DE2936249A1 - Verfahren zum betrieb eines ringinterferometers als rotationssensor sowie ringinterferometer zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zum betrieb eines ringinterferometers als rotationssensor sowie ringinterferometer zur durchfuehrung dieses verfahrensInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München ^ 79 P 7 H 2 BRO
Verfahren zum 3etrieb eines Ringinterferometers als Rotationssensor sowie Ringinterferometer zur Durchführung
dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Ringinterferometers als Rotationssensor
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf ein Ringinterferometer zur Durchführung dieses Verfahrens
.
Verfahren der eingangs genannten Art dienen zum Nachweisen
von Rotationen und zum Messen deren Winkelgeschwindigkeit. Sie nutzen dabei den relativistischen
Sagnac-Effekt aus, der nichtreziproke Laufzeitunterschiede verursacht, die proportional zur Winkelgeschwindigkeit
sind. Der Sagnac-Effekt funktioniert für alle Polarisationszustände des verwendeten Lichts. Gemessen
werden Laufzeitunterschiede und damit die Winkelgeschwindigkeit über die integrale Intensität auf der
Lichtempfangsfläche. Diese integrale Intensität ist eine periodische Funktion der Winkelgeschwindigkeit,
und zwar hängt sie in einer quadratischen Sinusfunktion von der Winkelgeschwindigkeit ab. Aufgrund dieser Tat-Ed
1 Sti/21.3.79
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-Z- VPA
79 ρ 7 H 2 BRO
sache läßt sich beim Messen der Winkelgeschwindigkeit in einer Periode die Drehrichtung, d.h. das Vorzeichen
der Winkelgeschwindigkeit, nicht eindeutig bestimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
daß auch die Drehrichtung der Rotation gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Das vom phasenempfindlichen Gleichrichter abgegebene Signal enthält die Information über den Betrag der Winkelgeschwindigkeit
und über ihr Vorzeichen.
Die periodisch schwankende nichtreziproke Phasenverschiebung wird z"weckaiä3igerweise durch Maßnahmen erzeugt,
wie sie im Patentanspruch 2 angegeben sind.
Ein zweckmäßiges Ringinterferometer zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens v/eist die Merkmale des Patentanspruchs 3 auf. Bei diesem Ringinterferometer
wird die periodisch schwankende, nichtreziproke Phasenverschiebung mittels des Faraday-Sffekts erzeugt,
Zwei bevorzugte Ausführungsformen dieses Ringinterferometers
gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren in der nun folgenden Beschreibung
näher beschrieben. Von den Figuren zeigen
Figur 1 in schematischer Darstellung ein Ringinterferometer, mit welchem das vorgeschlagene Verfahren
durchführbar ist,
Figur 2 eine Variante eines Ringinterferometers nach
Figur 1 .
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VPA
79 P 7 H 2 BRQ
In beiden Figuren weist das Ringinterferometer eine Laserlichtquelle 5, einen teildurchlässigen Spiegel 2,
einen Linearpolarisatcr 61, zwei Optiken 7 und 7', den Lichtwellenleiter 1, der aus einer aufgewickelten Monomode-Lichtleitfaser
aus Glas, deren Enden 11 und 11' die Koppelstellen des Lichtwellenleiters 1 bilden, besteht,
und die Lichtempfangsfläche 4 auf, welche die lichtempfindliche Fläche eines lichtempfindlichen Sensors
17 ist.
Die Lichtquelle 5 sendet in der Richtung R das Laserstrahlbündel 50 aus, das auf den dazu im Winkel von
beispielsweise 45° geneigten teildurchlässigen Spiegel 2 trifft. Dieser Spiegel 2 spiegelt einen Lichtanteil
als Teilstrahlbündel 51 im rechten Winkel zur Richtung R weg, während der andere Lichtanteil den Spiegel 2
durchsetzt und sich danach in der gleichen Richtung wie vorher als Lichtstrahlbündel 51' ausbreitet. In
einem der Strahlengänge, beispielsweise im Strahlengang 51', ist der Linearpolarisator 61 angeordnet.
Die Optiken 7 bzw. 7' fokussieren die betreffenden Teilstrahlbündel 51 bzw. 51' auf das betreffende Ende
11 bzw. 11' des Lichtwellenleiters 1 und dienen auf diese Weise zum Einkoppeln der in den Teilstrahlbündeln
geführten Lichter in den Lichtwellenleiter 1.
Das über jeweils ein Ende 11 bzw. 11' in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht breitet sich in diesem
zum jeweils anderen Ende 11' b2w. 11 aus, wo es wieder ausgekoppelt und von der Optik 7' bzw. 7 gebündelt wird.
Das aus dem Ende 11 ausgekoppelte Lichtstrahlbündel 110' ist im wesentlichen entgegengesetzt zum einfallenden
Teilstrahlbündel 51 gerichtet und trifft den teildurchlässigen Spiegel auf einer Seite. Das aus dem Ende 11'
ausgekoppelte Lichtstrahlbündel 110 ist im wesentlichen
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-K-
VPA 79 ρ 7 u 2 eRD
dem Teilstrahlbündel 51f entgegengerichtet und trifft
den Spiegel 2 auf der anderen Seite .
