DE2906870A1

DE2906870A1 - Verfahren und anordnung zur messung von drehungen

Info

Publication number: DE2906870A1
Application number: DE19792906870
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Ulrich
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Northrop Grumman Litef GmbH
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2906870C2

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR MESSUNG VON DREHUNGEN
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messsung von Drehungen und Drehraten unter Ausnutzung des Sagnac-Efielktes in.einem eine Fläche umschließenden, größtenteils durch eine optische Faser definierten und der Drehung aussetzbaren Lichtweges, gemäß den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs l.
Die mit solchen Verfahren theoretisch erreichbare extrem hohe Meßgenauigkeit ist in praxi durch eine Reihe störender Einflüsse drastisch eingeschränkt: Mit den bisher beschriebenen Verfahren-dieser Art und Anordnungen zu ihrer Durchführung (vgl.z.B.Vali et al Applied Optics 16,Nr.2,S,290,291,1977 und Applied Optics 16,Nr.10,S.2605 ff, 1977) erhält man kein Signal, das streng proportional zur Drehrate # ist sondern vielmehr Signale, die bei kleinem |l mit diesem variieren. Eine einfache und genaue Auswertung der Drehrate R aus den Detektor-Ausgangssignalen ist daher nicht möglich. Insbesondere ist es nicht möglich, den Drehsinn eindeutig festzustellen. Verwendet man andererseits, um den Drehsinn feststellen zu können Anordnungen, die beispielsweise mit mehreren Detektoren die Intensität in verschieden-en reichen eines Interferenzbildes abtasten oder mit einem Verlust behafteten, sogenannten Phasenquadratur-Strahlenteiler ausgestattet sind, hat man mit insbesondere thermischen und auch mechanischen Einflüssen zu kämpfen, die di. St4tilitSt der Anzeige beeinträchtigen und damit eine wesentliche Begrenzung der Meßgenauigkeit bedingen. Weitere Begrenzungen der Meßgenauigkeit kommen durch unvermeidbare Nichtlinearitäten der Auswertungselektronik - nichtlineare Detektor-und/oder Verstärker-Kennlinien - zustande, aber auch dadurch, daß Streulicht auf die Detektoren auftrifft.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die genannten, die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Einflüsse oder Nichtlinearität der Auswertungselektronik und Instabilitäten der Meßanordnung weitestgehend eliminierbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch im kennzeichnenden Teil des Anspruchs l genannten Verfahrensmerkmale a-c gelöst.
Hierdurch werden zumindest die folgenden Vorteile erzielt: 1. Durch die Phasenmodulation der den geschlossenen Lichtweg im Sagnac-Interferometer in entgegengesetzter Richtung durchlaufenden Teillichtströme in Verbindung mit der phasenempfindlichen Gleichrichtung des Ausgangssignals'des Detektors, auf den die durch Vereinigung der an den Faserenden austretenden Teillichtströme entstandenen Ausgangs-Lichtströme auftreffen, erzielt man ein elektrisches Gleichsignal, das bei kleinen Drehraten linear mit der Drehrate variiert und die besonders günstige Eigenschaft hat, daß es bei der Drehrate Null verschwindet, unabhängig von den gewöhnlich vorhandenen Streulicht. Im Unterschied zu den bekannten Verfahren ist es, um dieses zur Drehrate proportionales Signal zu erzielen, nicht erforderlich, mit einer konstanten Phasenvorgabe (Bias) zu arbeiten, deren Konstanz ebenfalls durch die genannten Störungseinflüsse beeinträchtigt ist und insoweit ebenfalls die Stabilitrt der Anzeige begrenzt. Dieses Stabilitätsproblem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auf elegante Weise dadurch vermieden, daß es ohne Phasenvorgabe arbeitet.
2. Das Vorzeichen des durch phasenempflindliche Gleichrichtung gewonnenen Signals ist eindeutig mit dem Drehsinn verknüpft, 3. Durch die Ausnutzung eines ein Phasen-Stellglied und einen Regelverstärker mit hohem Verstärkungsgrad enthaltenden Regelkreises, der die insgesamt auftretende Phasenverschiebung gleich Null oder auf einem konstanten Wert hält, ist die Linearität der Anzeige im wesentlichen unabhängig von den elektrischen Eigenschaften der Regelelektronik und lediglich durch die Linearität des Phasenstellgiiedes bestimmt. Der zur Phaseneinstellung ausgenutzte Faraday-Effekt und der für diesen charakteristische lineare Zusammenhang zwischen Erregerstrom und Phasenverschiebung gewährleisten eine ausgezeichnete Linearität der Anzeige.
Mit der durch die Merkmale der Anspruch 2 und 3 angegebene Verfahrensweise läßt sich wiederholt eine Selbsteichung der Meßanordnung erreichen, so daß der Einfluß einer Temperaturabhängigkeit der Verdet'schen Konstanten des Fasermaterials auf den durch das Anzeigesignal repräsentierten Wert der Phasenänderung bzw. der mit dieser verknüpften Drehrate jederzeit berücksichtigt werden kann.
Durch das Merkmal des Anspruchs 4 ist angegeben, wie das unter Ausnutzung des Faraday-Effekts arbeitende Stellglied auf elegante Weise zur Phasenmodulation ausgenutzt werden kann.
Hierzu alternative Möglichkeiten der Phasenmodulation sind durch die Merkmale des Anspruchs 5 angegeben. Eine diesen alternativen Möglichkeiten der Phasenmodulation gemäß den Ansprüchen 4 und 5 gemeinsame günstige Eigenschaft ist darin zu sehen, daß die Phasenmodulation durch direkte Einwirkung auf die optische Faser erzielt wird und somit Reflexionen an Kopplungsstellen vermieden werden, die auftreten würden, wenn ein spezielles Modulationselement in den Lichtweg eingeschaltet werden müßte.
Durch den Anspruch 6 ist ein besonders günstiger Bereich der für die Phasenmodulation geeigneten Frequenzen angegeben.
Die Frequenz l/4T ist besonders günstig, wenn ein aus einer mehrfachen Reflexion der Teillichtströme an den Faserenden resultierender unerwünschter Anteil des Drehraten-Auswertungssignals möglichst gering gehalten werden soll. Die Modulationsfrequenz 1/2T hat den Vorteil, daß sie bei vorgegebenem Phasenhub das größtmögliche Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors liefert.
Der unter demselben Gesichtspunkt günstigste Bereich des Phasenhubes ist durch das Merkmal des Anspruchs 8 angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist weiter eine insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung zur Messung von Drehungen bzw. Drehraten, deren Gestaltung im einzelnen durch die weiteren Ansprüche 9-19 angegeben ist.
Die Anordnung gemäß Anspruch 9 hat den Vorteil, daß der eine durch Vereinigung der an den Faserenden austretenden Teillichtströme entstehende Ausgangslichtstrom, der zur Auswertung ausgenutzt wird, im Strahlenteiler bzw. Strahlvereiniger denselben Weg durchläuft wie der Eingangslichtstrom, der durch den Strahlenteiler in die beiden Teillichtströme aufgespalten wird. Damit wird für den Eingangslichtstrom und den genannten Ausgangslichtstrom ein streng reziproXer Lichtweg erreicht, der auch bei thermischen und/oder mechanischen Störungen reziprok bleibt. Die Reziprozität eines Lichtweges ist ja bekanntlich genau dann gegeben, wenn die zur Ausbreitungsrichtung transversalen elektromagnetischen Feldvereilungn der beiden Lichtströme gleich sind. Diese Gleichheit wird durch den Einsatz des Monomode-Wellenleiters und Polarjsators erzwungen. Durch die solchermaßen erreichte Reziprozität des Lichtweges für den Eingangslichtstrom und für den zur Auswertung herangezogenen Ausgangslichtstrom wird vermieden, daß im Bereich des Strahlenteilers und der Einkopplungsstellen in die optische Faser wirksame thermische oder mechanische Einflüsse zu störenden Phasenverschiebungen Anlaß geben können, und es wird insoweit auch ein die Meßgenauig keit beeinträchtigender Einfluß Weitestgehend ausgeschaltet.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung zur Messung von Drehungen und Drehraten mit einem faseroptischen Sagnac-Interferometer und den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Zusatzeinrichtungen.
