DE4105204C1

DE4105204C1 -

Info

Publication number: DE4105204C1
Application number: DE19914105204
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8206 Bruckmuehl De Hauser
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: GB9203634D0; FR2672985B1; GB2253053A; FR2672985A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Abgriff für einen drehmoment kompensierten Kreisel, dessen Kreiselläufer in einem inneren Rahmen gelagert ist und bei welchem die Drehung des inneren Rahmens um eine senkrecht zur Kreiselläuferachse gerichteten und in einem gehäusefesten zweiten Rahmen gelagerten Achse mittels eines optischen Abgriffes erfaßt wird.The invention relates to an optical tap for a torque compensated gyroscope, its gyro rotor in an inner frame is stored and in which the rotation of the inner frame by one oriented perpendicular to the rotor axis and in a housing-fixed second frame bearing axis detected by means of an optical tap becomes.

Ein Kreiselabgriff der o.g. Art ist beispielsweise aus der DE 38 04 766 C2 bekannt. Der optische Meßabgriff bei dieser bekannten Anordnung besteht aus einer Lichtquelle, einer zweiteiligen lichtempfindlichen Einrichtung und einem im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der lichtempfindlichen Einrichtung angeordneten passiven Bauelement, wobei bei einer Auslenkung des Kreiselrahmens in einer Teilfläche der licht empfindlichen Einrichtung der Strom zunimmt und in der anderen Teil fläche abnimmt. Als lichtempfindliche Einrichtung kommt dabei speziell eine Differential-Fotodiode zur Anwendung, wobei dann das passive Bau element z. B. als Schlitzblende ausgebildet ist. Positionsverschiebungen der Schlitzblende bewirken eine entsprechende Verschiebung des auf die Differential-Fotodiode fallenden Lichtstreifens, welcher erfaßt und als Stellsignal für einen Drehmomentgeber zur Kompensation der Rahmenaus lenkung verwendet wird.A gyro tap of the above Art is for example from DE 38 04 766 C2 known. The optical measuring tap in this known arrangement consists of a light source, a two-part photosensitive Device and one in the beam path between the light source and the photosensitive device arranged passive component, wherein with a deflection of the gyro frame in a partial area of light sensitive device the current increases and in the other part area decreases. As a light-sensitive device comes special a differential photodiode to use, then passive construction element z. B. is designed as a slit diaphragm. Position shifts the slit diaphragm cause a corresponding shift of the Differential photodiode falling light strip, which is detected and as Control signal for a torque sensor to compensate the frame steering is used.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit des Meßab griffes unter Beibehaltung der Vorteile, die ein berührungsfreier Ab griff liefert, mit einfachen Mitteln erheblich zu steigern. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch einen nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten optischen Abgriff.It is an object of the present invention to determine the accuracy of the measurement handles while maintaining the benefits of a non-contact Ab handle delivers, with simple means to increase significantly. The solution this task is accomplished by using the characteristic features of claim 1 trained optical tap.

Der interferometrische Kreiselabgriff ermöglicht - abhängig von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes und der radialen Entfernung der reflektierenden Fläche von der Rahmenachse - bei einem Bauvolumen von einigen Kubikzentimetern eine Winkelauflösung im Bereich 10^-3°. Bei einer derart hohen Auflösung kann die rotierende Masse des Kreisel läufers erheblich verkleinert werden, so daß auch die Lager geringeren Belastungen ausgesetzt sind und entsprechend reibungsärmer ausgebildet sein können.The interferometric gyro tap enables - depending on the wavelength of the light used and the radial distance of the reflecting surface from the frame axis - an angular resolution in the range of 10 ^-3 ° with a construction volume of a few cubic centimeters. With such a high resolution, the rotating mass of the rotor rotor can be significantly reduced, so that the bearings are also exposed to lower loads and can be designed with less friction.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispielses näher beschrieben.The invention is based on a partially schematic illustrated embodiment described in more detail.

Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel geht von einem dreh momentkompensierten Kreisel aus, wie er in Fig. 1 der DE 38 04 766 dargestellt ist. Anstelle der Schlitzblende und der zugehörigen opto elektrischen Elemente wird jedoch die nachfolgend beschriebene Einrich tung verwendet:The embodiment shown in the figure is based on a torque-compensated gyroscope, as shown in Fig. 1 of DE 38 04 766. Instead of the slit diaphragm and the associated opto-electrical elements, however, the device described below is used:

An dem nicht dargestellten inneren Kreiselrahmen ist ein Balken 2 derart befestigt, daß seine Längsachse senkrecht zur Rahmendrehachse 1 ver läuft, wobei eine reflektierende Oberfläche 2.1 des Balkens 2 in der Ebene der Drehachse 1 liegt und so orientiert ist, daß ihre Flächennormale etwa mit der Bewegungsrichtung der Fläche 2.1 bei geringfügiger Drehung des Balkens 2 um die Achse 1 zusammenfällt. Über der Achse 1 und dem Balken 2 befindet sich ein Michelson-Interferometer, welches im wesentlichen aus einer Laserdiode 3, einem Kollimator 4, einem Prisma 5 mit halbdurchlässiger Oberfläche 5.1, einem ersten planen Spiegel 6, einem zweiten planen Spiegel 7 sowie einem konvexem Spiegel 8 besteht. Das von der Laserdiode 3 ausgesandte kohärente Licht wird durch den Kollimator 4 zu einem parallelen Strahlenbündel 10.1 gebündelt und trifft zuerst auf die teildurchlässige Fläche 5.1 des Prismas 5. Ein Teil der Strahlung geht ungehindert hindurch und trifft auf den Spiegel 6, von dem es reflektiert wird und wiederum auf die Rückseite der teildurchlässigen Schicht 5.1. trifft (Strahlengang 10.2). Ein anderer Teil des aus dem Strahlengang 10.1 stammenden Lichtes wird an der Fläche 5.1 und 90° parallel zur Längsachse des Balkens 2 umgelenkt (Strahlengang 10.3). Im Bereich über der reflektierenden Fläche 2.1 des Balkens 2 befindet sich ein gehäusefester Umlenkspiegel 7, der den Strahlengang 10.3 senkrecht auf die reflektierende Oberfläche 2.1 lenkt. Die von dort reflektierte Strahlung wird wiederum über den Umlenkspiegel 7 auf den Strahlteiler 5.1 gelenkt und interferiert dort mit dem Referenzstrahl 10.2. Der nach Interferenz entstehende Lichtstrahl 10.4 trifft auf den konvexen Umlenkspiegel 8 und erfährt dabei eine Aufweitung. Entsprechend aufgeweitet ist dann das in der Ebene 9 entstehende Interferenzlinienmuster, welches von zwei Fotodioden 10 und 11 erfaßt wird.At the unillustrated inner gimbal, a bar 2 is attached such that its longitudinal axis perpendicular to the frame axis of rotation 1 is running ver, wherein a reflecting surface of the beam 2 is 2.1 in the plane of the rotation axis 1 and is oriented so that its surface normal approximately with the direction of movement the area 2.1 coincides with a slight rotation of the bar 2 about the axis 1 . Above the axis 1 and the bar 2 there is a Michelson interferometer, which essentially consists of a laser diode 3 , a collimator 4 , a prism 5 with a semi-transparent surface 5.1 , a first flat mirror 6 , a second flat mirror 7 and a convex mirror 8 exists. The coherent light emitted by the laser diode 3 is bundled by the collimator 4 to form a parallel beam 10.1 and first strikes the partially transparent surface 5.1 of the prism 5 . Part of the radiation passes through unhindered and strikes the mirror 6 , from which it is reflected, and in turn hits the back of the partially transparent layer 5.1 . strikes (beam path 10.2 ). Another part of the light originating from the beam path 10.1 is deflected on the surface 5.1 and 90 ° parallel to the longitudinal axis of the beam 2 (beam path 10.3 ). In the area above the reflecting surface 2.1 of the beam 2 there is a deflection mirror 7 fixed to the housing, which deflects the beam path 10.3 perpendicularly onto the reflecting surface 2.1 . The radiation reflected from there is in turn directed via the deflecting mirror 7 onto the beam splitter 5.1 and there interferes with the reference beam 10.2 . The light beam 10.4 arising after interference strikes the convex deflecting mirror 8 and is thereby widened. The interference line pattern which arises in plane 9 and is detected by two photodiodes 10 and 11 is then expanded accordingly.

