DE19716026A1

DE19716026A1 - Inertial sensor device using Sagnac effect for course navigation

Info

Publication number: DE19716026A1
Application number: DE19716026A
Authority: DE
Inventors: Alfred Schneider; Karl Bauerbach; Horst Renker; Werner Neumann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-10-22

Abstract

The sensor device has a fibre compass responding to the horizontal component of the earth's rotation, its fibre coil (46) supported by a positioning frame (24), which is rotatable about a horizontal axis (Z) relative to the housing (10) of the sensor device. The positioning frame is adjusted between 3 positions via a setting device (86), for providing signals which are used for determining the angle between a reference direction and north. Inclination sensors (30,32) which are used to provide the inclination of the sensor device, are supported with the fibre coil and the positioning frame by a rigid sensor block (16) which is thermally insulated from the housing.

Description

Das Hauptpatent (europäische Patentanmeldung 97102181.1) betrifft eine Inertialsensor-Anordnung mit einem unter Ausnutzung des Sagnac-Effekts arbeitenden Inertialsensor, der auf die Horizontalkomponente der Erddrehrate anspricht und um eine Hochachse in eine Mehrzahl fester Positionen verdrehbar ist, wobei aus den dabei erhaltenen Signalen durch Signalverarbeitungs-Mittel ein Meßwert für den Winkel zwischen einer Referenz-Richtung und Nord gebildet wird, bei welchem der Inertialsensor von einem Faserkreisel gebildet ist, der Faserkreisel auf einem Positionierrahmen angeordnet ist, der gegenüber einem Gehäuse um die Hochachse drehbar gelagert ist, der Positionierrahmen durch Einstellmittel in drei feste, durch Arretiermittel festgelegte Positionen eindrehbar ist und zur Bestimmung der Neigung der Inertialsensor-Anordnung relativ zu der Horizontalen Neigungssensoren mit zueinander gekreuzten Empfindlichkeitsachsen vorgesehen sind.The main patent (European patent application 97102181.1) relates to an inertial sensor arrangement with an under Utilization of the inertial sensor working with the Sagnac effect, that responds to the horizontal component of the Earth's rotation rate and about a vertical axis in a plurality of fixed positions is rotatable, with the signals obtained in the process by means of signal processing means a measured value for the angle is formed between a reference direction and north, where the inertial sensor from a fiber gyroscope is formed, the fiber gyroscope on a positioning frame is arranged, which is opposite a housing around the The axis is rotatably supported by the positioning frame Setting means in three fixed, by locking means fixed positions is rotatable and for determination the inclination of the inertial sensor arrangement relative to that Horizontal inclination sensors with crossed Sensitivity axes are provided.

Bei der im Hauptpatent beschriebenen Konstruktion sind Signalverarbeitungs-Mittel von Leiterkarten mit elektronischen Bauteilen gebildet, welche Boden und Seitenwände eines rechteckigen Innengehäuses bilden. Durch den Boden des Innengehäuses hindurch ragt ein Positionierrahmen in das Innengehäuse hinein. Der Positionierrahmen ist innerhalb des Innengehäuses durch eine Lageranordnung drehbar gelagert. Der Positionierrahmen trägt einen Faserkreisel. Der Positionierrahmen ist um eine Hochachse gegenüber dem Innengehäuse durch einen Stellmotor in drei feste, durch mechanische Rasten definierte Positionen eindrehbar. Die Eingangsachse des Faserkreisels ist zu einer zur Hochachse senkrechten Ebene um einen Elevationswinkel geneigt. Auf das Innengehäuse ist ein am Boden offenes Außengehäuse aufgesetzt. An den die Seitenwände des Innengehäuses bildenden Leiterplatten sind zwei Beschleunigungsmesser mit zueinander senkrechten Empfindlichkeitsachsen fest angebracht.In the construction described in the main patent are Signal processing means of printed circuit boards with electronic components, which floor and Form side walls of a rectangular inner housing. By protrudes through the bottom of the inner housing Positioning frame into the inner housing. Of the Positioning frame is through inside the inner case a bearing arrangement rotatably mounted. The positioning frame carries a fiber top. The positioning frame is around one Vertical axis in relation to the inner housing by means of a servomotor in three fixed, defined by mechanical catches Positions can be rotated. The input axis of the fiber gyroscope is about a plane perpendicular to the vertical axis Elevation angle inclined. On the inner case is a Bottom open outer casing attached. To those Sidewalls of the inner housing are printed circuit boards two accelerometers with perpendicular to each other Sensitivity axes firmly attached.

