DE3244010A1 - Device for measuring rotational speed - Google Patents
Device for measuring rotational speedInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zur Messung der Ro- Device for measuring the ro-
tationsgeschwindigkeit Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Eine solche Einrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 31 36 688 beschrieben. tation speed The invention is based on a device for measuring the speed of rotation as specified in the preamble of claim 1. Such a device is described in German patent application P 31 36 688.
Bei der dort beschriebenen Einrichtung durchlaufen zwei Teilstrahlen einen Lichtwellenleiter, der einen geschlossenen Lichtweg bildet, gegensinnig. Rotiert diese Einrichtung, dann ist (bedingt durch den Sagnac-Effekt) zwischen den beiden Teilstrahlen nach Durchlaufen des Lichtwellenleiters eine zur Rotationsgeschwindigkeit proportionale Phasendifferenz vorhanden. Zur Auswertung wird mindestens einer der beiden Teilstrahlen frequenzmoduliert, was eine zusätzliche Phasendifferenz zwischen den Teilstrahlen nach dem Durchlaufen des Lichtwellenleiters zur Folge hat. Diese Phasendifferenz wird auf einen solchen Wert geregelt, daß die Sagnac-Phasendifferenz kompensiert wird.In the device described there, two partial beams pass through an optical fiber, which forms a closed light path, in opposite directions. Rotates this device, then (due to the Sagnac effect) is between the two Partial beams after passing through the optical waveguide one for the rotation speed proportional phase difference present. At least one of the both partial beams frequency modulated, which creates an additional phase difference between the partial beams after passing through the optical waveguide. These The phase difference is controlled to such a value that the Sagnac phase difference is compensated.
Mit einer solchen Einrichtung erhält man gute Ergebnisse.Such a device gives good results.
An die zur Realisierung notwendigen Bauelemente werden jedoch hohe Anforderungen gestellt.However, the components required for implementation are high Requirements.
Es sind weiterhin (z.B. DE-OS 30 40 514) Einrichtungen bekennt, bei denen ein Teilstrahl anstelle frequenzmoduliert phasenmoduliert wird. Phasenmodulatoren weisen nur eine geringe Leistungsaufnahme auf, können leicht in der Technik der integrierten Optik hergestellt werden und weisen einen optischen Wirkungsgrad von angenähert 100 % auf. Bei der in der DE-OS 30 40 514 beschriebenen Lösung erfolgt zur Regelung zur Kompensation der durch den Sagnac-Effekt verursachten Phasendifferenz eine Regelung der Amplitude des Modulationssignals.There are still (e.g. DE-OS 30 40 514) facilities committed to which a partial beam instead of frequency modulated phase modulated will. Phase modulators only have a low power consumption and can easily are manufactured in the technology of integrated optics and have an optical Efficiency of approximately 100%. In the case of the DE-OS 30 40 514 described The solution is to regulate to compensate for those caused by the Sagnac effect Phase difference a regulation of the amplitude of the modulation signal.
Die bekannten Lösungen mit Phasenmodulatoren haben jedoch gegenüber der in der Patentanmeldung P 31 36 688 beschriebenen Lösung den Nachteil, daß sie nur einen relativ kleinen Dynamikbereich aufweisen, d. h. der Bereich der damit meßbaren Rotationsgeschwindigkeit ist klein.However, the known solutions with phase modulators have opposite the solution described in the patent application P 31 36 688 has the disadvantage that it only have a relatively small dynamic range, i. H. the area of so measurable rotation speed is small.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit anzugeben, die gerätetechnisch leicht zu realisieren ist und die einen großen Dynamikbereich aufweist.The object of the invention is to provide a device for measuring the speed of rotation specify which is easy to implement in terms of equipment and which has a large dynamic range having.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This problem is solved with those specified in claim 1 Means. Advantageous further developments can be found in the subclaims.
