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Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung.
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Es gibt zahlreiche bekannte Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen, die
nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.
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All diese Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen dienen dazu, die Geschwindigkeit
relativ zu einem Bezugssystem - das ist im allgemeinen die Erdoberfläche - zu messen.
Hierzu ist es üblich, die Geschwindigkeit aus Abstandsänderungen zu berechnen oder
sie direkt aus Größen, die zu der Relativbewegung proportional sind, zu ermitteln.
Solche proportionale Größen sind beispielsweise die Dopplerverschiebung einer Frequenz
oder die Drehzahl eines Rades, das auf der Bezugsfläche rollt.
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Bei der neuen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung wird davon ausgegangen,
daß es ein absolutes Koordinatensystem gibt und daß sich in diesem absoluten Koordinatensystem
absolute Geschwindigkeiten - bezogen auf dieses Koordinatensystem - ermitteln lassen.
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Die Erfindung gibt eine Lösung an, wie eine Komponente der absoluten
Geschwindigkeit gemessen werden kann. Für manche Anwendungszwecke (z. B. in der
Astronomie) reicht es aus,
nur eine Komponente der absoluten Geschwindigkeit
zu messen. Häufig ist es wünschenswert, die gesamte absolute Geschwindigkeit zu
kennen. Wie diese gemessen wird gibt eine Weiterbildung an.
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Kennt man die absolute Geschwindigkeit einer Bezugsfläche und mißt
man die absolute Geschwindigkeit der Einrichtung, in der die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
installiert ist, dann kann aus diesen beiden Werten die Geschwindigkeit relativ
zur Bezugsfläche berechnet werden. Dies ist eine Möglichkeit, die Relativgeschwindigkeit
zu ermitteln, ohne daß zur Geschwindigkeitsmessung Kontakt zur Außenwelt aufgenommen
wird.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1a - 1d schematische Darstellungen zur Erläuterung des prinzipiellen
Aufbaus der neuen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung, Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele,
bei denen zwei Lichtwellen verwendet werden, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei
dem zwei Schallwellen verwendet werden, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem
eine Licht-und eine Schallwelle verwendet werden, und Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem eine Licht-und eine Schallwelle, die mehrmals hin-und herlaufen, verwendet
werden.
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Bei der neuen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung zur Messung des Vektors
einer Komponente der absoluten Geschwindigkeit (oder des Vektors der absoluten Geschwindigkeit)
ist es notwendig, daß - ein erstes und ein zweites Signal, nämlich ein Meß- und
ein Referenzsignal vorhanden sind, - die Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Meß-
und des Referenzsignals in unterschiedlicher Weise von der absoluten Geschwindigkeit
abhängen (hierzu gehört auch der
Fall, daß das Referenzsignal von
der absoluten Geschwindigkeit unabhängig ist), und - die Zeit- oder Phasendifferenz,
die zwischen dem Meß-und dem Referenzsignal nach Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke
vorhanden ist, zur Messung der absoluten Geschwindigkeit ausgewertet wird.
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Eine unterschiedliche Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit
des Meß- und des Referenzsignals von der absoluten Geschwindigkeit erhält man, wenn
man entweder Signale mit unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaften (Licht und
Schall) verwendet oder wenn die Ausbreitungsbedingungen für Meß- und Referenzsignal
geschwindigkeitsabhängig unterschiedlich sind (unterschiedliche Mitführungskoeffizienten).
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Nachfolgend werden anhand der Fig. 1a bis Id mehrere prinzipielle
Realisierungsmöglichkeiten erläutert, und anhand der weiteren Figuren erfolgt eine
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.
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Beim Beispiel nach Fig. la gibt eine erste Lichtquelle 1 eine erste
Lichtwelle und eine zweite Lichtquelle 2 eine zweite Lichtwelle ab. Alternativ hierzu
ist es auch möglich, nur eine Lichtquelle vorzusehen und die von ihr ausgehende
Lichtwelle in zwei Teilwellen aufzuteilen, so daß wiederum eine erste und eine zweite
Lichtwelle vorhanden sind.