Das in der Zeichnung dargestellte Sagnac-Interferometer 1 umfaßt in üblicher Anordnung eine einen in der Zeichnung durch den Pfeil 2 repräsentierten monochromatischen Primärlichtstrom aussendenden Lichtquelle 3 - beispielsweise einen Laser einen Hilfsstrahlenteiler 4 unreinen Hauptstrahlenteiler 6, der einen durch den Hilfsstrahlenteiler 4 aus dem Primärlichtstrom 2 abgezweigten, durch den Pfeil 7 repräsentieren Eingangslichtstrom in zwei durch. die Pfeile 8 und 9 veranschaulichte, kohärente Teillichtströme annähernd gleicher Intensitat auf teilt, die einen vom Hauptstrahlenteiler 6 ausgehenden und zu diesem zurückführenden Lichtweg in entgegengesetzter Richtung durchlaufen. Dieser Lichtweg ist zum weitaus größten Teil durch eine lange optische Faser lo - in der Regel eine sogenannte Monomode-Faser - definiert, die in einer Vielzahl von Windungen 11 verlegt ist, damit bei raumsparender Anordnung der optischen Faser lo trotzdem die von dem Lichtweg umschlossene Fläche möglichst groß. ist. Die Kopplungsstellen 12 und 13, an denen die Teillichtströme 8 und 9 aus dem Hauptstrahlenteiler 6 in die optische Faser übergekoppelt bzw. die zum Heuptstrahlenteiler 6 zurücklaufenden, durch die Pfeile 14 und 16 repräsentierten Teillichtströme wieder in den Hauptstrahlenteiler 6 eingekoppelt werden, sind in unmittelbarer Nähe des Hauptstrahlenteilers 6 angeordnet, der aus Vereinigung der zurücklaufenden Teillichtströme 14 und 16 zwei durch die Pfeile 17 bzw. 18 repräsentierte Ausgangslichtströme erzeugt, in denen die jeweils einander überlagerten Anteile der zurücklaufenden Teillichtströme charakteristische, durch die Phasenverschiebungen in der Faser und durch die Eigenschaften des Hauptstrahlenteilers 6 bestimmte und gewöhnlich verschiedene Phasenlage zueinander haben.
Die Wirkungsweise des insoweit beschriebenen und insoweit auch bekannten Sagnac-Interferometers 1 ist die folgende: bei einer Drehungtdes die Fläche F umschließenden Lichtweges mit der Winkelgeschwindigkeitt tritt zwischen den zum Hauptstrahlenteiler 6 zurücklaufenden Teillichtströmen 14 und 16, die aus den an den Kopplungsstellen 13 bzw. 12 eingekoppelten Teillichtströmen 9 bzw. 8 ervorgegangen sind, eine drehgeschwindigkeitsproportionale Phasendifferenz 2 auf, deren Wert durch die Beziehung 2 E1 = 8 t FQ /A c gegeben ist. Hierbei bedeutet F die sogenannte Windungsfläche der "Faserspule" und ) und c die Wellenlänge bzw. die Geschwindigkeit.des Lichtes im Vakuum.
Die Auswertung dieser Beziehung erfordert nun eine sehr genaue Bestimmung der Phasendifferenz 2 , die - allgemein ausgedrückt - eine Analyse der drehratenabhängigen Intensität der Ausgangslichtströme 17 und 18 bzw. eine Analyse der Intensitätsverteilung für diese Lichtströme charakteristischer Interferenzbilder mittels geeigneter photoelektrischer Detektoren und diesen nachgeschalteter elektronischer Auswertungseinrichtungen erfordert.
Um nun die eingangs genannten Störeinflüsse7 die die Genauigkeit der Phasen- und damit der Drhratebestimmung entscheidend beeinträchtigen, weitestgehend zu eliminieren, werden die den Lichtweg 6,10,6 in entgegengesetzter Richtung durchlaufenden Lichtströme 8 und 9 bzw. 14 und- 16 einer Phasen-Modulation unterworfen, wobei die Modulationsfrequenz F to vorzugsweise zwischen l/4T und l/2T gewählt wird, wenn T die Laufzeit des Lichtes in des Lichtweg 6,10,6 ist.
Durch diese Phasen-Modulation wird erreicht, daß das Ausgangssignal eines photoelektrischen Detektors 19, der die Intensität eines in der Zeichnung durch den Pfeil 20 repräsentierten Teil-Ausgangslichtstromes erfaßt, der mittels des Hilfsstrahlenteilers 4 von dem einen Ausgangslichtstrom 17 des Hauptstrahlenteilers 6 für den Nachweis abgezweigt wird,-eine mit der Frequenz f0 behaftete Wechselspannung U0 enthält, deren Amplitude bei kleinen DrehratenSz proportional zu der Drehrate # ist. Durch phasenempflindliche Gleichrichtung dieser Wechsel spannung läßt sich direkt Größe und Richtung der Winkelgeschwindigkeit; bestimmen. Durch Streulicht bedingte Gleichsignalanteile der Detektorausgangsspannung liefern daher keinen Beitrag zum eigentlichen Drehraten-Signal.
Mittels eines mit hoher Regelverstärkung arbeitenden Regelkreises, der als Fehlersignal das durch phasenempfindliche Gleichrichtung der Detektor-Ausgangswechselspannung Ul gewonnene Gleichsignal U2 empfängt, dessen Polarität eindeutig mit dem Drehsinn verknüpft ist, wird unter Ausnutzun-g des Faraday-Effektes in dem Lichtweg 6,10,6 zwischen den in entgegengesetzter Richtung laufenden Teillichtströmen 8,9 bzw.
14,16 eine ehasendifferenz 2 F erzeugt, die der durch die Drehung hervorgerufenen Phasendifferenz 2# entgegengesetzZ gerichtet ist; der hierzu erforderliche, durch eine mindestens einen Abschnitt der optischen Faser lo umgebenden Magnetspule 21 fließende Strom IF wird dabei stets so geregelt, daß die vom Detektor 19 abgegebene Wechselspannung U bzw.
0 die Ausgangsspannung U1 eines auf die Modulationsfrequenz fo abgestimmten Filters 22 minimal wird. Diese Regelung wird bei ausreichend hohem Versärkungsgrad des den Stellstrom IF erzeugenden Regelverstärkers 23 durch (kleine) Nicht-Linearitäten der Detektoranordnung 19 nicht beeinflußt. Als für die Drehratez2 charakteristisches Ausgangssignal wird der Strom 1F des Faraday-Stellgliedes benutzt, wobei die erwünschte hohe Genauigkeit und Linearität der Messung dadurch garantiert sind, daß die Faraday-Phasenverschiebung 2 F sehr gut linear mit dem Stellstrom IF zusammenhängt.
Damit die durch die geschilderte Phasenmodulation in Verbindung mit der kompensatorischen Ausregelung der durch die Drehung Q verursachten Phasendifferenz 2 $ erreichbare Meßgerauhigkeit bestmöglich ausgenutzt werden kann, ist es erforderlich, Störeinflüsse, die durch den Zustand der optischen Faser z.B. deren Temperatur, Biegung, Verdrillung u.a. und/ oder durch den Zustand des Hauptstrahlenteilers 6, z.B. dessen Verlusteigenschaften, Ungenauigkeiten im Teilerverhältnis, Dejustierung im Bereich der Kopplungsstellen 12 und. 13 sowie durch Änderungen dieser Zustände verursacht werden können, soweit wie möglich zu unterdrücken.
Diesem Zweck dient die Maßnahme, den zum Hauptstrahlenteiler 6 fließemden Eingangslichtstrom 7 und den aus dem Hauptstrahlenteiler 6 austretenden Ausgangslichtstrom 17, von dem ein Teil mittels des Hilfsstrahlenteilers 4 zum Detektor 19 gelenkt wird, über ein und denselben Monomode-Wellenleiter 26 zu führen. Der von der Lichtquelle 3 zum Hauptstrahlenteiler 6 führende, sich dort in die den gegensinnig durchlaufenen Lichtstrompfade verzweigende, im Hauptstrahlenteiler 6 wieder vereinigte und von diesem über den Hilfsstrahlenteiler 4 zum Detektor 19 führende Lichtweg ist dann bei Stillstand des Interferometers 1 bzw. der Faserwicklung 11 und bei fehlendem Magnetfeld streng reziprok.- Dies hat zur Fo-lge, daß die Phasenmodulation der Teillichtströme 9 und 16 nur dann zu einem Wechselspannungs--Ausgangssignal UO des' Detektors 19 führt, wenn sich das Interferometer 1 tatsächlich dreht. Der Monomode-Wellenleiter 26 bewirkt, daß das an den Kopplungsstellen 12 und 13 in die optische Faser lo eingekoppelte Licht bei der Wiedervereinigung im nunmehr als Strahlvereiniger ausgenutzten Hauptstrahlenteiler 6 exakt in dieselbe transversile elektromagnetische Feldverteilung (optische' Mode) zurückgelangt, aus der es ursprünglich kam. Dieser Wellenleiter 26 vermittelt dadurch der erfindungsgemäßen Anordnung im Ergebnis eine ausgezeichnete Nullpunkt-Stabidität. Dejustierungen der Faserenden, beispielsweise, können dann nur noch zu Änderungen der LichtintensitJt am Detektor 19 führen, nicht mehr aber zu Signalen, die von den durch die Drehung St hervorgerufenen Wechselspannungssignalen nicht unterschieden werden können.