Bei der Anordnung nach dem Hauptpatent (europäische Patentanmeldung 97102181.1) sind die Beschleunigungsmesser an dem von Leiterplatten gebildeten Innengehäuse angebracht. Der Faserkreisel sitzt an dem drehbar gelagerten Positionierrahmen. Durch thermische Einflüsse infolge der von den Bauteilen entwickelten Wärme können an den Leiterplatten geringfügige Verwindungen eintreten. Diese beeinflussen die relative Lage von Beschleunigungsmessern und Faserkreisel. Dadurch wird wiederum die Messung verfälscht, da durch die Beschleunigungsmesser die Orientierung des Faserkreisels relativ zur Horizontalen bestimmt wird.When ordering according to the main patent (European Patent application 97102181.1) are the accelerometers on the inner housing formed by printed circuit boards appropriate. The fiber gyroscope sits on the rotatable stored positioning frame. Due to thermal influences due to the heat developed by the components slight distortions occur on the printed circuit boards. These affect the relative location of Accelerometers and fiber gyros. This will again falsified the measurement because of the Accelerometer the orientation of the fiber gyroscope is determined relative to the horizontal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Inertialsensor der vorliegenden Art so auszubilden, daß eine feste Orientierung der Neigungssensoren relativ zu dem Faserkreisel gewährleistet ist. The invention has for its object a To design the inertial sensor of the present type so that a fixed orientation of the inclination sensors relative to that Fiber gyroscope is guaranteed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Faserspule des Faserkreisels mit dem Positionierrahmen und die beiden Neigungssensoren an einem starren Sensorblock angeordnet sind, der thermisch isoliert mit dem Gehäuse verbunden ist.According to the invention this object is achieved in that the Fiber spool of the fiber gyroscope with the positioning frame and the two inclination sensors on a rigid sensor block are arranged, the thermally insulated with the housing connected is.

Auf diese Weise sind die Beschleunigungsmesser und der Faserkreisel an ein und demselben Sensorblock angebracht und haben definierte relative Orientierungen. Der Sensorblock ist gegenüber dem Gehäuse thermisch isoliert. Die thermischen Einflüsse des Gehäuses und der wärmeerzeugenden Bauteile können sich nicht störend auswirken.In this way, the accelerometer and the Fiber gyroscope attached to one and the same sensor block and have defined relative orientations. Of the Sensor block is thermally insulated from the housing. The thermal influences of the housing and the heat-generating components cannot be disruptive impact.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of Subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is below Reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogen-perspektivische Darstellung und zeigt den mechanischen Aufbau einer Inertialsensor-Anordnung mit einem Faserkreisel und zwei Beschleunigungsmessern an einem Sensorblock. Fig. 1 is an exploded-perspective view showing the mechanical structure of an inertial sensor assembly comprising a fiber optic gyro and two accelerometers of a sensor block.

Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild den Sensorblock und die Signalverarbeitung. Fig. 2 shows a block diagram of the sensor block and the signal processing.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung und zeigt die relativen Orientierungen des Faserkreisels und der Beschleunigungsmesser. Figure 3 is a schematic illustration showing the relative orientations of the fiber gyroscope and the accelerometers.

In Fig. 1 ist mit 10 ein rechteckiges Gehäuse bezeichnet. Das Gehäuse 10 weist einen nach oben in Fig. 1 offenen kastenförmigen Gehäuseunterteil 12 auf, der durch einen in Fig. 1 nicht dargestellten Deckel abgeschlossen ist. Das Gehäuse 10 ist auf der Außenseite mit Kühlrippen 14 versehen. In das Gehäuse 10 ist ein Sensorblock 16 eingesetzt. Der Sensorblock 16 ist gegenüber dem Gehäuse 10 mit üblichen Mitteln wärmeisoliert. Der Sensorblock 16 ist starr in dem Gehäuse 10 gehaltert.In Fig. 1, 10 denotes a rectangular housing. The housing 10 has a box-shaped lower housing part 12 which is open at the top in FIG. 1 and is closed off by a cover which is not shown in FIG. 1. The housing 10 is provided on the outside with cooling fins 14 . A sensor block 16 is inserted into the housing 10 . The sensor block 16 is thermally insulated from the housing 10 by conventional means. The sensor block 16 is rigidly held in the housing 10 .

