EP2149031A1 - Active rotation sensor - Google Patents

Active rotation sensor

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Publication number
EP2149031A1
EP2149031A1 EP08758511A EP08758511A EP2149031A1 EP 2149031 A1 EP2149031 A1 EP 2149031A1 EP 08758511 A EP08758511 A EP 08758511A EP 08758511 A EP08758511 A EP 08758511A EP 2149031 A1 EP2149031 A1 EP 2149031A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
active
rotation sensor
fiber
sensor according
passive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08758511A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Walter Luhs
Fayez Jaber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meos AG
Original Assignee
Meos AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Meos AG filed Critical Meos AG
Publication of EP2149031A1 publication Critical patent/EP2149031A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details

Definitions

  • the invention relates to an active rotation sensor with a ring resonator for generating the laser light.
  • Such rotation sensors also referred to as laser gyros, are known and contain in tubes neon or comparable gases which are excited to produce the laser light which is guided inside the ring. These rotation sensors are complicated and expensive due to the gas filling.
  • Active rotation sensors of the type mentioned above are characterized in that the light source itself is an essential part of the gyroscope.
  • a ring laser has the property of generating laser light that passes through the top in both clockwise and inverse directions. This is of fundamental importance to the laser gyro, because it is precisely these two laser beams (modes) that ultimately change their properties differently when the gyro is rotated.
  • a fiber ring laser is known.
  • the mode coupling is used which consists essentially of an optical switch and an optical resonator tuned thereto.
  • the repetition rate of the optical switch determines the length of the resonator to be used. After activating the optical switch, it takes a certain time to close again. For this purpose, according to this prior art, 100 ns are required as Resonatorumlaufzeit. From the speed of the light in the fiber, the length of the entire optical resonator is about 20 m.
  • this known light source disadvantageously generates only pulsed multimodal radiation.
  • continuous and single-mode radiation is required for a laser gyro.
  • the rotation sensor is a fiber ring laser and that the active fiberglass material and passive fiberglass material are combined in a continuous manner.
  • an active rotation sensor which has only a comparatively low weight, even if glass fibers of considerable length must be used, which consist partly of active, partly passive material.
  • a rotation sensor is made of glass fibers easier to manufacture than a rotary sensor consisting of tubes, relatively inexpensive and has, as already mentioned, a low weight.
  • such a rotation sensor can achieve a long service life and is less susceptible to shock than a gas ring laser or rotation sensor, which is composed of gas tubes. Furthermore, there is no reason to fear that the gas important for the function escapes over time because the rotation sensor according to the invention requires no gas discharge tubes.
  • the passive fiber is connected to the two ends of the active fiber. It is expedient if the modes or frequencies emanating from the active glass fiber material in opposite sides or directions are superimposed in use.
  • At least one coupler or optical element is incorporated in the fiber strand to superpose the modes or frequencies emanating from the active glass fiber material in opposite directions or directions.
  • At least the fibrous strand made of passive glass fiber material can be wound into one or more coils. This makes it possible to accommodate a very large length of the passive glass fiber material in a small space.
  • the active fiber material On both sides of the active fiber material can be arranged, in particular mirror-symmetrical, in each case at least one coil of passive fiber material and connected to the active fiber material. This leads to a good symmetry of the rotation sensor.
  • a fiber-coupled diode laser with coupler For the supply of energy to the active glass fiber material, ie to the part of the rotation sensor which is formed by the active fiberglass material, a fiber-coupled diode laser with coupler can be provided. This is a proven way for such an energy supply.
  • a fiber filter for narrowing the emission spectrum of the active glass fiber material is provided in the region of the passive glass fiber material. According to the invention, it was experimentally surprisingly observed that a narrowband filter significantly improves the beat signal.
  • At least one polarization rotator can be arranged in the course of the passive fiberglass material. It can thus be ensured that the laser light in each case enters the active glass fiber material with the same polarization, from which it also originates.
  • the length of the active glass fiber is about five meters to about ten meters, preferably about six meters to about eight meters, in particular about seven meters.
  • the length of the passive glass fiber may be on the order of about fifty meters or hundred meters or two hundred meters or four hundred meters or possibly more or intermediate values of these lengths be.
  • the combination of active and passive glass fibers of the indicated lengths results in an effective rotation sensor, which may advantageously be made of fiberglass material, so that no gas tubes are required.
