DE2209397C3 - Drehgeschwindigkeitsmesser, insbesondere Ringlaser - Google Patents

Description

gungsfrequenzen ergeben. Auf diese Weise werden je Ausbreitungsrichtung zwei verschiedene Frequenzen erhalten, derart, daß hiervon für die eine und für die andere Ausbreitungsrichtung zur Auswertung schließlich zwei Wellen mit ausreichend unterschiedlicher Frequenz ausgewählt werden können, um das Zusammenwandern der Frequenzen (lock-in) bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Übertragungsweges zu verhindern.

Auch der Drehgeschwindigkeitsmesser nach der vorstehend erwähnten, französischen Patentschrift besitzt den Mangel, daß Einflüsse auf die wirksame Länge des Übertragungsweges sich als Fehler in vollem Maße im Meßergebnis bemerkbar machen.

Ähnliches gilt für einen Drehgeschwindigkeitsmesser nach der deutschen Auslegeschrift 12 87 836, gemäß welcher es bekannt ist, im Übertragungsweg Verzögerungsmittel anzuordnen, welche auf eine unterschiedliche Richtung der zirkulären Polarisation ansprechen, wodurch in einem Teil des geschlossenen Übertragungsweges Wellen unterschiedlicher Richtung der zirkulären Polarisation und unterschiedlicher Frequenz auftreten. Zur Auswertung werden wiederum Wellen der einen Ausbreitungsrichtung und der anderen Ausbreitungsrichtung von ausreichendem Frequenzunterschied ausgewählt, um das Zusammenwandern der Frequenzen bei niedrigen Übertragungsweg-Drehgeschwindigkeiten zu verhindern.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Drehgeschwindigkeitsmesser der eingangs kurz beschriebenen, allgemeinen Art derart auszubilden, daß auf den Übertragungsweg wirkende Störeinflüsse, wie Änderungen der Abmessungen des Ubertragungsweges auf Grund von Erschütterungen, Temperaturänderungen u. dgl., daran gehindert werden, das Meßergebnis zu verfälschen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in ein und demselben Übertragungsweg mindestens je zwei unterschiedliche Frequenzen für jede Ausbreitungsrichtung anregbar sind und die sich in der einen Ausbreitungsrichtung durch den Übertragungsweg fortpflanzenden Wellen eine Frequenz oberhalb und eine Frequenz unterhalb eines Frequenzpaares der sich in der anderen Ausbreitungsrichtung durch den Übertragungsweg fortpflanzenden Wellen haben und daß mittels der Auswerteinrichtungen sowohl die drehgeschwindigkeitsabhängige Differenzfrequenzänderung der unteren Frequenzen der Wellen je einer Ausbreitungsrichtung als auch die drehgeschwindigkeitsabhängige Differenzf requenzänderung der oberen Frequenzen dei Wellen je einer Ausbreitungsrichtung auswertbar sind.

Nachdem Frequenzverschiebungen auf Grund von Veränderungen der von der Energiequelle zugeführten Leistung, auf Grund von mechanischen Schwingungen der Bauteile oder auf Grund thermischer Veränderungen im System sämtliche Frequenzen im wesentlichen in gleicher Weise verschieben, da sämtliche Wellen durch dieselben Bauteile längs des Übertragungsweges geführt werden, verschieben sich die Abstände zwischen den oberen Frequenzen und zwischen den unteren Frequenzen je eines Frequenzpaares in derselben Richtung, so daß die Gesamtabweichung in der Auswertung zu Null wird.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand der anliegenden Ansoriiche2 bis 7. auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der vorliegenden Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines ringförmigen Laser-Übertragungsweges

F i g. 2 ein Diagramm mit Betriebskennlinien des Systems nach F i g. 1 und

ίο F i g. 3 eine Abbildung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

An Hand der F i g. 1 und 2 sei ein Ringlase- erläutert, welcher ein Laser-Verstärkungsmedium 10 besitzt. Ein ringförmiger Übertragungsweg für die

