DE3123163A1

DE3123163A1 - "verfahren und anordnung zur messung absoluter drehungen"

Info

Publication number: DE3123163A1
Application number: DE19813123163
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Prof. 2110 Buchholz Ulrich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1983-01-05

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Messung absoluter Drehungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung absoluter Drehungen nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.
Derartige Anordnung sind als Ringinterferometer bekannt.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Ringinterferometer, das in faseroptischer Bauweise unter Verwendung von Lichtwellenleitern, z.B, Lichtleitfasern, herstellbar ist. Derartige Ringinterferometer sind bekannt, z.B. aus dem Aufsatz von S.H. Lin and T,G. Giallorenzi in "Applied Optics" Bd. 18, S, 915, Jahrg. 1979, oder von R.Ulrich in "Optics Letters", Bd. 5, S. 173, Jahrgg 1980. In den meisten der bisher beschriebenen Ringinterferometern wird ein Ausgangssignal U erzeugt, das bei einer Drehung zum Sinus der zu messenden Winkelgeschwindigkeit CL> proportional ist, gemäß Formel U = U0 sin (2## / #0) (1) Die Größen U und w sind Konstanten, wobei w eine normiero o o te Drehrate ist. Sie hängt ab von der sog. Windungsfläche des Ringinterferometers und von der Wellenlänge des im Ringinterferometer verwendeten Lichtes. Diese Größen sind im allgemeinen recht gut konstant. Im Gegensatz dazu hängt das maximal mögliche Detektor-Signal (J im allgemeinen stark 0 und in unübersichtlicher Weise ab von Störungen, z.B.
Schwankungen der Temperatur, der Versorgungsspannungen oder der optischen Eigenschaften des Ringinterferometers. Bei derartigen Ringinterferometern ist es sehr schwierig, die genannten Störungen zu vermeiden. Darüber hinaus besteht eine grundsätzliche Schwierigkeit bei der Auswertung des gemessenen Signales U darin, daß die Umkehrung der Formel (1), die Formel O = (X0 / 2X) arc sin (U / U0) (2) nur dann eindeutig ist, wenn sichergestellt ist, daß stets |U/U |< 1 gilt. Eine eindeutige Auswertung ist daher nur bei kleinen Drehraten möglich.Wegen der andererseits unvermeidlichen Nullpunktschwankungen ist daher der dynamische Bereich dieser Ringinterferometer nicht so hoch, wie es für viele Anwendungen erwünscht ist.
Eine Verbesserung in dieser Hinsicht bedeutete das von R.F.
Cahill und E. Udd ("Optics Letters" Bd. 4, S. 152,, Jahrgg.
1979).beschriebene Prinzip eines phasenkompensierenden Ring- interferometers, In diesem wird einer der beiden im Ring umlaufenden Lichtstrahlen in einem Einseitenband- Modulator derart frequenzverschoben, daß eine ( raums resultierende Extra-Phasenverschiebung gerade die -on der zu messenden Drehung bewirkte Sagnac-Phasenverschiebung kompensiert.
Ein Regelkreis bestimmt eine Modualtionsfrequenz fortlaufend derart, daß diese Kompensationsbedingung aufrechterhalten wird. Die Höhe der Modulationsfrequenz ist dann unmittelbar ein Maß für die zu messende Drehrate Eine Begrenzung der Größe der Drehrate durch die Mehrdeutigkeit gemäß Formel (2) besteht nicht mehr, wenn der Regelkreis hinreichend schnell arbeitet. Ein Nachteil für den Einsatz dieses Verfahrens besteht darin, daß der notwendige Einseitenband-Modulator (eine sogen. Bragg-Zelle) konstruktiv groß und aufwendig ist und nicht einfach und reflexionsarm in den Lichtleitfaser-Ring eingefügt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisch stabiles, einfach und kostengünstig herstellbares Ringinterferometer der genannten Art anzugeben, das außerdem unempfindlich ist gegenüber auftretenden Störungen und eine hohe Empfindlichkeit besitzt gegenüber den zu messenden Drehungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 9 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unt er ansprüchen entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, iß mögliche Lichtrückstreuungen an unerwünschten Reflexionsstellen, z.B herstellungsbedingte Streuzentren in einer den ringförmigen Lichtweg bildenden Glasfaser, weitestgehend ohne Einfluß bleiben auf die Auswertung der zu messenden Drehung.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die erreichbare absolute Genauigkeit der Auswertung lediglich durch die Eigenschaften, z.B. Linearität und/oder zeitliche Konstanz, der verwendeten optischen Phasenschieber begrenzt ist. Die Auswertung ist im wesentlichen unabhängig von der absoluten Höhe eines Detektorsignals bzw. der Intensität des verwendeten Lasers (als Lichtquelle).