Anzumerken ist hierzu, daß der Monomode-Wellenleiter 26 als ein tatsächlich nur die Ausbreitung eines einzigen elektromagnetischen Wellentyps (Mode) vermittelnder Wellenleiter ist.
Im Gegensatz dazu ermöglichen die meisten praktisch realisierten sogenannten Monomode-Fasern und -Streifenleiter die Ausbreitung zweier zueinander orthogonal polarisierter Wellentypen.
Für die vorliegende Anwendung muß aber eine der beiden Moden gesperrt sein. Hierzu dient ein Polarisator 33,. der in dem den Hauptstrahlenteiler 6 und mit dem Hilfsstrahlen-teiler 4 verbindenden Lichtung angeordnet ist.
Die geeignete Wahl des durch den Plarisator 33 ausgezeichneten Polarisationszustandes wird im folgenden im Zusammenhang mit dem Faraday-Phasenstellglied 21 näher erläutert Anzumerken ist weiter,daß der zweite,aus dem Hauptstrahlenteiler 6 austretende Ausgangslichtstrom 18 nicht zur SZ -Messung verwendet werden darf,da seine Intensität außer von den Phasendifferenzen 22«und 2 fF auch vom inneren Zustand des Hauptstrahlenteilers abhängt.Dieser zweite Ausgang des Hauptstrahlenteilers 6 muß daher reflexiorisfrei abgeschlossen werden.Auch der in den zweiten Ausgangsast des Hilfsstrahlenteilers 4 gelenkte,in der Zeichnung durch den Pfeil 27 repräsentierte Lichtstrom,der nicht benötigt wird,sollte reflexionsfrei absorbiert werden.
Im folgenden soll nun auf die zur Realisierung der geschilderten Maßnahmen erforderlichen konstruktiven Gestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung und deren Wirkungsweise näher eingegangen werden: Als Phasenmodulator kann,wie in der Zeichnung angedeutet,ein kurzes Faserstück mit einer typischen Länge von ca.1 cm benutzt werden,das an den beiden Enden eines piezoelektrischen Körpers 30 eingespannt ist,der durch die Ausgangs-Wechselspannung eines Wechselspannungsgenerators 31 in longitudinale Schwingungen versetzt wird.Dadurch ändert sich auch die LängE des eingespannten Faserstückes 29 periodisch.Alternativ kann die optische Faser 10 auch in einer oder mehreren Windungen stramm um einen rohrförmigen Körper gewickelt seiner radiale Schwingungen ausführt,sodaß sich sein Umfang periodisch ändert.
Für einen Phasenhub t = 1 rad ist eine Amplitude der Längenänderung in der Größenordnung von 0,2form nötig.
Für die Beschreibung der Wirkungsweise der Modulation wird verinfachend angenommen,daß sich der Phasenmodulator 28 in ummittelbarer Nähe der Kopplungsstelle 13 befinde und somit auf einen Endabschnitt des Lichtweges 6,10,6 einwirke,und daß der Hauptstrahlenteiler 6 verlustfrei sei und die jeweils auftreffende Lichtleistung im Verhältnis 1:1 auf teile.Für die Amplituden 11 und 12 der in den Lichtweg 6,10,6 eingekoppelten Teillichtströme 8 und 9 gilt dann bei Berücksichtigung des für einen verlustfreien Strahlenteiler charakteristischen Phasenfaktors i und Unterdrückung aller anderer unwesentlichen Phasenfaktoren, wenn 10 die Amplitude des über den Manomode-Welenleiter 26 zum Strahlenteiler 6 geleiteten Eingangslichtstromes 7 ist.
Der Phasenmodulator 28 möge die periodische Phasenverschiebung # sin 2#f0 t erzeugen,wobei P den Phasenhub bezeichnet.Das an 0 den der dem Phasenmodulator 28 benachbarten Kopplungsstelie 13 eintretende Licht hat dann nach dem Durchgang-durch den Phasenmodulator 28 die Amplitude I2 exp(i#t-i# sin 2#f0t),während das an der anderen Kopplungsstelle 12 in die optische Faser 10 eintretende Licht des Lichtstromes 8 die -Amplitude I1exp(i#t)hat. E) bezeichnet die Kreisfrequenz-des Lichtes.
Beim Durchlaufen der Faserspule 10,11 erfährt der Lichtstrom-9, der in dem durch den Richtungspfeil 32 veranschaulichten Drehsinn der angenommenen Drehung Q läuft,eine Phasenverzögerung (##-#), während der in der entgegengesetzten Richtung laufende Lichtstrom 8 die Phasenverzögerung (ßl+#)erfährt.Hierin bezeichnet ß die Ausbreitungskonstante der optischen Faser 10 und 1 die Faserlänge. t bezeichnet die du-rchdie Beziehung: 2# = 2# + 2 #F (3) gegebene Phasendifferenz,die die den Lichtweg 6,10,6 in entgegengesetzter Richtung durchlaufenden Lichtströme als- Folge der Rotation des Interferometers und des Faraday-Effektes -erhalten.Der Teillichtstrom 14,der an der entfernt vom Modulator 28 angeordneten Kopplungsstelle 12 austrì-tt,ist in seiner Phasenmodulation um die Gruppenlaufzeit T des Lichtes durch die Faserspule 10,11 verzögert.Äuch der an der Kopplungsstelle 13 austretende Teillichtstrom 16 wird im Phasenmodulator 28 moduliert.Damit ergeben sich für die Amplituden H1 und H2 dieser Teillichtströme 14 bzw. 16 die Beziehungen: Der durch den Monomode-Wellenleiter 26 in Richtung auf den Hilfsstrahlenteiler 4 zurücklaufende wiedervereinigte- Lichtstrom 17 hat dann die Amplitude K2 = (H1+iH2) #2,wobei wiederum der Phasenfaktor i des verlustfreien Hauptstrahlenteilers berücksichtigt worden ist.
Eine detailierte Berechnung ergibt,daß K2 eine besonders einfache Form annimmt,wenn die Modulationsfrequenz fO = 1/-2T (5) gewählt wird.Für eine Faserlänge l = 1000 m ergibt sich dann f0 # 100 kHz Für diese Wahl der Modulationsfrequenz f0 ergibt sich für die im wiedervereinigten Lichtstrom 17 geführte Lichtleistung Das vom Detektor 19 abgegebene Wechselspannungssignal U0 ist dazu propórtional.Dieses Signal wird in dem Verstärker 22 gefiltert und verstärkt.In dem diesem nachgeschalteten phasenempfindlichen Gleichrichter 24,der als Referenzspannung das vom Wechselspannungsgenerator 31 ausgesandte Modulationssignal der Frequenz f0 empfängt,wird die bei der Modulationsfre--quenz fO liegende Frequenzkomponente U1 herausgefiltert.Die Fourier-Analyse von |K2| 2 J2i2 ergibt fürdiese Komponente U1 = J1(2#) sin2#sin2#f0t (7) Hierin bezeichnet J1 die Besselfunktior erster Art.Um ein möglichst großes Signal U1 zu erhalten,wird der Phasenhub 2 awemäßigerweise im Bereich von 1 bis 3 rad gewählt,wo die Besselfunktion J1 maxim< 1wird.
Die Ausgangsspannung U2 = J1(2#)sin2# wird in dem Regelverstärker 23 dazu benutzt,den Erregerstrom IF für die um die optische Faser 10 11 gewickelte Magnetspule 21 zu regeln, Das durch den Ausgangsstrom IF des Regelverstärkers 23 bestimmte, von der um die optische Faser 10,11 gewickelte Magnetspule 21; erzeugte Magnetfe d führt aufgrund des Faraday-Effektes bei den beiden,den Lichtweg 6,10,6 in entgegengesetzter Richtung durchlaufenden Lichtströmen 8,9 bzw.14 16 zu einer-nicht reziproken Phasendi ferenz 2#Fgemäß de@ Beziehung 2#F = 2nelnoptVIF (8) Hierin bedeuten n l und nopt die windungszahlen -der ineinander verschlungenen Magnetwicklung und der op-Jschln Faser"spule", ) und V bezeichnet die Verdet-Konstante des Fasermaterials Bei nopt =300, nei = 3000 und einer Lichtwellenlänge -vonwird für eine Faser 10 aus Quarzglas ein Strom von ca.1 A benötigt,um eine Phasendifferenz 2#F@2# zu erzeugen.