Ein Anteil des ausgekoppelten Lichtstrahlbündels 110'
durchsetzt den Spiegel 2 und breitet sich danach in der gleichen Richtung wie vorher aus, während der übrige
Teil weggespiegelt wird. Ein Anteil des ausgekoppelten Lichtstrahlbündels 110 wird vom Spiegel 2 in die Richtung
des ausgekoppelten Lichtstrahlbündels 110' gespiegelt, während der übrige Teil den Spiegel 2 durchsetzt
und sich danach in der gleichen Richtung wie vorher ausbreitet. Der durch den Spiegel 2 hindurchgegangene
Anteil des Lichtstrahlbündels 110' und der vom Spiegel 2 gespiegelte Anteil des Lichtstrahlbündels
110 sind überlagert und bilden ein vom Spiegel ausgehendes Lichtstrahlbündel 111. Im Strahlengang
dieses Lichtstrahlbündels ist die Lichtempfangsfläche U angeordnet. Bis hierher ist ein bekanntes Ringinterferometer
beschrieben worden, welches als Rotationssensor betreibbar ist.
Um nun auch die Drehrichtung, d.h. das Vorzeichen der Rotation, feststellen zu können, schlägt die Erfindung
vor, einem Licht, das durch den Lichtwellenleiter hindurch der Lichtempfangsfläche zugeführt ist,
eine periodisch schwankende, nichtreziproke Phasenverschiebung aufzuprägen und das von einem oder dem lichtempfindlichen
Sensor erzeugte, der integralen Intensität auf der Lichtempfangsfläche 4 proportionale elektrische
Signal einem Eingang 151 eines phasenempfindlichen Gleichrichters 15 zuzuführen, der mit einem periodisch
schwankenden Signal synchronisiert wird, das der periodisch schwankenden Phasenverschiebung entspricht.
Die periodisch schwankende Phasenverschiebung kann mit-
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~g~ VPA 79 ρ 7 H 2 BRD
tels des Sagnac-Effekts durch entsprechendes periodisches
Schütteln des Lichtwellenleiters oder mittels des Faraday-Effekts durch ein periodisch schwankendes
Magnetfeld aufgeprägt werden. In den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen wird mit
dem Faraday-Effekt gearbeitet. Dazu ist bei beiden Ausführungsbeispielen eine elektrische Spule 6 vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 umgeben die Windungen dieser Spule 6 den gewickelten Lichtwellenleiter
1. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 umgeben die Windungen der Spule 6 ein Bleiglasstück 60, das im
Strahlengang des Teilstrahlbündels 51' angeordnet ist. Die Spule 6 ist mit einem Wechselstromgenerator 13
verbunden, der einen Strom i = i cos OJ. t durch
die Spule leitet. Von dem Wechselstromgenerator 13 wird auch eine Wechselspannung U=U cos u) 1 t
abgegriffen, die dem phasenempfindlichen Gleichrichter 15 als Taktsignal zugeführt wird. Das an einem Signalausgang
152 des phasenempfindlichen Gleichrichters 15 enthaltene Signal wird in einem Integrator 16 integriert
und das vom Integrator abgegebene Signal enthält die Information über die Drehrichtung und den
Betrag der Winkelgeschwindigkeit.
Da der Faraday-Effekt im obigen Sinne nur bei zirkulär
polarisiertem Licht funktioniert, muß das Licht, dem die periodisch schwankende, nichtreziproke Phasenverschiebung
aufzuprägen ist, zirkulär polarisiert sein. In den beiden Ausführungsbeispielen ist zur Erzeugung
des zirkulär polarisierten Lichts ein /i/4-Plättchen
62 vorgesehen, welches zwischen dem Linearpolarisator 61'und der Optik 7'im Teilstrahlbündel 51' angeordnet
ist. Dieses Plättchen 62'wandelt das vom Linearpolarisator herkommende linear polarisierte Licht in zirkulär
polarisiertes Licht um. Selbstverständlich könnten auch
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-if- VPA 79 ρ 7 H 2 BRD
andere Mittel zur Erzeugung zirkulär polarisierten
Lichts angewandt werden.
In der Regel wird auch im anderen Teiüstrahlbündel
51 ein Linearpolarisator und ein /\/4-Plättchen angeordnet
sein, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Dieser Linearpolarisator ist mit 61 und das λ/^-
Plättchen mit 62 bezeichnet.
Ein Linearpolarisator 61, 61' kann natürlich entfallen, wenn die Lichtquelle 5 bereits linear polarisiertes
Licht aussendet, wie dies bei Lasern im allgemeinen der Fall ist.
