DE69602884T2

DE69602884T2 - Faseroptischer Geschwindigkeitsmesswandler

Info

Publication number: DE69602884T2
Application number: DE69602884T
Authority: DE
Inventors: Ezra Baruch
Original assignee: Hydro Aire Inc
Current assignee: Hydro Aire Inc
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2016-05-01
Also published as: EP0741298A1; US5617022A; US5818221A; JPH09105756A; JP3415989B2; DE69602884D1; HK1013330A1; EP0741298B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

FACHGEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Wandler zur Verwendung bei der Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstands und insbesondere einen faseroptischen Geschwindigkeitswandler, welcher bei der Messung einer Drehgeschwindigkeit eines Luftfahrzeug-Bremssystembauteils verwendet wird.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Seit dem Einbau rotierender Bauteile in Maschinen besteht der Bedarf, die Geschwindigkeit des Bauteils zu überwachen und zu steuern/regeln, um die Systemwirksamkeit und die Ansprecherfordernisse zu erfüllen. Derartige Erfordernisse sind für Hochleistungsfahrzeugsysteme zunehmend strenger, insbesondere für diejenigen, welche mit Bremssystemen von Luftfahrzeugen und anderen Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen verbunden sind. Für derartige Systeme ist es entscheidend, die Rate zu kennen, mit welcher die Drehgeschwindigkeit der Räder in Antwort auf das Einsetzen des Bremssystems abfällt.
Ein in der Vergangenheit eingesetztes Mittel, um die Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands zu bestimmen, ist eine Form eines elektromechanischen Tachometers. Der elektromechanische Tachometer hatte typischerweise die Funktion, zu der Geschwindigkeit der rotierenden Bauteile proportionale Signale zu erzeugen, was jedoch unter anderem aufgrund elektronischen Rauschens beschränkt war, welches in der Umgebung vorhanden war, in welcher diese eingesetzt wurden. Obwohl einige Verbesserungen bei den ersten elektromechanischen Tachometern hilfreich waren, um das Signalrauschen zu verringern und die Auflösung des Tachometers zu verbessern, ließen die elektromechanischen Instrumente immer noch als Hauptinstrument zum Messen der Geschwindigkeit eines Bremssystembauteils, wie beispielsweise der Bremsscheibe oder eines Rades, sehr zu wünschen übrig.
Spätere Entwicklungen von Geschwindigkeitssensoren umfaßten den Einsatz von Lichtimpuls-Signalen, wobei die Anzahl der durch eine elektronische Steuereinheit überwachten Impulse mit der Geschwindigkeit der Scheibe in Korrelation standen. Aufgrund der EMI-Unempfindlichkeit, des geringen Gewichts und der hohen Auflösung waren Systeme, welche Licht zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit verwendeten, besonders erwünscht. Diese Systeme wiesen allerdings einen nicht hermetisch abgedichteten optischen Hohlraum auf, welcher bei solchen Anwendungen(wie beispielsweise Luftfahrzeug-Radgeschwindigkeits-Erfassungen) zu Problemen führt, bei welchen es erforderlich ist, beträchtliche Druckänderungen in einer schmutzreichen Umgebung zu durchlaufen.
Weitere Verbesserungen umfassen Geschwindigkeitswandler, welche magnetooptisches Material einsetzen, welches für einen Betrieb mit faseroptischer Lichtenergie ausgelegt ist, welche Wandler in Systemen zur Bestimmung von Drehgeschwindigkeit eingesetzt wurden. Derartige Systeme stellten nicht nur ein verbessertes Mittel zum Übertragen von Lichtimpulsen zu elektronischen Steuereinheiten dar, sondern waren auch dazu ausgelegt, die Faraday-Rotations- Eigenschaften von magnetooptischem Material auszunützen, um den optischen Hohlraum hermetisch abzudichten. Allgemein ausgedrückt wird in dem magnetooptischen Material dann, wenn es einem magnetischen Feld ausgesetzt ist, eine besondere magnetische Flußdichte erzeugt, welche bewirkt, daß durch das Material hindurchgehendes polarisiertes Licht einer Faraday-Rotation unterliegt. Es tritt dann eine Kopplung zwischen den elektrischen Feldvektoren von Photonen, umfassend die durch das magnetooptische Material hindurchgehende Energie des polarisierten Lichtes, und den elektrischen Feldvektoren der magnetisch ausgerichteten Atome des magnetooptischen Materials ein. Wenn eine derartige Kopplung eintritt, werden die Polarisationsvektoren der Lichtenergie gedreht, wobei