Verändert sich nun durch eine Drehung des Kreiselrahmens der Abstand zwischen dem gehäusefesten Umlenkspiegel 7 und der rahmenfesten Ober fläche 2.1 des Balkens 2, so verändert sich die optische Weglänge des Meßstrahlenganges 10.3, so daß die Interferenzlinien je nach Abstandsänderung entweder in die eine oder in die andere Richtung wandern. Bei geringen Auslenkungen des Balkens kann dabei die Verkippung der Fläche 2.1 vernachlässigt werden. Die beiden Fotodioden 11 und 12, die in einem Abstand angeordnet sind, der geringer als der Abstand zweier Interferenzlinien ist, dienen zur Erkennung der Bewegung der Interferenzlinien, wobei eine mit den Fotodioden verbundene, nicht näher dargestellte Elektronik die Bewegung der Interferenzlinien auswertet. Die Elektronik beinhaltet im wesentlichen einen Zähler, der richtungs empfindlich die Anzahl der Interferenzlinien, die über die Fotodioden laufen, aufsummiert. Der Zählerstand wird dabei ständig erhöht, wenn sich die Interferenzlinien in die eine Richtung bewegen und entsprechend erniedrigt, wenn sich die Interferenzlinien in die ent gegengesetzte Richtung bewegen. Somit entspricht der Zählerstand der Bewegung des Kreiselrahmens. Der Zählerstand kann dann als Stellsignal für eine ebenfalls an sich bekannte und nicht näher dargestellte Drehmomentkompensation verwendet werden, durch welche der Balken 2 und damit der innere Kreiselrahmen in seine Ruhelage zurückgeführt wird.Changes now by a rotation of the gyro frame, the distance between the fixed mirror 7 and the frame-fixed upper surface 2.1 of the bar 2 , the optical path length of the measuring beam path 10.3 changes , so that the interference lines depending on the distance change either in one or in the other Walk towards. With slight deflections of the beam, the tilting of the surface 2.1 can be neglected. The two photodiodes 11 and 12 , which are arranged at a distance that is less than the distance between two interference lines, are used to detect the movement of the interference lines, wherein electronics, not shown, connected to the photodiodes evaluates the movement of the interference lines. The electronics essentially contain a counter, which directionally adds up the number of interference lines that run over the photodiodes. The counter reading is continuously increased when the interference lines move in one direction and decreased accordingly when the interference lines move in the opposite direction. The counter reading corresponds to the movement of the gyro frame. The counter reading can then be used as a control signal for a torque compensation, which is also known per se and is not shown in detail, by means of which the bar 2 and thus the inner gyro frame are returned to their rest position.

Claims

1. Optical tap for a torque-compensated gyroscope whose gyro rotor is mounted in an inner frame and in which the rotation of the inner frame about an axis directed perpendicular to the gyro rotor axis and mounted in a second frame fixed to the housing is detected by means of an optical tap, characterized in that that the inner frame ( 2 ) at a radial distance from its axis ( 1 ) has an optically reflecting surface ( 2.1 ), the surface normal of which coincides with a movement component of the inner frame ( 2 ),
that the reflecting surface ( 2.1 ) is arranged in the beam path ( 10.3 ) of an interferometer ( 3 to 8 ) fixed to the housing in such a way that the optical radiation reflected by the surface ( 2.1 ) interferes with a reference radiation,
that the interference lines are detected by at least two photodiodes ( 11 , 12 ) and
that the photodiodes ( 11 , 12 ) are connected to an electrical circuit for determining the number and the direction of the interference lines moving via the photodiodes ( 11 , 12 ).

2. Optical gyro tap according to claim 1, characterized in that the interferometer ( 3 to 8 ) is a Michelson interferometer.

3. Optical gyro tap according to claim 1 or 2, characterized in that the reference beam path ( 10.2 ) of the interferometer ( 3 to 8 ) parallel to the frame axis ( 1 ) and the measuring beam path ( 10.3 ) perpendicular to the frame axis ( 1 ).