Bei der neuen Einrichtung wird zwar ein Phasenmodulator verwendet, jedoch wird dieser so angesteuert, daß eine Frequenzmodulation erzeugt wird. Dadurch vereinigt man die Vorteile der Frequenzmodulation (großer Dynamikbereich) mit denen der Phasenmodulation (gerätetechnisch einfach zu realisieren) Sowohl die Ansteuerung des Phasenmodulators als auch die Auswertung lassen sich auf einfache Weise realisieren. Zur. Er- beugung des Regelsignals, das das Ansteuersignal für den Phasenmodulator so regelt, daß die durch die Frequenzmodulation bedingte zusätzliche Phasendifferenz kompensiert wird, wird ein Wechselspannungssignal ausgewertet, wodurch man in Verbindung mit einer Phasenregelschleife eine hohe Empfindlichkeit bei der Messung erhält.The new facility uses a phase modulator, however, this is controlled in such a way that a frequency modulation is generated. Through this combine the advantages of frequency modulation (large dynamic range) with those the phase modulation (easy to implement in terms of device technology) Both the control the phase modulator as well as the evaluation can be implemented in a simple manner. To the. He- diffraction of the control signal that is the control signal for the Phase modulator regulates in such a way that the additional Phase difference is compensated, an AC voltage signal is evaluated, whereby one in connection with a phase locked loop a high sensitivity in the Measurement received.
Zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit wird die Steilheit der Flanken des Ansteuersignals für den Phasenmodulator ausgewertet. Diese Steilheiten können sehr genau ermittelt werden (z. B. mitttels Zähler). Eventuelle langsame Schwankungen (Frequenz klein gegenüber dem Kehrwert der Periodendauer des Modulationssignals) der für die Ansteuerung und Regelung verwendeten Größen sowie ein nichtlineares Verhalten wesentlicher elektronischer Bauelemente beeinflußen das Ansteuersignal (das einen dreieckförmigen Verlauf hat) lediglich symmetrisch in Bezug auf die Spitzen des dreieckförmigen Signals. Dies hat keine Beeinflußung der Auswertung zur Folge.The steepness of the edges is used to measure the speed of rotation of the control signal for the phase modulator is evaluated. These steepnesses can can be determined very precisely (e.g. by means of a counter). Eventual slow fluctuations (Frequency small compared to the reciprocal of the period of the modulation signal) the variables used for control and regulation as well as a non-linear one The behavior of essential electronic components influence the control signal (which has a triangular shape) only symmetrical with respect to the tips of the triangular signal. This does not affect the evaluation.
Die neue Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit kann' sowohl in der Technik der integrierten Optik als auch mit diskreten Bauelementen realisiert werden. Im letzteren Fall werden zur Führung der Lichtstrahlen ausschließlich Lichtwellenleiter verwendet und zur Modulation des Lichtstrahls wird auf geeignete Weise auf den Lichtwellenleiter eingewirkt, so daß dieser seine Ausbreitungseigenschaften ändert.The new device for measuring the rotational speed can ' both in the technology of integrated optics and with discrete components will be realized. In the latter case, the light rays are exclusively used for guiding Optical fiber is used and the modulation of the light beam is suitable Way acted on the optical waveguide, so that this its propagation properties changes.
Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 erfolgt zur Auswert ung eine Quotientenbildung mit ermittelten Werten, nämlich den Zählerständen. Dies hat den weiteren Vorteil(daß eine hohe Stabilität der Dlodulationsspannung nicht erforderlich ist.In the further development according to claim 2, an evaluation is carried out Formation of quotients with determined values, namely the counter readings. This has the Another advantage (that a high stability of the modulation voltage is not required is.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild der neuen Einrichtung, Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Auswertung, und Fig. 3 das Modulationssignal für den Phasenmodulator.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, for example. It shows: FIG. 1 a block diagram of the new device, FIG. 2 diagrams for Explanation of the evaluation, and FIG. 3 the modulation signal for the phase modulator.
und Fig. 4 Zunächst wird anhand der Fig. 1 der Aufbau der neuen Einrichtung erläutert. In einem Laser 1 wird ein Lichtstrahl erzeugt. Dieser wird in einem Strahlteiler 2 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, von denen einer auf einen Absorber 26 und der andere auf einen weitrn Strahlteiler 3, der wiederum zwei Teilstrahlen 1 und 1 erzeugt, geleitet wird.and FIG. 4 First of all, the structure of the new device is illustrated with reference to FIG explained. A light beam is generated in a laser 1. This is in a beam splitter 2 divided into two partial beams, one of which on an absorber 26 and the others to a wide beam splitter 3, which in turn generates two partial beams 1 and 1, is directed.
