DE69208081T2

DE69208081T2 - Optischer faserkreisel zum digitalen verarbeiten eines signals

Info

Publication number: DE69208081T2
Application number: DE69208081T
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Pepin; Jacques Rochereau
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: EP0576655B1; ES2085142T3; DE69208081D1; FR2685471B1; JPH06507726A; FR2685471A1; WO1993013387A1; CA2104458A1; EP0576655A1

Description

Die Erfindung betrifft Gyrometer mit einer optischen Faser mit einem dielektrischen Wellenleiter in Spulenform; mit einer elektromagnetischen Quelle, die mit einem Separator versehen ist, um in die Spule zwei gegenläuf ige Wellen zu schicken, die aus der Quelle stammen; einem Interferenzdetektor, der die gegenläufigen Wellen empfängt; elektro-optischen Phasenverschiebungsmitteln, die einerseits gesteuert werden, um den Wellen eine periodische, abwechselnde und phasensymmetrische Modulation mit einer halben Periode τn etwa gleich der Zeit τf des Durchlaufes der Spule zu geben, und die andererseits eine Phasenverschiebungsrampe mit regulierbarer Neigung empfangen und stromaufwärts der Spule für eine Welle und stromabwärts für die andere Welle angeordnet sind; und mit elektronischen Mitteln zum Wenden und Messen, welche die Richtung und den Wert der Neigung der Rampe zum Annulieren der Phasenverschiebung der vom Interferenzdetektor empfangenen Wellen steuern.
Die elektro-optischen Mittel können zwei verschiedene Phasenverschieber aufweisen, wobei der eine das Modulationssignal und der andere die Phasenverschiebungsrampe empfängt. Sie können ebenso einen einzigen Phasenverschieber aufweisen, der ein kombiniertes Signal empfängt.
Es gibt eine sehr große Zahl von Druckschriften, die Gyrometer des vorbeschriebenen Typs beschreiben, bei denen der dielektrische Leiter im allgemeinen eine optische Faser ist, die aus einer Spule mit einigen Hundert Wicklungen besteht. Diese Gyrometer basieren auf dern Sagnac-Effekt: wenn zwei Wellen, die aus derselben Quelle stammen, in eine Faserspule und gegenläufig eingebracht werden und dann auf dem Niveau eines Detektors kombiniert werden, sind die optischen Wege gleich, wenn der Gyrometer fixiert ist. Die vom Detektor empfangene Leistung ist dann am größten. Wenn dagegen die Spule sich mit einer Geschwindigkeit Ω um ihre Achse dreht, legen die Wellen zwei optisch unterschiedliche Wege zurück, was sich in einer Phasenverschiebung φs überträgt:
φs = (4 Π LR) Ω / λ&sub0; c&sub0;,
wobei L die Gesamtlänge der Faser, R der Radius der Spule, λ&sub0; die Wellenlänge im Vakuum und c&sub0; die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.
Die augenblickliche, vom Detektor empfangene Leistung P ist dann P = P&sub0;/2 (1 + cos φs), wobei P&sub0; die Leistung ist, die empfangen wird, wenn keine Rotation stattfindet.
Ein Gyrometer, der so ausgeführt ist, daß er Ω durch einfache Messung von P/P&sub0; liefert, wäre in der Praxis unbrauchbar. Die Gyrometer des vorbeschriebenen Typs erlauben es, zwei wesentliche Fehler des prinzipiellen Aufbaus zu vermeiden.
