DE3332718C2 - Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Messung der Dreh­ geschwindigkeit. Eine solche Einrichtung ist z. B. aus der DE-OS 31 36 688 bekannt.

Einrichtungen zur Messung der Drehgeschwindigkeit unter Ausnutzung des Sagnac-Effektes sind weiterhin aus der DE-AS 12 98 335, der DE-AS 18 07 247 und der DE-AS 20 29 151 bekannt.

Während die DE-AS 12 98 335 zwei getrennte Faserspulen mit ent­ gegengesetztem Wicklungssinn für die beiden mit und entgegen der Rotationsrichtung verlaufenden Teilstrahlen verwendet, lehrt die DE-AS 18 07 247 die Durchstrahlung einer einzigen, einlagigen Faserspule in den beiden möglichen Richtungen.

Aus der DE-AS 20 29 151 geht z. B. aus Anspruch 2 unter anderem hervor, daß eine Faserspule auch mehrere Lagen von Lichtleitfasern aufweisen kann.

Einrichtungen wie die in der DE-OS 31 36 688 beschriebene sind sehr empfindlich gegenüber Einwirkungen von außen (z. B. Schall­ wellen, Druck, Temperatur, Magnetfelder). Um solche Einflüsse zu reduzieren, ist bei der dort beschriebenen Einrichtung die Licht­ leitfaser in eine Masse eingebettet.

Es wurde erkannt, daß auf die Lichtleitfaser einwirkende Störungen sich um so stärker auswirken, je unsymmetrischer bezüglich der Mitte der Lichtleitfaser diese Störungen auf die Lichtleitfaser wirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine Lichtleitfaser aufweisende Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit anzugegeben, bei der die Auswirkungen von störenden äußeren Einflüssen relativ klein sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. In den Ansprüchen 4 und 5 sind Verfahren zur Herstellung der neuen Einrichtung angegeben.

Wirken bei der neuen Einrichtung Störungen auf die Lichtleitfaser im Bereich der Lichtleitfaserenden, wo die Störwirkung am größten ist, ein, dann ist die Störung in bezug auf die Lichtwege der beiden die Spule durchlaufenden Lichtstrahlen symmetrisch und ihre Auswirkung auf die Drehgeschwindigkeitsmessung relativ klein. Auch bei Einwirkungen an anderen Stellen erhält man gegenüber der bekannten Einrichtung eine Verbesserung. Gemäß den Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 und 3 wird erreicht, daß äußere Störeinwirkungen auf die Lichtleitfaser gering gehalten werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer für die Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit vorgesehenen Spule, während der Herstellung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Spule nach Fig. 1 im fertigen Zustand,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungs­ beispiels für die Spule, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Spule mit Metallmantel.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird zunächst ein erstes Herstellungs­ verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaserspule der neuen Ein­ richtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit beschrieben. Auf einen (in der Fig. 1 nicht dargestellten) Dorn werden mehrere La­ gen von Lichtleitfasern aufgewickelt. Das eine Ende der Lichtleit­ faser ist mit 12 bezeichnet und den einzelnen Wicklungslagen ist das Bezugszeichen 14 zugeordnet. Nach einigen Wicklungslagen 14 wird eine Lichtleitfaserwindung so gelegt, daß sich eine Schlaufe 13, die von den übrigen Windungen absteht, bildet. Danach wird die Lichtleitfaser wieder in Form von normalen Windungen weiterge­ wickelt. Das nach dem Wickeln übrigbleibende Lichtleitfaserende ist mit 11 bezeichnet. Der gesamten Spule ist das Bezugszeichen 10 zugeordnet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zahl der Wicklungslagen vor und nach der Bildung der Schlaufe 13 unge­ fähr gleich ist.

Um zu erreichen, daß man eine Lichtleitfaserspule erhält, bei der Anfang und Ende der Lichtleitfaser dicht zueinander benachbart sind, werden die Enden 11 und 12 mittels einer Spleißverbindung 20 (Fig. 2) miteinander verbunden und es wird die Schlaufe 13 aufge­ schnitten, so daß zwei neue Lichtleitfaserenden 21 und 22 erzeugt werden. Diese Lichtleitfaserenden sind zueinander dicht benachbart und sie gehören zur selben Wicklungslage 114.