  • an active light source is allowed to emit only a single mode to obtain a unique beat frequency due to the gyroscope rotation.
  • a fiber ring laser is selected as the laser, it requires at least a few meters of this active material to generate laser radiation. Furthermore, the gain bandwidth compared to the known helium neon laser (0.002 nm), for example erbium doped fiber laser (about 60 nm) is much larger. Thus one has a resonator several meters long and an enormous high amplification bandwidth. The modes are therefore so close in the present invention that no optical filters or other mechanisms are known which allow one-mode and continuous radiation to be generated with a fiber laser or fiber ring laser.
  • the mode spacing of the optical resonator is calculated in the case of a fiber ring laser with a geometric length of 200 m which is particularly preferred according to the invention to:
  • the active glass fiber and the passive glass fiber may be fused together at their joints.
  • the production of the rotation sensor is very simple.
  • the active fiber may be wound to a space-saving coil having at least one or more windings.
  • a space-saving coil having at least one or more windings.
  • a rotation sensor which is a fiber ring laser, wherein the active fiberglass material is combined in a surprising manner with passive fiberglass material, so that a functional active rotation sensor is formed.
  • the single figure shows a schematic representation of an active rotation sensor according to the invention.
  • An active rotation sensor denoted overall by 100 is designed as a fiber ring laser in which active fiberglass material 3 and passive fiberglass material 2 are combined in a continuous manner.
  • the active fiberglass material 3 drawn as a broken line, extends in opposite sides or directions the passive fiberglass material 2 in order to form a ring resonator as a whole.
  • the modes or frequencies emanating from the active optical fiber 3 in opposite sides or directions can be superimposed in use be.
  • optical elements namely fiber concentrators 9 and 10 and a beam splitter 11 are incorporated in the fiber strand, in the exemplary embodiment in the course of the passive glass fiber material, in one whole 7 with a designated detection unit, which also detects a mirror 12 and a photodetector 13.
  • the above-mentioned superposition of the two modes is arranged in the region of the detection unit 7 at a position which is approximately opposite to the point of generation of the laser light on the entire fiber ring, it being ensured that the distances from the ends 3 a of the active fiber material 3 to the detection point or detection unit 7 are the same length, these distances are also measured over the respective turns of the sensor coils 5 and 6.
  • a fiber-coupled diode laser 1 is provided with coupler 1a, as it is schematically but clearly recognizable in the drawing.
  • coupler 1a one of the passive glass fibers of the coupler 1a with the active glass fiber 3rd be connected, as the drawing also indicates.
  • a polarization rotator 8 is arranged so that the laser light after one revolution again with the same polarization in the area of the active fiber material 3 and enter a changed polarization on its way can be reversed.
  • the length of the active glass fiber 3 may be, for example, between five meters and ten meters, preferably about seven meters.
  • the length of the passive glass fiber 2 may, for example, be on the order of two hundred meters, each of the coils 5 and 6 in unwound form having a length of about one hundred meters.
  • the active glass fiber 3 and the passive glass fiber 2 may be fused together in a known manner.
  • the active fiber 3 could be wound depending on the available space to a space-saving coil having at least one or more turns.
  • the active rotation sensor 100 which may also be referred to as a gyroscope for measuring rotational movements, has a ring resonator for generating the laser light and is a
  • Fiber ring laser in which the active fiberglass material 3 and passive fiberglass material 2 continue each other and form a ring combined are combined.
  • the length fraction of the passive glass fiber material 2, which connects the two ends of the active glass fiber material 3 is considerably larger than that of this active glass fiber material 3.

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Abstract

The invention relates to an active rotation sensor (100) that can also be referred to as a gyroscope for measuring rotary motions, comprising a ring resonator for generating laser light and being a fiber ring laser, the active fiber optic material (3) and passive fiber optic material (2) being combined such that they are continuous with each other and joined into a ring. The length portion of the passive fiber optic material (2) connecting the two ends of the active fiber optic material (3) is significantly greater than that of said active fiber optic material (3).

Description

Aktiver Rotationssensor Active rotation sensor
Die Erfindung betrifft einen aktiven Rotationssensor mit einem Ringresonator zur Erzeugung des Laserlichts.The invention relates to an active rotation sensor with a ring resonator for generating the laser light.