Der Sensorblock 16 weist zwei zueinander parallele Platten 18 und 20 auf. Die Platten sind durch ein Lager 22 für einen Positionierrahmen 24 und durch radiale Rippen 26 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine leichte aber starre Struktur eines Tragkörpers 28 erhalten.The sensor block 16 has two mutually parallel plates 18 and 20 . The plates are connected to one another by a bearing 22 for a positioning frame 24 and by radial ribs 26 . In this way, a light but rigid structure of a support body 28 is obtained.

An dem so gebildeten, als Ganzes plattenförmigen Tragkörper 28 sitzen zwei Beschleunigungsmesser 30 und 32, von denen in Fig. 1 nur der Beschleunigungsmesser 32 zu sehen ist. Die Beschleunigungsmesser 30 und 32 sitzen in der in Fig. 1 linken hinteren Ecke bzw. der linken vorderen Ecke des Tragkörpers 28. Die Empfindlichkeitsachse des Beschleunigungsmessers 30 erstreckt sich parallel zu einer Kante des Tragkörpers 28 von links hinten nach links vorn in Fig. 1 (x-Richtung). Die Empfindlichkeitsachse des Beschleunigungsmessers 32 erstreckt sich senkrecht zu der Empfindlichkeitsachse des Beschleunigungsmessers 32 parallel zu der anderen Kante des Tragkörpers 28 von links vorn nach rechts vorn in Fig. 1 (y-Richtung).Two accelerometers 30 and 32 , of which only the accelerometer 32 can be seen in FIG. 1, are seated on the thus formed plate-shaped support body 28 as a whole. The accelerometers 30 and 32 are located in the left rear corner in FIG. 1 and the left front corner of the support body 28, respectively. The axis of sensitivity of the accelerometer 30 extends parallel to an edge of the support body 28 from left rear to left front in FIG. 1 (x direction). The sensitivity axis of the accelerometer 32 extends perpendicular to the sensitivity axis of the accelerometer 32 parallel to the other edge of the support body 28 from the front left to the front right in FIG. 1 (y direction).