Diese Spule wird nun mit den anderen Teilen der Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit verbunden. Es ist von Vorteil, wenn die Lichtleitfaser in eine Masse eingebettet wird, denn dann werden von außen einwirkende Störungen wie z. B. Schallwellen, Temperaturschwankungen usw. reduziert. Ist eine solche Einbettung erfolgt, dann ist es möglich, den Dorn von den Lichtleitfaserwin­ dungen abzuziehen, d. h. man erhält eine freitragende Spule.

Als Einbettungsmasse eignet sich der UV-härtende Klebertyp 6154 der Firma Panacol. Die Masse ist so gewählt, daß eine geringe Wärmeleitung, eine hohe Schalldämpfung und eine hohe Schwingungs­ dämpfung erreicht wird.

Zur Einbettung eignen sich insbesondere die beiden nachfolgend be­ schriebenen Verfahren:

• a) Die Lichtleitfaser wird durch die flüssige Masse gezogen, wo­ bei ein Teil der Masse an der Lichtleitfaser haften bleibt. Die Lichtleitfaser mit der an ihr haftenden Masse wird zur Lichtleitfaserspule aufgewickelt. Nach dem fertigen Wickeln wird die Masse mittels UV-Licht ausgehärtet.
• b) Die fertiggewickelte Spule wird mit einer flüssigen Masse übergossen, wobei sich die Hohlräume zwischen den Windungen mit dieser Masse auffüllen. Danach wird diese Masse ausge­ härtet. Hierbei ist es möglich, eine bereits gemäß a) "ver­ klebte" Spule oder eine "unverklebte" Spule zu übergießen. Als Masse eignet sich gut ein Siliconkautschuk mit geringer End­ härte, mit dem Wärme und Schallwellen effizient gedämmt werden.

Zur Reduzierung von Umwelteinflüssen auf die Lichtleitfaserspule ist es von Vorteil, die gesamte Spule mit einem wärmeisolierenden Mantel zu umgeben. Es ist weiterhin von Vorteil, die Lichtleit­ faserspule auch gegen Magnetfelder, die ebenfalls Störungen bei der Lichtausbreitung in der Lichtleitfaser hervorrufen können, ab­ zuschirmen. Eine weitere Reduzierung der thermischen Empfindlich­ keit erhält man, wenn man an der Stelle der Spule, an der sich beim Wickeln der Dorn befand, ein wärmeisolierendes Material an­ bringt.

Verwendet man eine Lichtleitfaser, die nur eine Primärbeschichtung aufweist, dann ist es von Vorteil, diese Primärbeschichtung schwarz zu pigmentieren. Die Pigmentierung dient der Dämpfung fälschlich in der Faser angeregter Mantelmoden, die das Inter­ ferenzsignal stören würden. Verwendet man eine Lichtleitfaser ohne Beschichtung, d. h. die Lichtleitfaser besteht nur aus Kern und Mantel, dann ist es von Vorteil, die Masse, in die die Lichtleit­ faser eingebettet ist, schwarz zu pigmentieren.

Soll der beim Wickeln verwendete Dorn nach dem Wickeln nicht her­ ausgenommen werden, dann wird für den Dorn vorzugsweise Quarzglas verwendet.

Anhand von Fig. 3 wird nachfolgend ein weiteres Verfahren zur Her­ stellung der Lichtleitfaserspule angegeben. Es werden nacheinander zwei freitragende Spulen gewickelt, wobei der Außendurchmesser R₂ der bewickelten einen Spule 34 wenig kleiner als der Innen­ durchmesser der bewickelten anderen Spule 35 ist. Es wird zunächst die eine Spule 35 mit der Lichtleitfaser bewickelt, wobei mehrere Wicklungslagen 37 gebildet werden. Nach dem Bewickeln der äußersten Wicklungslage wird die Lichtleitfaser ohne Unterbrechung auf die zweite Spule 34, die einen Innendurchmesser R₁ aufweist, gewickelt. Die Wick­ lungslagen der zweiten Spule 34 sind mit 36 bezeichnet. Die Licht­ leitfaser weist jetzt zwei Enden 32, 31 auf, wobei das eine Ende 32 von der innersten Wicklungslage der Spule 35 ausgeht und das andere Ende 31 der Lichtleitfaser von der äußersten Wicklungslage der zweiten, kleineren Spule 34 ausgeht. Der Außen­ durchmesser der kleineren Spule 34 ist R₂ und somit paßt diese Spule genau in die andere Spule 35 hinein. Nachdem die zur Bewick­ lung der beiden Spulen notwendigen (in der Fig. 3 nicht darge­ stellten) Dorne entfernt worden sind, wird die kleinere Spule in die größere Spule hineingeschoben. Jetzt befinden sich die beiden Enden 32 und 33 (das Ende 33 entspricht dem Ende 31) der Lichtleitfaser direkt nebeneinander und sie gehören zu einander benachbarten Wicklungslagen. Der sehr kleine Zwischenraum zwischen der innersten Wicklungslage der Spule 35 und der äußersten Wicklungslage der Spule 34 wird mit einem thermisch gut leitenden Kleber ausgefüllt. Damit wird sichergestellt, daß Temperaturänderungen auf die beiden Teilspulen 34, 35 gleichzeitig wirksam werden und damit nur wenig stören.