S Laserstrahlen wird durch vier Reflektoren 12, 13, 14 und 15 bestimmt, welche gegenüber dem durch die Achse des Lasermediums 10 gehenden Ausbreitungsweg der Wellen unter einem Winkel von 45° angeordnet sind und einen rechteckigen Übertragungsweg festlegen, wobei uas Lasermedium 10 in einem Zweig angeordnet ist. Im gegenüberliegenden Zweig des rechteckigen Übertragungsweges liegt ein Bauteil 16 mit polarisationsselektiver Dispersion, welches Wellen unterschiedlicher Polarisation unterschiedlich stark verzögert. Das Bauteil 16 kann beispielsweise von einem gebräuchlichen Quarzkristallrotator 17, dessen optische Achse parallel zur Laserachse liegt, und einem üblichen Faraday-Rotator 18 gebildet sein, dessen magnetisches Feld parallel zum Ausbreitungsweg des Laserstrahles verläuft.

Der Kristallrotator 17 verursacht eine Verzögerung für zirkulär polarisierte Wellen, welche für den einen Richtungssinn der zirkulären Polarisation anders ist als für den entgegengesetzten Richtungssinn der Polarisation, wobei das Verhalten reziprok ist, d. h., eine Welle, welche einmal in der einen und einmal in der anderen Richtung durch den Kristall geschickt wird, erfährt jeweils dieselbe Verzögerung. Der Faraday-Rotator 18 bewirkt ebenfalls eine Verzögerung zirkulär polarisierter Wellen, jedoch arbeitet er nicht reziprok, d. h. er dreht eine zirkularpolarisierte Welle des einen Polarisationssinnes, die in einer Richtung durch den Rotator wandert in positivem Sinne oder erhöht die Drehung, während bei einer im gleichen Sinne zirkulär polarisierten Welle, welche den Rotator in der entgegengesetzten Richtung durchläuft, eine Drehung in negativem Sinne oder eine Verminderung der Drehung vorgenommen wird.

Da eine Veränderung der Gesamtverzögerung eine Veränderung der elektrischen Weglänge bewirkt und da rund um den Laserstrahl-Übertragungsweg, welcher durch die Bauteile 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17 und 18 gebildet wird, ein ganzzahliges Vielfaches von Wellenlängen erforderlich ist, um Schwingungen erzeugen zu können, werden vier Schwingungsfrequenzen erzeugt, wobei die in F i g. 2 mit 21 und 22 bezeichneten Frequenzen beispielsweise zu linkszirkular polarisierten Wellen gehören können, von denen die Frequenz 21 im Uhrzeigersinn durch das Lasersystem nach F i g. 1 läuft, während die Frequenz 22 im Gegenuhrzeigersinn das System nach Fig. 1 durchläuft. Die mit 23 und 24 bezeichneten Frequenzen können rechtszirkular polarisierten Wellen angehören, wobei die Frequenz 23 im Gegcn-Uhrzeigersinn durch das Lasersystem läuft, während die Frequenz 24 im Uhrzeigersinn im Lasersystem nach Fig. 1 umläuft. In Fig. 2 sind die genannter Frequenzen mit positivem bzw. negativem Abstand

von der Mittenfrequenz oder der Frequenz maxima- in einem ganz bestimmten Winkel der linearen PoIa-

ler Ausgangsverstärkung des Lasers 10 eingezeich- risation durch, und durch entsprechende Einstellung

net. der Drehstellung der Analysatoren 35 können Strah-

Wird die in Fi g. 1 gezeigte Anordnung um eine len 41, 42, 43 und 44 erzeugt werden, welche im we-

Achse gedreht, welche senkrecht zur Ebene des La- 5 sentlichen nur die Frequenzen 21 bzw. 22 bzw. 23

ser-Übertragungsweges gerichtet ist, so werden die bzw. 24 enthalten.