Der Regelverstärker 23, der vorzugsweise eine PID-Regelcharakteristik hat,rege t den Erregerstrom IF derart, daß die Ausgangssignale U1 und U2 des Filters 22 .bzw-.des phasenempfindlichen Gleichrichte-s 24 möglichst verschwinden, sodaß gilt #=0.Wegen der Beziehung(2)gilt dann stets 2# = -2#F (9), mit einer Genauigkeit,die im wesentlichen durch die Regelverstärkung des Rege kreises bestimmt ist und daher sehr hoch gewählt werden kann Die tatsächlichen Werte des Phasenhubes #, der Lichtleistung |I0|2des Eingangslichtstromes oder Modulationsfrequenz f0 und der Empfindlichkeit des Detektors 19 haben keinen Einfluß auf die Gültigkeit der Beziehung(9).Wegen des durch die Beziehung(8) beschriebenen sehr gut linearen Zusammenhanges zwischen IF und 20F kann die Drehrate 2 mit sehr hoher Genauigkeit aus der Größe des Erreger-Stromes IF ermittelt werden,unabhängig von den vorstehend genannten Störeinflüssen.
Die beschriebene Ausnutzung des Faraday-Effektes zur Erzeugung einer linearen,nicht reziproken Phasendifferenz 2F macht es erforderlich,daß das in der optischen Faser 10,11 sich ausbreitende Licht zumindest im Inneren der Magnetspule 21 zirkulare Polarisation einheitlichen links- oder rechtszirkularen Charakters und zwar in allen Faserwindungen 11 und in beiden Ausbreitungsrichtungen besitzt.Die Phasendifferenz 2F entsteht nämlich gerade zwischen Lichtströmen gleichen zirkularen Polarisationszustandes und entgegengesetzter Ausbreitung(oder aber zwischen Lichtströmen gleicher Ausbreitungsrichtung mit orthogonaler zirkularer Polarisation).Um die erforderliche gleichsinnige zirkulare Polarisation der in entgegengesetzter Richtung laufender Lichtströme 8 und 9 zu erzielen,ist es nötig,einen im Rahmen des Monomode-Wellenleiters 26 vorgesehenen Polarisator 33 derart zu wählen und einzustellen,daß nach Durchlaufen des eventuell doppelbrechenden Hauptstrahlenteilers 6 und des Phasenmodulators 28 der ebenfalls doppelbrechend sein kann,zunächst mindestens der Teillichtstrom 9 in der Magnetspule 21 mit der genannten zirkularen Polarisation ankommt.Weiter ist es nötig,diesen Polarisationszustand des Teillichtstromes 9 über die gesamte Faserlänge 11 aufrecht zu erhalten,die dem Magnetfeld der Spule 21 ausgesetzt ist.
Schließlich muß noch dafür gesorgt werden,daß auch der andere Teillichtstrom 8 mit der richtigen Polarisation durch die Magnetspule läuft.Dazu wird an dem Faserende,in das dieser Teillichtstrom 8 eingekoppelt wird,eine Polarisationsstellvorrichtung vorgesehen.Diese Vorrichtungydie weiter unten noch' erläutert wird,gestattet die Einstellung der gewünschten zirkularen Polarisation des Teillichtstromes 8, ' Das vorhergenannte Problem,den zirkularen Polarisationszustand des Teillichtstromes 9 über die erwähnte Länge 11 aufrecht zu erhalten,wird am besten dadurch gelöst,daß zumindeSt'fwr diesen Teil der optischen Faser eine möglichst ideale,doppelbrechungsarme Faser benutzt-wird.Da jedoch aus der gewundenen Ver-legung der optischen Faser 10,11 durch deren Biegung eine unvermeidliche lineare Doppelbrechung auftritt,muß die optische Faser 10,11 mit einem geeignet ge -wählen Verdrillungsgrad auf die Faserspule gewickelt werden.Eine solche Verdrillung erzeugt elasto-optisch eine zirkulare Doppelbrechung in der Faser 10,11,die im Ergebnis zu einer Ausmittelung der gegebenenfalls linearen Doppelbrechungseffekte führt und diese unwirksam werden läßt.Dieses Prinzip der Aufrechterhaltung einer zirkularen Polarisation durch Verdrillen einer optischen Faser wurde in Verbindung mit einem Faseroptischen Strom-Messer(Patentanmeldung P 2835794.0)am Beispiel der Stabilidierung einer linearen Polarisation von S.C.Rashleigh und R.Ulrich ausführlich diskutiert und ist hir analog auch zur Stabilisierung der zirkularen Polarisation anwendbar.
In der einfachst möglichen Anordnung wird die optische Faser 10, 11 über die gesamte aufgespulte Länge verdrilltOAuch die Magnetspule 21 erstreckt sich dann zweckmäßigerweise über den gesamten Umfang der Faserspule 11,was eine bestmögliche Ausnutzung des magnetischen Flusses der Magnetspule 21 und außerdem eine Abschirmung äußerer Störfelder vermittelt.-Die Verdrillung braucht nicht einsinnig über die gesamte Faserlänge zu sein.Vielmehr kann die optische Faser 10,11 in mehreren Teilabschnitten abwechselnd rechts- und links>tordiert sein.
Zweckmäßig ist es dabei,der optischen Faser O,11 insgesamt den gleichen Betrag an rechtssinniger wie linkssinniger Torsion aufzuprägeçsodaß die Gesamtdrehung gleich Null ist.In diesem Falle ist der Einfluß won Temperaturschwankungen auf die Eolarisation am geringsten.
Es ist nicht erforderlich,die optische Faser 1O,tl auf ihrer ganzen Länge dem Magnetfeld der Spule auszusetzen.Vielmehr genügt auch eine Teil-Länge von ca. 100 Metern.Nur diese,von der Spulenwicklung 21 umschlossene Teillänge muß dann doppelbrechuhgsarm und zur Polarisationsstabilisierung verdrillt sein.Der Rest der verwendeten Faser braucht dann nicht verdrillt zu werden,da der Polarisationscharakter in diesem Teil der Faser keinen Einfluß auf die Funktion der Gesamtanordnung hat.In einem praktischen Ausführungsbeipiel'ist eine Teillänge von 100 m der Faser mit einem Torsionsgrad von 100 rad/m ver drillt und in nOpt = 320 Windungen mit einem Durchmesser von 10 cm zu einer Spule aufgewickelt.Um die Windungen dieser Faserspule werden 10 000 Windungen eines 0,25 mm starken Kupferdrahtes als Magnetspule aufgebracht.Bei dieser Dimensionierung der Magnetspule reicht ein Strom von 0,1 A bei 1W Leistungsaufnahme aus,um eine Faraday-Effekt-induzierte Phasendifferenz 2F X 7r zu bewirken.Diese Spule t eine Masse von ca. 150 g und besitzt eine elektronische Eigen-Zeitkonstante L/R von etwa 0,2 msec.Bei Verwendung größerer Faserlängen in einer solchen Magnetspule werden die Verhältnisse entsprechend günstiger.
Die erfindungsgemäße Art der Drehraten-(5¢Messung durch Erzeugung einer kompensatorischen,Faraday-Effekt-induzierten Phasendifferenz beinhaltet auch die Möglichkeit einer automatischen Überprüfung der elektronischen Eichung der erfindungsgemäßen Meßanordnung.Gemäß der Beziehung 7 hängt das Ausgangssignal Ul periodisch von der Faraday-Effekt-induzierten Phasendifferenz 2F ab.Das Signal U1 ändert sich also nicht, wenn der Erregerstrom 1F plötzlich um einen solchen Wert springt, daß sich die Phasendifferenz 2F um 2'iT ändert.Die Regelung regelt dann auf den neuen,erhöhten oder erniedrigten Wert von IF ein.Durch Einsatz einer geeigneten elektronischen Steuerungseinrichtung 34 lassen sich solche Sprünge in kontrollierter Weise hervorrufen.Die Änderung des Erregerstromes 1F zwischen zwei benachbarten,stabilen Regelzuständen entspricht dann gerade einer solchen Änderung der Drehrate,die ebenfalls eine Phasenänderung von 2# rr zur Folge hätte.Dadurch läßt sich der Proportionalitätsfaktor zwischen 1F und 2F bestimmen.In praxi o wird zur Vermeidung unnötig hoher Faraday-Ströme zweckmäßigerweise so verfahren,daß der Erregerstrom IF sprunghaft um einen solchen Wert geändert wird,der einer Phasendifferenz von nur'W entspräche und daß gleichzeitig die Phase der phasenempfindlichen 6leichrichtung um 1800 geändert wird,was in der Zeichnung durch die von der Steuerelektronik 34 zum phasenempfindlichen Gleichrichter 24 führende Steuerleitung 36 veranschaulicht ist,und im Ergebnis ebenfalls zu der Einregelung auf den gewünschten neuen Wert des Erregerstromes führt.Durch periodische Erzeugung solcher Stromsprünge,z.B,jede Sekunde 1 Mal läßt sich eine Drift der Auswertungselektronik mit hinreichender Genauigkeit bei der Eichung berücksichtigen.Durch Auslösung solcher Stromsprünge läßt es sich auch erreichen,daß die erf-indungsgemäße Anordnung auch bei hohen Drehraten ,denen Phasenverschiebungen von hohen Vielfachen von 2T entsprechen mit kleinem Erregerstrom IF und daher mit geringem Leistungsverbrauch genau erfaßt werden können.Zweckmäßig hierfür ist es,einen den Steuerstrom erniedrigenden 2-Sprung jeweils dann einzuleiten,wenn der Betrag IF des Erregerstromes einen bestimmten,der Phasenverschiebung entsprechenden Wert überschreitet.Die aus der Messung von 1F erhaltene Phasenverschiebung ist dann noch um ein solches Vielfaches von 2tr zu erhöhen,das der Summe der erfaßten Sprünge,gebildet unter Berücksichtigung ihrer Vorzeichen,gleich ist Diese Arbeitsseise ist in der Zeichnung durch die vom Erregerstrom-Meßgerät 37 zur Steuereltkronik 34 führende Steuerleiter 38 veranschaulicht.Der Vorteil dieser Art der Drehratenmessung liegt einmal darin,daß die Empfindlichkeit des zur Drehraten-Anzeige ausgenutzten Erregerstrom-Meßgeräts 37 bei allen Drehraten voll ausgenutzt werden kann,und zum anderen darin,daß die optische Faser 10,11 durch die in der Magnetspule 21 frei werdende Wärme nicht zu sehr aufgeheizt wird.