Diese weiteren TeiLstrahLen I und 1 durchlaufen einen spulenförmig (Radius R) angeordneten Lichtwellenleiter 5 und zwar so, daß ihn der eine TeiLstrahL im Uhrzeigersinn und der andere im Gegenuhrzeigersinn durchläuft. Einem Ende des Lichtwellenleiters ist ein Phasenmodulator 4 vorgeschaltet.These further partial beams I and 1 run through a coil (Radius R) arranged optical waveguide 5 in such a way that it is a partial beam clockwise and the other counterclockwise. One end of the A phase modulator 4 is connected upstream of the optical waveguide.
Nach dem Durchlaufen des Lichtwellenleiters vereinigt der weitere Strahlteiler die beiden Teilstrahlen zu einem Lichtstrahl und ein Teil hiervon wird von dem ersten Strahlteiler 2 zu einem optisch/elektrischen Wandler 7, der TeiL einer Auswerteeinrichtung 23 ist, geleitet. Dem optischlelektrischen Wandler 7 sind in Serie ein phasenempfindlicher Verstärker 8 und ein Integrator 9 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal des Integrators regelt einerseits die von einer regelbaren Spannungsquelle 10 abgegebene Spannung - (U1-AU) und anderer- seits die von einer regelbaren Spannungsquelle 11 abgegebene Spannung (U1+ AU) Die Ausgänge der beiden Spannungsquellen 10, 11 sind mit einer Schalteinrichtung die von einer Steuereinrichtung 18 gesteuert wird, verbunden. Je nach Steuerung liegt am Phasenmodulator 4 die Spannung mit positiver oder negativer Steigung des Spannungsverlaufs an.After passing through the optical waveguide, the other unites Beam splitter, the two partial beams become a light beam and part of it becomes from the first beam splitter 2 to an optical / electrical converter 7, the part an evaluation device 23 is conducted. The optico-electrical converter 7 are a phase-sensitive amplifier 8 and an integrator 9 are connected in series. On the one hand, the output signal of the integrator regulates that of a controllable voltage source 10 output voltage - (U1-AU) and other on the one hand that of one controllable voltage source 11 output voltage (U1 + AU) The outputs of the two Voltage sources 10, 11 with a switching device are those of a control device 18 is controlled, connected. Depending on the control, the voltage is applied to the phase modulator 4 with a positive or negative slope of the voltage curve.
Der Ausgang der Schalteinrichtung 6 ist über einen ohmschen Widerstand 13 mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 15, dessen anderer Eingang auf Masse liegt, verbunden.The output of the switching device 6 is via an ohmic resistor 13 with one input of a differential amplifier 15, the other input to ground is connected.
Zwischen dem ersteren Eingang und dem Ausgang des Differenzverstärkers 15 ist ein Kondensator 14 geschaltet. Der Ausgang des Differenzverstärkers 15 ist außerdem mit dem Modulationseingang des Phasenmodulators 4 verbunden. Das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers 15 wird weiterhin Eingängen eines ersten 16 und eines zweiten 17 Komparators zugeführt. Der zweite Eingang des zweiten Komparators 17 liegt auf Masse.Between the first input and the output of the differential amplifier 15, a capacitor 14 is connected. The output of the differential amplifier 15 is also connected to the modulation input of the phase modulator 4. The output signal this differential amplifier 15 is still inputs of a first 16 and one second 17 comparator supplied. The second input of the second comparator 17 lies on earth.