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Die erste Lichtwelle breitet sich auf einer ersten Wegstrecke 3 mit
der Länge l, die von einem ersten Medium
gebildet wird, und die
zweite breitet sich auf einer zweiten Wegstrecke 4 mit derselben Länge l, die von
einem zweiten Medium gebildet wird, aus. Die beiden Medien weisen unterschiedliche
Brechungsindizes n1, n2 auf und beeinflußen daher die Ausbreitungsgeschwindigkeiten
der Lichtwellen unterschiedlich. Nach dem Durchlaufen der Medien gelangen die beiden
Teilwellen zu optisch/elektrischen Wandlern 5 und 6, deren Ausgangssignale einer
Auswerteeinrichtung 7, in der eine Komponente der absoluten Geschwindigkeit ermittelt
wird, zugeführt werden.
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Es wird diejenige Komponente V der absoluten Geschwindigx keit, die
in die Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen zeigt, ermittelt.
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Befindet sich die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung in Ruhe, dann kommen
die Lichtwellen auch bei phasengleicher Aussendung an den optisch/elektrischen Wandlern
5, 6 mit einer bestimmten Grundlaufzeitdifferenz an, weil die Brechungsindizes unterschiedlich
sind. Bei einer Bewegung der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Lichtwellen geschwindigkeitsabhängig durch die Mitführung verändert. Diese änderung
ist für beide Lichtwellen unterschiedlich und hängt vom Mitführungskoeffizienten
des jeweiligen Mediums ab. Folglich kommen die beiden Lichtwellen bei bewegter Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
an den Wandlern nicht mehr mit der Laufzeitdifferenz des Ruhezustandes an. Die zusätzlich
zur Grundlaufzeitdifferenz vorhandene Zeitdifferenz ist zu der Komponente V der
absoluten Geschwindigkeit der Geschwindigx keitsmeßeinrichtung proportional. Wenn
nachfolgend im Zusammenhang mit den angegebenen Gleichungen von einer Zeit- oder
Phasendifferenz die Rede ist, ist stets die zusätzliche Zeit- oder die ihr entsprechende
Phasendifferenz gemeint.
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Die Zeitdifferenz zwischen den Ankunftszeiten der beiden Lichtwellen
kann auf unterschiedliche Arten gemessen werden. Zur Zeitmessung können alle bekannten
Verfahren angewandt werden.
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Bei den Lichtwellen handelt es sich um elektromagnetische Schwingungen.
Somit kann man anstatt der Zeitdifferenz auch die Phasendifferenz zwischen den beiden
Lichtwellen messen. Die Zeit- ist zu der Phasendifferenz direkt proportional. Zur
Realisierung der Zeit- oder der Phasendifferenzmessung gibt es zahlreiche bekannte
Verfahren, so daß hierauf hier nicht näher einzugehen ist.
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Die Komponente V der absoluten Geschwindigkeit läßt sich x aus der
gemessenen Phasendifferenz Qf nach der folgenden Gleichung berechnen:
l: Länge der Wegstreckent A: Wellenlänge des Lichts im Vakuuml c: Ausbreitungsgeschwindigkeit
des Lichts im Vakuum.
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Es wurde oben davon ausgegangen, daß das erste und das zweite Signal
Lichtwellen sind. Vom Prinzip her sind jedoch andere elektromagnetische Wellen genauso
geeignet.
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Die Wellenlängen der angewandten elektromagnetischen Wellen legen
lediglich die Wahl der zu verwendenden Bauelemente fest (z. B. Hohlleiter anstatt
Lichtwellenleiter).
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Bei dem Beispiel gemäß Fig. Ib ist das erste Signal eine Lichtwelle
(Wellenlänge Ä), die von einer Lichtquelle 11 -abge-
geben wird
und sich über eine erste Wegstrecke 13 ausbreitet, und das zweite Signal eine Schallwelle,
die von einer Schallquelle 12 abgegeben wird und sich über eine zweite Wegstrecke
14 ausbreitet. Im Gegensatz zu dem kleinen Mitführungskoeffizienten für die Lichtwelle,
die sich in einem Medium (Brechungsindex n), ausbreitet, das die erste Wegstrecke
13 bildet, ist der Mitführungskoeffizient für die Schallwelle, die sich in dem Medium
der zweiten Wegstrecke 14 (fest, flüssig oder gasförmig) mit der Geschwindigkeit
V = V' + V (V' = Schallausbreitungsx geschwindigkeit in der Materie) ausbreitet,
nahezu gleich eins. Die beiden Wellen werden nach dem Durchlaufen der beiden Wegstrecken,
die jeweils die Länge l haben, einem optisch/elektrischen Wandler 15 und einem akustisch/elektrischen
Wandler 16 zugeführt. In einer Auswerteeinrichtung 17 wird aus der Zeit- oder Phasendifferenz
eine Komponente der absoluten Geschwindigkeit ermittelt. Dies ist wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1a die Komponente Vx, die in die Ausbreitungsrichtung der Wellen zeigt.