Derartige Rotationssensoren, die auch als Laserkreisel bezeichnet werden, sind bekannt und enthalten in Röhren Neon oder vergleichbare Gase, die zur Erzeugung des Laserlichts angeregt werden, welches innerhalb des Ringes geführt wird. Diese Rotationssensoren sind aufgrund der Gasfüllung aufwendig und teuer.Such rotation sensors, also referred to as laser gyros, are known and contain in tubes neon or comparable gases which are excited to produce the laser light which is guided inside the ring. These rotation sensors are complicated and expensive due to the gas filling.
Aktive Rotationssensoren der eingangs genannten Art zeichnen sich dadurch aus, dass die Lichtquelle selbst wesentlicher Bestandteil des Kreisels ist.Active rotation sensors of the type mentioned above are characterized in that the light source itself is an essential part of the gyroscope.
Ein Ringlaser hat die Eigenschaft Laserlicht zu erzeugen, dass sowohl im Uhrzeigersinn als auch in umgekehrter Richtung den Kreisel durchläuft. Dies ist von elementarer Bedeutung für den Laserkreisel, weil eben diese beiden Laserstrahlen (Moden) letztlich ihre Eigenschaften unterschiedlich verändern, wenn der Kreisel in Rotation versetzt wird.A ring laser has the property of generating laser light that passes through the top in both clockwise and inverse directions. This is of fundamental importance to the laser gyro, because it is precisely these two laser beams (modes) that ultimately change their properties differently when the gyro is rotated.
Es ist bekannt, dass die beiden Methoden unter dem Einfluss der Rotation ihre Schwingungsfrequenz ändern. Diese Differenz- oder auch Schwebungsfrequenz δv der beiden Moden ist streng linear zur Rotationsrate Ω des Kreisels.It is known that the two methods change their oscillation frequency under the influence of rotation. This difference or beat frequency δv of the two modes is strictly linear to the rotation rate Ω of the gyroscope.
Unter dem Einfluss der Rotation verändern sich die Frequenzen der beiden Moden, die als Schwebungsfrequenz einfach gemessen werden kann. Dieses Verfahren funktioniert jedoch nur dann, wenn der Laser, der Bestandteil des Kreisels ist, nur eine einzige Mode emittiert. Sollte der Laser mehr als nur eine Mode emittieren, so bildet jede Mode mit allen anderen Moden eine Schwebungsfrequenz und ein Rotationssignal ist nicht mehr zu erkennen. Dies kann gemäß Stand der Technik bei der Verwendung eines Helium Neon Laser relativ einfach vermieden werden.Under the influence of the rotation, the frequencies of the two modes change, which can be easily measured as a beat frequency. However, this method only works if the laser that is part of the gyro emits only a single mode. If the laser emits more than one mode, each mode forms a beat frequency with all other modes and a rotation signal is no longer recognizable. This can according to the prior art in the Using a helium neon laser can be relatively easily avoided.
Aus der DE 196 42 925 A1 ist ein Faserringlaser bekannt. Bei dem Faserringlaser gemäß diesem Stand der Technik zur Erzeugung gepulster Strahlung wird die Modenkopplung eingesetzt, die im Wesentlichen aus einem optischen Schalter und einem darauf abgestimmten optischen Resonator besteht. Die Repititionsrate des optischen Schalters bestimmt die Länge des zu verwendenden Resonators. Nachdem der optische Schalter aktiviert wurde, benötigt er eine bestimmte Zeit, um wieder zu schließen. Dazu sind gemäß diesem Stand der Technik 100 ns als Resonatorumlaufzeit erforderlich. Aus der Geschwindigkeit des Lichtes in der Faser ergibt sich die Länge des gesamten optischen Resonators zu etwa 20 m.From DE 196 42 925 A1 a fiber ring laser is known. In the fiber ring laser according to this prior art for generating pulsed radiation, the mode coupling is used which consists essentially of an optical switch and an optical resonator tuned thereto. The repetition rate of the optical switch determines the length of the resonator to be used. After activating the optical switch, it takes a certain time to close again. For this purpose, according to this prior art, 100 ns are required as Resonatorumlaufzeit. From the speed of the light in the fiber, the length of the entire optical resonator is about 20 m.
Diese bekannte Lichtquelle erzeugt mit Nachteil jedoch nur gepulste multimodale Strahlung. Demgegenüber ist für einen Laserkreisel kontinuierliche und einmodige Strahlung erforderlich.However, this known light source disadvantageously generates only pulsed multimodal radiation. In contrast, continuous and single-mode radiation is required for a laser gyro.