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen FIG. l ein schematisches Blockschaltbild der Erfindung FIG. 2 schematische Diagramme bzw. ein weiteres Blockbis 4 schaltbild zur Erläuterung des Erfindungsgedankens.
Gemäß FIG. 1 gelangt das von einer Lichtquelle LD, z.B.
einem Halbleiterlaser, ausgesandte Licht über einen Hilfsstrahlenteiler St2 zu einem Hauptstrahlenteiler Stl, der das Licht in die beiden Enden eines eine Fläche F ein- oder mehrfach umschließenden Lichtweges L, z.B. ein Glasfaser-Lichtwellenleiter, einkoppelt. In unmittelbarer Nähe des Hauptstrahlenteilers Stl ist in den Lichtweg L je ein optischer Phasenschieber Ph1, Ph2 eingefügt. Diese Phasenschieber sind beispielsweise elektrisch im Gegentakt betrieben, so daß für die derart erzeugten optischen Phasenverschiebungen ç 2 stets coi = - cD2 gilt. Außerdem wird die Ansteuerung der Phasenschieber Phl, Ph2 derart gewählt, daß während eines Zeitintervalles T eine zeitlich linear veränderliche Phasenverschiebung bewirkt wird gemäß der Formel (t) = -#2(t) = 2Tt X t + 0, (3) Hier bedeutet 2xt die Änderungsrate der optischen Phase, tr wird als Phasenänderungsgeschwindigkeit bezeichnet.
Die Dauer des Zeitintervalles T ist sehr viel größer als die Laufzeit < des Lichtes durch den Lichtweg L. Die von der Lichtquelle LD, z.B. einem Laser, kommende Lichtwelle hat vor dem Hauptstrahlenteiler Stl die Amplitude a0 exp (-iwt). Eine vereinfachte Erläuterung des erfindungsgemäßen Ringinterferomters besteht darin, daß die Frequenz einer optischen Teilwelle b die vom Hauptstrahlenteiler Stl über den ersten Phasenschieber Ph1, in den Lichtweg L eingekoppelt wird, zunächst im ersten Phasenschieber Ph1 um den Betrag der Phasenänderungsgeschwindigkeitwerniedrigt wird und anschließend nach Durchlaufen des Lichtweges L, im zweiten Phasenschieber Ph2 wieder um denselben Betrag erhöht wird0 Bei einer in entgegengesetzter Richtung den Lichtweg L durchlaufenden optischen Teilwelle b2 wird deren Frequenz zunächst im Phasenschieber Ph2 um den Betrag der Phasenänderungsgeschwindigkeit r erhöht und anschließend, im Phasenschieber Ph1, wieder auf den ursprünglichen Frequenzwert erniedrigt. Infolge dieser Frequenzverschiebungen scheint die phasenmäßige Länge des Lichtweges L unterschiedlich lang zu sein, bezogen auf die beiden Teilwellen b1, b20 Bei deren Wiedervereinigung am Hauptstrahlenteiler St1 besitzen die Teilwellen deshalb eine Gesamt-Phasendif- ferenz 2p gemäß der Formel 2# = 2#s - 4#γ# (4) Dabei bedeutet 2#s = 2##/#0 die bekannte Sagnac-Phase mit einer normierten Drehrate #0 = #c/4A, A die Windungsfläche des Lichtweges L, # die Vakuumwellenlänge des verwendeten Lichtes, c dessen Vakuum-Lichtgeschwindigkeit, # = ngl/c die Laufzeit des Lichtes durch den Lichtweg L,ng der effektive optische Gruppen-Index