Frequenzen 22 und 23 beide in eine Richtung ver- Die Strahlen 41 und 42 werden einander mittels schoben, während die Frequenzen 21 und 24 beide in eines teildurchlässigen Spiegels 45 überlagert und auf die entgegengesetzte Richtung verschoben werden. eine Fotodiode 46 geleilet, und die Strahlen 42 und Wird beispielsweise das System im Uhrzeigersinn ge- i° 43 werden einander auf einer Fotodiode 48 vermitdreht, so werden die Frequenzen 22 und 23 verrin- tels des teildurchlässigen Spiegels 47 überlagert. Die gert und die Frequenzen 21 und 24 werden erhöht Fotodioden 46 und 48 sind vermittels Batterien 49 und nachdem die Frequenzen 22 und 23 zwischen bzw. 50 mit einer Gegenvorspannung versehen und den Frequenzen 21 und 24 gelegen sind, wird der die Differenzfrequenz, welche von der Fotodiode 46 Frequenzabstand zwischen den Frequenzen 21 und ·5 auf Grund des Frequenzabstandes zwischen den Fre-22 vermindert und der Frequenzabstand zwischen quenzen 21 und 22 erzeugt wird, erscheint am Beladen Frequenzen 23 und 24 wird vergrößert. Die stungswiderstand 51, während die Differenzfrequenz, Summe der Änderungen dieser Frequenzabstände ist welche durch die Fotodiode 48 auf Grund des Freunmittelbar proportional zur Drehgeschwindigkeit quenzabstandes zwischen den Frequenzen 23 und 24 des Systems nach Fig. 1. Diese Summe läßt sich von *o erzeugt wird, am Belastungswiderstand 52 auftritt. Frequenzverschiebungen auf Grund anderer Ursa- Frequenzen oberhalb dieser Differenzfrequenzen chen, beispielsweise Änderungen des Verstärkungs- werden durch die angedeutete Streukapazität des Syfaktors oder thermischen Änderungen der Ubertra- stems ausgefiltert und erscheinen nicht an den gungsweglänge dadurch absondern, daß die Ändc- Widerständen 51 und 52.