Würde man den Ringlaser nach der DE 196 42 925 A1 in Rotation versetzen, so könnte man deshalb keinen Laserkreisel damit realisieren.If you put the ring laser according to DE 196 42 925 A1 in rotation, so you could therefore realize no laser gyro with it.
Es besteht deshalb die Aufgabe, einen aktiven Rotationssensor oder Laserkreisel zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und auch ein geringeres Gewicht hat.It is therefore an object to provide an active rotation sensor or laser gyro, which is inexpensive to produce and also has a lower weight.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Rotationssensor ein Faserringlaser ist und dass das aktive Glasfasermaterial und passives Glasfasermaterial einander fortsetzend kombiniert sind. Auf diese Weise ergibt sich ein aktiver Rotationssensor, der nur ein vergleichsweise geringes Gewicht hat, selbst wenn Glasfasern von erheblicher Länge benutzt werden müssen, die zum Teil aus aktivem, zum Teil aus passivem Material bestehen. Ferner ist ein solcher Rotationssensor aus Glasfasern einfacher als ein aus Röhren bestehender Rotationssensor herstellbar, relativ preiswert und hat, wie schon erwähnt, ein geringes Gewicht. Darüber hinaus kann ein derartiger Rotationssensor eine hohe Lebensdauer erreichen und ist weniger stoßanfällig als ein Gasringlaser beziehungsweise Rotationssensor, der aus Gasröhren aufgebaut ist. Ferner ist nicht zu befürchten, dass im Laufe der Zeit das für die Funktion wichtige Gas entweicht, weil der erfindungsgemäße Rotationssensor keine Gasentladungsröhren benötigt.In order to achieve this object, it is provided that the rotation sensor is a fiber ring laser and that the active fiberglass material and passive fiberglass material are combined in a continuous manner. In this way results in an active rotation sensor, which has only a comparatively low weight, even if glass fibers of considerable length must be used, which consist partly of active, partly passive material. Furthermore, such a rotation sensor is made of glass fibers easier to manufacture than a rotary sensor consisting of tubes, relatively inexpensive and has, as already mentioned, a low weight. In addition, such a rotation sensor can achieve a long service life and is less susceptible to shock than a gas ring laser or rotation sensor, which is composed of gas tubes. Furthermore, there is no reason to fear that the gas important for the function escapes over time because the rotation sensor according to the invention requires no gas discharge tubes.
Die passive Glasfaser ist mit den beiden Enden der aktiven Glasfaser verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die von dem aktiven Glasfasermaterial nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen ausgehenden Moden oder Frequenzen bei Gebrauch einander überlagert sind.The passive fiber is connected to the two ends of the active fiber. It is expedient if the modes or frequencies emanating from the active glass fiber material in opposite sides or directions are superimposed in use.
Dabei ist es möglich, dass zur Überlagerung der nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen von dem aktiven Glasfasermaterial ausgehenden Moden oder Frequenzen in den Faserstrang wenigstens ein Koppler oder optisches Element eingebaut ist. Zumindest der aus passivem Glasfasermaterial bestehende Faserstrang kann zu einer oder mehreren Spulen gewickelt sein. Dadurch ist es möglich, auch eine sehr große Länge des passiven Glasfasermaterials auf kleinem Raum unterzubringen.In this case, it is possible for at least one coupler or optical element to be incorporated in the fiber strand to superpose the modes or frequencies emanating from the active glass fiber material in opposite directions or directions. At least the fibrous strand made of passive glass fiber material can be wound into one or more coils. This makes it possible to accommodate a very large length of the passive glass fiber material in a small space.
Beidseits des aktiven Fasermaterials kann dabei, insbesondere spiegelsymmetrisch, jeweils wenigstens eine Spule aus passivem Fasermaterial angeordnet und mit dem aktiven Fasermaterial verbunden sein. Dies führt zu einer guten Symmetrie des Rotationssensors.On both sides of the active fiber material can be arranged, in particular mirror-symmetrical, in each case at least one coil of passive fiber material and connected to the active fiber material. This leads to a good symmetry of the rotation sensor.