des Lichtweges L und l dessen Länge. Entsprechend der Phasendifferenz 2cp gemäß Formel (4) ist die Intensität der vom Hauptstrahlenteiler Stl zum Detektor D zurücklaufenden Lichtwellen d proportional zu 0 1 1 cos²# = + cos 2# (5) 2 2 Diese Intensität wird elektronisch ausgewertet und daraus die Gesamt-Phasendifferenz 2(p bestimmt, die ein Maß für die zu messende Drehung ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Phasenschieber Phl, Ph2 derart angesteuert, daß eine sogenannte optische Phasenvoreinstellung (phase-bias) entsteht, vorzugsweise eine sogenannte 900-phase-bias. Diese wird beispielsweise ermöglicht durch eine kleine, hochfrequentperiodische Zusatz-Phasenmodulation des den Lichtweg L durchlaufenden Lichtes. Am Detektor D entsteht dann ein Signal, das proportional zu sin 2cp ist. In jedem Falle hängt die Intensität des ausgewerteten Signal es periodisch von der Phasendifferenz ecp ab, die eine Periodenlänge von 2# besitzt.
Wird die daraus resultierende Mehrdeutigkeit berücksichtigt, so lautet die Phasendifferenz 2cp, Formel (4), auch 2# = (2#/#0) (# - #m). (6) Hierin bedeutet #m = 2γ##0 - m#0. (7) # ist eine durch die Phasenschieber Phl, Ph2 bewirkte scheinbare Drehrate und m = 0, + 1, + 2, ... eine ganze Zahl.
Die gemäß Formel (7) berechnete scheinbare Drehrate X ist durch passende Wahl der Phasenänderungsgeschwindigkeit γ derart einstellbar, daß eine zumessende tatsächliche Drehrate # im wesentlichen kompensiert wird oder daß aus der scheinbaren Drehrate # und der zu messenden Drehrate # eine Gesamt-Phasendifferenz resultiert, die im wesentlichen einen fest einstellbaren jedoch beliebig wählbaren Wert besitzt. Dieses wird z.B. durch eine Regelschaltung erreicht, welche die Phasenänderungsgeschwindigkeit γ stets auf einen derartigen Wert regelt, daß die Phasendifferenz 2(p einen festen, vorgegebenen Wert hat, vorzugsweise den Wert #. Dazu wird beispielsweise ein Signal sin 2cp als Fehlersignal verwendet, das bei hochfrequent - periodischer Phasenmodulation im Lichtweg L und phasenempfindlicher Gleichrichtung des Detektorsignales erhältlich ist.
Unter der Voraussetzung, daß eine derartige Regelschaltung genügend schnell arbeitet gilt gemäß Formel (6) stets # = 2γ # #0 - (m - 1/2 ) #0 (8) Entsprechend den verschiedenen möglichen Werten der Zahl m gibt es verschiedene Werte für die Phasenänderungsgeschwindigkeit γ, die die Formel (8) erfüllen, gemäß der Formel γ = γm = γ0 + 2mf0 (9) mit f0 = 1/4# (10) γ0 = 2#f0 /#0 - f0 (11) Eine Regelschaltung für die Phasenänderungsgeschwindigkeit γ mit einem Fehlersignal sin 2cp wird sich im allgemeinen auf irgend eine diese Raten γm einstellen und darauf verharren, solange die Grenze des maximal möglichen Phasenschiebe-Bereiches nicht erreicht ist oder keine anderweitige Störung der Regelung erfolgt.