Wie bereits erwähnt hat der Monomode-Wellenleiter 26 den Zweck, eine gute Nullpunkts-Stabilität der Anordnung 1 zu gewährleisten.
Er ist beim dargestellten A sführungsbeispiel -durch eine übi£-che Monomode-Faser und den Polarisator 33 realisiert,der einen der beiden orthogonalen,in der Faser ausbreitungsfähigen Wellentypen(Moden)unterdrückt.Durch die Verwendung dieses "echten" Monomode-Wellenleiters 26 wird insbesondere Unempfindlichkeit gegen Instabilitäten der Justierung erreicht.Die Art und Einstellung des Polarisators( linear;zirkular oder eliptisch)ist, was seine oben genannte zweckentsprechende Funktion betrifft, im Prinzip unwesentlich.Jedoch muß der von dem Polarisator 33 durchgelassene Polarisationszustand so gewählt werden,daß die gegenläufigen Teillichtströme 8 und 9 bzw. 16 und 14 in der optischen Faser 10,11 im Bereich der Magnetspule möglichst genau denselben zirkularen Polarisationszustand haben,der nicht allein aus dem vom Polarisator 33 ausgezeichneten Polarisationszustand resultiert sondern auch durch Polarisationseigenschaften des Hauptstrahlenteilers 6-und der optischen Faser 10,11 beeinflußt sein kann.Anstatt den Polarisator 33 im Lichtweg zwischen dem Hilfsstrahlenteiler 4 und dem Hauptstrahlenteiler 6,vor oder nach einem als Monomode-Faser ausgebildeten Abschnitt des Lichtwegesanzuordnen,kann der Polarisator auch durch zwei geeignete Polarisatoren ersetzt sein,von denen der eine zwischen der Lichtquelle und dem Hilfsstrahlenteiler 4 und der andere zwischen dem Hilfsstrahlenteiler 4 und dem Detektor 19 angeordnet ist.
Das Vorhandensein des Polarisators 33 in Verbindung mit dem Monomode-Wellenleiter 26 schafft nun zwei besondere Bedingungen für einen zuverlässigen Betrieb der Anordnung 1: zum ersten muß das von der Lichtquelle 3 ausgesandte Licht entweder unpolarisiert sein,oder aber einen solchen Polarisationszustand haben, daß ein möglichst großer Teil dieses Lichtes als Lichtstrom 7 von dem Polarisator 33 durchgelassen wird.Des weiteren muß sichergestellt sein,daß der durch die Monomode-Faser des Monomode-Wellenleiters 26 zurückfließende Lichtstrom 17 möglichstE vollstandig wieder durch den Polarsator 33 hindurchtreten kann.
Hierzu müssen die an den Faserenden bzw. Kopplungsstellen 12so3 austretenden Teillichtströme 14 und 16 bestimmte Polarisationszustände besitzen.Ausgehend von den gleichsinnig-zirkularen Polarisationszuständen beider Teillichtströme in der Magnetspule 21 erhält man aufgrund des Reziprozitistheorems die Bedingungdib diese bestimmten Polarisationszustände der austretenden Teillichtströme 14 und 16 genau diejenigen sind,die in der umgekehrten Richtung an den Kopplungsstellen 12 und 13 in die Faserenden eingekoppelt werdenmüssen,damit die gegenläufigen Teillichtströme in den dem Magnetfeld ausgesetztén-Abschnitten der Faserspule die erwähnten gleichsinnig-zirkularen Polarisationszustände haben.Für einen der eingekoppelten Teil lichtströme,beispielsweise den an der Kopplungsstelle 13 ein -gekoppelten Teillichtstrom 9,kann,wie bereits erwähnt,die Einstellung des zirkularen Polarisationszustandes im Bereich der Magnetspule direkt durch den Polarisator 33 vorgenommen werden.
Für den anderen Teillichtstrom 8 ist es dann aber im allgemeinen nötig,hierfür ein Polarisationsstellglied in der Nähe der Kopplungsstelle 12 vorzusehen,über die dieser Teillichtstrom 8 in die Faser eingekoppelt wird.Dies ist insbesondere dann erforderlich,wenn die optische Faser 10 nicht auf ihrer gesamten Länge mit einer den Polarisationszustand aufrecht erhaltenden Verdrillung versehen ist.Das Polarisationssteflglied kann bei Vorliegen stabiler Bedingungen,insbesondere stabiler Temperaturverhältnisse,jeweils auf einen optimalen Polarisationszustand werden.Für den Fall allerdings,daß sich die Temperatur der Faser oder eine andere,den Polarisationszustand des Lichtes in der Faser beeinflussende Größe ändert';ist eine automatische Polarisationsregeleinrichtung wesentlich vorteilhafter.
Eine solche,im Rahmen der erfindungsgemäßen Anrodnung 1 vorgesehene Polarisationsregeleinrichtu'ng enthält einen-Strahienteiler 40,der einen kleinen Bruchteil des- zum Hauptstrahlenteiler 6 hin laufenden Teillichtstromes 14 in einen Polarisations-Analysator 41 abzweigt,der seinerseits auf einen-Polsrisations-Sollzustand eimgestellt ist,der durch maximale Transmission des Polarisators 33 für den vom Hauptstrahlenteiler 6 kommenden Ausgangslichtstrom 17 ausgezeichnet ist.6ei Abwe:ichung-des~ Polarisationszustandes des vom Polarisations-Analysator 41 empfangenen Lichtes vom solchermaßen ausgezeichneten Sollzustand werden Regelsignale erzeugt,die über ein Polarisations-Stellglied 42 so auf die optische Faser 10 einwirken,daß sich in dem zum Hauptstr6hlenteiler 6 fließenden Teillichtstrom 14 wieder der Sol-Polarisationszustand einstellt.Dadurch wird vermieden;daß der vom H.auptstrahlenteiler 6 ausgehende Ausn gangslichtstrom 17 zufällig einmal durch den Polarisator 33 gesperrt werden könnte.Durch die Regeleinrichtung 39 wird - aufgrund des Reziprozitätstheorems - zugleich sichergestellt, daß die Polarisation des Teillichtstromes einen solchen Zustand hat,.daß für diesen Lichtstrom in der Faserspule der erforderliche zirkulare Polarisationszustand resultiert.
Anstatt den Teillichtsdom 14,von dem mittels des Strahlenteilers 40 ein Bruchteil zur Polarisationsregelu.ng abgezweigt wird'auf seinen Sollzustand einzuregeln,ist es auch möglich, den zweiten,vom Hauptstrahlenteiler 6 ausgehenden Lichtstrom 18, der reflexionsfrei absorbiert wird,auf minimale Intensität zu regeln.
Der Hauptstrahlenteiler 6 und der Hilfsstrahlenteiler 4 können denselben Aufbau haben,der im übrigen nicht kritisch für die Genauigkeit der Anordnung 1 ist.Ein besonders einfacher Aufbau solcher Strahlenteiler ist von S,K.Sheem und T.G.Giallorenzi (Optics Letters,Januar 1979)angegeben.Die Strahlenteiler können aber auch als halbdurchlässige Spiegel mit Linsensystemen ausgebildet sein,die die Faserenden aufeinander abbilden.
Abschließend sei noch auf einige vorteilhafte Abwandlungen der erfindungsgemäßen Anrodnung hingewiesen: Die Phasenmodulation der im Lichtweg 6,10,6 umlaufenden Teillichtströme 8 und 9 bzw. 14 und 16 kann auf einfache Weise auch dadurch erzielt werden,daß der Magnetspule 21 zusätzlich zu dem Stron IF noch ein Wechselstrom mit der Modulationsfrequenzf0 eingeprägt wird,dessen Amplitude ausreichend für den gewünschten Phasenhub # ist.
Unter Verwendung von Streifenleiter-Richtkopplern als Strahlenteiler und eines elektro-optischen phasenmodulators sowie elektro-optischer Phasen-und Polarisationsstellglieder kann eine der dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung 1 entsprechende oder äquivalente Anordnung auch in integriertoptischer Technik verwirklicht -werden.
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Claims

-PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Messung von Drehungen und Drehraten-unter Ausnutzung des Sagnac-Effektes in einem eine Fläche umschließenden,größtenteils durch- eine optische Faser definierten und einer Drehung aussetzbaren Lichtweg, wonach an beiden Enden der Faser zwei kohärente Teillichtströme mit definiertem Polarisationszustand eingekoppelt werden, die,nachdem sie die optische Faser durchlaufen haben,wieder miteinander vereinigt werden,und wonach aus der Intensität eines der resultierenden(vereinigten)Lichtströme, die sich in Abhängigkeit von der aus einer Drehung der den geschlossenen Lichtweg markierenden Faseranordnung resultierenden Phasenverschiebung der miteinander interferierenden Teillichtströme ändert,auf die Drehgeschwindigkeit # geschlossen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a. die beiden Teillichtströme(8,16 und 9,14)werden einer Phasenmodulationt sin(2'ff fOt)unterworfen,worin tden Phasenhub und f die Modula-tionsfrequenz bezeichnenwund das Aus-0 gangssignal des auf die Intensität des Ausgangslichtstromes ansprechenden Detektorskl9)wird mit der Modulationsfrequenz fo phasenempfndlich gleichgerichtet.

b. auf mindestens einc Teillänge des Lichtweges(6,O,6)wird den in entgegengesetzter Richtung laufenden Teillichtströmen dieselbe(links-oder rechts-)zirkulare Polarisation aufgeprägt.