die Größe der Faraday-Rotation durch die magnetische Flußdichte des magnetooptischen Materials bestimmt ist. Durch Ausbilden eines drehenden Bauteils mit Mitteln, welche die magnetische Flußdichte des magnetooptischen Materials mit variierendem Ausmaß auf Grundlage dessen Geschwindigkeit beeinflussen, und durch Beobachten der Beziehung zwischen der sich ergebenden Größe der Drehung der Polarisationsvektoren und der Geschwindigkeit des Bauteils war es möglich, die Geschwindigkeit des drehenden Bauteils durch Beobachten der sich ergebenden Polarisationsvektoren zu bestimmen. Bei dieser Konfiguration wird das Licht durch den variierenden magnetischen Fluß moduliert und da keine Codierscheibe notwendig ist, kann der optische Hohlraum, welcher Bauteile enthält, durch die sich das Licht ausbreitet, hermetisch abgedichtet werden.
Bei herkömmlichen Anwendungen der magnetooptisches Material verwendenden Geschwindigkeitswandler wird das magnetooptische Material eingesetzt, um die Entwicklung von Lichtenergiesignalen zu erleichtern, welche verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines rotierenden Bauteils zu bestimmen. Das magnetooptische Material wurde sorgfältig ausgewählt, so daß es lediglich in einer engen Bandbreite von Wellenlängen von polarisiertem Licht eine Drehung bewirkt. Folglich hat sich Lichtenergie einer einzelnen Lichtquelle mit einem breiten Wellenlängenspektrum herkömmlicherweise durch das magnetooptische Material ausgebreitet, wobei das magnetooptische Material die Funktion hatte, die Lichtenergie mit einem bestimmten Wellenlängenbereich innerhalb der Bandbreite zu drehen und die Lichtenergie mit Wellenlängen außerhalb dieser Bandbreite unbeeinflußt zu lassen. Auf diese Weise wurde die unbeeinflußte Lichtenergie als eine Referenz bei der Berechnung der Drehgeschwindigkeit eingesetzt oder als eine Referenz für Überprüfung der Unverfälschtheit, und die gedrehte Lichtenergie wurde als Indikator für die Drehgeschwindigkeit verwendet. Bei einer Alternative wurden gleichzeitig zwei Lichtquellen verwendet und durch das magnetooptische Material fortgeleitet, wobei eine Lichtquelle eine Wellenlänge außerhalb der Bandbreite aufwies und somit als Referenz verwendet wurde und die andere durch das magnetooptische Material gedreht wurde und somit als Indikator für die Drehgeschwindigkeit verwendet wurde. In beiden Fällen umfaßte der herkömmliche Geschwindigkeitswandler typischerweise einen Spiegel, dessen Funktion es war, die Lichtwellen unabhängig von ihren Wellenlängen durch das magnetooptische Material zurückzureflektieren.
Diese herkömmlichen Geschwindigkeitswandler, welche magnetooptisches Material einsetzten, waren allerdings eingeschränkt, da sie relativ teure Bauteile und Materialien erforderten. Das magnetooptische Material war teuer, da es erforderlich war, lediglich auf eine geringe Bandbreite von Lichtwellenlängen einzuwirken, um die Bereitstellung einer Referenzlichtenergie zu erleichtern. Zusätzlich waren die Lichtquellen, Lichtdetektoren und optischen Fasern kostenintensiv, da die Lichtwellenlänge, welche nicht durch das magnetooptische Material beeinflußt wird, normalerweise eine längere Wellenlänge ist, als diejenigen, welche für Standardkommunikationsfaseroptik-Bauelemente eingesetzt werden.
Die EP-A-0 568 992 zeigt einen magnetooptischen Sensorkopf zum Messen der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands, umfassend eine Lichtquelle, einen Licht- Eingangs-/Ausgangs-Weg, einen Polarisierer, einen Faraday-Rotator und einen reflektierenden Film. Die Lichtquelle in D1 arbeitet in einem einzigen engen Wellenlängenbereich und das Referenzlicht wird vom Signallicht derart getrennt, welches zum Messen der Drehgeschwindigkeit des Gegenstands verwendet wird, daß das Referenzlicht lediglich einen kleinen Weg des vom Signallicht zurückgelegten optischen Wegs zurücklegt.
Die WO89/06364 zeigt einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit eines rotierenden Gegenstands mit zwei Lichtquellen, einem Licht-Eingangs-/Ausgangs-Weg, einem Polarisierer, einem Faraday-Rotator und einer reflektierenden Oberfläche. Das Licht von beiden Lichtquellen geht durch den Faraday-Rotator.