Eine Auswertung der zu messenden tatsächlichen Drehrate # veranlaßt wird ist dadurch möglich, daß die Regelschaltung/immer wieder die Richtung der Phasenschiebung, d.h. das Vorzeichen der Größe γm, zu wechseln. Dieses bewirkt beispielsweise eine elektronische Schaltung, die eine geregelte Rate plötzlich (schnell gegen die Einstellzeit der Regelschaltung) um den Wert 2f0 ändert. Die Regelschaltung stellt sich dann auf die neue Rate zum ein, in der die Zahl m' um 1 gegen die Zahl m verändert ist. Die Schaltung ist so auslegbar, daß sich die Zahl m bei einer positiven Rate γm erniedrigt und bei einer negativen Rate γm erhöht. Dadurch wird erreicht, daß die Rate γm abwechselnd die folgenden Werte annimmmt: γ1 = 2#f0 / #0 + f0 (γ1 > 0) (12) γ0 = 2#f0 / #0 - f0 (γ0 < 0) Hierbei ist vorausgesetzt worden, daß W # 1< #0/2 ist.
Weiterhin ist es zur Auswertung zwec@ äßig, einen Grenzwert-Geber vorzusehen, der den Wechs@ zwischen γ0 und γ1 veranlaßt, sobald eine Phase #1 1 einen vorgegebenen oberen Grenzwert <D bzw. einen unteren Grenzwert #- erreicht. Diese Grenzwerte #+ und #- liegen innerhalb des maximal möglichen Phasenbereiches der Phasenschieber Phl, Ph2.
Um den durch die Grenzwerte #+, # festgelegten Arbeitsbereich ## = #+ - #-mit einer Rate γm zu durchlaufen, ist eine Zeit Tm = ##/|γm| erforderlich. Die beiden Zustände γ1 und )0 der Regelschaltung bestehen daher während der Zeitintervalle T1, T0 gemäß den Formeln T1 = (2###/#) (1 + 2#/#0) (13) T0 = (2###/#) (1 - 2#/#0) .
Diese Zeitintervalle lassen sich mit großer Genauigkeit dadurch messen, daß eine elektronische Uhr jeweils dann ein-oder ausgeschaltet wird, wenn die, gemäß Formel (3), zeitabhängige Phasenverschiebung #1(t) einen der Grenzwerte cp+, # annimmt. Dann läßt sich aus den Formeln (13) die unbekannte Drehrate # berechnen, gemäß der Formel Damit ist, vermittels der von einer Regelschaltung kontrollierten Phasenschieber Phl, Ph2, die Messung der Drehrate auf die Messung der beiden Zeitintervalle T und 0 T1 zurückgeführt.
FIG. 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Auswertung einer derartigen Messung, Die von der Zeit t abhängige Phasendifferenz CD pendelt zeitlich fortlaufend zwischen den Grenzwerten p+, # hin und her und nimmt dabei jeweils die Zustände γ0 bzw. γ1 an während den Zeitintervallen T0 bzw. T1, aus denen gemäß Formel (14) die gesuchte Drehrate berechnet wird. Es ist vorteilhaft, zwischen die Zeitintervalle T0, T1 jeweils eine Totzeit T2 einzufügen, während der keine Auswertung erfolgt, da die Regelschaltungen in diesen Zeitbereich möglicherweise zu störenden Regelschwingungen neigen, wie dieses in FIG, 2 angedeutet ist.
Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel ein faseroptisches Sagnac-Ringinterferometer beschrieben, bei dem der Lichtweg L aus einer 200m langen Monomode-Glasfaser besteht, die auf einen Wickelkörper mit dem Ram;s R = 5cm aufgewickelt ist. Das Ringinterferometer wird/einer Lichtquelle LD, einem Halbleiterlaser der Wellenlänge# = 0.84/um, betrieben.
2 In diesem Fall beträgt die Windungsfläche A = 5m und es ist #0 = 12,6 rad/sec, entsprechend 2 Umdrehungen # pro Sekunde. Das oben beschriebene Prinzip der Auswertung funktioniert ohne zusätzliche Maßnahmen nur bis zu dem Wert ß #|<#0/2, also für Drehraten bis höchstens 1 U/sec.
Es wird weiter unten noch gezeigt, daß eine praktische Grenze jedoch schon bei dem Wert |#|<#0/4 liegt, hier also bei der Drehrate w/27t = + 0,5U/sec, Die Laufzeit des Lichtes durch den Lichtweg L beträgt etwa 1 /us, so daß'gemäß Formel (10), f0 = 250 kHz ist.