rungen der Frequenzabstände oder die Abweichun- ²5 Die Differenzfrequenzen werden mittels der Zähler gen dieser Frequenzabstände algebraisch addiert 53 und 54 gezählt, welche Impulsformungs-Schaltunwerden. Eine Verminderung eines Frequenzabstan- gen enthalten können, um aus der sinusförmigen Difdes hat dabei ein negatives Vorzeichen, und eine Er- ferenzfrequenz-Schwingung in an sich bekannter höhung des Frequenzabstandes besitzt ein positives Weise digitale Impulse zu formen. Der Ausgang des Vorzeichen. Die Drenrichtung bestimmt sich aus den 3° Zählers 53 wird von dem Ausgang des Zählers 54 jeweiligen relativen Vorzeichen der Frequenzabwei- mittels eines Additionswerkes 55 abgezogen, welches chungcn. Ist beispielsweise der Abstand zwischen so ausgebildet ist, daß der Ausgang des Zählers 53 den Frequenzen 21 und 22 kleiner als der Abstand als negative Zahl zu dem Ausgang des Zählers 54 als zwischen den Frequenzen 23 und 24, so dreht sich positiver Zahl addiert wird, wie in der Zählertechnik das System im Uhrzeigersinn, während dann, wenn 35 allgemein bekannt ist. Der Ausgang des Additionsder Abstand zwischen den Frequenzen 21 und 22 Werkes 55 1st daher eine Zahl, welche zur gesamten größer als der Abstand zwischen den Frequenzen 23 Drehung des Lasersystems während einer Zeit pro- und 24 ist. das System sich im Gegenuhrzeigersinn portional ist, während welcher die Zähler gearbeitet dreht. haben. Ist das Gesamt-Zählergebnis positiv, so ist Die vier Frequenzen des Ringlasers werden aus 40 der Ausgang des Zähler 54 größer als der Ausgang der geringen Menge an Laser-Wellenenergie abgelei- des Zählers 53 und die Drehung erfolgt im Gegentet. welche durch den Spiegel 14 hindurch in kleinen Uhrzeigersinn, während bei negativem Gesamtergeb-Meneen austritt beispielsweise in einer Menge von nis die Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt. Wie ebenweniger als 1 ° 00 der Gesamtenergie des Laserstrahls. falls aus der Zählertechnik allgemein bekannt, kön-Tm Uhrzeigersinn umlaufende Wellen durchdringen 45 nen zähler so geschaltet und ausgebildet sein, daß sie den Spiegel 14 längs des mit 30 bezeichneten Weges, während wiederholter Zeitabschnitte eine Zählung während im Gegenuhrzeigersinn umlaufende Wellen durchführen, und das Zählergebnis ist dann zur den Spiegel längs des mit 31 bezeichneten Weges Drehgeschwindigkeit proportional, durchdringen. Die Strahlen verlaufen durch Polarisa- Die an den Widerständen 51 und 52 anstehenden tionsfilterplatten 32 beliebiger Art, beispielsweise 5» Spannungssignale haben eine Amplitude, welche von durch Quarzkristallplatten, welche mit ihrer Z-Achse der Lage der Frequenzen mit Bezug auf die Verstärsenkrecht zum Strahl und mit der X-Achse oder der kungskurve 90 nach F i g. 2 abhängig ist, und diese Y-Achse parallel zum Strahl ausgerichtet sind. Die Signale können daher dazu verwendet werden, ein Dicke der Platten 32 ist in bekannter Weise so ge- Steuersignal zu erzeugen, um die Frequenzen 21 und wählt, daß die zirkulär polarisierten Wellen in linear 55 22 sowie 23 und 24 symmetrisch zur Mittenfrequenz polarisierte Wellen umgeformt werden, wobei die Ii- der Kennlinie 90 auszurichten. Die Amplituden der near polarisierte Welle jedes Strahls, welche aus genannten Signale werden durch Dioden 61 bzw. rechtszirkular polansierten Wellen erzeugt wird, ermittelt und erscheinen an Belastuncswiderständen rechtwinkelig zu der linear polarisierten Welle steht, 63 bzw. 64, wobei die an diesen Widerständen anstedie aus der linkszirkular polarisierten Welle erzeugt ^6o henden Signalspannungen durch Filterkreise aus den wird. Die Strahlen 30 und 31 werden dann in zwei Widerständen 65 und den Kondensatoren 66 geführt im wesentlichen gleiche Amplitude besitzende Strah- werden, mittels weichen das gewünschte Frequenzlen vermittels teildurchlässigem Spiegel 33 aufgeteilt, Ansprechverhalten der Steuersignalschleife gegenwobei die Strahlen, welche durch die halbverspiegel- über einem Differentialverstärker 67 bestimmt wird, ten Spiegel 33 durchtreten, an Spiegeln 34 reflektiert 65 dessen Ausgang einen piezoelektrischen Kristall bewerden, so daß insgesamt vier Strahlen entstehen, aufschlagt, welcher einen der Spiegel nämlich den welche durch vier Polarisationsanalysatoren 35 ge- Spiegel 12, trägt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat der führt werden. Letztere lassen nur Energie der Welle piezoelektrische Kristall die Foim eines Quarzblok-

kes 68, welcher über eine rückwärtige Elektrode 69 gehaltert ist, die Teil einer mechanischen Halterung (nicht dargestellt) bildet, und eine vorderseitige Elektrode 70 aufweist, die den Spiegel 12 trägt. Der Verstärkungsgrad und die Polung des Differentialverstärkers 67 sind so gewählt, daß eine Bewegung des Spiegels 12 in solcher Weise erzeugt werden kann, daß mechanische Bewegungen von Teilen des Systems gegeneinander kompensiert werden können, so daß die Frequenzen 21, 22, 23 und 24 symmetrisch zur Mittenfrequenz oder frequenzmaximaler Verstärkung der Kennlinie 90 bleiben.