Hierbei wird, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. la, davon Gebrauch gemacht,
daß die Mitführungskoeffizienten für die beiden Wellen in den beiden Medien unterschiedlich
sind.
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Die Komponente V der absoluten Geschwindigkeit läßt sich x aus der
gemessenen Zeitdifferenz At nach der folgenden Gleichung berechnen:
(c: Lichtgeschwindigkeit)
Ein Quarzglasstab kann für die Licht-
und die Schallwelle gemeinsames Ausbreitungsmedium sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1c sind beide Signale Schallwellen,
die von Schallquellen 21, 22 abgegeben werden und sich über Wegstrecken 23, 24,
die jeweils die Länge l haben,und durch Medien, die voneinander unterschiedliche
Materialkonstanten K1 bzw. K2 haben, gebildet werden, mit den Geschwindigkeiten
V; bzw. V2 ausbreiten.
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Die Frequenz der Schallwelle ist f. Nach Durchlaufen der beiden Medien
und Umwandlung der akustischen Wellen in elektrische Signale in Wandlern 25, 26
erfolgt wiederum die Ermittlung einer Komponente der absoluten Geschwindigkeit in
einer Auswerteeinrichtung 27. Dies ist, wie bei den Ausführungsbeispielen nach den
Fig. 1a und Ib, die Komponente Vx, die in die Ausbreitungsrichtung der Wellen zeigt.
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Analog zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1a und 1b wird hier
von der Unterschiedlichkeit der Materialkonstanten in den beiden Medien der beiden
Wegstrecken, die die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der beiden Schallwellen in diesen
Medien festlegen,Gebrauch gemacht.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Komponente V der x absoluten
Geschwindigkeit aus der gemessenen Zeitdifferenz At gemäß nachfolgender Gleichung
berechnet:
Aus den obigen Gleichungen ist zu entnehmen, daß die gemessenen Phasen- bzw. Zeitdifferenzen
unter anderem jeweils
auch von der Länge l der Wegstrecken abhängen.
Durch Vergrößerung von l erzielt man eine Verbesserung der Meßgenauigkeit. Der Länge
l ist jedoch durch den zur Verfügung stehenden Platz eine Grenze gesetzt. Eine Verringerung
der Abmessung in Richtung der zu messenden Geschwindigkeitskomponente erzielt man,
wenn man die Wellen die Wegstrecken mehrmals durchlaufen läßt oder wenn man die
Wegstrecken so wählt, daß sich die Wellen auf unterschiedlichen Wegen mehrmals in
Richtung plus V und minus V ausbreiten. Hierx x bei müssen die Uberleitungsstücke,
auf denen sich Wellen in anderen Richtungen als plus oder minus V ausbreiten, x
möglichst kurz sein.
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Es wird davon Gebrauch gemacht, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Wellen durch die Geschwindigkeit V x der Meßeinrichtung in den beiden Ausbreitungsrichtungen
so beeinflußt wird, daß sich ihre Auswirkung summiert.
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Anhand der Fig. ld wird ein Ausführungsbeispiel für zwei Schallwellen
erläutert, bei dem diese zunächst erste Stücke einer ersten 33 und zweiten 34 Wegstrecke,
die die Längen l haben, in Richtung plus V und zum Schluß zweite Stücke x der Wegstrecken,
die ebenfalls die Längen l haben, in Richtung minus V durchlaufen. Die Uberleitungsstücke
mit den x Längen U zwischen den ersten und den zweiten Stücken der Wegstrecken sind
zur Bestimmung der Komponente V ohne Bex deutung und werden daher so kurz wie möglich
gewählt.
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Zwei Schallquellen 31, 32 geben jeweils eine. Schallwelle ab. Diese
breiten sich über eine erste 33 und eine zweite 34 Wegstrecke, die durch Medien
mit den Materialkonstanten K1 bzw. K2 gebildet werden, aus. Nach dem Durchlaufen
der
beiden Wegstrecken werden die beiden Schallwellen in Wandlern
35, 36 in elektrische Signale umgewandelt, und diese werden zur Auswertung einer
Auswerteeinrichtung 37 zugeführt.