Ein erster Fehler ist darauf zurückzuführen, daß P/P&sub0; schwach und nicht linear variiert, da cos φs wenig variiert, weil φs nahe 0 ist. Die elektro-optischen Mittel des vorerwähnten Gyrometers bringen es mit sich, daß der Meßpunkt in einem Bereich liegt, wo der Vergrößerungsfaktor erhöht ist und die Variation des Signals in Funktion der Geschwindigkeit ungefähr linear ist. Diese Modulationsmittel empfangen oft ein Signal, das als "Dither" qualifiziert wird, mit einer 1/2 Periode τn gleich der Durchlaufzeit der Spule (d.h. gleich der Zeit τf des Durchlaufes in der optischen Phase) und einer Amplitude, die einer Phasenvariation φm entspricht, die nicht reziprok ungefähr zu Π/2 ist. Diese Phasenverschiebung wird zuerst auf eine der Wellen aufgebracht und als zweites auf die andere angewendet, um die Ausdehnung in der Faser zu bewirken, bis dann die elektro-optischen Modulationsmittel stromaufwärts der Faser für eine Welle und stromabwärts für die andere Welle angeordnet sind. Der Gyrometer ist somit abwechselnd ungefähr am Punkt der halben Intensität jeder Seite des Maximums des Interferenzstreifens polarisiert.
Mit anderen Worten oszilliert der Funktionspunkt auf der Charakteristik P (φ) zwischen etwa symmetrischen Punkten auf der mittleren Höhe einer Sinuskurve.
Ein zweiter Fehler liegt aufgrund seines Grundaufbaus darin, daß der Gyrometer kein Nullapparat ist. Bei vorstehend beschriebenen Gyrometern wird dieser Fehler vermieden durch Einführung einer nicht reziproken Phasenverschiebung φr, d.h. daß es nicht denselben Effekt auf beide gegenläufigen Wellen gibt, derart, um φs + φr auf 0 zurückzuführen. Die Phasenverschiebung φr wird mit Hilfe einer Spannungsrampe hergestellt, die auf den elektro-optischen Modulator stromaufwärts der Spule für eine Welle und stromabwärts für die andere Welle angewendet wird. Die Rampe ist regelbar, um + φr zu annullieren. Die Phase der einen Welle wird somit verschoben, bevor sie die Spule nicht durchlaufen hat, während die andere verschoben wird, nachdem sie die Spule durchlaufen hat, was sich in einer Phasenverschiebung zwischen den Wellen gleich der Differenz zwischen den beiden identischen Rampen überträgt, die zeitlich während der Dauer des Ringdurchlaufes verschoben sind. Die Phasenverschiebung φr ist konstant in der Zeit für eine gegebene Steigung und proportional zur Steigung der Rampe, welcher man eine Richtung gibt, die vom Vorzeichen der Eingangsgeschwindigkeit Ω abhängt.
Im allgemeinen weisen die elektronischen Regel- und Meßmittel einen analogen Aufbau auf. Man hat indessen schon vorgeschlagen, bestimmte numerische Bauteile zu verwenden. Die vorliegende Erfindung schlägt einen vorbeschriebenen Gyrometer vor, bei dem die elektronischen Regel- und Meßmittel vollständig numerisch sind, mit Ausnahme eines analog-numerischen Eingangswandlers und eventuell eines numerisch-analogen Ausgangsregelwandlers. Sie sieht gleichzeitig vor, die Folgen aus der unvermeidlichen Abweichung zwischen τn und τf zu vermeiden.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung insbesondere einen vorbeschriebenen Gyrometer vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die elektronischen Mittel zum Wenden und Messen einen analog-numerischen Wandler, der das Ausgangssignal eines Interferenzdetektors empfängt und auf eine Kette mit numerischem Demodulator zugreift, welcher ein Referenzsignal mit der Periode 2τn empfängt, einen Integrator, der ein Signal liefert, das repräsentativ für einen Schätzwert der Drehgeschwindigkeit ist, einen Korrektursummierer und einen Integrator zur Erzeugung der Rampe aufweist, wobei der Korrektursummierer gleichermaßen ein Korrektursignal empfängt, welches durch Integration des Fehlersignals der Umkehr der Rampe erhalten wird.