In F i g. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem der Laser 10 die Form eines Gaslasers hat, der einen Glaskolben 71 aufweist, in welchem ein Gemisch aus Neon und Helium enthalten ist, welches eine Verstärkung von Wellenlängen von etwa 6328 A bewirkt. Zwei Kathoden 72 sind an seitlichen Armen 73 nahe den Enden des Lasers 10 vorgesehen, welche in den Laser-Innenraum 74 einmünden, der zwischen den Enden des Glaskörpers 71 verläuft und an optischen Fenstern 75 endet. Eine Anode 76 ist in einem Seitenarm 77 angeordnet und mündet etwa in der Mitte zwischen den die Kathoden enthaltenden Armen 73 in den Laserraum 74 ein. Zwischen den Kathoden 72 und der Anode 76 werden vermittels einer Energiequelle 78, vorzugsweise mittels einer einstellbaren Gleichstromquelle elektrische Glcichstromentladungen erzeugt.

Der Weg des Laserstrahles wird durch vier Spiegel 80, 81, 82 und 83 bestimmt, welche an den Ecken des im wesentlichen rechteckig verlaufenden Weges angeordnet sind und einen Winkel von etwa 45° gegenüber der Richtung der einfallenden und reflektierten Strahlen einschließen. Die gesamte Anordnung, welche den Weg des Laserstrahles bestimmt, ist auf einer Grundplatte 84 angeordnet, welche eine im wesentlichen starre und feste Lage der Bauteile gewährleistet, um Schwankungen der Weglänge auf Grund mechanischer Schwingungen zu verhindern. Die Grundplatte 84 ist an einem hier nicht eingezeichneten Gegenstand befestigt, dessen Drehung gemessen werden soil. Die Spiegel 80, 81, 82 und 83 können an nicht dargestellten Halterungen in an sich bekannter Weise einstellbar befestigt sein, um den Laserstrahl längs des rechteckig verlaufenden Weges ausrichten zu können. Einer oder mehrere der Spiegel, beispielsweise der Spiegel 82, ist bzw. sind konkav ausgebildet, um die Bündelung des Laserstrahles für den Durchgang durch den Innenraum 74 zu verbessern. Gegebenenfalls kann die gesamte Anordnung vor Fehlern auf Grund von Gasbewegungen längs des Laserstrahlweges dadurch geschützt werden, daß sämtliche Teile des Weges des Laserstrahles außerhalb des gasgefüllten Innenraumes des Kolbens 71 evakuiert werden. Eine Bewegung von Gas innerhalb des Innenraums 74 auf Grund der elektrischen Entladung wird kompensiert, da die Ionenbewegung im Gas längs des Innenraums 74 in beiden Richtungen von der Anode 77 weg zu jeder der Kathoden in den Armen 73 erfolgt. Wird also der Laser durch eine Gleichstromenlladung erregt, so treten gleiche und entgegengesetzt gerichtete Bewegungen der Gasteilchen innerhalb des Innenraums 74 auf. Die Länge des Innenraums 74 ist genügend groß gewählt, um die Verluste im Lascrsignal auf dem Umlaufweg überwinden zu können. Beispielsweise beträgt die Länge 20 cm bis 100 cm. Die gesamte Weglänge kann dadurch verkürzt werden, daß zusätzliche Laser auch in die anderen Zweige des rechteckigen Laserstrahlweges gelegt werden und gegebenenfalls kann einer oder können mehrere der Spiegel als Teile der Fenster 75 ausgebildet sein, um die Verluste zu vermindern.

In dem dem Laser 10 gegenüberliegenden Zweig des rechteckigen Laserstrahlweges liegt ein Bauteil

85 mit polarisationsselektiver Dispersion, welches von einem Quarzkristallkörpcr gebildet ist, der mit seiner Z-Achse oder optischen Achse parallel zum Ausbreitungsweg des Laserstrahles ausgerichtet ist. Das Bauteil 85 erzeugt die reziproke, polarisationsselektive Dispersion, von welcher im Zusammenhang mit dem Bauteil 17 nach F i g. 1 die Rede war.