An den zweiten Eingang des ersten Komparators wird eine Spannung UO, die in einer Spannungsquelle 12 erzeugt wird, angelegt. Die beiden Komparatoren geben jeweils ein Signal mit der Amplitude null oder eins ab, abhängig davon, ob die zugeführten Signale kleiner oder größer als die jeweiligen Bezugssignale (bei 16: Signal mit Spannung UO; bei 17: Signal mit Spannung null) sind. Die beiden Komparatoren bilden die Steuereinrichtung 18.A voltage UO, which is generated in a voltage source 12 is applied. The two comparators each emit a signal with an amplitude of zero or one, depending on whether the supplied signals are smaller or larger than the respective reference signals (for 16: signal with voltage UO; at 17: signal with voltage zero). The two comparators form the control device 18.
Das Ausgangssignal des Komparators 17 ist das Steuersignal für die Schalteinrichtung 6. Abhängig von seinem Ausgangssignal liegt am Differenzverstärker die Spannung der Sapnnungsquelle 10 oder 11 an. Das Ausgangssignal des Komparators 17 ist außerdem das Bezugssignal für den phasenempfindlichen Verstärker 8 Bei Verwendung eines geeigneten phasenempfindlichen Verstärkers kann das Ausgangssignal des Komparators 17 direkt als Bezugs-signal verwendet werden. Anderenfalls steuert das Ausgangssignal eine Spannungsquelle, die ein rechteckförmiges Ausgangssignal mit positiven bzw. negativen Amplituden abgibt.The output signal of the comparator 17 is the control signal for the Switching device 6. Depending on its output signal, it is connected to the differential amplifier the voltage of the voltage source 10 or 11. The output of the comparator 17 is also the reference signal for the phase sensitive amplifier 8 when in use a suitable one phase sensitive amplifier can output the signal of the comparator 17 can be used directly as a reference signal. Otherwise controls the output signal is a voltage source that has a square-wave output signal emits with positive or negative amplitudes.
Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 16, 17 sind außerdem die Trigger-Signale für zwei Zähler 19 und 20.The output signals of the two comparators 16, 17 are also the Trigger signals for two counters 19 and 20.
Die Triggerung erfolgt zu den Zeitpunkten, zu denen ein Komparatorausgangssignal vom Wert null zum Wert eins wechselt.The triggering takes place at the times at which a comparator output signal changes from value zero to value one.
Zu beiden Zeitpunkten wird ein Trigger-Signal abgegeben.A trigger signal is emitted at both times.
Das Trigger-Signal des Komparators 17 startet den ersten Zähler 19 und stoppt den zweiten Zähler 20. Das Trigger-Signal des Komparators 16 stoppt den ersten Zähler 19 und startet den zweiten Zähler 20. Mit jedem Stoppen eines Zählers wird der Zählerstand zu einem Rechner 21 übertragen und der Zähler auf null zurückgestellt. Im Rechner 21 wird aus den Zählerständen und aus konstanten Werten die Rotationsgeschwindigkeit n berechnet. Die Anzeige erfolgt durch eine Anzeigeneinrichtung 22.The trigger signal of the comparator 17 starts the first counter 19 and stops the second counter 20. The trigger signal of the comparator 16 stops the first counter 19 and starts the second counter 20. Each time a counter is stopped the counter reading is transmitted to a computer 21 and the counter is reset to zero. In the computer 21, the speed of rotation is derived from the counter readings and constant values n calculated. The display is carried out by a display device 22.
Phasenempfindliche Verstärker sind phasenempfindliche Gleichrichter mit einem zusätzlichen Verstärker. Sie sind bekannt aus Tietze-Schenk, "Halbleiterschaltungstechnik", Springer-Verlag, Berlin 1980, Seite 683.Phase sensitive amplifiers are phase sensitive rectifiers with an additional amplifier. They are known from Tietze-Schenk, "Semiconductor circuit technology", Springer-Verlag, Berlin 1980, page 683.