c. unter Ausnutzung des durch phasenempfindliche G1eichrichtQng erzeugten Gleichsignais als Fehlersignal wird der strom einer mindestens einen Abschnitt der Teillänge der Faser koaxial umgebenden Magnetspule(21)derart geregelt, daß die Phasendifferenz 2hder an den Enden des Lichtweges (6,10,6)austretenden Teillichtströme(14 und 16),die sich additiv aus der durch die Drehung des Lichtweges hervorgerufenen Phasendifferenz 2 und der aufgrund des magnetfeldproportionalen Faraday-Effektes in den zirkular-polarisierten Teillichtströmen verursachten Phasendifferenz zusammensetzt,welche der durch die Drehung verursachten Phasendifferenz 2 entgegengesetzt gerichtet ist,in guter Näherung durch die Beziehung: 2 = 2 + 2F = gegeben ist,mit ganzzahligem n.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. Speicherung des Magnet-Stromwertes in einem ersten Zustand bei stabiler Regelung.

b. Einprägung einer Stromänderung in der Magnetspule(21)in einer zeitspanne,die kleiner ist als die Regelzeitkonstante, wobei der Betrag der Änderung so groß gewählt ist,daß die entsprechende Phasefländerung ca. 2 beträgt.

c. Einregelung des neuen,der um 2# geänderten Phase entsprechenden Stromwertes.