Ist die durch die reziproke, polarisationsselektive Dispersion hervorgerufene Frequenztrennung verhältnismäßig groß und beträgt beispielsweise 150 MHz, so bewirkt der Faraday-Effekt im Quarzkristall eine ausreichende nichtreziproke, polarisationsselektive Dispersion, um eine Frequenztrennung von beispielsweise 0,1 °/o derjenigen Frequenztrennung zu erreichen, welche durch die reziproke, polarisationsselektive Dispersion hervorgerufen wird. Die Faraday-Drehung wird mittels eines Permanentmagneten

86 erzeugt, welcher an magnetische Polschuhe 87 und 88 an den Enden des Kristalls 85 angesetzt ist und ein Magnetfeld erzeugt, das koaxial zum Laserstrahl verläuft. Die Polschuhe 87 und 88 sind mit Öffnungen versehen, um den Laserstrahl hindurchtreten zu lassen. Da Veränderungen im Magnetfeld zu Frequenzverschiebungen führen, welche sich im Ausgangssignal auslöschen, ist die Größe des Magnetfeldes kein kritischer Wert und wird für die betreffende Länge des Kristalls 85 so gewählt daß eine ausreichende, nichtrciiproke Polarisationsverschiebung entsprechend den bekannten physikalischen Konstanten von Quarz erreicht wird. Anstelle von Quarz kann eine Vielzahl anderer Werkstoffe verwendet werden, welche die gewünschte reziproke, polarisationsselektive Dispersion und die nichtreziproke Faraday-Polarisationsdispersion besitzen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt ein Quarzkristall mit einer Länge von etwa 4 mm bei einer magnetischer. Feldstärke von 2000 Gauß die gewünschte Frequenzaufspaltung.

Aus dem System ausgekoppeltes Licht, beispielsweise in den geringen Mengen, welche durch den Spiegel 83 hindurchtreten, fällt auf eine Auswerteinrichtung 89, welche Viertelwellenplatten, halbdurchlässig verspiegelte Spiegel, Polarisationsanalysatoren und Fotodetektoren in geeigneter Anordnung enthält, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. Für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 besitzt der Laser eine verhältnismäßig scharfe Verstärkungskurve auf Grund der Molekülresonanz, wie in Fi g. 2 durch die Kurve 90 gezeigt ist, wobei die Diagrammpunkte halber Leistung einen Abstand von etwa 1000 MHz voneinander haben, wie durch die Punkte 91 angedeutet ist. In einem derartigen System mit einem verhältnismäßig langen Weg des Laserstrahls können nebeneinander liegende Schwingungszustände oberhalb der Punkte halber Leistung auftreten. Diese Schwingungszustände haben bei dem gezeigten Beispiel einen Abstand zwischen 300 MHz und 400 MHz von den gewünschten Betriebsfrequenzen 21, 22, 23 und 24 und sind durch die Frequenzlinien 92 angedeutet Da die

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Kurve 90 im wesentlichen einer Gauss'schen Verteilung des Verstärkungsgewinns über der Frequenz entspricht, kann die Verstärkung des Systems durch Einstellung der Energiequelle 78 so einreguliert werden, daß der Verstärkungsgewinn der Schleife für diejenigen Frequenzen, welche in den Bereichen der Kurve 90 gelegen sind, in welchen sich die nebeneinanderliegenden Schwingungszustände 92 befinden, kleiner als eins ist, was beispielsweise für den unterhalb der Linie 93 gelegenen Teil der Kurve 90 gilt. Die Schwingungszustände 92 werden dann nicht angeregt, und Differenzfrequenzen, welche durch solche Schwingungszustände erzeugt würden, werden demgemäß ausgeschaltet.