Das die Steuereinrichtung bestimmende Signal wird auf die elektro-optischen Mittel angewendet, eventuell nach Summation mit dern Modulationssignal, wenn die elektro-optischen Mittel einen einzigen Phasenverschieber aufweisen. Das Modulationssignal ist selbst auch in numerischer Form. Ein numerisch-analoger Ausgangsumwandler ist vorgesehen, wenn die elektro-optischen Mittel ein einziges Elektrodenpaar aufweisen. Die elektro-optischen Mittel können ebenfalls direkt in numerischer Form beaufschlagt werden, in einer Messung, wo sie mehrere Paare von Elektroden aufweisen, wobei jedes ein unterschiedliches Gewicht hat und jede eines der Ausgangsbits der Behandlungs- und Meßmittel empfängt.
Die Erfindung ist besser zu verstehen anhand der Lektüre der Beschreibung, die anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles folgt, wobei dieses Ausführungsbeispiel die Erfindung nicht einschränkt. Die Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, in denen
Fig. 1 ein Prinzipschema eines Gyrometers mit einer optischen Faser ist, deren optischen und elektrooptischen Teile im allgemeinen einen bekannten Aufbau aufweisen, aber Teil der Erfindung sind;
Fig. 2 eine Variation der Ausgangsleistung in Funktion der Phase und der möglichen Funktionspunkte zeigt;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm ist, das das Aussehen der Signale an verschiedenen Stellen des Schemas nach Figur 1 zeigt;
Fig. 4 und 5 schematisch einen möglichen Aufbau eines Demodulators und eines Rampengenerators zeigen, die für die Vorrichtung nach Fig. 1 brauchbar sind;
Fig. 6a die Art und Weise zeigt, mit der die Korrektur für die beiden Drehrichtungen bewirkt wird;
Fig. 6b die Addition der Modulation der Rampe für die beiden Drehrichtungen zeigt und
Fig. 7 ähnlich eines Teils der Fig. 1 eine Ausführungsvariante zeigt.
Der in Fig. 1 dargestellte Gyrometer hat einen allgemein optischen Aufbau, der bekannt ist (siehe FR-A-2 670 885) und muß folglich nicht im einzelnen beschrieben werden. Er weist einen dielektrischen Leiter in Spulenform 10 auf, welcher im allgemeinen von einer Spule aus optischer Faser gebildet ist und eine Länge von 50 bis 1.000 in mit einem Faden von einer Dicke von einigen cm aufweisen kann. Eine Lichtquelle 12 sowie eine Laserdiode oder eine Superleuchtdiode speist die beiden Enden der Faser durch Zwischenschaltung einer optischen Anordnung 16. Ein zwischen der Quelle 12 und der optischen Anordnung angeordneter Derivator 14 erlaubt es, die Leistung zurückzubringen, die durch die Wellen geliefert wird, welche umgekehrt durch die Spule 10 gelaufen sind.
Die optische Anordnung 16 weist einen Separator auf, der eine Leistung gegen die beiden Enden der Fasern schickt. Sie weist außerdem elektro-optische oder andere Phasenmodulationsmittel 31 auf.
In dem in Figur 1 dargestellten Fall weisen die Mittel einen einzigen Phasenverschieber auf, der bestimmt ist, die Summe von zwei Signalen zu empfangen:
- ein elektrisches, periodisches, abwechselndes Signal, mit einer 1/2 Periode τn gleich der Durchlauf zeit der Spule τf (die Zeit, in der Variationen mit der Drehgeschwindigkeit Ω vernachlässigbar sind), wobei die Amplitude so ist, daß sie eine Modulation der optischen Phase von ± Π/2 hervorruft. Dieses Signal bringt die Meßpunkte in die Zonen, wo die Sensibilität und Linearität maximal sind. Dieses periodische Signal kann insbesondere quadriert werden und durch ein MOD-Signal synchronisiert werden, das von einer Zeitbasis 18 stammt, die ein Signal mit einer festen Frequenz einer Zeituhr 20 empfängt;
- eine Rampe mit veränderbarer Steigung, die durch elektronische Wende- und Meßmittel erzeugt wird.