Bezüglich des Einbettens in eine Masse und des möglichst optimalen Abschirmens gegen äußere Einflüsse gilt das, was zu dem anderen Ausführungsbeispiel gesagt wurde.

Mit der neuen Spulenanordnung wird die Auswirkung von Störungen gering gehalten. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn be­ reits die Störungen an sich klein gehalten werden, wozu beispiels­ weise das Einbetten der Lichtleitfaser in eine Masse dient.

Zur Reduzierung von Störungen, die durch Wärmebeeinflussung verur­ sacht werden, wird die Lichtleitfaserspule von einem gut wärmelei­ tenden Metallmantel umgeben, der gleichzeitig auch die oben er­ wähnte magnetische Abschirmfunktion übernehmen kann. Der Metall­ mantel ist so ausgestattet, daß er die Spule nicht nur von außen umgibt, sondern daß er auch das Innere der freitragenden Spule ausfüllt. Dadurch erzielt man einen thermischen Kurzschluß und er­ zielt hierdurch, daß über die gesamte Spulenoberfläche eine mög­ lichst gleichmäßige Temperaturverteilung entsteht.

In der Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine solche Anordnung dar­ gestellt. Der Mantel ist mit 40, die einzelnen Spulenwindungen sind mit 41 gekennzeichnet.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit

• - mit einem geschlossenen Lichtweg, der durch eine in Form einer mehrlagigen Spule aufgewickelte Lichtleitfaser, deren beide Enden (21, 22; 32, 33) mit einem Strahlungsteiler verbunden sind, gebildet ist und der dazu vorgesehen ist, daß er von zwei Lichtstrahlen gegensinnig durchlaufen wird, und
• - mit einer Einrichtung zum Auswerten der durch den Sagnac- Effekt bedingten Phasenverschiebung
• - wobei die mehrlagige Spule eine äußerste und eine innerste Wicklungslage und zwischen diesen beiden Wicklungslagen lie­ gende weitere Wicklungslagen aufweist und die beiden Enden (21, 22; 32, 33) der Lichtleitfaser aus derselben weiteren Wicklungslage oder aus zwei einander benachbarten weiteren Wicklungslagen der mehrlagigen Spule unmittelbar nebenein­ anderliegend heraustreten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser in einer Masse eingebettet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrlagige Spule von einem Metallmantel (40) umgeben ist und daß dieser Metallmantel (40) so ausgestaltet ist, daß er auch den Innenraum der mehrlagigen Spule zumindest teilweise ausfüllt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zunächst eine Lichtleitfaser so aufgewickelt wird, daß mehrere Wicklungslagen entstehen,
• - daß dann eine Windung so gewickelt wird, daß eine von der Spule (10) abstehende Schlaufe (13) gebildet wird,
• - daß nach dem vollständigen Wickeln der Spule (10) die beiden Enden (11, 12) der Lichtleitfaser mit­ einander verbunden werden und
• - daß die Schlaufe (13) aufgetrennt wird und die dadurch neu entstehenden Enden (21, 22) der Lichtleitfaser mit den übrigen Teilen der Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit verbunden werden.

5. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Lichtleitfaser zu einer ersten Spule (35) und danach zu einer zweiten Spule (34) gewickelt wird, wobei die Licht­ leitfaser zwischen den beiden Spulen (34, 35) nicht durch­ trennt wird,
• - daß nach dem Wickeln der zweiten Spule (34) die zweite Spule (34) in die erste Spule (35) hineingeschoben wird und zwar dergestalt, daß eine einzige Spule entsteht, in der die beiden Enden (32, 33) der Lichtleitfaser unmittelbar nebeneinander liegen und daß die beiden Enden (32, 33) der Lichtleitfaser mit den übrigen Teilen der Einrichtung zur Messung der Drehge­ schwindigkeit verbunden werden.