DE19822581A1 - Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals in einem Faserkreisel - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals in einem Faserkreisel

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals für die Korrektur von Temperatureinflüssen auf einen Faserkreisel, der zumindest einen 3 x 3-Koppler, eine Halbleiter-Lichtquelle sowie eine Monitordiode zur Erfassung der Strahlungsleistung der Halbleiter-Lichtquelle aufweist, wobei das Ausgangssignal der Monitordiode (D¶3¶, D¶4¶) einem Regler (R) zugeführt wird, daß der Regler (R) den Injektionsstrom der Halbleiter-Lichtquelle (L) derart ansteuert, daß das Ausgangssignal der Monitordiode (D¶3¶, D¶4¶) konstant ist und, daß ein dem Injektionsstrom proportionales Signal [I(T)] zur Korrektur von Temperatureinflüssen gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängi­ gen Signals für die Korrektur von Temperatureinflüssen auf einen Faserkrei­ sel, der zumindest einen 3×3-Koppler, eine Halbleiter-Lichtquelle sowie eine Monotordiode zur Erfassung der Strahlungsleistung der Halbleiter-Lichtquelle aufweist.
Faseroptische Kreisel wie sie z. B. von G. Trommer et al in "Passive Fibre Optic Gyroscope", Applied Optics 29, pp 5360-5365, 90 beschrieben werden, weisen komplizierte temperaturabhängige Ausgangssignale der Fotodioden auf, aus denen über eine dem speziellen Kreiseltyp entsprechende Auswerte­ formel die jeweilige Drehrate berechnet wird. Zur Berücksichtigung der indi­ viduellen Eigenschaften des Kreisels müssen spezielle, den Kreisel beschrei­ bende Koeffizienten ermittelt werden, welche durch eine Kalibrierung des Kreisels auf einem Drehtisch erfolgt. Hierzu wird der Kreisel bei mehreren bekannten Drehraten in Rotation versetzt, die Meßsignale der Fotodioden ge­ messen und aus ihnen die genannten Koeffizienten berechnet. Diese werden dann dem elektronischen Speicher des Kreisels einprogrammiert und dienen als Basis für die Berechnung inertialer Drehraten durch den Kreiselrechner. Um temperaturabhängige Fehler mittels temperaturabhängiger Koeffizienten­ sätze zu kompensieren, müssen die genannten Rotationen für die Ermittlung der Koeffizienten bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden. Um also einen Kreisel temperaturkompensiert betreiben zu können, muß die Be­ stimmung der Koeffizienten mittels mehrerer bekannter Drehraten auf dem Drehtisch mit integrierter Temperaturkammer bei diskreten Temperaturstütz­ stellen im gesamten Temperaturbereich erfolgen.
Dem Einsatz des Kreisels erfolgt dann dessen Temperaturkorrektur dadurch, daß die Temperatur im Kreisel gemessen wird, durch Interpolation aus dem Koeffizientensatz die der Temperatur zugeordneten Koeffizienten ermittelt werden und mittels dieser Koeffizienten und den Meßsignalen der Fotodioden die Drehrate berechnet wird. Als Referenztemperatur im Kreiselinneren wählt man zweckmäßigerweise die Temperatur der Lichtquelle, da deren tempera­ turabhängige Wellenlängenvariationen den dominanten Fehlerbeitrag liefern. Dazu wird, wie z. B. aus der DE 42 40 183 A1 bekannt, ein Temperatursensor nahe an der Halbleiterschicht der Lichtquelle, welche in der Regel ein Halb­ leiterlaser, eine Superluminiszenzdiode oder eine kantenimitierende Leucht­ diode (ELED) ist, angebracht. Durch den zwangszweise vorhandenen Ab­ stand zwischen dem Temperatursensor und der Halbleiterschicht sowie der Trägheit von Temperaturdiffusionsprozessen bei schnellen Temperaturände­ rungen wie sie z. B. beim Einschalten des Kreisels entstehen, hinken die vom Temperatursensor gemessenen Werte hinter der tatsächlichen Temperatur des Halbleiters hinterher. Die Temperaturkorrektur ist somit in diesen Phasen des Kreiseleinsatzes fehlerhaft. Speziell bei Einschaltzeiten unter einer Sekunde ist dies ein limitierender Faktor für die notwendige Genauigkeit des Kreisels.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signales für die Korrektur von Temperatureinflüssen auf einen Faserkreisel zu schaffen, welches auch bei raschen Temperaturände­ rungen zuverlässige Korrekturwerte liefert.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren nach den Patentansprüchen 1 oder 2 gelöst.