Die elektronischen Wende- und Meßmittel weisen entsprechend dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Detektormodul 22 zur Filterung und Vorverstärkung auf, der von einem Sensor und einem Vorverstärker, welcher mit einem Eingang 23 zur Rückkehr auf Null versehen sein kann, gebildet ist. Die Spannung VD des Ausgangs des Detektormoduls 22, welche repräsentativ für die empfangene optische Leistung P ist, wird auf einen analog-numerischen Wandler 27 angewendet, der über seinen Ausgang aufeinanderfolgende Muster Ei liefert (eins pro Halbperiode τn), z.B. numeriert in Form von 8 Bit-Worten. Jedes Signal E&sub1; der Ordnung i wird auf einen numerischen Demodulator 26 angewendet, der ein Referenzsignal A von der Zeitbasis 18 empfängt. Das kontinuierliche demodulierte Signal Di, das aus dem Demodulator 26 herauskommt, bildet ein Verschiebesignal. Dies wird auf einen numerischen Integrator 28 angewendet, dessen Ausgangssignal repräsentativ für die geschätzte Drehgeschwindigkeit Ω ist. Dieses Ausgangssignal steuert nach Durchgang durch einen Korrektursummierer 29, dessen Rolle weiter unten erläutert wird, einen numerischen Integrator, der zu einem Phasenrampengenerator 30 gehört. Dieser Generator 30 ist gleichzeitig vorgesehen, um auf einem Ausgang P oder einem Ausgang M gemäß der Richtung der Rampe einen Impuls auf jede Kapazitätsüberschreitung desselben zu geben, d.h. sobald die Rampe eine Amplitude erreicht, die einer vorbestimmten optischen Phasenverschiebung von 2Π im allgemeinen entspricht. Jeder Impuls entspricht folglich einem vorbestimmten winkligförmigen Inkrement der Drehung des Gyrometers.
Wie bereits weiter oben angedeutet, werden die elektro-optischen Mittel 31 von einem einzigen Phasenverschieber gebildet, der somit die Summe der Rampe der Verschiebung und des Modulationssignals empfängt. Dazu folgt dem Integrator 30 ein numerischer Summierer 32, der gleichermaßen das Modulationssignal MET empfängt, welches in numerischer Form durch die Zeitbasis 18 geliefert wird, oder der die Korrektur von 2Π abzieht. Somit reicht ein einziger numerischanaloger Wandler 34, um die elektro-optischen Mittel zu beaufschlagen.
Die Korrekturschleife von 2Π weist in dein in Figur 1 dargestellten Fall einen Integrator auf, der das Signal in Form numerischer Muster Ei empfängt und am Ausgang ein Korrektursignal KΣ&epsi;2Π liefert, das repräsentativ für den Fehler 2Π während der Umkehr der Rampe ist, wie man weiter unten sehen wird (wobei k eine Konstante ist). Dieser Integrator wird von einein Tor OU 38 bei jeder Aussendung eines Signals über den Ausgang P oder den Ausgang M des Generators 30 gesteuert.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung erlaubt es, die ungewünschten Konsequenzen der unvermeidlichen Abweichung zwischen der Modulationsperiode τn und der Ausbreitungszeit τf in der Faser verschwinden zu lassen. Der Funktionspunkt oszilliert auf der Charakteristik P = f (φ) zwischen zwei Punkten 1 und 2. Weil die regelnde Phase φr exakt die aus dem Sagnac-Effekt folgende Phase φs kompensiert, sind die Funktionspunkte symmetrisch. Im umgekehrten Fall sind die Punkte nicht symmetrisch, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
Die Spannung VD oszilliert also zwischen zwei Werten V&sub1; und V&sub2;, wobei (V&sub2; - V&sub1;) A repräsentativ für φr + φs ist, wobei A eine binäre Variable ist, die die Werte -1 und +1 annehmen kann.
In Wirklichkeit ist der Interferenzdetektor zwei Leistungspunkten unterworfen, aufgrund der Tatsache, daß τn nicht exakt τf ist. Die Größe dieser Punkte ist gleich τf - τn , ein Wert, der immer gering im Vergleich zu τf ist.