Der Arbeitsbereich ## der Phasenschieber Phl, Ph2 beträgt 2000# Radian. Bei symmetrischer Aussteuerung sind daher Grenzwerte ç = # = 1000# erfordert ch, entsprechend einer Veränderung des Lichtweges L um + 0.42mm. Bei Stillstand des Ringinterferometers (w = 0) ist der Zustand |γ1 = ' γ0| = 250 kHz, und die zum Durchlaufen des Arbeitsbereiche ncp nötigen Zeitintervalle betragen T = T1 = 0 4 ms. Dreht sich nun das Ringinterferometer mit der Winkelgeschwindigkeit 0/4, also mit 0,5 U/sec, so werden die Zustände γ0 = -125 kHz und γ1 = + 375 kHz. Die Zeitintervalle T0 bzw. T1 verschieben sich entsprechend auf T0 = 8 µsec bzw. T1 = 2.67 /usec. Mit diesen Zeitintervallen liefert Formel (14) genau # = #0/4. Die Meßzeit für diese Drehrate beträgt T0 + T1 = 10.67 msec. An diesem Beispiel wird deutlich, daß es zweckmäßig ist, nicht bis an die im Zusammenhang mit Formel (12) definierte Grenze |#|<#0 /2 zu gehen. Denn an dieser Grenze würde eines der beiden Zeitintervalle T0 oder T1 unendlich lang. Es darf aber eine gewisse Gesamtmeßzeit (T + T ) nicht überschritten o 1 werden, denn die zu messende Drehrate X kann sich zeitlich laufend ändern und es ist deshalb zweckmäßig, diese mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung zu erfassen. Wird deshalb |#|##0/4 als Grenze festgelegt, so verlängert sich die benötigte Meßzeit (To + T1) höchstens auf das 1.33 fache ihres bei der Drehrate X = 0 bestehenden Minimalwertes, Diese hier angegebenen Grenzen können weit überschritten werden, wenn eine Regelschaltung (evtl. digital) vorgesehen wird, , die bei Bedarf (| wl > w0/4) auch größere Sprünge als #m = 1 in der Rate γm ausführt.
Anhand des beschriebenen Beispiels wird die nötige Genauigkeit erläutert mir der die Zeitintervalle T und T gemes-T1 sen werden0 Es wird dazu davon ausgegangen, daß die durch Störeffekte und Rauschen bedingte Meßunsicherheit eines Sagnac-Ringinterferometers mit den genannten Abmessungen bei ungefähr/ W = 10 rad/sec liegt, entsprechend etwa 0.6 . 10-3 °/sec oder etwa 1 °/h. Damit die durch Unsicherheiten 6T und #T1 in der Zeitmessung bedingten zusätzlichen Fehler klein gegen diesn Fehler ## sind, sollte die Genauigkeit der Zeitmessung besser sein als #T0/T0# 3 . 10-6.
Die Zeitintervalle T und T1 im genannten Beispiel erfordern 0 daher eine Genauigkeit von deutlich besser als 10 nsec, also beispielsweise eine Auflösung von 2 nsec. Mit einer sehr schnellen Elektronik ist dieses möglich.
Eine eingehendere Betrachtung zeigt, daß diese Forderung einer Auflösung von 2nsec nicht die Absolutgenauigkeit der Zeitmessung betrifft, sondern lediglich deren Schwankungen (jitter), Der elektronische Schaltungsaufwand für eine derartige Genauigkeit ist derzeit nicht gering. Er garantiert aber die genannte Genauigkeit bzw über den gesamten Meßbereich (-#0 # # # + #o), d.h. also eine sehr gute Line-4 4 arität.