Um die mit den Geschwindigkeitswandlern gemäß dem Stand der Technik verbundene Probleme und Beschränkungen zu umgehen, oder zu beseitigen, ist ein Geschwindigkeitswandler bestehend aus relativ kostengünstigen Bauteilen und Materialien höchst wünschenswert, welcher Signale erzeugt, die genau der Drehgeschwindigkeit eines Bauelements entsprechen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein faseroptischer Geschwindigkeitswandler zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands vorgesehen, umfassend: Mittel zum Fortleiten einer Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen; Mittel zum Polarisieren von Lichtenergie; Mittel zum wahlweisen Hindurchlassen eines ersten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen und zum wahlweisen Reflektieren eines zweiten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen; Mittel zum Bewirken einer Faraday-Rotation der Lichtenergie; und Mittel zum Reflektieren von durch die Faraday-Rotations-Mittel hindurchgehender Lichtenergie; dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise Hindurchlaß- und Reflektiermittel eine dielektrische Beschichtung sind, welche an den Faraday-Rotations-Mitteln angebracht ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands vorgesehen, umfassend: Fortleiten einer Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen in einem faseroptischen Geschwindigkeitswandler; Polarisieren der Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen; wahlweises Hindurchlassen eines ersten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen und zum wahlweisen Reflektieren eines zweiten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen; Vorsehen von Faraday- Rotations-Mitteln um eine Faraday-Rotation der Lichtenergie zu bewirken, und Reflektieren von durch die Faraday-Rotationsmittel hindurchgehender Lichtenergie; gekennzeichnet durch: Anbringen einer dielektrischen Beschichtung an den Faraday-Rotationsmitteln derart, daß der erste vorbestimmte Bereich von Wellenlängen hindurchgelassen wird und der zweite vorbestimmte Bereich von Wellenlängen durch diese reflektiert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen einen faseroptischen Geschwindigkeitswandler vor, welcher die Funktion hat, Signale zu übertragen, welche für die Geschwindigkeit eines sich drehenden Gegenstands charakteristisch sind. Um die Übertragung derartiger Signale zu erreichen, umfassen bevorzugte Ausführungsbeispiele einen neuartigen Aufbau, welcher mit magnetooptischem Material zusammenwirkt, welches optische Faraday-Rotations-Eigenschaften besitzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können bei einer Vielzahl von Problemen angewendet werden, welche die genaue Messung einer Drehgeschwindigkeit erfordern, wobei sich herausgestellt hat, daß diese besonders vorteilhaft sind bei Hochleistungsbremssystemen, wie diejenigen in Luftfahrzeugen oder anderen Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen.
Ein faseroptischer Geschwindigkeitswandler gemäß der vorliegenden Erfindung bereitet im Betrieb eine Mehrzahl von Lichtenergiequellen auf, so daß diese bei der Bestimmung der Geschwindigkeit eines rotierenden Gegenstands verwendet werden können. Insbesondere umfassen bevorzugte Ausführungsbeispiele Mittel zum wahlweisen Hindurchlassen eines ersten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen durch ein magnetooptisches Material, wodurch eine Faraday-Rotation in der hindurchgelassenen Lichtenergie bewirkt wird, welche für die Geschwindigkeit eines überwachten Gegenstands charakteristisch ist, und zum wahlweisen Reflektieren eines zweiten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen, um die reflektierte Lichtenergie als Referenz verfügbar zu machen.
In einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt der faseroptische Geschwindigkeitswandler einen 2 · 1-Koppler, welcher mit einer Eingangs-Ausgangs-Faser zusammenwirkt, von denen jede die Funktion aufweist, Licht sowohl zu emittieren als auch zu empfangen. Zusätzlich umfaßt der faseroptische Geschwindigkeitswandler eine Linse, einen Polarisierer und einen Spiegel sowie magnetooptisches Material mit einer an einer proximalen Seite angebrachten dielektrischen Beschichtung, wobei die dielektrische Beschichtung die Funktion aufweist, wahlweise bestimmte Lichtwellenlängen hindurchzulassen.