Der Positionierrahmen 24 ist an dem Tragkörper 28 in dem Lager 22 drehbar gelagert. Der Positionierrahmen 24 weist eine Positionierscheibe 34 auf. Die Positionierscheibe 34 ist parallel zu der in Fig. 1 oberen Platte 18 im Abstand von dieser angeordnet. Die Positionierscheibe 34 weist an ihrer Peripherie eine Folge von radialen Schlitzen 36 auf. Auf der Platte 18 sitzt eine Antriebsscheibe 38, die an dem Tragkörper 28 gelagert ist. Die Antriebsscheibe 38 erstreckt sich unter die mit den Schlitzen 36 versehene Peripherie der Positionierscheibe 34. Die Antriebsscheibe 38 trägt zwei um 180° winkelversetzt angeordnete, exzentrische, axiale Stifte oder Rollen 40. und 42. Der Stift oder die Rolle 40 greift in der Position von Fig. 1 in einen der Schlitze 36 ein. Die Antriebsscheibe 38 ist mit einem Stellmotor 44 in Antriebsverbindung. Wenn die Antriebsscheibe 38 von dem Stellmotor 44 angetrieben wird, dann dreht der in einen Schlitz 36 eingreifende exzentrische Stift oder die Rolle 40 die Positionierscheibe 34 um einen Schritt weiter. Dabei tritt der andere Stift oder die andere Rolle 42 in den nächstfolgenden Schlitz 36 ein. Bei einer weiteren Drehung der Antriebsscheibe 38 um 180° wird die Positionierscheibe 34 von dem Stift oder der Rolle 42 weiterbewegt, bis dann der Stift die Rolle 40 wieder in den darauffolgenden Schlitz 36 eintritt. Das ist eine Art "Maltesertrieb", bei welchem die Positionierscheibe 34 bei jeder Umdrehung der Antriebsscheibe 38 um einen vorgegebenen Schritt fortgeschaltet wird. Bei der dargestellten Ausführung wird die Positionierscheibe 34 bei zwei Umdrehungen der Antriebsscheibe 38 um 90 fortgeschaltet. Die Positionierscheibe 34 kann auf diese Weise durch jeweils zwei Umdrehungen der Antriebsscheibe 38 aus einer 0°-Stel lung in eine 90°-Stellung und eine 180°-Stellung gedreht werden. In jeder der Positionen ist die Positionierscheibe 34 durch die Stifte oder Rollen 40 und 42 in definierter Weise arretiert.The positioning frame 24 is rotatably mounted on the support body 28 in the bearing 22 . The positioning frame 24 has a positioning disk 34 . The positioning disk 34 is arranged parallel to the upper plate 18 in FIG. 1 at a distance from it. The positioning disk 34 has a series of radial slots 36 on its periphery. On the plate 18 there is a drive pulley 38 which is mounted on the support body 28 . The drive disk 38 extends under the periphery of the positioning disk 34 provided with the slots 36 . The drive disk 38 carries two eccentric, axial pins or rollers 40 which are arranged at an angle of 180 °. and 42. The pin or roller 40 engages one of the slots 36 in the position of FIG. 1. The drive disk 38 is in drive connection with a servomotor 44 . When the drive pulley 38 is driven by the actuator 44 , the eccentric pin or roller 40 engaging a slot 36 rotates the positioning pulley 34 one step further. The other pin or roller 42 enters the next slot 36 thereafter. With a further rotation of the drive disk 38 by 180 °, the positioning disk 34 is moved further by the pin or the roller 42 until the pin then re-enters the roller 40 into the subsequent slot 36 . This is a type of "Maltese drive" in which the positioning disk 34 is advanced by a predetermined step with each revolution of the drive disk 38 . In the embodiment shown, the positioning disk 34 is advanced 90 by two revolutions of the drive disk 38 . The positioning disk 34 can be rotated in this way by two revolutions of the drive disk 38 from a 0 ° position into a 90 ° position and a 180 ° position. In each of the positions, the positioning disk 34 is locked in a defined manner by the pins or rollers 40 and 42 .

Mit der Positionierscheibe 34 ist auf der in Fig. 1 unteren Seite des Tragkörpers 28 die Faserspule 46 eines Faserkreisels verbunden. Die Positionierscheibe 34 zusammen mit der Halterung der Faserspule 46 bilden den in dem Lager 22 gelagerten Positionierrahmen 24. Der Positionierrahmen 24 mit der Faserspule 46 und der Tragkörper 28 mit den Beschleunigungsmessern 30 und 32 bilden den Sensorblock 16. In dem Sensorblock 16 sind die Beschleunigungsmesser 30 und 32 und die Faserspule 46 bei jeder Position der Faserspule starr miteinander verbunden, so daß ihre Signale genau die Position der Faserspule 46 relativ zum Lot angeben. Die relative Lage der Teile wird nicht durch thermische Verformung oder Verwerfung beeinflußt. Der Sensorblock 16 ist mit "hängender" Faserspule 46 in das Gehäuse 12 wärmeisoliert eingesetzt.The fiber spool 46 of a fiber gyroscope is connected to the positioning disk 34 on the lower side of the support body 28 in FIG. 1. The positioning disk 34 together with the holder of the fiber spool 46 form the positioning frame 24 stored in the bearing 22 . The positioning frame 24 with the fiber spool 46 and the support body 28 with the accelerometers 30 and 32 form the sensor block 16 . In the sensor block 16 , the accelerometers 30 and 32 and the fiber spool 46 are rigidly connected to each other at each position of the fiber spool, so that their signals precisely indicate the position of the fiber spool 46 relative to the solder. The relative position of the parts is not affected by thermal deformation or warpage. The sensor block 16 is inserted into the housing 12 in a heat-insulated manner with a "hanging" fiber spool 46 .