Ein in der Auswerteschaltung vorkommender Regelkreis für die beiden Phasenschieber Ph1, Ph2 bewirkt, daß die Änderungsgeschwindigkeiten d#1/dt = -dp2/dt stets derart geregelt werden, daß die Phasenänderung CD im wesentlichen immer den Wert lt annimmt. Dafür ist ein Regler mit einer sogenannten PI-Charakteristik zweckmäßig, Die Einstellzeit des Reglers ist möglichst derart kurz zu wählen, daß eine momentane restliche Phasenabweichung 5# klein bleibt, Die Einstellzeit kann nicht kürzer gemacht werden als die Laufzeit des Lichtes durch den Lichtweg L. Für ein stabiles und störungsfreies Arbeiten des Regelkreises ist es zweckmäßig, eine Einstellzeit von etwa 3% bis St zuzulassen. Im genann- ten Beispiel sind dies 3 bis 5 µsec, eine Zeit, die technisch durchaus realisierbar ist. Während der periodisch notwendigen Umsteuer-Vorgänge des Re Kreises von den Zuständen γ0 auf γ1 bzw. von γ1 auf γ0 ist es möglich, daß starke, transiente Regelschwingungen auftreten, wie in FIG 2 angedeutet, Eine geeignete Maßnahme im Umsteuer-Vorgang besteht darin, die in FIG, 2 dargestellten Totzeiten T2 so lang zu machen, daß diese Regel schwingungen abgeklungen sind, bevor die Messung eines neuen Zeitintervalles T0 bzw. T1 beginnt. Für die Auswertung der Drehrate gemäß Formel (14) bleiben die genannten Regelschwingungen dann ohne Einfluß.
Für die im beschriebenen Ausführungsbeispiel erreichbare Meßgenauigkeit ist es wesentlich, daß der Arbeitsbereich Am der Phasenschieber Ph1, Ph2 mit großer Genauigkeit von einer Zeitmessung (To) zur nächsten (T1) unveränderlich ist, oder anders ausgedrückt, daß die Grenzwerte cp+ und #~ mit hoher Genauigkeit bekannt sind, um die angegebene Genauigkeit in der Messung der Zeitintervalle T bzw. T1 0 zu erreichen Falls diese Genauigkeit nicht durch den Aufbau der Phasenschieber Phi, Ph2 selbst gegeben ist, so wird dieses durch eine unmittelbare Messung der optischen Phasen çl(t) bzw cp2(t) erzielt. Eine dafür geeignete Anordnung ist in FIG, 3 schematisch für den Phasenschieber Ph1 dargestellt.
Um die Änderungen der Phase #1 zu messen, werden vor und hinter den Phasenschiebern je ein Richtkoppler RK1 bzw.
RK2 in den Strahlengang eingefügt, die einen Bruchteil der jeweiligen Lichtleistung (typisch 20%) abzweigen. Diese abgezweigten Lichtströme werden in einem sogenannten 3dB-Richtkoppler RK3 zur Interferenz gebracht, und die resul- tierenden Lichtströme mit den beiden Hilfs-Detektoren D1 und D2 gemessen. Deren elektrische Ausgangssignale werden in einem Differentialverstärker V verstärkt, der eine Ausgangsspannung V (¢l) erzeugt, deren Verlauf in FIG. 4 schematisch dargestellt ist. Diese Spannung hängt im wesentlichen periodisch von der Phasendifferenz der vor bzw.
hinter dem Phasenschieber Phl abgezweigten Lichtströme ab und ist daher ein unmittelbares Maß für die momentane Phasenverschiebung #1(t). Daher ist irgend ein Nulldurchgang dieser Spannung V (#1) benutzbar, um den Beginn eines Zeitintervalles T bzw. T1 zu kennzeichnen. Ist der Arbeitsbe-0 reich Am z.B. als Am = 2Nz mit ganzzahligem N festgelegt so kann das Ende des laufenden Zeitintervalles durch den N-ten Nulldurchgang der Spannung V (#1) mit der gleichen hohen Genauigkeit elektronisch festgestellt werden wie dessen Beginn. Dazu ist beispielsweise eine schnelle elektronische Triggerschaltung nötig, die jeweils bei einem Nulldurchgang, z.B. von negativ nach positiv, eine Zeitmarke abgibt, sowie ein auf die Zahl N voreingestellter Zähler, der nur die N-te Zeitmarke passieren läßt, um eine bei einer Anfangszeitmarke gestartete elektronische Uhr anzuhalten.