Im Betrieb geht Lichtenergie mit einer ersten Wellenlänge durch die dielektrische Beschichtung des magnetooptischen Materials, wohingegen die dielektrische Beschichtung Lichtenergie mit einer zweiten Wellenlänge zu einem Signalverarbeitungssystem zurück reflektiert. Vor dem Hindurchgehen durch das magnetooptische Material wird das Licht der ersten Wellenlänge zum Signalverarbeitungssystem durch einen Spiegel zurückreflektiert. Somit bewirkt das magnetooptische Material eine Faraday-Rotation bei dem Licht der ersten Wellenlänge, tut dies jedoch nicht bei dem Licht der zweiten Wellenlänge. Auf diese Weise kann das Licht der ersten Wellenlänge als Indikator der Geschwindigkeit des Gegenstands verwendet werden, und das Licht der zweiten Wellenlänge kann als Referenz verwendet werden.
Zusätzlich können weniger kostenintensive Bauteile und Materialien, d. h. Standardkomponeneten, im Wandler eingesetzt werden, da der faseroptische Wandler bewirkt, daß lediglich das Licht der ersten Wellenlänge hindurchgeht. Dies bedeutet, daß weniger kostenintensives magnetooptisches Material und weniger kostenintensive Spiegel bei dem faseroptischen Wandler verwendet werden können, da diese lediglich mit dem Licht der ersten Wellenlänge zusammenwirken müssen. Das magnetooptische Material und der Spiegel müssen nicht dazu ausgelegt sein, mit dem Licht der zweiten Wellenlänge zusammenzuwirken.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Wandler keinen 2 · 1-Koppler auf und umfaßt ferner eine GRIN (gradierter Index)-Linse, welche derart ausgelegt ist, daß diese die Lichtenergie ausrichtet, und eine Abbildungslinse zum Abbilden des ausgerichteten Lichts auf dem magnetooptischen Material. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Wandler insgesamt keine Struktur zum Ausrichten von Lichtenergie auf sondern sieht die Verwendung eines empfindlichen Erfassungsschaltkreises mit diesem vor. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welche einen faseroptischen Geschwindigkeitswandler darstellt.
Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten faseroptischen Geschwindigkeitswandlers.
Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten faseroptischen Geschwindigkeitswandlers.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Wie in den Zeichnungen gezeigt, welche zu Zwecken der Darstellung und nicht beschränkend beschrieben werden, umfaßt die Erfindung einen faseroptischen Geschwindigkeitswandler zur Verwendung bei der Bestimmung der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands. Es hat sich herausgestellt, daß herkömmliche Mittel zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands entweder hinsichtlich ihrer Auflösung oder hinsichtlich ihrer Genauigkeit beschränkt sind, daß diese EMI-empfindlich sind oder eine komplexe Struktur aufweisen und daß Systeme kostenintensiv in der Herstellung sind. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeitswandler gemäß dem Stand der Technik, welche magnetooptisches Material einsetzen, magnetooptisches Material verwenden müssen, welches enge Bandbreiten von Lichtenergie hindurchläßt und faseroptische Komponenten, welche mit Lichtenergie zusammenwirken müssen, die keine Standardwellenlängen aufweist. Der faseroptische Geschwindigkeitswandler der vorliegenden Erfindung ist sehr genau und weist eine optimale Auflösung auf und umfaßt relativ kostengünstige Bauteile und Materialien. Somit stellt der beschriebene Wandler ein hochwertiges Mittel zum Bestimmen der. Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands bereit.
In einem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein faseroptisches Geschwindigkeitswandler 10 gezeigt, welcher die Funktion aufweist, für die Geschwindigkeit eines rotierenden Gegenstands charakteristische Signale zu übertragen. Um die Übertragung derartiger Signale zu bewirken, umfaßt die vorliegende Erfindung einen neuartigen Aufbau, welcher mit magnetooptischem Material 12 zusammenwirkt, welches optische Faraday-Rotations-Eigenschaften besitzt.