Die Meßachse der Faserspule 46 ist gegenüber der zur Hoch- und Drehachse (z-Achse) senkrechten Ebene (x-y-Ebene) um einen Elevationswinkel σ geneigt.The measuring axis of the fiber spool 46 is inclined by an elevation angle σ with respect to the plane (xy plane) perpendicular to the vertical and rotational axis (z-axis).

Parallel zu der in Fig. 1 linken Seitenwand des Gehäuses 10 sitzt eine Leiterplatte 50. Die Leiterplatte 50 enthält die für die Stromversorgung der Elektronik und der Sensoren erforderlichen Bauteile. Das sind die Bauteile, die in Fig. 2 als Block 52 dargestellt sind. Auf der Leiterplatte 50 sitzt weiter die Antriebs- und Steuerelektronik für den Positionierrahmen 24 Diese Bauteile sind in Fig. 2 durch einen Block 54 dargestellt. Die Leiterplatte 50 ist mit dem Gehäuse 10 über mechanische Halterungen 56 verbunden.A circuit board 50 sits parallel to the left side wall of the housing 10 in FIG. 1. The circuit board 50 contains the components required for the power supply of the electronics and the sensors. These are the components that are shown as block 52 in FIG. 2. The drive and control electronics for the positioning frame 24 are also located on the printed circuit board 50. These components are represented in FIG. 2 by a block 54 . The circuit board 50 is connected to the housing 10 via mechanical brackets 56 .

Parallel zu der in Fig. 1 vorderen Seitenwand des Gehäuses 10 ist eine Leiterplatte 58 angeordnet. Die Leiterplatte 58 enthält die Elektronik-Bauteile für die Signalverarbeitung und Steuerung. Darunter sind zwei Analog-Digital-Wandler 60 und 62 (Fig. 2) zur Digitalisierung der von den Beschleunigungsmessern 30 bzw. 32 erzeugten Signale. Die Leiterplatte 58 trägt weiterhin eine zentrale Signalverarbeitungs-Einheit in Form eines Mikroprozessors 64. Schließlich sitzt auf der Leiterplatte 58 ein Schnittstellen-Modul 66. Die Leiterplatte 58 ist mittels einer Halterung 68 an dem Gehäuse 10 gehaltert.A printed circuit board 58 is arranged parallel to the front side wall of the housing 10 in FIG. 1. The circuit board 58 contains the electronic components for signal processing and control. Among them are two analog-to-digital converters 60 and 62 ( FIG. 2) for digitizing the signals generated by accelerometers 30 and 32 , respectively. The circuit board 58 also carries a central signal processing unit in the form of a microprocessor 64 . Finally, an interface module 66 sits on the circuit board 58 . The circuit board 58 is held on the housing 10 by means of a holder 68 .

Auf der in Fig. 1 rechten Seitenwand des Gehäuses 10 sitzt eine dem Faserkreisel zugeordnete Einheit 70, welche alle elektronischen und opto-elektronischen Bauteile des Faserkreisels umfaßt. Diese Einheit 70 ist über mechanische Halterungen 72 fest mit dem Gehäuse 10 verbunden. Die Einheit 70 ist somit nicht mit dem Positionierrahmen 24 verdrehbar. Die Faserspule 46 ist über flexible Lichtleitfasern 74 und 76 mit der Einheit 70 verbunden.On the right side wall of the housing 10 in FIG. 1 there is a unit 70 assigned to the fiber gyroscope, which includes all electronic and opto-electronic components of the fiber gyroscope. This unit 70 is fixedly connected to the housing 10 via mechanical brackets 72 . The unit 70 is therefore not rotatable with the positioning frame 24 . The fiber coil 46 is connected to the unit 70 via flexible optical fibers 74 and 76 .

In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, daß der Sensorblock über eine mechanisch feste aber thermisch isolierende Halterung 78 mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Die Beschleunigungsmesser 30 und 32 sind mechanisch fest mit dem Tragkörper 28 des Sensorblocks 16 verbunden. Das ist in Fig. 2 durch Halterungen 80 bzw. 82 angedeutet.In Fig. 2 is schematically represented, that the sensor block is connected via a mechanically rigid but thermally insulating support 78 with the housing 10. The accelerometers 30 and 32 are mechanically fixed to the support body 28 of the sensor block 16 . This is indicated in Fig. 2 by brackets 80 and 82, respectively.

