitsmesser, in dem zwei Lichtstrahlen in ent- 40 die von den Endflächen austretenden, sich in einem

gegengesetzen Richtungen mit unterschiedlichen Fre- Punkt auf dem Spiegel treffenden, symmetrisch zur

quenzen in einem Lichtleiter aus faserartigem trans- Einfallsnormalen verlaufenden Strahlen gleiche Ein-

parentem Material laufen und der Lichtleiter mit fallswinkel bilden.

wenigstens einer Windung um die Achse eines ihn Der erfindungsgemäße Laser-Winkelgeschwindigtragenden Körpers gewunden ist, wobei ein halb- 45 keitsmesser weist den Vorteil auf, daß eine besondere durchlässiger Spiegel derart gegenüber den Endflä- Laserlichtquelle zur Erzeugung von Laserlichtstrahchen des Lichtleiters angeordnet ist, daß die aus der len, die mittels besonderer optischer Einrichtungen einen Endfläche austretenden Laserlichtstrahlen teil- auf den gewendelten Lichtleiter zum Einfallen geweise auf die andere Endfläche und umgekehrt re- bracht werden, vermieden wird. Außerdem werden flektiert werden und die von den Endflächen austre- 50 hohe Meßgenauigkeiten erzielt, weil die Laserlichttenden, teilweise durch den halbdurchlässigen Spie- strahlen auf einem genau definierten optischen Weg gel hindurchtretenden Laserlichtstrahlen auf eine ohne zu divergieren entlang der Achse des stimulier-Vorrichtung zur Bestimmung der Frequenzdifferenz baren Lichtleiters entlanglaufen und daher die Länge der Laserlichtstrahlen reflektiert werden. des Lichtleiters durch Divergenzverluste nicht beVorrichtungen der vorstehenden Art sind bereits 55 schränkt ist.

vorgeschlagen worden. Hierbei sind besondere Licht- In der Zeichnung ist lediglich ein Ausführungsquellen zur Erzeugung von kohärenten Lichtstrahlen beispiel nach der Erfindung schematisch dargestellt, erforderlich, die auf die Enden des faserartigen trans- Bekannte mechanische Einrichtungen, die zum Verparenten Materials zum Einfallen gebracht werden. ständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, sind Zur Erhöhung der Empfindlichkeit solcher Vorrich- 60 der Einfachheit halber nicht dargestellt,
tungen war es bereits bekannt, die Lichtleiter mög- Ein Laser 1 nach Art eines aktiven Konvergenzlichst lang auszubilden. Wegen der mangelnden Licht- üchtleiters ist um einen drehbaren transparenten Träleiteigenschaften solcher Lichtleiter war jedoch die ger in zylindrischer Form herumgelegt, der hier nicht verwendbare Länge der Lichtleiter begrenzt, so daß dargestellt ist. Der Laser 1 ist schraubenlinienförmig die Meßempfindlichkeit der vorgeschlagenen Vorrich- 65 gewunden, so daß eine gleichmäßige Bestrahlung hingen der eingangs genannten Art nicht befriedigten. durch eine Erregerlichtquelle 2 möglich ist, die innerAufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der halb des gewundenen Lasers 1 angeordnet ist, wobei eingangs genannten Art anzugeben, die trotz ein- die Achse der Erregerlichtquelle 2 im wesentlichen