Der analog numerische Wandler 27 wird von der Zeitbasis 18 derart gesteuert, um das detektierte Signal zu mustern und zu numerisieren zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten tmi, getrennt von τn, und vorhergehend zu den Leistungspunkten.
Die aufeinanderfolgenden Zeitpunkte τmi der Numerisierung sind am Ende jeder Halbperiode der Modulation ausgewählt, um die übergänge des Verstärkers des Detektormoduls zu minimieren. Ei bezeichnet den numerischen Ausgangswert zum Zeitpunkt tmi , wobei der synchrone Demodulator auf seinem Ausgang folgende Werte liefert:
Di = Ei für A = +1 (A&sub0; = 0)
Di = Ei für A = -1 (A&sub0; = 1).
A&sub0; kann beispielsweise die Werte 1 und 0 annehmen, wenn die Phasenmodulation jeweils +Π/2 oder -Π/2 ist. Der Demodulator 26 kann dann in äußerst einfacher Weise realisiert werden durch die Tore OU ausschließlich und Summierer, wie dies in Figur 4 dargestellt ist.
Der numerische Integrator 28 bewirkt dann am Ende jeder Periode τn folgende Operation:
i = i-1 + Di.
Er speichert das Resultat i in einem Pufferspeicher bei jeder Übertragung.
Es ist notwendig, ein Überlaufen in dern Pufferspeicher des Integrators 28 zu vermeiden. Hierzu kann man beispielsweise den Zwang vorsehen, daß die Übertragung in den Speicher unter der Bedingung vorgenommen werden soll, daß die Summe von zwei Zahlen desselben Zeichens ( i-1 und Di) ein Resultat eines identischen Zeichens ergibt. Die Kapazität in Zahlen von Bits des Integrators 28 wird in Abhängigkeit von der gewünschten dynamischen Antwort gewählt.
Der Rampengenerator 30 soll am Ende jeder Periode τn einen Wert R liefern, der definiert wird durch:
Ri = Ri-1 + i.
Diese Funktion kann mit einem Generator 30 des in Fig. 5 dargestellen Typs realisiert werden, der einen Summierer aufweist, dem ein Pufferspeicher 42 folgt. Die Ausgangssignale P und M werden durch die Signale der positiven und negativen Überschreitung des Registers 42 gebildet. Diese Signale P und M, die jeweils ein winkelförmiges Inkrement darstellen, bilden gleichzeitig die Kapazitätsüberläufe der Phasenrampe.
In dem in Figur 1 dargestellten Fall, ist die Phasenrampe dem Modulationssignal hinzugefügt und dann in Spannung in 34 umgewandelt. Die regelnde Phase φr ist dann folgender Form:
φr = K [R(t) - R (t-τf)],
wobei die Werte R proportional zu den entsprechenden Werten Ri und Ri-1 sind. Die numerische Höhe der Ausgangsmarken ist repräsentativ für Ω.
Das Überlaufen des Pufferspeichers 42 kann dann in positiver Richtung durch die Tatsache entdeckt werden, daß die Summe der zwei positiven Zahlen ein negatives Resultat ergibt und umgekehrt.
Bei jedem Überlaufen wird die zu bewirkende Korrektur dem Inhalt des Pufferregisters hinzugefügt oder von diesem abgeezogen, entsprechend dern Vorzeichen der Drehgeschwindigkeit, wie dies in Figur 6a angedeutet ist. In dem in der Figur 6a dargestellten Fall weist der verwendete Bereich des Rampengenerators 11 Bits auf und die Hinzufügung der Modulation benötigt ein zusätzliches Bit, wie dies in Figur 6b gezeigt ist.