Günstig ist es insbesondere bei einer symmetrischen Anordnung, wenn die Überlagerung der beiden Moden der Stelle der Erzeugung des Laserlichts an dem Faserring gegenüber liegt beziehungsweise die Entfernungen von den Enden des aktiven Fasermaterials zu der Detektionsstelle - auch über die jeweiligen Windungen der Spulen aus passivem Fasermaterial - gleich lang sind. Dadurch ergeben sich die Überlagerungen der beiden Moden mit der erforderlichen Genauigkeit.It is favorable, in particular, in the case of a symmetrical arrangement, when the superposition of the two modes lies opposite the location of the generation of the laser light on the fiber ring or, respectively, Distances from the ends of the active fiber material to the detection site - even over the respective turns of the coils of passive fiber material - are the same length. This results in the overlays of the two modes with the required accuracy.
Für die Energiezufuhr zu dem aktiven Glasfasermaterial, also zu dem Teil des Rotationssensors, der von dem aktiven Glasfasermaterial gebildet wird, kann ein fasergekoppelter Diodenlaser mit Koppler vorgesehen sein. Dies ist eine bewährte Möglichkeit für eine derartige Energiezufuhr.For the supply of energy to the active glass fiber material, ie to the part of the rotation sensor which is formed by the active fiberglass material, a fiber-coupled diode laser with coupler can be provided. This is a proven way for such an energy supply.
Für eine Verbesserung der Signale kann es günstig sein, wenn im Bereich des passiven Glasfasermaterials ein Faserfilter zur Einengung des Emissionsspektrums des aktiven Glasfasermaterials vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wurde experimentell überraschend beobachtet, dass ein Schmalbandfilter das Schwebungssignal signifikant verbessert.For an improvement of the signals, it may be favorable if a fiber filter for narrowing the emission spectrum of the active glass fiber material is provided in the region of the passive glass fiber material. According to the invention, it was experimentally surprisingly observed that a narrowband filter significantly improves the beat signal.
Damit das Laserlicht nach einem Umlauf durch den Rotationssensor wieder mit übereinstimmender Polarisation in den Bereich des aktiven Glasfasermaterials eintritt, kann im Verlaufe des passiven Glasfasermaterials wenigstens ein Polarisationsdreher angeordnet sein. Damit kann sichergestellt werden, dass das Laserlicht jeweils mit übereinstimmender Polarisation in das aktive Glasfasermaterial eintritt, von welchem es auch ausgeht.So that the laser light again enters the region of the active fiberglass material after circulating through the rotation sensor with coincident polarization, at least one polarization rotator can be arranged in the course of the passive fiberglass material. It can thus be ensured that the laser light in each case enters the active glass fiber material with the same polarization, from which it also originates.
Versuche haben gezeigt, dass es zweckmäßig ist, wenn die Länge der aktiven Glasfaser etwa fünf Meter bis etwa zehn Meter, bevorzugt etwa sechs Meter bis etwa acht Meter, insbesondere etwa sieben Meter beträgt.Experiments have shown that it is expedient if the length of the active glass fiber is about five meters to about ten meters, preferably about six meters to about eight meters, in particular about seven meters.
Die Länge der passiven Glasfaser kann in der Größenordnung von etwa fünfzig Meter oder hundert Meter oder zweihundert Meter oder vierhundert Meter oder eventuell mehr oder Zwischenwerten von diesen Längen betragen. Die Kombination von aktiven und passiven Glasfasern mit den angegebenen Längen führt zu einem effektiven Rotationssensor, der vorteilhafterweise aus Glasfasermaterial bestehen kann, so dass keine Gasröhren erforderlich sind.The length of the passive glass fiber may be on the order of about fifty meters or hundred meters or two hundred meters or four hundred meters or possibly more or intermediate values of these lengths be. The combination of active and passive glass fibers of the indicated lengths results in an effective rotation sensor, which may advantageously be made of fiberglass material, so that no gas tubes are required.
Wie bereits erwähnt, darf eine aktive Lichtquelle nur eine einzige Mode emittieren, um eine eindeutige Schwebungsfrequenz aufgrund der Kreiselrotation zu erhalten.As already mentioned, an active light source is allowed to emit only a single mode to obtain a unique beat frequency due to the gyroscope rotation.