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Im Bereich des Uberleitungsstückes sind die beiden Wegstreckenstücke
übereinander angeordnet.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, wird mit der neuen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
lediglich eine Komponente der absoluten Geschwindigkeit gemessen. Bei den Realisierungen,
bei denen die Wegstrecken zueinander parallele und geradlinige Strecken sind, wird
mit der Meßeinrichtung die Komponente in dieser Richtung gemessen (Fig. 1a bis 1c).
Beim Ausführungsbeispiel 1d, bei dem zwischen den beiden Stücken der Wegstrecke
mit der Länge l ein Uberleitungsstück mit der Länge U vorhanden ist, wird die Komponente
in Richtung der beiden Stücke mit der Länge l gemessen. Bei den weiteren Ausführungsbeispielen
wird jeweils angegeben, welche Komponente der absoluten Geschwindigkeit gemessen
wird.
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Zur Messung der tatsächlichen Absolutgeschwindigkeit sind drei solcher
Meßeinrichtungen notwendig. Aus den damit gemessenen drei Komponenten der absoluten
Geschwindiqkeit wird in an sich bekannter Weise die resultierende Geschwindigkeit
berechnet.
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Bei der Messung der einzelnen Komponenten reicht es im Prinzip aus,
diese nacheinander zu messen. Folglich sind zwar drei erste und zweite Wegstrecken
notwendig, jedoch reicht es aus, nur eine Auswerteeinrichtung vorzusehen.
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Es ist lediglich notwendig, die ermittelten Werte für die drei Komponenten
kurzzeitig zu speichern.
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Für manche Anwendungsfälle ist anstatt der absoluten Geschwindigkeit
die Relativgeschwindigkeit gegenüber einer Bezugsfläche (z. B. der Erdoberfläche)
zu ermitteln. Dazu ist notwendig, von der gemessenen absoluten Geschwindigkeit die
absolute Geschwindigkeit der Bezugsfläche abzuziehen.
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Nachdem anhand der Fig. 1a-1d das Prinzip der neuen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung
erläutert wurde, werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.
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Bei den beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und Fig. 3 sind beide
Signale Lichtwellen, und die Medien für die erste und die zweite Wegstrecke weisen
voneinander unterschiedliche Brechungsindizes auf.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erzeugt ein Laser 201 eine
Lichtwelle, die in einem Strahlteiler 202 in zwei gleiche Teilwellen aufgeteilt
wird. Strahlteiler sind an sich bekannt und werden deshalb hier nicht näher erläutert.
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Die eine Teilwelle 203 breitet sich geradlinig in dem Medium Luft
aus; die andere, 204, in einem geraden Lichtwellenleiter 205 (Medium Glas), dessen
Brechungsindex von dem der Luft unterschiedlich ist. Die beiden Teilwellen werden
in optisch/elektrischen Wandlern 206, 207 in elektrische Signale umgewandelt, und
diese werden in einer Auswerteeinrichtung 208 ausgewertet. Die ermittelte Komponente
V der x absoluten Geschwindigkeit wird in einer Anzeigeeinrichtung 209 angezeigt.
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Mit dieser Geschwindigkeitsmeßeinrichtung wird die Komponente V der
absoluten Geschwindigkeit gemessen, die in die x Längsrichtung des Lichtwellenleiters
zeigt.
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Die Messung der Phasendifferenz kann mit den von Faserkreiseln her
bekannten Verfahren gemessen werden, denn dort wird ebenfalls, direkt oder indirekt,
die Phasendifferenz zwischen zwei Lichtwellen ausgewertet. Da also die Auswertung
an sich bekannt ist, wird hierauf nicht näher eingegangen.
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Anhand der Fig. 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben.
Auch hier wird, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, die in einem Laser 201
erzeugte Lichtwelle in einem Strahlteiler 202 in zwei Teilwellen 203, 204 mit gleicher
Intensität aufgeteilt. Im Gegensatz zu dem dortigen Ausführungsbeispiel breiten
sich hier beide Teilwellen in einem Lichtwellenleiter 205, 210 aus, wobei jedoch
wichtig ist, daß die beiden Lichtwellenleiter unterschiedliche Brechungsindizes
aufweisen.