Der Positionierrahmen 24 enthält die Faserspule 46 und eine Halterung 84 für die Faserspule 46 sowie die in Fig. 2 durch einen Block 86 dargestellten Einstellmittel 86, die von dem Maltesertrieb (mit Positionierscheibe 34 und Antriebsscheibe 38) und dem Stellmotor 44 gebildet sind.The positioning frame 24 includes the fiber coil 46 and a support 84 for the fiber coil 46 and the adjusting means 86 shown in Fig. 2 by a block 86, which are formed by the Geneva drive (with positioning disk 34 and drive pulley 38) and the actuating motor 44.

Die beschriebene Inertialsensor-Anordnung arbeitet wie folgt:
Die Beschleunigungs-Signale der Beschleunigungsmesser 30 und 32 sind über die Analog-Digital-Wandler 60 bzw. 62 und Datenleitungen 90 bzw. 92 auf den Mikroprozessor 64 geschaltet. Der Mikroprozessor 64 erhält weiterhin über eine Datenleitung 94 die Signale des Faserkreisels. Dabei sind die opto-elektronischen Bauteile wie die elektronischen Bauteile des Faserkreisels stationär im Gehäuse angeordnet. Nur die Faserspule 46 wird in die verschiedenen Meßstellungen verdreht. Der Faserkreisel spricht auf Komponenten der Erddrehrate Ω an. Der Mikroprozessor bestimmt daraus zunächst in einem Nordungsvorgang die Abweichung einer Referenzachse, z. B. der y-Achse, von Nord. Diese Information wird über das Schnittstellen-Modul 66 an eine (nicht dargestellte) Bedieneinheit ausgegeben.The described inertial sensor arrangement works as follows:
The acceleration signals of the accelerometers 30 and 32 are connected to the microprocessor 64 via the analog-digital converters 60 and 62 and data lines 90 and 92, respectively. The microprocessor 64 also receives the signals of the fiber gyroscope via a data line 94 . The opto-electronic components, like the electronic components of the fiber gyroscope, are arranged stationary in the housing. Only the fiber spool 46 is rotated into the different measuring positions. The fiber gyro responds to components of the earth rotation rate Ω. From this, the microprocessor first determines the deviation of a reference axis, e.g. B. the y-axis, from north. This information is output via the interface module 66 to an operating unit (not shown).

Die Antriebs- und Steuerelektronik sorgt dafür, daß der Positionierrahmen 24 nacheinander in die 0°-Stellung, die 90°-Stellung und die 180°-Stellung gedreht wird. Die in jeder dieser Stellungen von dem Faserkreisel gemessenen Meßsignale werden gespeichert. Aus den drei so erhaltenen Meßsignalen des Faserkreisels können bei bekannten Neigungswinkeln, die von den Beschleunigungsmessern geliefert werden, der Sinus und Kosinus des Nordwinkels (zur Bestimmung des Quadranten) sowie die Drift des Faserkreisels berechnet werden. Das erfolgt in dem Mikroprozessor 64, der andererseits auch die Antriebs- und Steuerelektronik ansteuert. Das ist durch die Doppelpfeil-Ver bindung 96 angedeutet.The drive and control electronics ensure that the positioning frame 24 is rotated one after the other into the 0 ° position, the 90 ° position and the 180 ° position. The measurement signals measured by the fiber gyroscope in each of these positions are stored. The sine and cosine of the north angle (for determining the quadrant) and the drift of the fiber gyroscope can be calculated from the three measurement signals of the fiber gyro obtained in this way at known inclination angles, which are provided by the accelerometers. This takes place in the microprocessor 64 , which on the other hand also controls the drive and control electronics. This is indicated by the double arrow connection 96 Ver.

Die Schrägstellung des Faserkreisels gestattet es, auch Drehgeschwindigkeiten um die Hochachse (z-Achse) zu erfassen. Daraus läßt sich laufend ein Kurswinkel berechnen oder ein Signal zur Kurshaltung erzeugen.The inclination of the fiber top also allows it Rotational speeds around the vertical axis (z axis) too capture. A course angle can be continuously calculated from this or generate a signal for course keeping.

