DE3880891T2

DE3880891T2 - Vorrichtung und verfahren mit servosteuerung zur aufhebung des ausgangssignals eines faserkreisels.

Info

Publication number: DE3880891T2
Application number: DE8888302266T
Authority: DE
Inventors: James Ross Steele
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2008-03-17
Also published as: JPH0663775B2; EP0294915B1; KR920004324B1; KR880011617A; IN172200B; CA1298635C; EP0294915A3; JPS63255613A; DE3880891D1; EP0294915A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen einen Rotationssensor und insbesondere einen Faserkreisel. Noch genauer betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung und eine Methode zur Erzeugung des Ausgangssignals von einem Faserkreisel zur Aufhebung der rotationsinduzierten Phasenverschiebung zwischen gegenläufigen Lichtwellen in einem Sagnac-Ring und zur Bestimmung der Drehrate des Sensors.
Ein faseroptischer Kreisinterferometer beinhaltet typischerweise eine Schleife aus faseroptischem Material, worin gegenläufige Lichtwellen verlaufen. Entsprechend dem Sagnac-Effekt hat die Lichtwelle, welche sich in Richtung der Drehung der Schleife bewegte eine längere Laufzeit durch die Schleife als die Lichtwelle, die sich gegen die Rotationsrichtung bewegt. Dieser unterschied der Laufzeit kann in einer Relativverschiebung der Phasen der Lichtwelle gesehen werden. Die Größe der Phasenverschiebung hängt von der Rotationsrate ab. Nach dem Durchlaufen der Schleife werden die gegenläufigen Lichtwellen kombiniert, so daß sie interferieren, um ein optisches Ausgangssignal zu erzeugen. Die Intensität des optischen Ausgangssignals variiert als eine Funktion des Typs und der Anzahl der Interferenzen, welche abhängig ist von der relativen Phase der gegenläufigen Wellen. Das optische Ausgangssignal, welches durch die Interferenz der gegenläufigen Wellen produziert wird, variiert in der Intensität als eine Funktion der Rotationsrate der Schleife. Die Rotationswahrnehmung wird durchgeführt durch Messen des optischen Ausgangssignals und Verarbeitung desselben, um die Rotationsrate als eine Funktion der Phasenverschiebung zu bestimmen.
Um für Trägheitsnavigationsanwendungen nutzbar zu sein, muß der Rotationssensor einen sehr großen dynamischen Bereich besitzen. Der Rotationssensor muß in der Lage sein, Rotationsraten von niedrigen Werten wie 0,01 Grad pro Stunde und von hohen Werten wie 1000 Grad pro Sekunde zu messen. Das Verhältnis von der unteren Grenze bis zur oberen meßbaren Grenze ist ungefähr 10&sup9;.
Es hat sich gezeigt, daß der dynamische Bereich eines Faserkreisels durch Verwendung eines Rückkopplungssignals und durch Aufhebung des Sagnac-Phasenshiftes für die Wellen in der Faserspule vergrößert werden kann. Ein Signal, welches auf die Größe des Rückkopplungssignals hinweist, welches benötigt wird, um den Sagnac-Shift aufzuheben, kann durch Bestimmung der Rotationsrate erzeugt werden.
Bekannte Signalverarbeitungstechniken sind unverhältnismäßig komplex, teuer und ungenau über den dynamischen Bereich, der von einem für ein Navigationssystem geeignten Rotationssensor gefordert wird. Bekannte Signalaufbereitungstechniken liefern ungenaue Ergebnisse bei niedrigen Rotationsraten, da die Phasenmodulatoren typischerweise nicht linear sind, wodurch sich eine Nichtlinearität der Skalierfaktoren ergibt.
Es ist aus der EP-A-0168292 bekannt, eine Phasenmodulation der gegenläufigen Lichtwellen im Faserkreisel mit einem "reziproken Effekt"-Phasenmodulator zu versehen. Die Wellen werden moduliert mit einem periodischen Signal, welches eine Periode von 2t&sub0; besitzt, wobei t&sub0; der Laufzeit der Lichtwelle durch die Faserspule entspricht. Eine digitale Phasenrampe, erzeugt als ein Treppensignal, ist mit dem phasenmodulierenden Signal kombiniert und als Rückkopplung angewandt. Kontrollkreise korrigieren den Modulationsskalenfaktor; dies ist im Oberbegriff von Anspruch 1 ausgedrückt.
Die signalverarbeitende Schaltung gemäß dieser Erfindung reduziert die Schaltungskomplexität und löst das Problem, das mit einem nichtlinearen Phasenmodulator und daher einer Nichtlinearität des Skalierungsfaktors bei niedrigen Raten verbunden ist.
Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung, wie sie in den Ansprüchen 1-7 und ein Verfahren, wie es in den Ansprüchen 8-10 definiert ist.

Kurzbeschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt einen Faserkreisel und eine Schaltung zur Verarbeitung des optischen Ausgangssignals von dem Sagnac-Ring zur Aufhebung der Sagnac- Phasenverschiebung;
Figur 2 zeigt graphisch ein Träger- oder Vorspannungs- Signal, das optischen Signalen in der Faserspule zugesetzt werden kann, um die rotationsinduzierte Phasenverschiebung zwischen den gegenläufigen Lichtwellen in der Spule zu erkennen;
Figur 3 illustriert graphisch das Signal aus Figur 2 plus ein zweites Rückkopplungssignal, ein zweites Träger- oder Vorspannungs-Signal, das dem optischen Signal in der Faserspule zugesetzt werden kann, um die rotationsinduzierte Phasenverschiebung zwischen den gegenläufigen Lichtwellen in der Spule aufzuheben;
Figur 4 zeigt graphisch ein Torsignal und die Überlagerung des Vorspannungs-Signals und des Rotationsratenaufhebungssignals;
Figur 5 zeigt graphisch Ratendemodulationssignale und überlagerte Vorspannungs-Signale und Rotationsratenaufhebungssignale;
Figur 6 zeigt graphisch ein Paar von Amplitudendemodulationssignalen und überlagerten Vorspannungs-Träger und Ratenaufhebungssignalen;
Figur 7 ist ein Querschnitt eines optischen Kopplers, welcher in einem Faserkreisel aus Figur 1 beinhaltet ist;
Figur 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 von Figur 7;
Figur 9 ist ein perspektivischer Blick auf eine Kopplerhälfte, welcher in einem Faserkreisel aus Figur 1 beinhaltet ist;
Figur 10 ist ein perspektivischer Blick eines integrierten optischen Phasenmodulators, welcher in dem Faserkreisel aus Figur 1 beinhaltet ist;
Figur 11 ist eine Aufsicht auf den Phasenmodulator aus Figur 10;
Figur 12 ist eine Seitenansicht des Phasenmodulators aus Figur 10 und 11; und
Figur 13 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Figur 1 zeigt einen faseroptischen Rotationssensor 20 einschließlich einer Lichtquelle 22, die koherentes Licht an eine optische Faser 24 liefert. Die optische Faser 24 führt den Quellenstrahl auf einen faseroptischen Richtungskoppler 26, welcher Licht zwischen der optischen Faser 24 und der optischen Faser 28 koppelt. Licht, das sich durch den faseroptischen Richtungskoppler 26 ausbreitet und in der optischen Faser 24 verbleibt, wird zu einem zweiten faseroptischen Richtungskoppler 30 geführt. Der faseroptische Richtungskoppler 30 koppelt Licht zwischen der optischen Faser 24 und einer dritten Lange einer optischen Faser 32.
Licht, das sich durch den faseroptischen Richtungskoppler 30 fortpflanzt und in der Faser 24 verbleibt, pflanzt sich dann zu der wahrnehmenden Faserspule 34 fort. Licht, das aus dem faseroptischen Richtungskoppler 30 in die Faserspule 34 eintritt, formiert eine im Uhrzeigersinn ausgerichtete Welle in der Spule. Die wahrnehmende Faserspule 34 kann aus einer separaten optischen Faser geformt sein oder aus einem Teil der optischen Faser 34 bestehen. Nach dem Durchgang durch die wahrnehmende Faserspule 34 tritt die im Uhrzeigersinn gerichtete Welle in den Phasenmodulator 36 ein.
Licht, welches den faseroptischen Richtungskoppler 30 von der optischen Faser 24 koppelt, formt eine gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Welle. Die optische Faser 32 kann entweder eine separate Faser oder ein Teil der optischen Faser, welche die wahrnehmende Faserspule 34 formt, sein. Die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle passiert zuerst den Phasenmodulator 36, bevor sie in die wahrnehmende Faserspule 34 eintritt.
Die im Uhrzeigersinn verlaufende Welle und die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle haben die gleiche Phase, bevor sie die wahrnehmende Faserspule 34 passieren. Wenn die wahrnehmende Faserspule 34 um eine Achse durch die Ebene der Spule rotiert, so erfahren die Lichtwellen eine Phasenverschiebung relativ zueinander. Die im Uhrzeigersinn verlaufende Welle in der optischen Faser 32 tritt in den faseroptischen Richtungskoppler 30 ein, nachdem sie den Phasenmodulator 36 passiert hat, und die im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Welle tritt in den faseroptischen Richtungskoppler 30 ein, nachdem sie die wahrnehmende Faserspule 34 passiert hat. Ein Teil der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Welle verläuft durch den faseroptischen Richtungskoppler 30, und der verbleibende Rest der im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden Welle koppelt in das Ende 38 der optischen Faser 32. Ein Teil der im Uhrzeigersinn verlaufenden Welle verbleibt in der Faser 32 und der andere Teil der im Uhrzeigersinn verlaufenden Welle ist in den faseroptischen Richtungskoppler 26 durch den faseroptischen Richtungskoppler 30 gekoppelt.
Faseroptische Richtungskoppler und faseroptische Phasenmodulatoren, die in dem Faserkreiselsystem gebraucht werden, sind weiter unten beschrieben. Beide optischen Koppler 26 und 30 können im wesentlichen identische Struktur besitzen; daher ist die folgende Beschreibung des optischen Kopplers 26 anwendbar auf alle optischen Koppler, welche in dem interferometrischen Sensorsystem 20 eingeschlossen sind, wenn die optischen Fasern 24, 28 und 32 Ein-Moden-Fasern sind.
Ein faseroptischer Richtungskoppler, welcher für den Gebrauch in Ein-Moden-Anwendungen wie die Koppler 24 und 28 der Figur 1 brauchbar ist, ist in der Ausgabe der Electronic Letters vom 29. März 1980, Vol. 28, Nr. 28. pp. 260-261 und im US-Patent 4,493, 528, veröffentlicht am 15. Januar 1985 von Shaw et al., beschrieben. Dieses Patent ist an das "Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University" übertragen. Der Koppler, der in der US- Patentschrift 4,493,528 offenbart ist, ist kurz im nachfolgenden beschrieben.
Wie in Figur 7 und 8 dargestellt, beinhaltet der Koppler 26 die optische Faser 24 und 28 von Figur 1, montiert in einem Paar von Untergüssen 50 und 52. Die Faser 24 ist in einer gekrümmten Nute 24 montiert, die auf einer optisch glatten Oberfläche 58 des Untergusses 50 geformt ist. Ahnlich ist die Faser 30 in einer gekrümmten Nut 56 montiert, die in einer optisch glatten Oberfläche 60 des Untergusses 52 geformt ist. Der Unterguß 50 und die darauf befestigte Faser 24 beinhalten eine Kopplerhälfte 62, und der Unterguß 52 und die darauf montierte Faser 30 beinhalten die Kopplerhälfte 64.
Die gekrümmten Nuten 54 und 56 haben jeweils einen Krümmungsradius, welcher groß ist, verglichen mit dem Durchmesser der Fasern 24 und 28, welche normalerweise im wesentlichen identisch sind. Die Breiten der Nuten 54 und 56 sind geringfügig größer als der Faserdurchmesser, um den Fasern 26, 30 ein Anpassen an die Pfade, welche durch die Bodenwände der Nuten 54 und 56 gebildet werden, zu erlauben. Die Tiefe der Nuten 54 und 56 variiert von einem Minimum am Zentrum der Untergüsse 50 und 52 zu einem Maximum an den Ecken der Untergüsse 50 und 52. Die Variation in der Nutentiefe erlaubt den optischen Fasern 24 und 28, allmählich zum Zentrum hin zu konvergieren und zu den Ecken der Untergüsse 50 und 52 zu divergieren, wenn sie in den Nuten 54 und 56 befestigt sind. Die leichte Krümmung der Fasern 24 und 28 verhindert das Vorkommen von scharfen Krümmungen oder anderen erprobten Änderungen der Richtung der Fasern 24 und 28, um Leistungsverluste durch Modenstörungen zu vermeiden. Die Nuten 54 und 56 können im Querschnitt rechtwinklig sein, jedoch ist es so zu verstehen, daß die Nuten 54 und 56 andere Querschnittskonfigurationen, wie z.B. U-Formen oder V- Formen, haben können, um für die Formierung eines Kopplers 26 genutzt zu werden.
Bezogen auf die Figuren 7-9 sind im Zentrum der Untergüsse 50 und 52 die Tiefen der Nuten 54 und 56 geringer als der Durchmesser der Fasern 24 und 28. An den Ecken der Untergüsse 50 und 52 beträgt die Tiefe der Nuten 54 und 56 vorzugsweise mindestens die gleiche Größe wie der Durchmesser der Fasern. Faseroptisches Material ist von jeder der Fasern 24 und 28 durch irgendeine geeignete Methode entfernt, wie z.B. Lappen, um eine oval geformte, planare Oberfläche in den Fasern 24 und 28 zu formen. Die ovalen Oberflächen sind aneinander angrenzend und in gegenüberliegender Weise angebracht, um eine Wechselwirkungsregion 66 zu formen, in der sich ein verschwindend kleines Feld von Licht ausbreitet und in jeder der Fasern 24 und 28 mit der jeweils anderen Faser wechselwirkt. Die Menge des faseroptischen Materials, welche entfernt wurde, steigt allmählich vom Wert 0 nahe den Ecken der Untergüsse 50 und 52 zu einem Maximumwert an ihrem Zentrum. Wie in den Figuren 4-6 gezeigt, ermöglicht die spitz zulaufende Entnahme von faseroptischem Material den Fasern 24 und 28 allmählich zu konvergieren und zu divergieren, was vorteilhaft ist zur Vermeidung von Rückwärtsreflexionen und starken Verlusten von Lichtenergie an der Wechselwirkungsregion 66.