Wählt man erfindungsgemäß als Laser einen Faserringlaser aus, so benötigt man mindestens einige Meter dieses aktiven Materials, um Laserstrahlung zu erzeugen. Desweiteren ist die Verstärkungsbandbreite im Vergleich zum bekannten Helium Neon Laser (0,002 nm) beim beispielsweise Erbium dotierten Faserlaser (ca. 60 nm) wesentlich größer. Man hat somit einen mehrere Meter langen Resonator und eine immens hohe Verstärkungsbandbreite. Die Moden liegen daher erfindungsgemäß so dicht, dass keine optischen Filter oder anderen Mechanismen bekannt sind, die es erlauben, einmodige und kontinuierliche Strahlung mit einem Faserlaser oder Faserringlaser zu erzeugen.If, according to the invention, a fiber ring laser is selected as the laser, it requires at least a few meters of this active material to generate laser radiation. Furthermore, the gain bandwidth compared to the known helium neon laser (0.002 nm), for example erbium doped fiber laser (about 60 nm) is much larger. Thus one has a resonator several meters long and an immensely high amplification bandwidth. The modes are therefore so close in the present invention that no optical filters or other mechanisms are known which allow one-mode and continuous radiation to be generated with a fiber laser or fiber ring laser.
Es wurde nun experimentell überraschend festgestellt, dass, wenn die Länge L des Ringlasers auf 200 m gewählt wird, ein reines Schwebungssignal entsteht, als würde der Laser nur eine Mode emittieren. Damit ist erfindungsgemäß ein Faserringlaserkreisel realisiert.It has now been experimentally surprisingly found that if the length L of the ring laser is chosen to be 200 m, a pure beat signal is produced, as if the laser emitted only one mode. Thus, a fiber ring laser gyroscope is realized according to the invention.
Der Modenabstand des optischen Resonators berechnet sich bei einem nach der Erfindung besonders bevorzugten Faserringlaser mit einer geometrischen Länge von 200 m zu:The mode spacing of the optical resonator is calculated in the case of a fiber ring laser with a geometric length of 200 m which is particularly preferred according to the invention to:
δv=c/nL=3*108/1 ,5*200MHz=1 MHz.DELTA.V = c / nL = 3 * 10 8/1, 5 * 200 MHz = 1 MHz
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass eine Mindestlänge des optischen Resonators, bzw. der Länge der Glasfaser existiert, ab der monomodale Strahlung erzeugt wird.According to the invention it has been found that a minimum length of the optical resonator, or the length of the optical fiber exists, from the monomodal radiation is generated.
Die aktive Glasfaser und die passive Glasfaser können an ihren Verbindungsstellen miteinander verschmolzen sein. Somit ist die Herstellung des Rotationssensor denkbar einfach.The active glass fiber and the passive glass fiber may be fused together at their joints. Thus, the production of the rotation sensor is very simple.
Auch die aktive Faser kann zu einer wenigstens eine oder mehrere Windungen aufweisenden, platzsparenden Spule gewickelt sein. Somit kann sie mit den aus der neutralen oder passiven Glasfaser bestehenden Spulen auch unter beengten Verhältnissen eingesetzt und in einem entsprechend knapp bemessenen Gerätegehäuse untergebracht werden.Also, the active fiber may be wound to a space-saving coil having at least one or more windings. Thus, it can be used with the existing of the neutral or passive glass fiber coils under cramped conditions and housed in a correspondingly tight-sized device housing.
Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich ein Rotationssensor, der ein Faserringlaser ist, wobei das aktive Glasfasermaterial in überraschender Weise mit passivem Glasfasermaterial kombiniert ist, damit ein funktionstüchtiger aktiver Rotationssensor entsteht.Especially when combining one or more of the features and measures described above results in a rotation sensor, which is a fiber ring laser, wherein the active fiberglass material is combined in a surprising manner with passive fiberglass material, so that a functional active rotation sensor is formed.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawing.
Die einzige Figur zeigt in schematisierter Darstellung einen erfindungsgemäßen aktiven Rotationssensor.The single figure shows a schematic representation of an active rotation sensor according to the invention.