Das ist im Hauptpatent (europäische Patentanmeldung 97102181.1) näher beschrieben.That is in the main patent (European patent application 97102181.1).

Fig. 3 zeigt schematisch die gegenseitige Lage der gehäusefesten Achsen, nämlich der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse oder Hochachse, sowie der Meßachse 100 des Faserkreisels, d. h. der Achse der Faserspule. Die Beschleunigungsmesser 30 und 32 liegen mit ihren Empfindlichkeitsachsen in Richtung der x-Achse bzw. der y-Achse. Fig. 3 schematically shows the mutual position of the housing-fixed axes, namely the x-axis, y-axis and the z-axis or vertical axis, as well as the measurement axis 100 of the fiber optic gyro, ie the axis of the fiber coil. Accelerometers 30 and 32 lie with their sensitivity axes in the direction of the x-axis and the y-axis, respectively.

Claims

1. Inertial sensor arrangement with an inertial sensor working using the Sagnac effect, which responds to the horizontal component of the earth's rotation rate and can be rotated about a vertical axis into a plurality of fixed positions, with a signal for the angle being obtained from the signals obtained by signal processing means is formed between a reference direction and north,
in which

(a) the inertial sensor is formed by a fiber gyroscope,
(b) the fiber spool ( 46 ) of the fiber gyroscope is arranged on a positioning frame ( 24 ) which is rotatably mounted about the vertical axis (z) relative to a housing ( 10 ),
(c) the positioning frame ( 24 ) can be rotated into three fixed positions defined by locking means by adjusting means ( 86 ) and
(d) for determining the inclination of the inertial sensor arrangement relative to the horizontal inclination sensors ( 30 , 32 ) with crossed sensitivity axes are provided according to patent (European patent application 97102181.1), characterized in that
(e) the fiber spool ( 46 ) with the positioning frame ( 24 ) and the two inclination sensors ( 30 , 32 ) are arranged on a rigid sensor block ( 16 ) which is thermally insulated from the housing ( 10 ).

2. Inertial sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor block ( 16 ) with the housing ( 10 ) is mechanically fixed.

3. Inertial sensor arrangement according to claim 2, characterized in that

(a) the sensor block ( 16 ) has a plate-shaped rigid support body ( 28 ) which is rigidly but thermally insulated in the housing ( 10 ),
(b) the inclination sensors ( 30 , 32 ) are arranged perpendicular to one another in the support body ( 28 ),
(c) the positioning frame ( 24 ) is rotatably mounted in the support body ( 28 ) and has a positioning disc ( 34 ) arranged on a first side of the support body ( 28 ),
(d) the fiber spool ( 46 ) of the fiber gyroscope is arranged on the opposite, second side of the support body ( 28 ) and is connected to the positioning frame ( 24 ), and
(e) the adjusting means ( 86 ) sit on the support body ( 28 ) and interact with the positioning disc ( 34 ).

4. Inertial sensor arrangement according to claim 3, characterized in that the adjusting means ( 86 ) have a servomotor ( 44 ) which is coupled via a gear in the manner of a Geneva drive with the positioning disc ( 34 ).

5. Inertial sensor arrangement according to claim 4, characterized in that the transmission is a sequence of radial sweating ( 36 ) on the periphery of the positioning disc ( 34 ) and one of the servomotor ( 44 ) driven, with a pair of eccentric, axial pins or Has rollers ( 40 , 42 ) provided drive disc ( 38 ), the pins or rollers ( 40 , 42 ) alternately engaging in the radial slots and advancing the positioning disc ( 34 ) by a predetermined setting angle with each revolution of the drive disc ( 38 ).

6. Inertial sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that it supporting body ( 28 ) is formed by a pair of parallel plates ( 18 , 20 ) by the bearing ( 20 ) of the positioning frame ( 24 ) and around the bearings ( 20 ) of the positioning frame ( 24 ) are connected to one another via radial ribs ( 26 ).

7. Inertial sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electronic and optronic components of the fiber gyroscope are arranged in a fiber gyroscope block ( 66 ) which is mounted on the wall of the housing ( 10 ) and with the rotatable fiber spool ( 46 ) of the fiber gyroscope is connected via flexible optical fibers ( 74 , 76 ).