Zwischen den Fasern 24 und 28 ist Licht durch eine verschwindend kleine Feldkopplung in der Wechselwirkungsregion 66 transferiert. Die optische Faser 24 beinhaltet einen zentralen Kern 68 und eine sie umgebende Verkleidung 70. Die Faser 30 hat einen Kern 72 und eine Verkleidung 74, welche im wesentlichen identisch zu dem Kern 68 und der Verkleidung 70 sind. Der Kern 68 hat einen Brechungsindex, welcher größer ist als der der Verkleidung 70, und der Durchmesser des Kerns 68 ist so gestaltet, daß Licht, welches sich innerhalb des Kerns 68 bewegt, intern an der Kern/Verkleidungsoberfläche reflektiert wird. Der Großteil der optischen Energie, welche durch die optische Faser 24 geführt wird, ist auf den Kern 68 begrenzt. Jedoch eine Lösung der Wellengleichungen für die Faser 68 und Anwendung der gut bekannten Randbedingungen zeigt, daß die Energieverteilung, obwohl sie primär auf den Kern 68 begrenzt ist, einen Teil einschließt, welcher in die Verkleidung hineinragt und dort exponentiell mit dem Anstieg des Radius der Faser vom Zentrum abfällt. Der exponentiell abfallende Teil der Energieverteilung innerhalb der Faser 68 wird im allgemeinen das "abklingende Feld" genannt. Wenn das abklingende Feld der optischen Energie, welche sich anfangs in der Faser 24 ausbreitet, eine ausreichende Entfernung in die Faser 30 zurückgelegt hat, so wird die Energie von der Faser 24 in die Faser 30 koppeln.
Um eine saubere Kopplung des abklingenden Feldes sicherzustellen, muß die Stärke des Materiales, welches von den Fasern 24 und 28 entfernt wird, sorgfältig kontrolliert werden, so daß der Abstand zwischen den Kernfasern der Fasern 24 und 28 sich innerhalb einer vorbestimmten kritischen Zone befindet. Das abklingende Feld reicht über eine kurze Entfernung in die Verkleidung der Fasern hinein und fällt hierbei stark mit der Entfernung vom Faserkern in seiner Größe ab. Das heißt, es sollte genügend faseroptisches Material entfernt werden, um eine Überlappung zwischen den abklingenden Feldern der Wellen, die sich durch die beiden Fasern 24 und 28 bewegen, zu erlauben. Wenn zu wenig Material entfernt ist, kommen sich die Kernfasern nicht nahe genug, um den abklingenden Feldern die gewünschte Wechselwirkung der geführten Lichtwellen zu erlauben, woraus eine ungenügende Kopplung resultiert.
Die Ausdehnung der kritischen Zone für einen speziellen Koppler hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie z.B. die Parameter der Faser und der Geometrie des Kopplers. Die kritische Zone kann sehr nahe für eine Ein-Moden-Faser mit einem Stufenindexprofil sein. Die Mitte-zu-Mitte-Entfernung der Fasern 24 und 28 ist typischerweise geringer als zwei Drittel des Kerndurchmessers.
Der Koppler 26 von Figur 1 beinhaltet vier Eingänge bezeichnet mit 26A, 26B, 26C und 26D. Die Eingänge 26A und 26B, welche sich an der linken und rechten Seite des Kopplers 26 befinden, korrespondieren mit der Faser 24. Die Eingänge 26C und 26D korrespondieren entsprechend mit der Faser 28. Zum Zweck der Erklärung wird angenommen, daß ein optisches Eingangssignal dem Eingang 26A durch die Faser 24 zugeführt wird. Das Signal passiert den Koppler 26 und wird entweder an einem oder an beiden der Ausgänge 26B oder 26D herausgeführt, abhängig davon, wie stark die Kopplung zwischen den Fasern 26 und 28 ist. Die "Kopplungskonstante" ist definiert als das Verhältnis von gekoppelter Leistung zur totalen Ausgangsleistung. Im oben genannten Beispiel ist die Kopplungskonstante das Verhältnis der Ausgangsleistung an Ausgang 26D geteilt durch die Summe der Ausgangsleistung an den Ausgängen 26B und 26D. Dieses Verhältnis wird manchmal als "Kopplungswirkungsgrad", welcher typischerweise in Prozentangaben ausgedrückt ist, bezeichnet. Wenn also hierin der Ausdruck "Kopplungskonstante" benutzt wird, so sollte dieses so verstanden werden, daß der hierzu gehörende Kopplungswirkungsgrad gleich der Kopplungskonstante mal 100 ist.
Der Koppler 26 kann eingestellt werden, um die Kopplungskonstante auf jeden gewünschten Wert zwischen 0 und 1,0 einzustellen durch Verstellung der gegeneinander anliegenden Oberflächen der Fasern 26 und 28, wodurch die Größe der überlappenden Region des abklingenden Feldes kontrolliert wird. Die Einstellung kann durchgeführt werden durch Verschiebung der Untergüsse 50 und 52 in lateraler oder longitudinaler Weise relativ zueinander.
Licht, welches kreuzweise von den Fasern 24 und 28 zur jeweils anderen gekoppelt wird, erfährt eine Phasenverschiebung von π/2, jedoch Licht, welches durch den Koppler 26 ohne eine Kreuzkopplung durchläuft, wird in der Phase nicht verschoben. Wenn beispielsweise der Koppler 26 eine Kopplungskonstante von 0,5 hat und ein optisches Signal am Eingang 26 eintritt, dann tritt an den Ausgängen 26B und 26D ein Ausgangssignal von gleicher Größe aus; jedoch wird das Ausgangssignal am Ausgang 26D um eine Phasenverschiebung von π/2 relativ zum Ausgangssignal des Ausgangs 26B verschoben sein.
Der Koppler 26 ist sehr stark richtungsabhängig, wobei im wesentlichen die gesamte zugeführte Leistung an einer Seite an den Ausgängen der anderen Seite ausgegeben wird. Die Richtungscharakteristik ist symmetrisch in der Art, daß Licht, das einem der Ausgänge 26B oder 26D zugeführt wird, zu den Ausgängen 26A und 26B geleitet wird. Der Koppler 26 ist im wesentlichen nicht diskriminierend bezüglich der Polarisation und behält auch die Polarisation des Lichtes bei.
Bezüglich der Figuren 10-12 kann der Phasenmodulator 36 eine optische Hohlleiter 21 beinhalten, welche auf einem Unterguß 23 aus einem elektrooptisch aktiven Material, wie z.B. Lithiumniobat, geformt ist. Ein Paar von Elektroden 25 und 27 ist an dem Substrat auf entgegengesetzter Seite der Hohlleiter 21 angebracht. Die Elektroden 25 und 27 können auf dem Unterguß 23 durch einen Vakuumauftrag von Aluminium erzeugt sein. Der optische Hohlleiter 21 kann im Unterguß 23 dadurch ausgebildet sein, daß zuerst ein Streifen von Titan auf den Unterguß 23 gelegt wird und durch Erhitzen das Titan in den Unterguß 23 eindringt. Der resultierende Hohlleiter 21 hat im allgemeinen einen halbkreisförmigen Querschnitt, wie es in den Figuren 10 und 12 dargestellt ist. Die Faser 32 muß geschnitten werden, um zwei Enden 33 und 35 zu erhalten, damit sie aneinanderstoßend mit den gegenüberliegenden Seiten des optischen Hohlleiters 21 gekoppelt werden, wie es in Figur 1 und 11 gezeigt ist.
Das Anlegen einer Spannung an die Elektroden ändert den Brechungsindex des optischen Hohlleiters 21 durch Anwendung des elektrooptischen Effektes. Die Durchgangszeit einer Lichtwelle durch den Hohlleiter 21 ist ein Produkt aus der Länge des Hohlleiters und seines Brechungsindexes geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Eine Änderung des Brechungsindexes des optischen Hohlleiters 21 führt daher zu einer Änderung der Durchgangszeit eines optischen Signals durch den Hohlleiter. Wegen der Wellennatur des elektromagnetischen Feldes, welches die Lichtwelle beinhaltet, kann die Änderung der Durchgangszeit in einer Änderung der Phase gesehen werden. TRW verkauft einen Lithiumniobat-Phasenmodulator, der geeignet ist für den Einsatz als Phasenmodulator 36.
Der Signalverarbeitungsschaltkreis, der in Figur 1 gezeigt ist, verwendet ein Phasenverschiebungssignal für den Phasenmodulator 36, um direkt die Phasenverschiebung der Lichtwelle aufzuheben, welche durch die Drehrate der wahrnehmende Faserspule 34 bedingt ist. Der Ausgang des Detektors 100 ist der Eingang für den Vorverstärker 102, welcher das Signal verstärkt und es für den Eingang zum Verknüpfungsglied 104 anpaßt. Der Detektor 100 kann ein kommerziell verfügbares Teil sein, wie z.B. ein Motorola MFOD 2404, welches eine Photodiode und einen Hybridverstärker mit großer Bandweitencharakteristik beinhaltet. Das Verknüpfungsglied 104 kann ein analoger CMOS-Schalter sein, wie z.B. der Siliconix DG271. Ein Vorspannungsträgererzeuger 106 kontrolliert beide, nämlich das Verknüpfungsglied 104 und den Schalter 108, welcher mit dem Phasenmodulator 36 verbunden ist. Wenn das Verknüpfungsglied 104 leitend ist, dann ist der Ausgang des Vorverstärkers 102 der Eingang des Verstärkers 110. Das verstärkte Signal tritt aus dem Verstärker 110 aus und speist einen Verhältnisdemodulator 112 und einen Amplitudendemodulator 120. Der Ausgang des Verhältnisdemodulators 112 ist der Eingang zu einem Verhältnisausgangsverstärker 116, welcher der Eingang für einen summierenden Verstärker 118 ist. Der Vorspannungsträgergenerator 106 stellt auch ein Bewegungssignal für den Verhältnisdemodulator 112 zur Verfügung.