Nachfolgend wird unter Zuhilfenahme der Figuren 2, 3 und 4 die Funktionsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 näher e-rläutert.The mode of operation is described below with the aid of FIGS. 2, 3 and 4 the device according to FIG. 1 is explained in more detail.
Es ist bekannt, daß sich bei solchen Meßeinrichtungen die Intensität des elektrischen Ausgangssignals des optisch/ elektrischen Wandlers 7 als Funktion der Phasendifferenz zwischen den beiden Teilstrahlen, die den Lichtwellenleiter gegensinnig durchlaufen, ändert. Die Phasendifferenz wiederum ist eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit Wie der Fig. 2a zu entnehmen ist, ändert sich die Intensität im Bereich von Phasendifferenzen = 0 nur sehr wenig.It is known that in such measuring devices the intensity of the electrical output signal of the optical / electrical converter 7 as a function of the phase difference between the two partial beams that make the optical waveguide run in opposite directions, changes. The phase difference, in turn, is a function the speed of rotation As can be seen from FIG. 2a, the intensity changes in the range of phase differences = 0 only very little.
Deshalb legt man in vorteilhafter Weise den Arbeitspunkt an eine Stelle (z. B I I1), an der sich die Intensität als Funktion der Phasendifferenz stark ändert. Um den Arbeitspunkt an die gewünschte Stelle. zu legen, muß zwischen den beiden Teilstrahlen eine zusätzliche und rotationsgeschwindigkeitsunabhängige Phasenverschiebung 1eingeführt werden.It is therefore advantageous to place the operating point at one point (e.g. I I1), at which the intensity changes sharply as a function of the phase difference. To get the working point to the desired location. to lay must be between the two Partial beams have an additional phase shift that is independent of the speed of rotation 1 should be introduced.
Dies bewirkt man mit Hilfe des Phasenmodulators 4.This is done with the aid of the phase modulator 4.
Bei der neuen Einrichtung wird der Phasenmodulator so angesteuert, daß man eine erste Zeit lang eine Phasendifferenz und eine zweite Zeit lang eine Phasendifferenz 2 erhält.With the new device, the phase modulator is controlled in such a way that that there is a phase difference for a first time and a phase difference for a second time Phase difference 2 receives.
2 Die Phasendifferenzen sind so gewählt, daß bei beiden Phasendifferenzen das Ausgangssignal des optisch/elektrischen Wandlers gleiche Intensitäten aufweist, vorausgesetzt, die Meßeinrichtung ist in Ruhe. Im vorliegenden Fall ist 2 = -1 und 1 = 2 gewählt. 2 The phase differences are chosen so that both phase differences the output signal of the optical / electrical converter has the same intensities, provided that the measuring device is at rest. In the present case, 2 = -1 and 1 = 2 chosen.