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Nach dem Durchlaufen der beiden Lichtwellenleiter 205, 210 werden
die Teilwellen wieder in optisch/elektrischen Wandlern 206, 207 in elektrische Signale
umgewandelt, und aus diesen wird in einer Auswerteeinrichtung 212 eine Komponente
der absoluten Geschwindigkeit ermittelt, und die ermittelte Geschwindigkeit wird
in einer Anzeigeeinrichtung 209 angezeigt. Eine der beiden Teilwellen durchläuft
unmittelbar nach dem Verlassen des ersten Strahlteilers 202 eine Bragg-Zelle 211,
in der diese Teilwelle frequenzmoduliert wird. Das Modulationssignal wird in der
Auswerteeinrichtung erzeugt. Weist das Modulationssignal eine konstante Frequenz
f MOD auf, dann ist die Frequenz des frequenzmodulierten Lichts um einen konstanten
Betrag verschoben, d. h. seine Frequenz schwankt nicht. Wenn in der Beschreibung
und
in den Patentansprüchen von Modulation die Rede ist, soll auch dieser Fall der konstanten
"Frequenzverschiebung" eingeschlossen sen.
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Soweit gleiche Bauelemente wie in Fig. 2 verwendet werden, sind die
Bezugszeichen gleich.
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Durch die Frequenzmodulation in der Bragg-Zelle wird eine zur Phasenverschiebung,
die durch die absolute Geschwindigkeit bedingt ist, zusätzliche Phasenverschiebung,
die von der Modulation abhängt, erzeugt. Von den bereits erwähnten Faserkreiseln
her ist es bekannt, die zusätzliche Phasenverschiebung so zu wählen, daß die geschwindigkeitsabhängige
Phasenverschiebung kompensiert wird. Aus dem hierzu notwendigen Regelsignal läßt
sich die geschwindigkeitsabhängige Phasenverschiebung besonders genau ermitteln.
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Zur Regelung zur Kompensation der geschwindigkeitsabhängigen Phasenverschiebung
kann eine Einrichtung wie die in der DE-OS 31 36 688 beschriebene verwendet werden.
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Typische Werte für eine solche Geschwindigkeitsmeßeinrichtung sind:
Länge des ersten und des zweiten Ausbreitungswegs: 0,1 m Brechungsindizes für die
Medien der ersten und der zweiten Wegstrecke: n1 = 1,4; n2 = Frequenz der Lichtwelle:
3 . 1014 Hz.
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Anhand der Fig. 4 wird eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung beschrieben,
bei der die beiden Wellen Schallwellen sind.
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In einer Signalquelle 401 wird ein elektrisches Signal erzeugt, das
zwei elektrisch/akustischen Wandlern 402 und
403 zugeführt wird.
Diese beiden elektrisch/akustischen Wandler erzeugen Schallwellen 406, 407, die
sich auf einer ersten Wegstrecke 404 (gebildet durch ein erstes Medium) bzw. auf
einer zweiten Wegstrecke 405 (gebildet durch ein zweites Medium) ausbreiten. Nach
dem Durchlaufen der beiden Wegstrecken gelangen die beiden Schallwellen jeweils
zu akustisch/elektrischen Wandlern 408 und 409. Deren Ausgangssignale werden einer
Auswerteeinrichtung 411 zugeführt.
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In der Auswerteeinrichtung 411 wird aus der gemessenen Phasendifferenz
die absolute Geschwindigkeit ermittelt, und die Anzeige dieser Geschwindigkeit erfolgt
in einer Anzeigeeinrichtung 412. Die beiden Medien, in denen sich die beiden Schallwellen
ausbreiten, unterscheiden sich durch unterschiedliche Materialkonstanten. Dadurch
erhält man für die beiden Wegstrecken unterschiedlich von der absoluten Geschwindigkeit
abhängige Ausbreitungsgeschwindigkeiten, die die Phasendifferenz zwischen den beiden
Schallwellen nach dem Durchlaufen der beiden Medien verursachen.
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Die einzelnen hierzu notwendigen Bauelemente sind bekannt, so daß
hierauf hier nicht näher einzugehen ist.
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Mit der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung nach Fig. 4 wird die Komponente
V der absoluten Geschwindigkeit, die in die Richtung der zueinander parallelen Wegstrecken
zeigt, gemessen.