Der Ausgang des Verstärkers 110 ist auch Eingang in den Amplitudendemodulator 120, welcher ein Signal vom Vorspannungsträgergenerator 106 erhält. Das Ausgangssignal des Amplitudendemodulators 120 ist Eingang in den Referenzgenerator 122, welcher ein Ausgangssignal zur Verfügung stellt, um die Verstärkung des summierenden Verstärkers 118 zu kontrollieren.
Das Grundprinzip dieser Erfindung ist, daß das Einstellen eines Drehphasenmodulatorsignals auf Null oder als Referenz für Null zu benutzen für eine Zeit T, die gleich der Durchgangszeit der Lichtwellen durch den Kreisel ist, veranlaßt den Kreisel einen bekannten Null- oder Referenzstatus anzunehmen. In diesem Null- oder Referenzstatus werden die gegenläufigen Lichtwellen in Phase erwartet, ausgenommen der Phasenverschiebung, die durch die Rotation der wahrnehmende Faserspule 34 bedingt ist. Nach diesem Nullzustand und während des nächsten Zustandes wird ein Vorspannungssignal zu Demodulationszwecken und ein Signal, welches eine Phasenverschiebung verursacht, die gleich oder entgegengesetzt zu der rotationsinduzierten Phasenverschiebung ist, auf den Phasenmodulator 36 angewandt. Diese Signale heben die rotationsinduzierte Phasenverschiebung auf, wie es durch den Photodetektor 100 für eine Periode, die gleich der Durchgangszeit γ ist, zu sehen ist.
Nach dieser Meßperiode muß das Phasenmodulatorsignal wieder für eine Periode, die gleich der Durchgangszeit γ ist, wieder auf Null oder auf einen Referenzwert gesetzt werden. Nach dieser Nullperiode werden auf den Phasenmodulator 36 ein Signal, welches eine Phasenverschiebung gleich oder entgegengesetzt zur rotationsinduzierten Phasenverschiebung verursacht, und ein Vorspannungssignal entgegengesetzter Polarität angewandt, um die Rotationsrate der wahrnehmende Faserspule 34 aufzuheben, wie es durch den Photodetektor gesehen wird. Die Amplitude des Signales, welches dem Phasenmodulator 36 zur Aufhebung der Rotationsrate der wahrnehmende Faserspule 34 aufgelegt wird, ist direkt proportional zur Ausgangsrate des Kreisels.
In einem hochgenauen Rotationssensor sind die wechselnden Trägervorspannungsstufen vorzugsweise stabilisiert zwischen ±π/2 und ±3π/2 und demoduliert über mehr als einen Umlauf des Kreisels. Es gibt viele mögliche Ausführungsformen, die die Funktion der Erzeugung von Wellenformen, welche notwendig sind, um die direkte Rückkopplung des Rotationsratensignales für einen faseroptischen Kreisel ausführen. Ein geeigneter Satz von Wellenformen zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren 2- 6 gezeigt.
Figur 2 zeigt graphisch die möglichen Träger oder Vorspannungssignale zur Implementierung der gewünschten Algorithmen. Zur Klarheit bei der Erklärung der Erfindung zeigen die in Figur 2 dargestellten Signale das in acht Perioden t&sub1; bis t&sub8; aufgeteilte Zeitintervall auf der horizontalen Achse. Jede Periode ist gleich der Durchlaufzeit T des Lichtes durch die wahrnehmende Faserspule 34. Der Bereich des Signals auf der vertikalen Achse von Figur 2 ist ±2π. Der Bereich des Signals ist die Phasenverschiebung des Lichtes in der wahrnehmenden Faserspule 34, bedingt durch das angewandte Signal auf den Phasenmodulator 36. Im tatsächlichen Gebrauch können andere Zahlen von Perioden genutzt werden. Die Grundüberlegungen sind, daß die Rotationsrate sich sehr schnell ändern kann, jedoch die Kalibrierungsverstärkung ein Phänomen der Umgebung ist, welches sich nur langsam ändert.
Die Vorspannung oder der Träger ist das Signal, welches auf den Phasenmodulator 36 angewandt ist, um die Demodulation der Rotationsinformation zu erlauben. Während des Zeitintervalls t&sub1; ist das Vorspannungssignal zur Nullreferenz am Phasenmodulator 36 gesetzt, welches es erlaubt, die Entwicklung der bekannten Phasenrelation zwischen den CW- und CCW-Lichtsignalen in der wahrnehmenden Faserspule 34 erlaubt. Zur Zeit t&sub2; wird ein Signal auf den Phasenmodulator 36 angewandt, welches den Signalausgang aus der wahrnehmenden Faserspule 34 bedingt, um einen bekannten Referenzwert am Photodetektor 100 zu haben, welcher ein korrespondierendes elektrisches Signal erzeugt. Der Verstärker 110 aus Figur 3 verstärkt den Signalausgang des Detektors 100. Dieser aktuelle Wert des Ausgangssignals der wahrnehmenden Faserspule 34 während des Zeitintervalles t&sub2; ist willkürlich und kann von besonderen Anwendungen und Kreiselbedingungen abhängen.
Zu Beginn des dritten Zeitintervalles t&sub3; ist das Ausgangssignal der wahrnehmenden Faserspule 34 wieder auf Null zurückgekehrt, um für eine Periode wieder CW- und CCW- Lichtsignale zu erlauben und denselben bekannten Zustand wie in Intervall t&sub1; zu erreichen. Zur Zeit t&sub4; wird ein Signal, welches die gleiche Amplitude aber die entgegengesetzte Polarität wie in Intervall t&sub2; besitzt, auf den Phasenmodulator 36 angewandt. In Abwesenheit von jeglicher Rotationsinformation sollte dieses Signal ein Ausgangssignal auf den Photodetektor 100 geben, welches die gleiche Amplitude wie das Ausgangssignal während des Zeitintervalles t&sub2; hat. Während des Zeitintervalles t&sub5; ist das Signal wieder auf den Referenzstatus wie in t&sub1; zurückgesetzt.
Während des Zeitintervalles t&sub6; wird ein Signal, welches das gleiche ist wie das Signal, welches im Intervall t&sub2; plus 2π genutzt wird, auf den Phasenmodulator 36 angewandt. Dieses Signal soll am Photodetektor 100 ein Signal ausgeben, welches das gleiche ist wie iin zweiten Zeitintervall t&sub2;, wenn die Skalierung der Phasenmodulatorskalierung 36 korrekt ist. Wenn die Amplitude der Phasenmodulatorskalierung nicht die gleiche ist wie der Ausgang während des Intervalles 2, kann das Ausgangssignal während des Intervalles 6 separat demoduliert und genutzt werden, um eine Korrektur auf den Ausgang zu erzeugen. Während des Zeitintervalles t&sub7; ist das Referenznullsignal des Intervalles t&sub1; wieder auf den Phasenmodulator 36 angewandt.
Im Zeitintervall t&sub8; wird ein Signal, welches das gleiche ist wie im Zeitintervall t&sub4; plus 2π auf den Phasenmodulator 36 angewandt. Dieses Signal ergibt den gleichen Ausgang wie das Signal, welches bei t&sub4; genutzt ist und kann auch genutzt werden, um die Amplitude der Phasenmodulatorskalierung zu korrigieren. Nach t&sub8; wiederholt sich die Sequenz der auf den Phasenmodulator 36 angewandten Signale wieder bei t&sub1;.
In Figur 3 sind die Achsen die gleichen wie in Figur 2, und die Vorspannungs- oder Trägerinformation ist ebenfalls die gleiche. Ein Signal, bezeichnet mit ROTATIONSRATE, ist als eine Überlagerung auf die Vorspannungsinformation gezeigt. Das Rotationsratensignal hat die korrekte Amplitude, Phase und Polarität, um die Rotationsrate der wahrnehmenden Faserspule 34 aufzuheben oder zu löschen. Weiterhin zeigt Figur 3 während des Zeitintervalles t&sub1;, daß der Ausgang des Phasenmodulators 36 noch auf Null gesetzt ist. Nach der Zeit 7 wird das CW- und CCW-Lichtsignal in Phase sein, ausgenommen der Phasenverschiebung in den Lichtwellen, welche durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule 34 verursacht werden. Zur Zeit t&sub2; wird das Vorspannungs- oder Trägersignal auf den Phasenmodulator 36 angewandt, mit einem Signal, dessen Amplitude und Polarität genau die gleichen sind, welche gebraucht werden, um die rotationsbedingte Drehung der wahrnehmenden Faserspule 34 aufzuheben. Der Nettoausgang aus dem Photodetektor 100 sollte dann exakt der gleiche wie in Figur 1 beschriebene sein.
Bei t&sub3; wird der Phasenmodulator 36 wieder auf Null gesetzt, und die Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule 34 werden wieder in Phase sein, ausgenommen der Phasendifferenz, die durch die Rotationsrate bedingt ist.
Bei t&sub4; wird das Vorspannungssignal der entgegengesetzten Polarität dessen, welches im Intervall 2 genutzt wird, auf den Phasenmodulator 36 angewandt, mit der gleichen Amplitude und Polarität des Rotationssignals, welches in t&sub2; genutzt wird. Dies ergibt den gleichen Photodetektorausgang wie das Signal in t&sub2;. Bei t&sub5; ist der Phasenmodulator 36 wieder auf Null gesetzt, und die Vorspannung ist wieder summiert mit der gleichen Amplitude und Polarität wie das Rotationssignal, um den gleichen Ausgang wie in t&sub2; zu geben.