d. Vergleich dieses Stromwertes mit demjensigen des zuvor eingenommenen,ersten stabilen Regelzustandes zur Ermittelung des für eine Phasenånderung von 2trerforderlichen Stromwertes und damit des Eichfaktors des Faraday-Phasenschiebers.

e. Wiederholung der Verfahrensschritte a)bis d)zur fortlaufenden Kontrolle des Eichfaktors.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. Speicherung des Magnetstromwertes in einem ersten stabilen Zustand der Regelung-.

b. Einprägung einer Stromänderung in der Magnetspule(21) in einer zeitspanne,die kleiner ist als die Regelzeitkonstante, wobei der Betrag der Änderu-ng so groß gewählt ist,daß die damit verknüpfte Phasenänderung ca.ri beträ.gt,und Änderung der Phase des für die phasenempfindliche Gleichrichtung benutzten Referenzsignals um .

c. Einregelung des neuen,der um 2# geänderten Phase entspreçhenden Stromwertes.

d. Vergleich dieses Stromwertes-mit demjenigen des zuvor eingenommenen,stabilen Regelzustandes zur Ermittelung des für eine Phasenänderung von 2VWerforderlichen Stromwertes.

e. Wiederholung der Verfahrensschritte a) bis d) zur fortlaufenden Kontrolle des Eichfaktors.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Phasenmodulation durch Modulation des durch die Magnetspule(21)fließenden Erregerstromes vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,daß die Phasenmodulation in der Nähe des einen Endes des Lichtweges(6,1O'6)bzw.-der optischen Faser(lo)vorgenommen wird ,indem ein Teilstück(29)der optischen Faser(iO)mechanischen 5chwintungen unterworfen wird, die periodische Änderungen der für die beiden Teillichtströme wirksamen optischen weg längen induzieren.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Frequenz f der Phasen-0 modulation zwischen 1/4T und 1/2T gewählt wird,wenn T die Laufzeit des Lichtes in dem durch die Faser definierten Lichtweg(6,10,6)ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Modulationsfrequenz f = 1/2T beträgt.
0 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß der Phasenhub aus dem Bereich von i - 3 rad gewählt wird.
9. Anordnung zur Messung von Drehungen,insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem mindestens ein Teil des von einem Strahlenteiler, denen Eingangslichtstrom in 2 kohärente Teillichtströme aufteilt,ausgehenden,und zu diesem zurückführenden,eine Fläche umschließenden Lichtweges durch eine optische Faser markiert ist,an deren Enden je einer der beiden Teillichtströme einkoppelbar ist,die den Teillichtweg in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen und mittels des als Strahlvereiniger ausgenutzten Strahlenteilers zu einem Ausgangslichtstrom vereinigt werden,dessen Intensität mittels eines photoelektrischen Detektors erfaßbar ist,mit einer Einrichtung zur Phasenmodulation der Teillichtströme und einer Einrichtung zur phasenempfindlichen Gleichrichtung des Detektorausgangssignals,deren dem Phasenunterschied der Teillichtströme nach Betrag und Vorzeichen proportionales Ausgangs-Gleichsignal das Fehlersignal für eine Regeleinrichtung ist,die den Phasenunterschied der Teillichtströme mit hoher Regelverstärkung auf Werte n2t regelt,mit ganzzahligem n, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen dem Strahlenteiler(6), der den Eingangslichtstrom(7)in die beiden Teillichtströme (8 und 9)aufteilt und die aus den Faserenden austretenden Teiliichtströme (14 und 16)zu dem Ausgangslichtstrom(173 vereinigt,und einem Polarisator(33),durch den -sowohl der Eingangslichtstrom(7)als auch der für den Nachweis ausgenutzte Ausgangslichtstrom(17)hindurchtreten,ein Mo.omode-Wellenleiter(26)vorgesehen ist,über den einerseits der Eingangs lichtstrom(7)zum Strahlenteiler(6)und andererseits der Ausgangslichtstrom(17)zum Polarisator<33)geleitet ist.
1O.Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß der Monomode-Wellenleiter(26) eine Monomode-Faser und einen Polarisator(33) umfaßt,der nur einen der beiden zueinander orthogonalen Polarisationszustände,die sich in der Monomode-Faser ausbreiten können, passieren läßt.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder Anspruch- 10, dadurch gekennzeRhnet,daß als Phasenstellglied eine den weitaus größten Teil der Faserlänge koaxial umgebende Magnetspule(21)vorgesehen ist,deren Erregerstrom durch das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Gleichrichters(24) gesteuert ist.
12. Anordnung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß das Phasenstel.lglied als eine nur eine kleine teillänge der optischen Faser(lO,ll)koaxial umgebende agnetspul(21)ausgebildet ist,deren Erregerstrom durch das Ausgangssignal der phasenempfindlichen Gleichrichter-Einrichtung(24)gesteuert ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß eine Polarisationsregeleinrichtung<39) vorgesehen ist,die den Polarisationszustanddes einen zum Hauptstrahlenteiler(6)Teillichtstromes(14)aUf den durch den Polarisator(33)ausgezeichneten Polarisationszustand regelt,
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dan die dem Magnetfeld aussetzbare Teillänge der optischen Faser(iO)ihrerseits in Windungen verlegt ist,die auf dem größten Teil ihrer Länge von den Windungen der Magnetspule koaxial umschlossen sind.

i5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Absprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,daß die optische Faser(lO)mindestens auf einem Teil ihrer Länge mit einem für die Aufrechterhaltung des zirkularen Polarisationszustandes der durch die Faser geleiteten Teillichtströme hinreichenden Torsionsgrad verdrillt ist.

16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet,daß die Phasenmodulationseinrichtung(28)an einem kurzen Endstück(29)der optischen Faser(10) angreift.

17. Anrodnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,daß die Phasenmodulationseinrichtung(28) einen durch ein elektrisches oder ein magnetisches Wechselfeld zu mechanischen Schwingungen anregbaren piewelektrischen bzw.magnetostriktiven Körper aufweist,an dem das kurze Endstück(29)der optischen Faser(lO)befestigt und dadurch seinerseits periodischen Änderungen seiner Form unterworfen ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch geennzeichnet,daß das für die Phasenmodulation ausgenutzte Teilstück der Faser(lO)auf einen zylindrischen Körper aufgewickeltist,der zu radialen Schwingungen mit der Modulationsfrequenz anregbar ist.

19.Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,daß bei integriert-optischem Aufbau der Anordnung 1 als Modulationseinrichtung ein elektrooptischer Phasenmodulator vorgesehen ist.