Gegebenenfalls können aber auch die benachbarten Schwingungszustände angeregt werden, wenn das System so betrieben wird, daß die Frequenzaufspaltung auf Grund der nichtreziproken Faraday-Drehung nicht einen Wert von wenigen hundert Kilohertz übersteigt. Die Ausgangs-Fotodetektoren, beispielsweise die Detektoren 46 und 48 gemäß F i g. 1 können zusammen mit den Belastungswiderständen 51 und 52 so ausgebildet werden, daß sich eine Nebenschlußkapazität ergibt, durch welche sämtliche Frequenzen etwa oberhalb 1 MHz ausgefiltert werden, so daß die in den Ausgängen auftretenden Differenzfrequenzen Frequenzbänder von einigen wenigen Hz Breite darstellen, welche die Änderungen des Frequenzabstandes zwischen den Hauptfrequenzen und ihren benachbarten Schwingungszuständen darstellen. Diese schmalen Frequenzbänder können in den Zählern 53 und 54 oder in einer Frequenz-Diskriminatorschaltung äusgemittelt werden, was in üblicher Weise geschehen kann. Bei einer solchen Betriebsweise kann gegebenenfalls die Stabilisierung der Weglänge beispielsweise mittels eines einem Spiegel zugeordneten Quarzkristalls, entfallen, da benachbarte Schwingungszustände stets innerhalb der

ίο Verstärkungskurve gelegen sind.

Folgende Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind denkbar. Es können beliebige Lasertypen verwendet werden. Die Breite der Verstärkungsgewinnkurve kann dadurch eingestellt werden, daß die Gasmischungen und die Beiriebsströme reguliert werden. Ferner können Festkörper-Laser verwendet werden, beispielsweise mit Rubinkristallen oder mit neodymdotierten Yttriumaluminat-Granatkristallen oder neodymdotierten Yttriumorthoaluminat-Kristallen. Während im allgemeinen die Genauigkeit des Systems bei gegebener Größe mit dem Frequenzbereich zunimmt, sei darauf hingewiesen, daß die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken in gleicher Weise auch bei niedrigeren Frequenzen, beispielsweise im Mikrowellenbereich anwendbar sind und daß an Stelle eines ausgedehnten Laserverstärkers, wie er hier gezeigt ist, auch andere Verstärker, beispielsweise Halbleitergeräte, verwendet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehgeschwindigkeitsmesser, insbesondere Ringlaser, mit einem Verstärkermittel enthalten- 5 den, geschlossenen, die zu messende Drehung ausführenden Übertragungsweg, in welchem für die beiden Ausbreitungsrichtungen in diesem Übertragungsweg Wellen mit unterschiedlicher Frequenz anregbar sind und mit Auswerteinrich- io tungen zur Messung einer drehgeschwindigkeitsabhängigen Differenzfrequenzänderung zwischen Wellen der unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß in ein und demselben Übertragungsweg (10 bis 15 16 bzw. 71 bis 88) mindestens je zwei unterschiedliche Frequenzen für jede Ausbreitungsrichtung anregbar sind und die sich in der einen Ausbreitungsrichtung durch den Übertragungsweg

richtungen (46 bis SS) derart verbunden sind, dal die wirksame Länge des Übertragungsweges zu: Regelung der Lage der Frequenzen mit Bezug au die Verstärkungskennlinie der Verstärkennitte (10) veränderbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehgeschwindigkeitsmesser, insbesondere Ringlaser, mil einem Verstärliermittel enthaltenden, geschlossenen die zu messende Drehung ausführenden Übertragungsweg, in welchem für die beiden Ausbreitungs

fortpflanzenden Wellen eine Frequenz (24) ober- 20 richtungen in diesem Übertragungsweg Wellen mit halb und eine Frequenz (21) unterhalb eines Fre- unterschiedlicher Frequenz anregbar sind und mit

Auswerteinrichtungen zur Messung einer drehgescbwindigkeitsabhängigen Differenzfrequenzänderung zwischen Wellen der unterschiedlichen Ausbrei-

quenzpaares (22, 23) der sich in der anderen
Ausbreitungsrichtung durch den Übertragungsweg fortpflanzenden Wellen haben und daß mittels der Auswerteinrichtungen (46 bis 55) sowohl 25 tungsrichtungen. die drehgeschwindigkeitsabhängige Differenzfre- Die Erzeugung der unterschiedlichen Frequenzen quenzänderung der unteren Frequenzen der WeI- der sich im Übertragungsweg ausbreitenden Wellen len je einer Ausbreitungsrichtung als auch die jeweils abhängig von der Ausbreitungsrichtung dient drehgeschwindigkeitsabhängige Differenzfrequenz- bei Drehgeschwindigkeitsmessern de- vorstehend änderung der oberen Frequenzen der Wellen je 30 kurz beschriebenen Art, wie sie etwa aus der USA.-einer Ausbreitungsrichtung auswertbar sind. Patentschrift 34 68 608 bekannt sind, dem Zweck,