Insbesondere wird bei einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel in Betracht gezogen, daß der faseroptische Wandler 10 einen 2 · 1-Koppler 14 umfaßt, welcher mit einer Eingangs-/Ausgangs-Faser 16 zusammenwirkt, von denen jede die Funktion hat, Lichtenergie sowohl zu emittieren als auch zu empfangen. Zusätzlich umfaßt der faseroptische Wandler 14 eine Linse 18, einen Polarisierer 20 und einen Spiegel 21. Ferner weist das magnetooptische Material 12 eine an einer proximalen Seite 24 angebrachte dielektrische Beschichtung 22 auf, welche die Funktion hat, wahlweise bestimmte Lichtwellenlängen hindurchzulassen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt der faseroptische Geschwindigkeitswandler 10 Lichtenergie von zwei Quellen 26, 28, von denen jede eine verschiedene bekannte Wellenlänge besitzt. Die Lichtenergie mit der ersten Wellenlänge 26 kann verwendet werden, um ein Signal zu erzeugen, welches für die Geschwindigkeit eines bestimmten Gegenstands charakteristisch ist, wohingegen die Lichtenergie mit der zweiten Wellenlänge 28 dazu verwendet werden kann, ein Referenzsignal zu erzeugen. Es wird ferner in Betracht gezogen, daß die Lichtquellen in einer einzigen angeregten faseroptischen Leitung 30 durch einen ersten Wellenteilungsmultiplexer 32 kombiniert werden und daß die angeregte faseroptische Leitung 30 die Lichtenergie zum faseroptischen Geschwindigkeitswandler 10 fortleitet.
Am faseroptischen Geschwindigkeitswandler 10 wird die in der angeregten faseroptischen Leitung 30 fortgeleitete Lichtenergie durch den 2 · 1-Koppler 14 in die Eingangs-/Ausgangs-Faser 16 eingekoppelt. Die von der Eingangs-/Ausgangs- Faser 16 abgegebene Lichtenergie wird dann durch die Linse 18 ausgerichtet und danach durch den Polarisierer 20 polarisiert. Die Lichtenergie trifft dann auf das magnetooptische Material 12, wobei die dielektrische Beschichtung 22 desselben derart wirkt, daß sie wahlweise Lichtenergie hindurchläßt, welche die erste Wellenlänge 26 aufweist, und die Lichtenergie reflektiert, welche die zweite Wellenlänge 28 besitzt.
Die linear polarisierte Lichtenergie, welche durch die dielektrische Beschichtung 22 hindurchgeht, wird durch das magnetooptische Material 12 zu einem Ausmaß gedreht, welches der durch das Material fließenden Flußdichte entspricht. Es wird in Betracht gezogen, daß der zu messende Gegenstand mit einem Erregungsring oder einem ähnlichen Mechanismus ausgeführt ist, so daß ein zyklierendes Magnetfeld durch den Gegenstand erzeugt wird, welches parallel zur Richtung der Lichtausbreitung durch das magnetooptische Material 12 verläuft, welches Magnetfeld wiederum eine zyklierende Magnetflußdichte innerhalb des magnetooptischen Materials 12 erzeugt. Auf diese Weise beeinflußt das von dem sich bewegenden Gegenstand erzeugte magnetische Feld das magnetooptische Material 12 zu einem Ausmaß, welches der Geschwindigkeit des Gegenstands entspricht. Darüber hinaus bestimmt das Ausmaß, mit welchem das magnetooptische Material 12 von dem Gegenstand beeinflußt wird, das Ausmaß, in welchem das polarisierte Licht gedreht wird.
Nachdem die Lichtenergie mit der ersten Wellenlänge 26 durch das magnetooptische Material 12 gedreht wurde, breitet sie sich zum Spiegel 21 hin aus, welcher das Licht durch das magnetooptische Material 12 zurückreflektiert. Das magnetooptische Material 12 dreht das polarisierte Licht wieder zu einem Ausmaß, welches der durch das Material fließenden magnetischen Flußdichte entspricht. Die Lichtenergie 26 der ersten Wellenlänge breitet sich dann durch den Polarisierer zurück aus und wird folglich gedämpft, wobei deren Größe charakteristisch für das Ausmaß der Drehung oder Winkelposition der Lichtenergie ist, welche durch das magnetooptische Material 12 bewirkt wird, und noch wichtiger, das resultierende Signal kann direkt mit der Geschwindigkeit des. Gegenstands in Zusammenhang gebracht werden. Das gedämpfte Licht wird dann durch die Linse 18 zurück in die Eingangs-/Ausgangs-Faser 16, durch den Koppler 14 und zu einer faseroptischen Erfassungsleitung 34 fokussiert. Danach geht das gedämpfte Licht durch einen zweiten Wellenteilungsmultiplexer 36 und breitet sich zu einem ersten Wellenlängenfotodetektor 38 aus, welcher in Betrieb ist, um die Stärke des Lichtenergiesignals zu messen.
Das polarisierte Licht, welches durch das dielektrische Material 22 des magnetooptischen Materials 12 reflektiert wurde, geht ungedämpft durch den Polarisierer 20 und- durch die Linse 18 und zum Koppler 14 zurück. Vom Koppler 14 breitet sich die ungedämpfte Lichtenergie durch die faseroptische Erfassungsleitung 34 zum zweiten Wellenteilungsmultiplexer 36 und zu einem zweiten Fotodetektor 40 aus, welcher die Funktion hat, die Stärke des ungedämpften Lichts zu messen. Schließlich vergleicht eine Signalverarbeitungseinheit die gedämpften und ungedämpften Lichtenergiesignale, welche jeweils bekannte Ausgangsenergien und bekannte und verschiedene Ausgangswellenlängen aufweisen. Nach dem Vergleich dieser Signale kann die Geschwindigkeit des rotierenden Gegenstands bestimmt werden.