Beim Phasenschieber Ph2 ist eine der FIG.3 ähnliche Anordnung möglich, die ein Signal V (#2) erzeugt. Dieses ist dazu benutzbar, um die in Formel (3) aufgestellte Gegentakt-Bedinung zu überwachen und bei auftretenden Abweichungen die Rate r des Phasenschiebers Ph2 derart nachzuregeln, daß sie, bis auf das Vorzeichen, im wesentlichen mit der Rate d(,Dl/dt übereinstimmt. Der Hauptregelkreis, der die Bedingung m = lt aufrecht erhält, wirkt dann lediglich auf die Phasenänderung #1 ein, weil die Phasenänderung #2 bereits der Phasenänderung m, nachgeführt wird.

Claims

Patentansprüche S Verfahren zur Messung absoluter Drehungen mittels eines eine Fläche mindestens einmal umschließenden Lichtweges unter Ausnutzung des Sagnac-Effektes, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Lichtweges (L) mindestens ein optischer Phasenschieber (Phi, Ph2) angeordnet wird, wobei die Phasenschieber (Phl, Ph2) derart angesteuert werden, daß im wesentlichen gegenphasige Phasenmodulationen der den Lichtweg in entgegengesetzten Richtungen durchlaufenden Lichtwellen entstehen derart, daß eine scheinbare Drehung simuliert wird, die eine Auswertung der zu messenden Drehung ermöglicht.
2o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung eine von der scheinbaren Drehung erzeugte Phasenmodulation derart eingestellt oder geregelt wird, daß eine von der zu messenden Drehung bewirkte Phasendifferenz im wesentlichen kompensiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Phasenschieber (Ph 1, Ph2) zeitlich abwechselnd im wesentlichen linear zunehmende sowie im wesentlichen linear abnehmende Phasenverschiebungen erzeugt werden derart, daß eine von der zu messenden Drehung bewirkte Phasenverschiebung im wesentlichen kompensiert wird, und daß aus den zu- sowie abnehmenden Phasenverschiebungen die zu messende Drehung bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den sich zeitlich abwechselnden Phasenverschiebungen Totzeiten erzeugt werden, in denen eine Bestimmung der zu messenden Drehung verhindert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Phasenschieber (Phl, Ph2) derart angesteuert oder geregelt wird, daß in dem Lichtweg (1) eine optische Phasenvoreinstellung (phase bias) erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenvoreinstellung im wesentlichen 900 beträgt,
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung eine von scheinbarer und zu messender Drehung bewirkte Gesamt-Phasendifferenz auf einen im wesentlichen festen Wert eingestellt oder geregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamt-Phasendifferenz 2(p im wesentlichen auf dem festen Wert X gehalten wird.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Regelschaltung vorhanden ist, die mindestens einen Phasenschieber (Phl, Ph2) derart ansteuert, daß die von der zu messende Drehung ' wirkte optische Phasendifferenz im wesentlichen kompensierbar ist oder daß eine Gesamt-Phasendifferenz auf einem im wesentlichen festen Wert einstellbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung zeitlich abwechselnd im wesentlichen linear zu- bzw. abnehmende optische Phasenverschiebungen bewirkt und daß mindestens ein Grenzwertgeber vorhanden ist, der beim Erreichen mindestens eines Grenzwertes der optischen Phasenverschiebung eine Änderung einer Phasenänderungsgeschwindigkeit veranlaßt (FIG. 2).
41. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit vorhanden ist, die eine zu messende Drehung X bestimmt gemäß der Formel wobei W eine normierte Drehung, T bzw. T1 von den Grenz-0 0 wertgebern.bestimmte Zeiten sind (FIG. 2).
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßanordnung (RK1, RK2, RK3, D1, D2, V) vorhanden ist, die die von mindestens einem Phasenschieber(Ph1) erzeugten optischen Phasenverschiebungen mißt, und daß ein derart erzeugtes Meßsignal (V((p)) einer Auswerteeinheit zuführbar ist, die daraus eine zu messende Drehung bestimmt (FIG.3).
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Lichtweg(L) als Lichtwellenleiter ausgebildet ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein optisches Bauelement (Stl) in integriert optischer Bauweise ausgeführt ist.