Dreht sich die Meßeinrichtung, dann entsteht eine zusätzliche, durch den Sagnac-Effekt bedingte Phasendifferenz Jetzt gibt der optisch/elektrische Wandler während der oben erwähnten Zeitspannungen Signale mit unterschiedlichen Intensitäten ab (Fig. 2b), d. h. das Ausgangssignal des optisch/ elektrischen Wandlers ist ein Wechselspannungssignal. Aus diesem wird ein Regelsignal abgeleitet. Das Regelsignal bewirkt, daß der Phasenmodulator so angesteuert wird, daß eine weitere Phasendifferenz zwischen den beiden Teilstrahlen 1 und 1 CCW erzeugt wird. Die weitere Phasendifferenz kompensiert die durch den Sagnac-Effekt bedingte Phasendifferenz 5 Wie bereits erwähnt, soll mit dem Phasenmodulator 4 eine Frequenzverschiebung erzeugt werden Hierzu ist es notwendig, an den Phasenmodulator eine mit der Zeit linear ansteigende Spannung anzulegen. Dabei ist die Steigung proportional zur erzeugten Frequenzverschiebung. Für heute bekannte Phasenmodulatoren erhält man bei einer angelegten Spannung von 1V eine Phasenverschiebung um # w Daraus ergibt sich 1 V/seca 0,25 Hz Den Arbeitspunkt (Fig. 2a) liegt man vorteilhaft so, daß 1 = 2 Dies erfordert eine Frequenzverschiebung c?r f von # f = C/4.n.L = 51 kHz mit C: Vakuum-Lichtgeschwindigkeit (3-108 m sec n: Brechungsindex des Lichtwellenleiters (1,47) L: Länge des Lichtwellenleiters (10³m)..If the measuring device rotates, then an additional one arises The phase difference caused by the Sagnac effect Now the optical / electrical converter gives signals with different intensities during the above mentioned time tensions from (Fig. 2b), d. H. the output signal of the optical / electrical converter is a AC voltage signal. A control signal is derived from this. The control signal causes the phase modulator to be controlled so that a Further Phase difference between the two partial beams 1 and 1 CCW is generated. The other The phase difference compensates for the phase difference caused by the Sagnac effect 5 As already mentioned, the phase modulator 4 is to be used to shift the frequency To do this, it is necessary to switch to the phase modulator one with time to apply a linearly increasing voltage. The slope is proportional to the generated Frequency shift. For phase modulators known today, one obtains a applied voltage of 1V a phase shift of # w This results in 1 V / seca 0.25 Hz The operating point (Fig. 2a) is advantageously located such that 1 = 2 requires this a frequency shift c? r f of # f = C / 4.n.L = 51 kHz with C: vacuum speed of light (3-108 m sec n: refractive index of the optical waveguide (1.47) L: length of the optical waveguide (10³m) ..
Um diese Frequenzverschiebung zu erhalten, muß eine Spannung mit einer Anstiegsflanke 2,04 - 10 /sec an den Phasenmodulator 4 angelegt werden Um dies zu erreichen,wählt man den Widerstand 13 gleich 10 Q und die Kapazität 14 gleich 38,4 pF- Um zwischen den Arbeitspunkten (Intensität Ii und Intensität I2) umzuschalten, müssen abwechselnd (also während der Zeiten T1 bzw. T21Fig. 3, 4 ) Frequenzverschiebungen von +51 kH z bzw. -51 kHz erzeugt werden Dies erreicht man, wenn man während der Zeit T die Spannung mit der Steigung + 2,04 - 105 VJsec und während der Zeit T2 die Spannung mit der Steigung - 2,04 105V/sec an den Modulator anlegt.To get this frequency shift, a voltage with a Rising edge 2.04 - 10 / sec to be applied to the phase modulator 4 reach, one chooses the resistance 13 equal to 10 Q and the capacitance 14 equal to 38.4 pF- To switch between the working points (intensity Ii and intensity I2), must alternately (i.e. during times T1 and T21Fig. 3, 4) frequency shifts of +51 kH z or -51 kHz can be generated. This can be achieved if during the Time T the voltage with the slope + 2.04 - 105 VJsec and during time T2 the tension with the slope - 2.04 105V / sec to the modulator applies.
Der maximale Spannungswert ist UO = 15 V.The maximum voltage value is UO = 15 V.
Es ist T 1 = T2 = 196 S sec Mit diesen Annahmen und wenn keine Rotation vorliegt ist das Ausgangssignal des optisch/elektrischen Wandlers ein Gleichspannungssignal.It is T 1 = T2 = 196 S sec with these assumptions and if no rotation the output signal of the optical / electrical converter is a direct voltage signal.