Die Korrektur C wird durch die Steuerschleife ausgeführt, die den Integrator 36 nach Art der Verschiebung des Funktionspunktes aufweist:
- 3 oder 4 (Fig. 2) bei jedem positiven Überlauf des Integrators 30, wobei der Punkt 3 oder der Punkt 4 geschwächt werden, je nachdem, ob die Phase der Modulation +Π/2 oder -Π/2 ist;
- 5 oder 6 bei jedem negativen Überlauf des Integrators 30, wobei die Punkte 5 oder 6 geschwächt sind, je nachdem, ob die Phase der Modulation -Π/2 oder +H/2 ist.
Wenn n die Anzahl der Bits in dem Pufferspeicher 42 ist, wird eine Phase 2Π dann dargestellt durch 2n - C, wobei C eine binäre natürliche Zahl von &epsi;2Π darstellt und C immer positiv ist.
Die Überlagerung der Modulation mit der Rampe wird, ohne bei jedem Überlauf die Aufspürung des Fehlers über 2Π zu behindern, durch Addition der signifikantesten Bits der Rampe und Addition zu der Modulation (0,Π/2) in dern Summierer 32 bewirkt. Wenn der wirkliche Wert 2Πe entsprechend der Umkehr der Rampe nicht ganz genau gleich 2Π ist, wird der Fehler &epsi;2Π = 2Πe-2Π entdeckt, wenn der Funktionspunkt in 3 oder 4 (oder in 5 oder 6) ist. In dem Fall eines Fehlers, wo &epsi;2Π positiv ist, kommen die Punkte heraus, welche in Figur 2 in 3a, 4a, 5a und 6a angezeigt sind.
Der Punkt 3a entspricht zum Beispiel Ω negativ und A = 1, wohingegen der Punkt 5a Ω positiv und A = &supmin;¹ entspricht.
Die Berechnung zeigt, daß, wenn man mit Ei+1 die entdeckte Spannung für einen der Punkte 3a, ... 6a, bezeichnet, für die Paare der homologen Punkte folgendes erhält:
Ei+1 - Ei-1 = K. Vorzeichen (Ω). Vorzeichen (A).&epsi;2Π und für den Fall, daß Ei = Ei-1:
Ei+1 + Ei-1 = K. Vorzeichen (Ω). Vorzeichen (A).&epsi;2Π, wobei K eine Konstante ist.
Man kann die Messung Ei+1 + Ei unabhängig von den Vorzeichen von Ω und A wiedergeben, indem man folgende Operation durchführt:
Vorzeichen (Ω). Vorzeichen (A).(Ei+1 + Ei) = K&epsi;2Π.
Diese Größe der Abweichung wird bei jeder Rückkehr zu 0 in den Integrator 36 eingegeben.
Ist der Betrieb einmal eingerichtet, stabilisiert sich der Integrator 36 auf einen von einem Vorzeichen bestimmten Wert. Durch Umkehrung des signifikantesten Bits wird die Komplementärdarstellung zu 2 übertragen in eine binäre natürliche Darstellung: wenn beispielsweise die Übertragung durch 3 Bits erfolgt, hat man die nachfolgenden Werte (die erste Spalte entspricht der dezimalen Zählung, die zweite entspricht der Darstellung im Komplement zu 2 und die dritte in natürlicher Binärdarstellung): Umkehrung von MSB Bit mit starkem Gewicht
Die Korrektur findet sich wieder hinzugefügt zu der Phasenrampe im Falle eines positiven Überlaufs, und abgezogen im Falle eines negativen Überlaufs, wie dies in Figur 6a dargestellt ist.
Die numerisch-analoge Umwandlung erlaubt es, eine analoge Steuerrampe des Phasenverschiebers 31 zu erhalten, und kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Eine erste Lösung besteht darin, ein CNA 34 zu verwenden, das auf 12 Bits funktioniert, wenn die Rampe auf 11 Bits numerisiert ist, was es erlaubt, die Modulation der Amplitude 2Π/2 der Rampe ohne das Risiko eines Überlaufs hinzuzufügen. Diese Anordnung unterdrückt die Notwendigkeit eines CNA's mit variabler analoger Referenz, welche eine Korrektur von 2Π im Referenzniveau implizieren würde.