Bei t&sub7; ist das Signal wieder auf Null gesetzt, und bei t&sub8; ist ein Signal der gleichen Amplitude und Polarität wie das Rotationsaufhebungssignal wieder summiert mit der vorher beschriebenen Vorspannung für das gleiche Ausgangssignal vom Photodetektor 100.
Die zwei unteren Darstellungen in Figur 3 zeigen die Ausgänge des Verstärkers 110, wenn die wahrnehmende Faserspule 34 eine Winkelbeschleunigung erfährt, und wenn das Detektorsignal aufgehoben ist. Während der Winkelbeschleunigungen ist der Ausgang des Verstärkers 110 eine rechtwinklige Welle mit überlagertem Rauschen, wenn das Tor 102 offen ist. Wenn die rotationsinduzierte Phasenverschiebung aufgehoben ist, so ist der Ausgang am Verstärker 110 nur das Hintergrundrauschen.
Figur 4 zeigt die Information aus Figur 3 mit einem Signal, welches GATE genannt wird, gezeigt im unteren Teil des Graphen. Die interessierende Information in dieser Faserspule erscheint bei den Zeiten t&sub2;, t&sub4;, t&sub6; und t&sub8;. Das Ausgangssignal des Photodetektors, zu anderen Zeiten als denen von Interesse, wird den Eingang des Verstärkers 110 stören, es sei denn, diese Signale werden ausgeschleust. Das GATE-Signal schleust das ungewünschte Signal wirkungsvoll aus, wenn es auf das Tor 104 angewandt wird.
Figur 5 zeigt den Vorspannungsträger und das Rotationsratenaufhebungssignal und das notwendige Signal zur Demodulation irgendeines Fehlers im Ausgang des Photodetektors 100, bedingt durch das Rotationsratenaufhebungssignal, welches einen nicht korrekten Wert besitzt, um die Rotationsrate der wahrnehmenden Faserspule 34 aufzuheben. Der Signalausgang durch den Photodetektor 100, ausgeschleust durch das GATE- Signal, verstärkt und demoduliert durch den Ratendemodulator 112, wird nun genutzt, um ein Rückkopplungssignal zur Korrektur des Rotationsratenaufhebungssignal zur Verfügung zu stellen. Die Amplitude des Rotationsratenaufhebungssignales ist proportional zur Rotationsrate der wahrnehmenden Faserspule 34 und wird genutzt als Ausgang des Rotationssensors 20.
Figur 6 zeigt das Vorspannungsträgersignal und das Ratenaufhebungssignal mit einem Signal, das dazu genutzt wird, die Ausgangsamplitudeninformation zu demodulieren. Das Signal, welches anfällt bei t&sub6; und t&sub8; kann demoduliert werden durch dieses Signal und genützt werden zur Servosteuerung der Verstärkung des Verstärkers, um genau eine Phasenverschiebung von ±2πrad für einen ±2π-Eingang in den Phasenmodulator zu bedingen.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines möglichen Schaltkreises zur Implementierung des oben beschriebenen Algorithmus. Der Schaltkreis von Figur 1 kann entweder durch analoge oder digitale Komponenten ausgestaltet sein. Bezogen auf Figur 1 ist der Ausgang des Detektors 100 verstärkt durch den Vorverstärker 102 und herausgeführt durch das Tor 104. Der herausgeführte Ausgang ist dann verstärkt durch den Verstärker 110 und zum Ratendemodulationsschaltkreis 102 und zum Amplitudendemodulatorschaltkreis 120 gesandt. Der Ratenverstärker produziert ein Signal, welches direkt proportional zur Ausgangsrate der Sensorschleife 34 ist. Das Ratensignal ist dann summiert mit dem Vorspannungsträgersignal und an- und ausgeschaltet, wie in Figur 2 gezeigt. Das resultierende Signal wird dann genutzt, um die Ratenservoschleife zu schließen.
Der Amplitudendemodulationsschaltkreis 120 nutzt die Demodulationssignale aus Figur 6, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches genutzt wird zur Steuerung des Referenzgenerators 22 zur Amplitude, welche einen Ausgang von genau ±2π bedingt. Der Referenzgenerator 122 kontrolliert die Verstärkung des Ratenverstärkers 116 und den summierenden Verstärker 118.
Figur 13 zeigt eine zweite Ausführung der Erfindung. Die Basisstruktur des faseroptischen Rotationssensors, welcher in Figur 13 enthalten ist, ist identisch zu der aus Figur 1. Komponenten in Figur 13, die die gleichen sind wie die korrespondierenden Komponenten in Figur 1 haben die gleichen Bezugszeichen in beiden Zeichnungen. Diese Komponenten sind die Quelle 22, die Koppler 26 und 30, die Fasern 24, 28 und 32, der Phasenmodulator 36, die wahrnehmende Faserspule 34, der Detektor 102, der Vorverstärker 103, das Tor 104, der Verstärker 110, der Amplitudendemodulator 120, der Rotationsratendemodulator 11, der Rotationsratenverstärker 116 und der Referenzgenerator 122. Teile, welche in Figur 13 gezeigt werden, die nicht in Figur 1 vorhanden sind, haben Bezugszeichen beginnend mit der Ziffer "2".
Der Signalausgang von Verstärker 110 ist Eingang in den Amplitudendemodulator 120 und in den Rotationsratendemodulator 112. Beide, der Amplitudendemodulator 120 und der Rotationsratendemodulator 112, sind käuflich erwerbbare Demodulatorschaltkreise, wie z.B. der Siliconix DG271. Der Rotationsratendemodulator 112 gewinnt Ratenfehlersignale aus der Faserspule. Diese Rotationsratenfehlersignale werden durch den Rotationsratenverstärker 116 verstärkt, welcher ein signalverstärkendes Bauelement wie z.B. ein Burr Brown 3550 Operationsverstärker. Nach der Verstärkung werden die Ratenfehlersignale in digitale Signale umgewandelt über einen Analogdigitalwandler 204, welcher mit dem Ausgang des Rotationsratenverstärkers 116 gekoppelt ist. Der Analogdigitalwandler 204 kann jedes geeignete Element sein, wie z.B. ein Burr Brown PCM 75 Sechzehn-Bit- Analog/Digitalwandler zur Wandlung der analogen elektrischen Signale in digitale Signale.
Dem digitalen Rotationsratenfehlersignal vom Analogdigitalwandler 204 wird ein Mikroprozessor 206 zugeführt, welcher z.B. ein Logic Devices Inc. 429C01 bit slice Mikroprozessor sein kann. Der Mikroprozessor 206 wird genutzt, um das Fehlersignal zu akkumulieren, skalieren und mit dem Vorspannungsträgersignal von einem microcode and state generator PROM 208 zu summieren. Der Mikroprozessor 206 wird betrieben als ein zustandsbestimmendes Element. Es erzeugt die geeigneten Zustände des Vorspannungsträgersignals und der Nullreferenzperioden. Der Mikroprozessor 206 wird konventionell betrieben und ist getaktet und kontrolliert in seinen Zuständen durch einen Satz von PROMs 208, welche ein Tor und Demodulationssignal erzeugen. Die Uhr 210 stellt ein Taktsignal für den Mikroprozessor 206 zur Verfügung. Die Uhr 210 stellt ebenfalls ein Taktsignal für den Zähler 212 zur Verfügung, welcher Signale für das PROM 208 unterstützt.
Der Digitalausgang des Mikroprozessors 206 treibt beide, den Rückkopplungsdigitalanalogumwandler 202 und das Digitalrotationsratenausganginterface, welches ein Sechzehn-Bit-Ausgangsregister 214 sein kann.
Der Amplitudendemodulator 120 stellt ein Ausgangssignal an den Amplitudenreferenzverstärker 200, welcher den Referenzgenerator 122 treibt, zur Verfügung. Der Ausgang des Referenzgenerators 122 ist Eingang in den Digitalanalogumwandler 202. Der Digitalanalogumwandler 202 stellt Signale für den Videoverstärker 216, welcher den Phasenmodulator 36 treibt, zur Verfügung. Der Amplitudendemodulator erzeugt ein Signal vom Verstärker 110 und nutzt dieses Signal, die Verstärkung des Digitalanalogumwandler 206 zu kontrollieren, um seinen Ausgang auf 2π zu skalieren.
Der Digitalanalogumwandler 202 kann ein Burr Brown 710 sein, welcher ein Sechzehn-Bit-Element darstellt. Die Verstärkung des Digitalanalogumwandlers 202 ist kontrolliert durch Nutzung des Referenzverstärkers 200 und des Referenzgenerators 122, um den Ausgang des Digitalanalogumwandlers 202 und des Videoverstärkers zu skalieren, so daß die volle Skala auf dem Digitalanalogumwandler 202 gleich 2π oder ein ganzzahlig Vielfaches von 2π ist. Der Ausgang des Videoverstärkers 216 kann irgendein geeigneter Verstärker sein, wie ein Comlinear CLC 210 Hochgeschwindigkeitsoperationsverstärker zur Verstärkung elektrischer Signale im Frequenzbereich, welcher normalerweise für Videosignale genutzt wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Aufbereitung optischer Signalausgänge von einem faseroptischen Rotationssensor, welcher ein Paar von gegenläufigen Lichtwellen in eine wahrnehmende Faserspule (34) einer optischen Faser führt und die Wellen so kombiniert, daß die Wellen interferieren, um einen Signalausgang von der wahrnehmenden Faserspule (34) in Form eines Interferenzmusters erzeugen, mit:

Einem Detektor (100), welcher auf dieses Interferenzmuster antwortet, um ein elektrisches Detektorsignal zu erzeugen, welches die Phasendifferenz der Wellen anzeigt, und einen Phasenmodulator (36) zur Modulation der Phase der Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34), Vorrichtungen (106, 108, 112, 116, 118, 120, 122) zum Treiben des Phasenmodulators (36) mit einem Modulationssignal, wobei das Modulationssignal so gesteuert wird, daß das Modulationssignal für ein erstes Zeitintervall (t&sub1;) auf einen Nullreferenzwert gesetzt wird, derart, daß die gegenläufigen Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) sich in Phase befinden, ausgenommen der Phasenverschiebung, die durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule (34) erzeugt wird; das Modulationssignal ist dann für einen zweiten Zeitintervall (t&sub2;) auf die Summe eines vorbestimmten Vorspannungsträgersignals und eines Aufhebungssignals gesetzt, wobei das Aufhebungssignal so gesetzt ist, daß eine Phasenverschiebung in den gegenläufigen Lichtwellen gleich und entgegengesetzt zur Phasenverschiebung ist, welche durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule (34), wie es bestimmt ist durch den Rotationssensor in Antwort auf das elektrische Detektorsignal; und das Modulationssignal wird danach kontinuierlich geändert (t&sub3;, t&sub4;...t&sub8;) zwischen dem Nullreferenzwert und der Summe aus dem vorbestimmten Vorspannungsträgersignal und dem Aufhebungssignal; weiterhin ist die Vorrichtung eingerichtet, um das elektrische Detektorsignal zu demodulieren (112), um das vorgenannte Vorspannungsträgersignal zu löschen, wodurch ein Ausgangssignal zur Verfügung gestellt wird, welches die Rotationsrate der wahrnehienden Faserspule (34) anzeigt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitintervall (t&sub1;) und jedes nachfolgende Zeitintervall (t&sub3;, t&sub5;, t&sub7;), welches mit dem Modulationssignal auf Nullreferenzwert gesetzt ist, gleich der Durchlaufzeit der Lichtwelle durch die wahrnehmende Faserspule ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitintervall (t&sub2;) und jedes folgende Zeitintervall (t&sub4;, t&sub6;, t&sub8;), in dem das Modulationssignal auf die Summe von Vorspannungsträgersignal und Aufhebungssignal gesetzt ist, gleich der Durchgangszeit der Lichtwelle durch die wahrnehmende Faserspule (34) ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Wert des Vorspannungsträgersignals zwischen ±π/Nrad der Phasenverschiebung beträgt, wobei N eine natürliche Zahl darstellt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2, oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Wert des Vorspannungsträgersignals zyklisch zwischen vier Werten ±π/N±(2π-π/N) variiert, wobei N eine natürliche Zahl darstellt.

6. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine Herausführungsvorrichtung (104), verbunden, um das elektrische Detektorsignal zu empfangen;

eine Ratendemodulationsvorrichtung, verbunden mit einem Ausgang der Herausführungsvorrichtung (104) zur Bestimmung der Rotationsrate und Erzeugung des oben genannten Ausgangssignals;

und eine Amplitudendemodulationsvorrichtung (120), verbunden mit dem Ausgang der Herausführungsvorrichtung (104) zur Justierung der Kalibrierung des Ratendemodulators;

ein summierender Verstärker (118), verbunden mit der Ratendemodulationsvorrichtung (112), zum Empfang eines Ratensignals davon;

eine referenzsignalerzeugende Vorrichtung (122), verbunden zwischen dem summierenden Verstärker und der amplitudendemodulierenden Vorrichtung (120), um ein Kalibrierungssignal für den summierenden Verstärker (118) zur Verfügung zu stellen;

eine einen Vorspannungsträger generierende Vorrichtung (106), verbunden mit der Herausführungsvorrichtung (104), der Ratendemodulationsvorrichtung (112) und dem summierenden Verstärker (118), um Auslösungssignale zur Verfügung zu stellen, außerdem den summierenden Verstärker (118) derart gestaltet, daß das Ratensignal, das Kalibrierungssignal und das Auslösungssignal kombiniert werden, um ein Treibersignal für die phasenmodulierende Vorrichtung (36) zu erzeugen, so daß die Modulationsvorrichtung (36) die Phasen der Wellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) justiert, um ein Aufhebungssignal zur Verfügung zu stellen;