Tritt jedoch eine Drehung der Einrichtung ein, dann weist das Ausgangssignal des optisch/elektrischen Wandlers während der Zeiten T1 und T2 unterschiedliche Intensitäten auf. Man erhält ein Rechtecksignal, dessen Amplitude um schwankt und aus dem man gemäß der Gleichung, die Rotationsgeschwindigkeit set ermittelt. Hierbei ist 10 das Ausgangssignal, das man erhält, wenn sich beide umlaufenden Teilstrahlen ohne Phasendifferenz überlagern, R = Radius des spulenförmig angeordneten Lichtwellenleiters mit der Länge L; - Vakuum-Lichwellenlänge; C = Vakuum-Lichtgeschwindigkeit Hiervon wird jedoch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 kein Gebrauch gemacht. Hier wird aus dem Ausgangssignal des Wandlers ein Regelsignal erzeugt, das die an den Modulator 4 angelegte Spannung so regelt, daß die durch den Sagnac-Effekt bedingte Phasendifferenz S kompensiert wird.However, if the device rotates, the output signal of the optical / electrical converter has different intensities during the times T1 and T2. A square wave signal is obtained, the amplitude of which fluctuates by and from which, according to the equation, the rotational speed set is determined. Here, 10 is the output signal that is obtained when both circulating partial beams are superimposed without a phase difference, R = radius of the optical waveguide arranged in the form of a coil with the length L; - vacuum light wavelength; C = vacuum speed of light However, no use is made of this in the exemplary embodiment according to FIG. Here, a control signal is generated from the output signal of the converter which controls the voltage applied to the modulator 4 in such a way that the phase difference S caused by the Sagnac effect is compensated.
Nachfolgend wird die Erzeugung des Modulationssignals beschrieben. Die Spannuqselle 12 1 2 gibt den maximalen Spannungswert UO ab. Die Spannungsquellen 11 und 10 geben die Spannungen(U1 +a U)und -(U 1 -&U) ab. Wenn keine Rotat ion vorliegt ist t U = 0. U1 ist gleich 20 V. Die Schalteinrichtung 6 legt während der Zeit T1 die Spannung U1+U an den Differenzverstärker 15. Wenn die Ausgangsspannung dieses Differenzverstärkers (diese Spannung liegt auch am Phasenmodulator 4 an) auf UO angesti.egen ist, legt die Schalteinrichtung 6, gesteuert durch das Ausgangssignal des Komparators 16, die Spannung -(U1 4U) an den Differenzverstärker. Die Spannung am Differenzverstärker 17(und somit auch am Phasenmodulator 4) nimmt ab, bis 0 Volt erreicht sind. Sind die OVolt erreicht, dann legt die Schalteinrichtung 6 erneut die andere Spannung an. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch.The generation of the modulation signal is described below. The voltage source 12 1 2 gives the maximum Voltage value UO. The voltage sources 11 and 10 emit the voltages (U1 + a U) and - (U 1 - & U). If there is no rotation, t U = 0. U1 is equal to 20 V. The switching device 6 applies the voltage U1 + U to the differential amplifier 15 during the time T1 the output voltage of this differential amplifier (this voltage is also applied to the phase modulator 4 on) is on UO, the switching device 6, controlled by the Output signal of the comparator 16, the voltage - (U1 4U) to the differential amplifier. The voltage at the differential amplifier 17 (and thus also at the phase modulator 4) increases until 0 volts are reached. When the OVolt is reached, the switching device connects 6 apply the other voltage again. This process is repeated periodically.
Wie bereits erwähnt erhält man mittels der Zähler 19 und 20 einen ersten Z1 und einen zweiten z2 Zählerstand. Unter Berücksichtigung der Frequenz der Taktimpulse, die den Zählern zugeführt werden, erhält man die Zeit T1, während der der Spannungsverlauf eine positive Steigung hat, und die Zeit T2, während der der Spannungsverlauf eine negative Steigung hat.As already mentioned, one obtains one by means of the counters 19 and 20 first Z1 and a second z2 count. Taking into account the frequency of the clock pulses that are fed to the counters, the time T1 is obtained during which the voltage curve has a positive slope, and the time T2, during which the voltage curve has a negative slope.
T1 - T2 In dem Rechner wird über den Quotienten die Rota-T1 + T2 tionsgeschwindigkeit ermittelt. Bei T1 = T2 ist die Rotationsgeschwindigkeit gleich null. T1 - T2 In the calculator, the Rota-T1 + T2 speed determined. At T1 = T2 the speed of rotation is the same zero.