In einem zweiten gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (Fig. 2) umfaßt der faseroptische Geschwindigkeitswandler eine GRIN (gradierter Index)-Linse 42, welche mit einer Bildgebungslinse 44 zusammenwirkt, um ausgerichtete Lichtenergie durch den Polarisierer 20 und auf eine proximale Seite 24 des magnetooptischen Materials 12 abzubilden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die angeregte und die erfassende Leitung 30, 34 zusammengehalten und an der Mitte der GRIN-Linse 42 positioniert, so daß deren Mittellinie exakt zwischen den beiden Fasern hindurchgeht. Unter Verwendung dieses Schemas wird die von den anregenden Fasern 30 abgegebene Lichtenergie durch die GRIN-Linse 42 ausgerichtet, welche wiederum die Lichtenergie mit einem bestimmten Winkel relativ zu ihrer eigenen Achse in Abhängigkeit von optischen Parametern der GRIN-Linse 42 und der radialen Position der erregenden Faser 30 zu der Linsenachse ausbreitet.
In diesem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dann, wenn einmal die Lichtenergie auf das magnetooptische Material 12 abgebildet wurde, der Betrieb des Wandlers ähnlich dem im ersten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Gestaltung müssen die ersten und zweiten Wellenlängen 26, 28 der Lichtenergie allerdings Wellenlängen besitzen, welche bevorzugt nicht mehr als 100 nm voneinander entfernt sind. Deshalb ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, eine einzige Breitspektrum-LED zu verwenden, welche Lichtenergie sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Wellenlänge 26, 28 erzeugt, anstatt zwei verschiedene Lichtquellen zu verwenden.
In einem dritten gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) weist der magnetooptische Wandler kein Mittel zum Ausrichten der Lichtenergie auf. Statt dessen breitet sich die Lichtenergie direkt durch den Polarisierer 20 und auf das magnetooptische Material 12 aus. Es ist bedeutend, daß dieses Ausführungsbeispiel keine Ausrichtung erfordernden zerbrechlichen optischen Komponenten aufweist, was somit die Kosten des magnetooptischen Wandlers 10 beträchtlich verringert. Da dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel zur Handhabung geringer Lichtenergiepegel ausgelegt ist, wird ferner in Betracht gezogen, daß dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem besonders empfindlichen Erfassungsschaltkreis verwendet wird.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der beschriebene faseroptische Geschwindigkeitswandler ein genaues und kostengünstiges Mittel zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit eines Gegenstands bereitstellt. Somit stellt der beschriebene Wandler ein hochwertiges Mittel zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit bereit.
Während eine besondere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, ist es ferner augenscheinlich, daß verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Somit sollte es selbstverständlich sein, daß verschiedene Änderungen in der Form, im Detail und in der Anwendung der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Faseroptischer Geschwindigkeitswandler (10) zum Bestimmen der Rotationsgeschwindigkeit eines Gegenstands, umfassend: Mittel zum Fortleiten einer Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen (26); Mittel zum Polarisieren von Lichtenergie; Mittel zum wahlweisen Hindurchlassen eines ersten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen (26) und zum wahlweisen Reflektieren eines zweiten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen (28); Mittel (12) zum Bewirken einer Faraday- Rotätion der Lichtenergie; und Mittel (21) zum Reflektieren von durch die Faraday-Rotations-Mittel hindurchgehender Lichtenergie; dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise Hindurchlaß- und Reflektiermittel eine dielektrische Beschichtung (22) sind, welche an den Faraday-Rotations-Mitteln (12) angebracht ist.