Eine zweite Lösung besteht darin, einfach die Elektroden des elektro-optischen Phasenverschiebers in n-Elemente zu zerlegen (n stellt die Zahl der Bits des Summiererausgangs 32 dar), wobei die aufeinanderfolgenden Elektrodenlängen Längen in geometrischer Progression der Basis 2 aufweisen. Eine solche Anordnung wirft nicht das Problem einer integrierten Optik auf.
Der Fehler &epsi;2Π wird automatisch vollständig dadurch kompensiert, daß die Detektion in ihrem linearen Bereich bleibt.
Das Prinzip dieser Kompensation leitet sich aus einer Analyse der Funktion ab. Wenn man eine Zeit t betrachtet, während derer die Sagnac-Phase φs konstant ist, und N Impulse desselben Typs (P oder M) ausgesendet werden, führt die Steuerung folgendes aus:
In dieser Formel (1) bezeichnet n die Anzahl der Rechenschritte n = t/τn.
Man hat außerdem
In dem Fall, in dem beispielsweise (φr)i positiv ist, und wo φs negativ ist, was einem negativen Wert von Ω entspricht, findet man ausgehend von der Formel (1): wobei θ den Drehwinkel des Gyrometers darstellt.
Diese Formel (3) läßt sich gleichermaßen interpretieren, daß das winkelförmige Gewicht Δθ jedes Inkrements durch ein Signal P oder M dargestellt wird und gleich ist:
λ&sub0;C&sub0;τn/LD.
Der Fehler &epsi;2Π tritt nicht mehr auf.
Die bis hierhin beschriebene Anordnung weist die Besonderheit auf, daß 2Π durch 2n nicht dargestellt wird für den Fall, wo die Rampe auf n Bits kodiert ist. Die Messung wird denormalisiert, was eine winkelförmige Interpolation vermeidet. Wenn man eine solche Interpolation zu machen wünscht, um eine geringere winkelförmige Auflösung als die zu erreichen, die dern Gewicht der Überlaufimpulse entspricht, kann man die schematisch in Fig. 7 angedeutete Anordnung verwenden, wo Elemente, die denen in Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Modulation bleibt auf der Rampe überlagert, ohne das Risiko eines Überlaufs.
Die Phasenrampe wird weiterhin in einem Pufferspeicher, beispielsweise Modulo 2¹¹, erzeugt. In dem dargestellten Fall ist die der Rampe hinzugefügte Modulation (0, + Π/2) dargestellt durch 2&sup9;. Das Resultat wird mit einer Zahl N multipliziert, so wie 2¹¹. N sei die numerische Darstellung von 2Π im Niveau des Eintritts des CNA 34. Diese Multiplikation wird bewirkt in einem Multiplizierer 44. Die Zahl N wird im Summierer 46 erhalten, indem zu N&sub0; der numerische Wert hingefügt wird, der durch Integration von 2Π erhalten wird. N ist die Größe, die die Steuerschleife von 2Π regelt.
Der Verstärkungsfaktor von CNA wird dann ausgangsweise derart angepaßt, daß (2¹¹ + 2&sup9;) N&sub0; gleich (1-d)2¹² ist, wobei die maximale Variation der Verstärkung der Umwandlung ist, welche durch das CNA 34 und den elektro-optischen Phasenverschieber 31 gebildet ist.
Es gibt gleichzeitig eine Steuereinrichtung, die die Korrektur derart vornimmt, daß 2Π permanent durch 2Π am Ausgang des Rampengenerators repräsentiert bleibt. Es ist dann möglich, die winkelförmige Auflösung zu verbessern, indem man den numerischen Wert des Rampengenerators in Rechnung zieht, der der Summe der Impulse P und M nebengestellt werden kann.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, ist das korrigierte, für die elektro-optischen Mittel des Phasenverschiebers 31 bestimmte gesammte Signal in numerischer Form verfügbar (am Ausgang des Summierers 32 im Falle der Figur 1 und am Ausgang des Multiplizierers 44 im Falle der Figur 7). Dies hat den Vorteil, die Verwirklichung dieser Mittel 31 mit mehreren Paaren von auf verschiedene Gewichte angewendeten Elektroden zu erlauben, wie vorstehend erläutert. Außerdem kann ein selber Wandler in einer temporären Vielfalt verwendet werden, wenn mehrere Spulen in verschiedener Ausrichtung gebraucht werden, um einen Gyrometer mit mehreren Achsen zu bilden. Die numerischen Modulationssignale können dann kombiniert werden, um entsprechende Phasenverschiebungsmittel zu beeinflussen.