6 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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L e e r s e i t e
Claims (6)
- VPA 79 ρ 7 H 2 BRDPatentansOrücheVerfahren zum Betrieb eines Ringinterferometers als Rotationssensor, wobei das Ringinterferometer einen Lichtwellenleiter mit zwei Koppelstellen aufweist, über die Licht in ihn einkoppelbar ist, das sich in ihm zur jeweils anderen Koppelstelle hin ausbreitet und dort wieder auskoppelbar ist, wobei über beide Koppelstellen ausgekoppelte Lichter überlagert zumindest einer Lichtempfangsflache zugeführt sind, wobei als Maß für die Winkelgeschwindigkeit die integrale Lichtintensität der auf die Lichtempfangsfläche auftreffenden überlagerten Lichter gemessen wird, die sich aufgrund von winkelgeschwindigkeitsabhängigen nichtreziproken Laufzeitunterschieden im Lichtwellenleiter - hervorgerufen durch den Sagnac-Effekt - mit der Winkelgeschwindigkeit ändert, dadurch gekennzeichnet , daß einem Licht, das durch den Lichtwellenleiter (1) hindurch der Lichtempfangsfläche (4) zugeführt ist,eine periodisch schwankende, nichtreziproke Phasenverschiebung aufgeprägt wird, daß die integrale Intensität auf der Lichtempfangsfläche(4) in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird, und daß dieses elektrische Signal einem Eingang eines phasenempfindlichen Gleichrichters (15) zugeführt wird, der mit einem periodisch schwankenden Signal (Uw) synchronisiert wird, das der periodisch schwankenden Phasenverschiebung entspricht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die periodisch schwankende, nichtreziproke Phasenverschiebung mittels des Sagnac· Effekts durch entsprechendes periodisches Schütteln des Lichtwellenleiters oder mittels des Faradaj'-Effekts130012/0381ORIGINAL INSFECTED-2- VPA 79 ρ 7 1 h 2 BROdurch ein periodisch schwankendes Magnetfeld aufgeprägt wird.
- 3. Ringinterferometer mit einem aufgewickelten Lichtwellenleiter, der zwei Koppelstellen aufweist, über die polarisiertes Licht in ihn einkoppelbar ist, das sich in ihm zur jeweils anderen Koppelstelle hin ausbreitet und dort wieder auskoppelbar ist, wobei über beide Koppelstellen ausgekoppelte Lichter überlagert einer Lichtempfangsfläche zugeführt sind, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Spule (6) vorgesehen ist, deren Windung oder Windungen den Strahlengang eines Lichts umgeben, das durch den Lichtwellenleiter (1) hindurch der Lichtempfangsfläche (4) zugeführt ist, und welches Zirkular polarisiert ist, und daß die Spule (6) mit einem Wechselstromgenerator (13) verbunden ist.
- 4. Ringinterferometer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Spule den Lichtwellenleiter(1) umgibt.
- 5. Ringinterferometer nach Anspruch 3 oder 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Spule (6) ein Glasstück (60) umgibt, das im Strahlengang des Lichts angeordnet ist, das durch den Lichtwellenleiter hindurch der Lichtempfangsfläche (4)zugeführt ist.
30 - 6. Ringinterferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Glasstück aus Bleiglas besteht.130012/0381
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792936249 DE2936249A1 (de) | 1979-09-07 | 1979-09-07 | Verfahren zum betrieb eines ringinterferometers als rotationssensor sowie ringinterferometer zur durchfuehrung dieses verfahrens |
FR8018501A FR2465200A1 (fr) | 1979-09-07 | 1980-08-26 | Procede de fonctionnement d'un interferometre en anneau en tant que detecteur de rotation et interferometre en anneau pour la mise en oeuvre de ce procede |
JP12290380A JPS5646468A (en) | 1979-09-07 | 1980-09-04 | Method of measuring speed of rotation and ring interference gage for executing thereof |
GB8028964A GB2058345B (en) | 1979-09-07 | 1980-09-08 | Ring interferometer rotation sensors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2936249A1 true DE2936249A1 (de) | 1981-03-19 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19792936249 Withdrawn DE2936249A1 (de) | 1979-09-07 | 1979-09-07 | Verfahren zum betrieb eines ringinterferometers als rotationssensor sowie ringinterferometer zur durchfuehrung dieses verfahrens |
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JP (1) | JPS5646468A (de) |
DE (1) | DE2936249A1 (de) |
FR (1) | FR2465200A1 (de) |
GB (1) | GB2058345B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3028821A1 (de) * | 1980-07-30 | 1982-02-25 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Ringinterferometer |
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DE2345912A1 (de) * | 1972-09-28 | 1974-04-04 | Gievers John G | Drehempfindlicher polarisationswandler |
GB2009396A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-13 | Thomson Csf | Interferometric laser gyrometer |
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- 1979-09-07 DE DE19792936249 patent/DE2936249A1/de not_active Withdrawn
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- 1980-08-26 FR FR8018501A patent/FR2465200A1/fr not_active Withdrawn
- 1980-09-04 JP JP12290380A patent/JPS5646468A/ja active Pending
- 1980-09-08 GB GB8028964A patent/GB2058345B/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5646468A (en) | 1981-04-27 |
GB2058345B (en) | 1984-02-08 |
FR2465200A1 (fr) | 1981-03-20 |
GB2058345A (en) | 1981-04-08 |
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