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Anhand der Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden für die beiden Signale unterschiedliche Wellen,
nämlich eine Lichtwelle und eine Schallwelle verwendet. In einer Quelle 502 wird
ein elektrisches Signal erzeugt, das als Steuersignal einerseits einem elektrisch/akustischen
Wandler 504
und andererseits einem steuerbaren optischen Dämpfungsglied
503 zugeführt wird. In dem Dämpfungsglied 503 wird eine in einem Laser 501 erzeugte
Lichtwelle 507 entsprechend der Frequenz des Steuersignals gedämpft, so daß am Ausgang
des steuerbaren Dämpfungsgliedes eine amplitudenmodulierte Lichtwelle vorhanden
ist. Da das Steuersignal für das Dämpfungsglied 503 und für den elektrisch/akustischen
Wandler 504 dasselbe ist, erreicht man, daß die Frequenz der Schallwelle 508, die
sich in dem Medium der einen Wegstrecke 506 ausbreitet, gleich der Frequenz ist,
mit der die Lichtwelle 507 infolge der Dämpfung in dem Dämpfungsglied 503 amplitudenmoduliert
ist. Die Lichtwelle 507 breitet sich über eine zweite Wegstrecke 505 mit den Medien
Gas und Luft aus. Die zweite Wegstrecke ist durch zueinander parallele und in Richtung
von V ausgerichtete Lichtx wellenleiter 516 sowie durch Spiegel 514 und 515 realisiert.
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Die Spiegel koppeln die Lichtwelle nach dem Verlassen eines Lichtwellenleiters
jeweils in den nächsten Lichtwellenleiter ein. Sie breiten sich daher abwechselnd
in Richtung plus und minus V aus. Die Uberleitungsstücke sind so kurz x gewählt,
daß der durch sie verursachte Meßfehler vernachlässigbar (< 1 %ç) ist. Die Ausführungen
zu der Fig. 1d gelten hier sinngemäß. Die Lichtwelle gelangt nach dem Durchlaufen
des letzten der Lichtwellenleiter 516 zu einem optisch/elektrischen Wandler 509,
an dessen Ausgang ein Wechselspannungssignal vorhanden ist, dessen Frequenz gleich
der Frequenz ist, mit der die Lichtwelle amplitudenmoduliert ist. Die Schallwelle
wird nach dem Durchlaufen des Mediums 506 einem akustisch/elektrischen Wandler 510
zugeführt, dessen elektrisches Ausgangssignal die gleiche Frequenz wie das Ausgangssignal
des optisch/elektrischen Wandlers 509 hat. Die beiden elektrischen Signale werden
einer Auswerteeinrichtung 512 zugeführt. Zur Anzeige der absoluten Geschwindigkeit
ist eine Anzeigeeinrichtung 513 vorgesehen.
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Dadurch, daß die Lichtwelle 507 nacheinander mehrere zueinander parallel
angeordnete Lichtwellenleiter 516 und nicht nur eine gerade Lichtwellenleiterstrecke
durchläuft, ist die Laufzeit für die Lichtwelle zwischen dem Dämpfungsglied 503
und dem optisch/elektrischen Wandler 509 verlängert gegenüber der direkten Verbindungslinie
zwischen diesen beiden Bauelementen. Die Länge der Lichtwegstrecke 505 ist so gewählt,
daß die Lichtwelle und die Schallwelle an den jeweiligen Wandlern gleichzeitig ankommen,
wenn die absolute Geschwindigkeit null ist. Ist weiterhin gewährleistet, daß die
Zeiten, die notwendig sind, um die optische in eine elektrische Welle und die akustische
in eine elektrische Welle umzuwandeln, gleich lang sind, dann ist die Phasendifferenz
zwischen den beiden elektrischen Signalen, die in der Auswerteeinrichtung 512 gemessen
wird, direkt proportional zur zu messenden Komponente V der Gex schwindigkeit, vorausgesetzt,
die Amplitudenmodulation und die Schallwelle waren zu Beginn der Wegstrecke, nämlich
nach Verlassen des Dämpfungsgliedes 503 bzw. des elektrisch/ akustischen Wandlers,
in Phase. Wählt man für die Lichtwelle keinen wesentlich längeren Weg verglichen
mit dem Weg für die Schallwelle, dann muß bei der Auswertung die Phasendifferenz
zwischen den beiden Wellen, die allein durch unterschiedliche Laufzeiten auf den
beiden gleichlangen Wegen bedingt ist, berücksichtigt werden. Mit dieser Meßeinrichtung
wird die Geschwindigkeitskomponente V . die in die Längsrichtung der Lichtwellenleiter
516 zeigt, gemessen.