In beiden erfindungsgemäßen Verfahren wird die grundlegende physikalische Eigenschaft einer jeden Halbleiter-Lichtquelle genutzt, welche darin besteht, daß die optische Leistung bei konstantem Injektionsstrom mit wachsender Temperatur auf exakt deterministische Weise sinkt. Aufgrund der gleichen physikalischen Eigenschaft steigt bei derartigen Halbleiter-Lichtquellen die emittierte Wellenlänge mit der Temperatur. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit auf einen Temperatursensor verzichtet werden, wenn entweder die Ausgangsleistung der Halbleiter-Lichtquelle durch einen gere­ gelten Injektionsstrom konstant gehalten wird, so daß dieser Injektionsstrom dann ein Maß für die Temperatur auf der Halbleiterschicht darstellt oder, wenn die Halbleiter-Lichtquelle mit einem konstanten Injektionsstrom betrie­ ben wird und die optische Ausgangsleistung der Halbleiter-Lichtquelle mittels der Monitordiode gemessen wird; im letzteren Fall ist dann das Ausgangs­ signal der Monitordiode proportional zur Temperatur der Halbleiter- Lichtquelle. Somit kann entweder der geregelte Injektionsstrom oder das Ausgangssignal der Monitordiode als Eingabewert für die Berechnung der Temperaturkorrektur dienen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben:
Die beiden Enden einer Faserspule F sind mit je einem Kanal an den An­ schlußstellen 4 bzw. 6 eines 3×3-Koppler K verbunden. Mit den jeweils ge­ genüberliegenden Anschlußstellen 3 bzw. 5 dieser Kanäle sind Fotodioden D1 bzw. D2 optisch verbunden, deren Ausgangssignale P1 und P2 einem nicht dargestellten Kreiselrechner zugeführt werden.
Der dritte Kanal des 3×3-Kopplers K ist an der Koppelstelle 1 mit einer Halbleiter-Lichtquelle L und an der gegenüberliegenden Koppelstelle 2 mit einer Monitordiode D3 optisch verbunden. Alternativ dazu kann die Licht­ quelle L auch direkt mit einer Monitordiode T4 verbunden sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal P3 einem Regler R zugeführt, welcher den Injektionsstrom für die Halbleiter- Lichtquelle L liefert und diesen so regelt, daß das Ausgangssignal der Moni­ tordiode D3 konstant ist. Für den Fall, daß das Ausgangssignal P3 der Moni­ tordiode D3 für die Berechnung der Drehrate verwendet wird, wird in der ge­ strichelt dargestellten alternativen Ausführungsform das Ausgangssignal der Monitordiode D4, welches dann dem ungeregelten Ausgang der Lichtquelle L und damit deren Temperatur proportional ist, direkt dem Kreiselrechner zur Temperaturkorrektur zugeführt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals für die Korrektur von Temperatureinflüssen auf einen Faserkreisel, der zumin­ dest einen 3×3-Koppler, eine Halbleiter-Lichtquelle sowie eine Monitor­ diode zur Erfassung der Strahlungsleistung der Halbleiter-Lichtquelle aufweist dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Moni­ tordiode (D3, D4) einem Regler (R) zugeführt führt, daß der Regler (R) den Injektionsstrom der Halbleiter-Lichtquelle (L) derart ansteuert, daß das Ausgangssignal der Monitordiode (D3, D4) konstant ist und, daß ein dem Injektionsstrom proportionales Signal [I(T)] zur Korrektur von Temperatureinflüssen gebildet wird.
2. Verfahren zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals für die Korrektur von Temperatureinflüssen auf einen Faserkreisel, der zumin­ dest einen 3×3-Koppler, eine Halbleiter-Lichtquelle sowie eine Monitor­ diode zur Erfassung der Strahlungsleistung der Halbleiter-Lichtquelle aufweist dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Lichtquelle (L) mit einem konstanten Injektionsstrom betrieben und aus dem Ausgangs­ signal der Monitordiode (D3, D4) ein diesem proportionales Signal [I(T)] zur Korrektur von Temperatureinflüssen gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Monitordiode (D3, D4) entweder direkt oder über einen Kanal des 3×3- Kopplers (K) mit der Halbleiter-Lichtquelle (L) optisch verbunden ist.
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