2. Faseroptischer Geschwindigkeitswandler nach Anspruch 1, wobei die Faraday-Rotations-Mittel ein magnetooptisches Material sind und Mittel zum Reflektieren von durch das magnetooptische Material hindurchgehender polarisierter Lichtenergie vorgesehen sind.

3. Faseroptischer Geschwindigkeitswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen durch faseroptische Lichtenergiequellen (30, 34) bereitgestellt ist.

4. Faseroptischer Geschwindigkeitswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend Mittel zum Koppeln (14) der Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen, wobei die Kopplungsmittel ein 2 · 1-Koppler sind.

5. Verfahren zum Bestimmen der Rotationsgeschwindigkeit eines Gegenstands, umfassend:

Fortleiten einer Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen in einem faseroptischen Geschwindigkeitswandler (10);

Polarisieren der Mehrzahl von Lichtenergiewellenlängen;

wahlweises Hindurchlassen eines ersten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen (26) und zum wahlweisen Reflektieren eines zweiten vorbestimmten Bereichs von Lichtenergiewellenlängen (28);

Vorsehen von Faraday-Rotations-Mitteln (12) um eine Faraday-Rotation der Lichtenergie zu bewirken, und Reflektieren von durch die Faraday-Rotationsmittel (12) hindurchgehender Lichtenergie;

gekennzeichnet durch: Anbringen einer dielektrischen Beschichtung (22) an den Faraday-Rotationsmitteln (12) derart, daß der erste vorbestimmte Bereich von Wellenlängen (26) hindurchgelassen wird und der zweite vorbestimmte Bereich von Wellenlängen (28) von dieser reflektiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Faraday-Rotationsmittel (12) ein magnetooptisches Material umfassen, wobei das Verfahren ferner umfaßt:

Ausbilden des rotierenden Gegenstands mit Mitteln, um eine magnetische Flußdichte im magnetooptischen Material zu erzeugen, welche dessen Rotationsgeschwindigkeit wiedergibt, und Vergleichen einer ersten Wellenlänge innerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs von Wellenlängen (26), welche durch das magnetooptische Material hindurchgelassen wird, mit einer zweiten Wellenlänge innerhalb des zweiten vorbestimmten Bereichs von Wellenlängen (28), welche von der dielektrischen Beschichtung (22) reflektiert wird, um die Rotationsgeschwindigkeit des Gegenstands zu bestimmen.