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Anhand der Fig. 6 wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, dem das
anhand der Fig. 1d erläuterte Prinzip zugrunde liegt. Die Wellen breiten sich also
in zueinander entgegengesetzten Richtungen aus. Die Anordnung ist so gewählt, daß
der Einfluß anderer als der einen gewünschten Komponente V der absoluten Geschwindigkeit
auf die Wellenausx breitung so gering ist, daß ihr Einfluß auf das Meßergebnis
vernachlässigbar
ist. Die Beeinflußung der Wellenausbreitung durch andere Geschwindigkeitskomponenten
erfolgt nur an den Ubergangsstücken zwischen den Wegstrecken, auf denen sich die
Wellen in Richtung plus V ausbreiten, und den x Wegstücken, auf denen sich die Wellen
in Richtung minus V ausbreiten.
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x In einem Oszillator 601 wird ein elektrisches Signal mit der Frequenz
300 MHz erzeugt. Dieses wird einerseits zu einem elektrisch/akustischen Wandler
604 und andererseits zu einem steuerbaren Dämpfungsglied 603, dem außerdem eine
in einem Laser 602 erzeugte Lichtwelle zugeführt wird, geleitet.
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Der elektrisch/akustische Wandler 604 erzeugt eine akustische Oberflächenwelle,
die sich zunächst auf der Oberseite eines ersten Mediums 619 in die Richtung +V
und danach x auf der Unterseite dieses Mediums in die Richtung -V ausx breitet.
Die akustische Oberflächenwelle wird nach dem Durchlaufen der Ober- und der Unterseite
des ersten Mediums einem akustisch/elektrischen Wandler 605 zugeführt. Dessen elektrisches
Ausgangssignal wird zu einem Verstärker 616 geleitet. Dessen Ausgangssignal wiederum
ist das Steuersignal für einen weiteren elektrisch/akustischen Wandler 606 auf einem
weiteren Medium 620. Auf diesem breitet sich wieder eine akustische Oberflächenwelle
zu einem akustisch/ elektrischen Wandler 607 aus. Dessen Ausgangssignal wird zu
einem weiteren Verstärker 617 geleitet. Dieser Vorgang wird noch mehrmals wiederholt.
In der Fig. 6 sind noch ein weiterer Verstärker 618, mehrere Wandler 608 bis 611
und zwei weitere Medien 621 und 622 dargestellt. Das Ausgangssignal des letzten
akustisch/elektrischen Wandlers 611 wird zu einer Auswerteeinrichtung 615 geleitet.
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Das steuerbare Dämpfungsglied 603 amplitudenmoduliert die im Laser
602 erzeugte Lichtwelle. Die amplitudenmodulierte Lichtwelle breitet sich nacheinander
in mehreren zueinander parallelen Lichtwellenleitern 612 aus. An den Enden der Lichtwellenleiter
sind Spiegel 623 und 624 angeordnet. Diese Anordnung entspricht der Lichtwellenleiteranordnung
des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5. Die Lichtwelle wird nach dem Verlassen des
letzten Lichtwellenleiters einem optisch/ elektrischen Wandler 613 zugeführt, dessen
Ausgangssignal zu der Auswerteeinrichtuhg 615 geleitet wird. Die Lichtwellenleiter
zeigen in die Richtung der zu messenden Geschwindigkeitskomponente Vx.
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x Die Weglängen für das elektrische Signal von dem Oszillator 601
zu dem ersten elektrisch/akustischen Wandler 604 und zu dem Dämpfungsglied 603 sind
gleich lang. Auch die Weglängen für die elektrischen Signale vom Ausgang des optisch/
elektrischen Wandlers 613 zu der Auswerteeinrichtung 615 und vom letzten akustisch/elektrischen
Wandler 611 zu der Auswerteeinrichtung 615 sind gleich lang gewählt. Die Messung
und die Auswertung der Phasendifferenz erfolgt in der Auswerteeinrichtung 615. Die
Anzeige des Meßwerts erfolgt in einer Anzeigeeinrichtung 614.
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Die Auswertung erfolgt gemäß der oben angegebenen Gleichung (2).
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Bei den Ausführungsbeispielen, bei denen zumindest eines der beiden
Signale moduliert ist, ist es von Vorteil, für bestimmte Anwendungen nacheinander
unterschiedliche Modulationsfrequenzen vorzusehen. Dies macht in an sich bekannter
Weise Grob- und Feinmessungen möglich.