2. Drehgeschwindigkeitsmesser nach An- daß bei sehr langsamer Drehung des Übertragungsspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- weges auf Grund gegenseitiger Kopplung ein Zusamtragungsweg (10 bis 16, bzw. 71 bis 88) Mittel menwandern der Frequenzen der in der einen Rich-(16 bzw. 85) zur Verzögerung der Wellen abhän- 35 tung sich ausbreitenden Welle und der in der andegig von der Richtung ihrer zirkulären Polarisation ren Richtung sich ausbreitenden Welle (lock-in) verenthält, mieden wird, um eine Drehgeschwindigkeitsanzeige

3. Drehgeschwindigkeitsmesser nach An- auch bei sehr langsamer Drehung zu erhalten. Spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Die Trennung der Frequenzen für die in einer zur unterschiedlichen Verzögerung der Wellen 40 Richtung durch den Übertragungsweg und die in eier abhängig von der Polarisationsrichtung einen re- anderen Richtung durch den Übertragungsweg lauziprok arbeitenden Kristall-Rotator (17 bis 85) fenden Welle erfolgt bei dem bekannten Drehgeenthalten. · schwindigkeitsmesser durch Fresnel'sche Verzöge-

4. Drehgeschwindigkeitsmesser nach An- rung vermittels einer rotierenden Quarzscheibe, wospruch2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 45 bei etwa durch Drehgeschwindigkeitsänderungen der Mittel zur unterschiedlichen Verzögerung der Quarzscheibe eingeführte Fehler bei diesem Drehge-Wellen abhängig von der Polarisationsrichtung schwindigkeitsmesser dadurch beseitigt werden soleinen Faraday-Rotator (18 bzw. 85) enthalten. len, daß parallel zu dem genannten Übertragungsweg

5. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der ein weiterer, identischer Übertragungsweg vorgese-Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 50 hen ist, welcher die Quarzscheibe an einer diametral die Verstärkermittel (10) von einem Laser, insbe- dem Durchstoßpunkt des ersten Übertragungsweges sondere einem Gaslaser, beispielsweise einem gegenüberliegenden Stelle durchdringt, derart, daß in Helium-Neon-Laser gebildet sind. der Auswerteinrichtung durch Differenzbildung Feh-

6. Drehgeschwindigkeitsmesser nach An- ler auf Grund von Drehgeschwindigkeitsänderungen spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas- 55 der Quarzscheibe ausgeschaltet werden können. laser (10) mittels von einer symmetrisch zwischen Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß zwei Kathoden (72) gelegenen Anode (76) ausge- diejenigen Fehler nicht an einer Einflußnahme auf hender Gleichstromentladungen anregbar ist, der- das Meßergebnis gehindert werden können, welche art, daß Gasbewegungen im Laser zu im Ender- in ein und demselben Übertragungsweg etwa durch gebnis einander auslöschenden Frequenzverände- 60 Temperaturänderungen, Vibrationen u. dgl. entsterungen führen (F i g. 3). hen.

7. Drehgeschwindigkeitsmesser nach einem der Ferner ist aus der französischen Patentschrift Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 13 88 732 ein Ringlaser bekanntgeworden, dessen mindestens einer (12) der den Übertragungsweg geschlossener Übertragungsweg eine doppelbrebestimmenden Reflektoren mit Antriebsmitteln, 65 chende Schicht enthält, wodurch je nach Polarisainsbesondere in Form eines piezoelektrischen tionsrichtung der in dem Übertragungsweg angereg-Kristalls (68) verbunden ist, welche über Regel- ten Wellen eine unterschiedliche optische Weglänge einrichtungen (61 bis 70) mit den Auswertein- vorliegt und folglich sich unterschiedliche. Anre-