Claims

1. Gyrometer mit einer optischen Faserspule (10), einer elektromagnetischen Quelle (12), die mit einem Separator versehen ist, um in die Spule zwei gegenläufige Wellen zu schicken, die aus der Quelle stammen, einem Interferenzdetektor (22), der die gegenläufigen Wellen empfängt, mit elektro-optischen Phasenverschiebungsinitteln (31), die einerseits gesteuert werden, um den Wellen eine periodische abwechselnde und phasensymmetrische Modulation mit einer halben Periode tn etwa gleich der Zeit tf des Durchlaufes der Spule zu geben, und die andererseits eine Phasenverschiebungsrampe mit regulierbarer Neigung empfangen und stromaufwärts der Spule für eine Welle und stromabwärts für die andere angeordnet sind, und mit elektronischen Mitteln zum Wenden und Messen, welche die Richtung und den Wert der Neigung der Rampe zum Annulieren der Phasenverschiebung der vom Interferenzdetektor empfangenen Wellen steuern, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektronischen Mittel zum Wenden und Messen einen analog-numerischen Wandler (27), der das Ausgangssignal des Interferenzdetektors (22) empfängt und auf eine Kette mit einem numerischen Demodulator (26) zugreift, welcher ein Referenzsignal init der Periode (2 tn) empfängt, einen Integrator (28), der ein Signal liefert, das repräsentativ für einen Schätzwert Ω der Drehgeschwindigkeit ist, einen Korrektursummierer (29) und einen Integrator (30) zur Erzeugung der Rampe aufweist, wobei der Korrektursummierer gleichermaßen ein Korrektursignal empfängt, welches durch Integration des Fehlersignals um 2 P erhalten wird.

2. Gyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Integrators zur Erzeugung dem Modulationssignal hinzugefügt wird, wobei die elektro-optischen Mittel einen einzigen Phasenverschieber aufweisen.

3. Gyrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen numerisch-analogen Ausgangsumwandler (34) stromaufwärts der elektro-optischen Mittel.

4. Gyrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das numerische Signal, das aus der Addition des Ausgangs des Integrators zur Erzeugung der Rampe und des Modulationssignales resultiert, auf die elektro-optischen Mittel angewendet wird, welche mehrere Paare von Elektroden mit unterschiedlichen Ladungen aufweisen.

5. Gyrorneter nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsumwandler eine zahlenmäßige Kapazität von Bits aufweist, die ausreichend größer als die des Integrators (30) zur Erzeugung der Rampe der regelbaren Phase aufweist, um jeden Überlauf aufgrund der Addition des numerischen Modulationssignales zu vermeiden.

6. Gyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal von einer Schleife geliefert wird, welche einen zusätzlichen numerischen Integrator (36) aufweist, der Ausgangswerte (Ei) des analog-numerischen Umwandlers (27) empfängt und von einem Signal (P oder M) gesteuert wird, welches vorn Integrator (30) zur Erzeugung der Rampe der Phase bei jeder Rückkehr der Rampe empfangen wird.

7. Gyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der analog-numerische Umwandler (27) zu den Zeitpunkten (tm) am Ende jeder Halbmodulationsperiode (tn) außerhalb der Zeitintervalle des Nichtempfangens während der Durchlauf zeit (tf) und der Modulationsperiode gesteuert wird.

8. Gyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur um 2 P mittels eines Multiplizierers (44) bewirkt wird.