Bei einer Rotation ist am Ausgang des Wandlers 7 ein Wechselspannungssignal vorhanden, wenn keine Regelung erfolgt.In the event of a rotation, there is an AC voltage signal at the output of the converter 7 available if no regulation is made.
Dieses wird durch die an sich bekannte Regelschleife ausgeregelt Im ausgeregelten Zustand sind, wenn eine Rotation vorhanden ist, T1 und T2 unterschiedlich. Ist T1 T1> T2, dann liegt eine Rotation im einen Drehsinn vor. Ist T1 C T2 t dann liegt eine Rotation im entgegengesetzten Drehsinn vor.This is regulated by the known control loop in the balanced state, when there is rotation, T1 and T2 are different. If T1 T1> T2, then there is a rotation in one direction of rotation. Is T1 C T2 t then there is a rotation in the opposite direction.
Die Rotationsgeschwindigkeit J1 wird im Rechner aus berechnet.The rotation speed J1 is calculated in the computer calculated.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung nur an einem Ende des Lichtwellenleiters ein Phasenmodulator vorhanden. Sind an beiden Enden Phasenmodulatoren vorgesehen, dann können diese parallel, d. h. mit demselben Modulationssignal, angesteuert werden.In the embodiment is only at one end for the sake of simplicity of the optical waveguide a phase modulator is available. Are phase modulators at both ends provided, then these can be parallel, i. H. controlled with the same modulation signal will.
Die beschriebene Einrichtung ist eine Einrichtung zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit. Es ist jedoch von großem Vorteil, daß sie auch, ohne Veränderungen, dazu verwendet werden kann, den durch einen elektrischen Leiter fließenden Strom zu messen. Hierzu wird der Leiter in Richtung der Spulenachse durch den spulenförmig angeordneten Lichtwellenleiter hindurchgeführt. Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld beeinflußt die Ausbreitungseigenschaften der beiden Teilstrahlen in dem Lichtwellenleiter unterschiedlich und zwar so, daß auch hier zwischen den Teilstrahlen Phasendifferenzen entstehen, bedingt durch den Faraday-Effekt.The device described is a device for measuring the Rotation speed. However, it is a great advantage that, without changes, can be used to control the current flowing through an electrical conductor to eat. For this purpose, the conductor is shaped like a coil in the direction of the coil axis through the arranged optical waveguide passed through. The magnetic field generated by the electricity influences the propagation properties of the two partial beams in the optical waveguide different and so that here, too, phase differences between the partial beams arise due to the Faraday effect.
Diese Phasendifferenzen sind proportional zur Stromstärke.These phase differences are proportional to the current strength.
Während also bei der Messung der Rotationsgeschwindigkeit der Sagnac-Effekt ausgenützt wurde, wird bei der Verwendung als Strommesseinrichtung der Faraday-Effekt ausgenützt Eine eventuell vorhandene Rotation muß kompensiert werden.So while when measuring the speed of rotation the Sagnac effect has been exploited when using as a current measuring device the Faraday effect exploited Any rotation that may be present must be compensated for will.
Die Str-omstärke S ist Dabei ist V die Verdet'sche Konstante, die die Größe des Faraday-Effekts (in diesem Fall in Glas) beschreibt und N ist die Anzahl der Windungen.The current strength S is V is Verdet's constant, which describes the size of the Faraday effect (in this case in glass) and N is the number of turns.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823244010 DE3244010A1 (en) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | Device for measuring rotational speed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823244010 DE3244010A1 (en) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | Device for measuring rotational speed |
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ID=6179264
Family Applications (1)
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| DE19823244010 Withdrawn DE3244010A1 (en) | 1982-11-27 | 1982-11-27 | Device for measuring rotational speed |
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| DE (1) | DE3244010A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1982-11-27 DE DE19823244010 patent/DE3244010A1/en not_active Withdrawn
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