und ein Schaltteil (108), verbunden zwischen dem summierenden Verstärker (118) und der phasenmodulierenden Vorrichtung (36), wobei das Schaltelement (108) durch Signale von der vorspannungsträgergenerierenden Vorrichtung (106) kontrolliert werden, um das Treibersignal selektiv auf die phasenmodulierende Vorrichtung (36) anzuwenden.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in welcher das Modulationssignal derart kontrolliert ist, daß es während des dritten Zeitintervalls (t&sub3;) sofort nach dem zweiten Zeitintervall (t&sub2;) auf den Nullreferenzwert gesetzt wird, so daß die gegenläufigen Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) wieder in Phase sind, ausgenommen der Phasenverschiebung, die durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule Schleife (34) bedingt ist;

das Modulationssignal ist während des vierten Zeitintervalls (t&sub4;) auf einen Wert entgegengesetzter Polarität zum Modulationssignal im zweiten Zeitintervall (t&sub2;) gesetzt;

das Modulationssignal ist während des fünften Zeitintervalls (t&sub5;) auf den Nullreferenzwert gesetzt, so daß die gegenläufigen Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) wieder in Phase sind, ausgenommen der Phasenverschiebung, die durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule (34) bedingt ist;

das Modulationssignal ist während des sechsten Zeitintervalls (t&sub6;) auf einen Wert gesetzt, welcher eine Phasenverschiebung in den gegenläufigen Lichtwellen bewirkt, der gleich der Phasenverschiebung ist, welche im vierten Zeitintervall (t&sub4;) abzüglich dem Wert 2π;

das Modulationssignal ist während des siebten Zeitintervalls (t&sub7;) auf den Nullreferenzwert gesetzt, so daß die gegenläufigen Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) wieder in Phase sind, ausgenommen der Phasenverschiebung bedingt durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule (34);

das Modulationssignal ist während des achten Zeitintervalls (t&sub8;) auf einen Wert gesetzt, welcher eine Phasenverschiebung in den gegenläufigen Lichtwellen bewirkt, der gleich der Phasenverschiebung im zweiten Zeitintervall (t&sub2;) zuzüglich dem Wert 2π ist; jeder der acht Zeitintervalle ist gleich der Durchlaufzeit der Lichtwellen durch die wahrnehmende Faserspule (34);

und die Vorrichtung enthält Herausführungsvorrichtungen (104) verbunden mit dem Detektor (100) zur Herausführung des elektrischen Detektorsignals während des ersten, dritten, fünften und siebten Zeitintervalls;

ein Ratendemodulator (112), verbunden mit dem Ausgang der Herausführungsvorrichtung (104) zur Bestimmung der Rotationsrate, um das genannte Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen; und

ein Amplitudendemodulator (120), verbunden mit dem Ausgang der Herausführungsvorrichtung (104) zur Justierung der Kalibrierung des Ratendemodulators (112).

8. Ein Verfahren zur Erzeugung von Ausgangssignalen von einem faseroptischen Rotationssensor, welcher ein Paar von gegenläufigen Lichtwellen in eine wahrnehmende Faserspule (34) aus optischen Fasern führt, die Phasen der Lichtwellen, welche in die wahrnehmende Faserspule eintreten, moduliert und die Wellen kombiniert, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, welches die Phasendifferenz zwischen den Wellen anzeigt, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

Erzeugung eines elektrischen Detektorsignals, welches die Phasendifferenz der Wellen anzeigt; Kontrolle der Phasenmodulation mit einem Modulationssignal, welches für ein erstes Zeitintervall (t&sub1;) auf einen Nullreferenzwert gesetzt ist, so daß die gegenläufigen Lichtwellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) in Phase sind, ausgenommen der Phasenverschiebung, welche durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule (34) bedingt ist; das Modulationssignal ist für ein zweites Zeitintervall (t&sub2;) auf die Summe eines vorher bestimmten Vorspannungsträgersignals und eines Aufhebungssignals gesetzt, wobei das Aufhebungssignal so gesetzt ist, daß es eine Phasenverschiebung der gegenläufigen Lichtwellen bedingt, die gleich und entgegengesetzt der Phasenverschiebung, die durch die Rotation der wahrnehmenden Faserspule Schleife (34), wie sie durch den Rotationssensor in Antwort auf das elektrische Detektorsignal bedingt ist, ist; und das Modulationssignal wird danach kontinuierlich geändert (t&sub3;, t&sub4;, ... t&sub8;) zwischen dem Nullreferenzwert und der Summe eines vorher bestimmten Vorspannungsträgersignals und dem Aufhebungssignal; und der Demodulation des elektrischen Detektorsignals, um vorhergenanntes Vorspannungsträgersignal zu löschen, wobei ein Ausgangssignal zur Verfügung gestellt wird, welches die Rotationsrate der wahrnehmenden Faserspule (34) anzeigt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Setzens aller Zeitintervalle (t&sub1;-t&sub8;) gleich der Durchlaufzeit des Lichtes durch die wahrnehmende Faserspule beinhaltet.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin folgende Schritte beinhaltet:

Herausführung eines Ausgangs der Detektorvorrichtung mit einer Herausführungsvorrichtung (104);

Bestimmung der Rotationsrate mit einer Ratendemodulationsvorrichtung (112) verbunden mit dem Ausgang der Herausführungsvorrichtung;

Justierung der Kalibrierung der Ratendemodulationsvorrichtung mit einer Amplitudendemodulationsvorrichtung (120), verbunden mit dem Ausgang der Herausführungsvorrichtung;

einen summierenden Schaltkreis (118), welcher mit der Ratendemodulationsvorrichtung zum Empfang eines Ratensignals verbunden ist und weiterhin verbunden mit einem Referenzgenerator (122), der wiederum zwischen den summierenden Schaltkreis und die Amplitudendemodulationsvorrichtung zur Zurverfügungstellung eines Kalibrierungssignals für den summierenden Verstärker verbunden ist;

der Zurverfügungstellung eines Auslösungssignals für die Herausführungsvorrichtung, die Ratendemodulationsvorrichtung und den summierenden Schaltkreis mit der Vorspannungsträgergeneratorvorrichtung, dem summierenden Schaltkreis, welcher so gestaltet ist, daß das Ratensignal, das Kalibrierungssignal und das Auslösesignal kombiniert werden, um ein Treibersignal für die Phasenmodulationsvorrichtung zu erzeugen, so daß die Modulationsvorrichtung (36) die Phase der Wellen in der wahrnehmenden Faserspule (34) justiert, um sogenanntes Aufhebungssignal zu beinhalten, um das Detektorsignal während des ausgewählten Zeitintervalls aufzuheben;

ein Schaltelement, welches zwischen dem summierenden Schaltkreis und der Phasenmodulationsvorrichtung angeordnet ist; und

eine Steuerung des Schaltelementes mit Signalen von der Vorspannungsträgergeneratorvorrichtung, um das Treibersignal auf die Phasenmodulationsvorrichtung selektiv anzuwenden.