Ein im Ganzen mit 100 bezeichneter aktiver Rotationssensor ist als Faserringlaser ausgebildet, bei welchem aktives Glasfasermaterial 3 und passives Glasfasermaterial 2 einander fortsetzend kombiniert sind. In der einzigen Figur erkennt man, dass die von dem als unterbrochene Linie gezeichneten aktiven Glasfasermaterial 3 nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen das passive Glasfasermaterial 2 verläuft, um insgesamt einen Ringresonator zu bilden. Dadurch können die von der aktiven Glasfaser 3 nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen ausgehenden Moden oder Frequenzen bei Gebrauch einander überlagert sein.An active rotation sensor denoted overall by 100 is designed as a fiber ring laser in which active fiberglass material 3 and passive fiberglass material 2 are combined in a continuous manner. In the single figure it can be seen that the active fiberglass material 3, drawn as a broken line, extends in opposite sides or directions the passive fiberglass material 2 in order to form a ring resonator as a whole. Thereby, the modes or frequencies emanating from the active optical fiber 3 in opposite sides or directions can be superimposed in use be.
Für diese Überlagerung der nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen von dem aktiven Glasfasermaterial 3 ausgehenden Moden oder Frequenzen sind in den Faserstrang, im Ausführungsbeispiel im Verlauf des passiven Glasfasermaterials, optische Elemente, nämlich Faserkolimatoren 9 und 10 und ein Strahlteiler 11 eingebaut und zwar in einer im Ganzen mit 7 bezeichneten Detektionseinheit, an welcher man außerdem einen Spiegel 12 und einen Fotodetektor 13 erkennt.For this superimposition of the modes or frequencies proceeding in opposite directions or directions from the active glass fiber material 3, optical elements, namely fiber concentrators 9 and 10 and a beam splitter 11 are incorporated in the fiber strand, in the exemplary embodiment in the course of the passive glass fiber material, in one whole 7 with a designated detection unit, which also detects a mirror 12 and a photodetector 13.
Dabei ist in der Figur auch schematisiert dargestellt, dass der aus passivem Glasfasermaterial bestehende Faserstrang 2 für eine platzsparende Anordnung zu zwei Spulen 5 und 6 gewickelt ist, wobei jeweils beidseits des aktiven Fasermaterials 3 beziehungsweise der aktiven Glasfaser spiegelsymmetrisch jeweils eine Spule 5 und 6 aus passivem Fasermaterial angeordnet und dieses mit dem aktiven Fasermaterial 3 verbunden ist. Somit können Glasfasern 3 aus aktivem Fasermaterial und vor allem auch Glasfasern aus passivem Glasfasermaterial 2 in großer Länge platzsparend untergebracht werden.It is also schematically shown in the figure that consisting of passive fiberglass material fiber strand 2 is wound for a space-saving arrangement to two coils 5 and 6, wherein in each case on both sides of the active fiber material 3 and the active glass mirror symmetry each have a coil 5 and 6 of passive Fiber material arranged and this is connected to the active fiber material 3. Thus, glass fibers 3 of active fiber material and especially also glass fibers made of passive glass fiber material 2 can be accommodated in a large space-saving manner.
Die schon erwähnte Überlagerung der beiden Moden ist im Bereich der Detektionseinheit 7 an einer Stelle angeordnet, die der Stelle der Erzeugung des Laserlichts an dem gesamten Faserring etwa gegenüber liegt, wobei dafür gesorgt ist, dass die Entfernungen von den Enden 3a des aktiven Fasermaterials 3 zu der Detektionsstelle beziehungsweise Detektionseinheit 7 gleich lang sind, wobei diese Entfernungen auch über die jeweiligen Windungen der Sensorspulen 5 und 6 gemessen sind.The above-mentioned superposition of the two modes is arranged in the region of the detection unit 7 at a position which is approximately opposite to the point of generation of the laser light on the entire fiber ring, it being ensured that the distances from the ends 3 a of the active fiber material 3 to the detection point or detection unit 7 are the same length, these distances are also measured over the respective turns of the sensor coils 5 and 6.
Für die Energiezufuhr zu dem aktiven Glasfasermaterial 3 ist ein fasergekoppelter Diodenlaser 1 mit Koppler 1a vorgesehen, wie man es in der Zeichnung schematisiert aber deutlich erkennt. Dabei kann eine der passiven Glasfasern des Kopplers 1a mit der aktiven Glasfaser 3 verbunden sein, wie es die Zeichnung ebenfalls andeutet.For the energy supply to the active fiberglass material 3, a fiber-coupled diode laser 1 is provided with coupler 1a, as it is schematically but clearly recognizable in the drawing. In this case, one of the passive glass fibers of the coupler 1a with the active glass fiber 3rd be connected, as the drawing also indicates.
Man erkennt ferner im Bereich des passiven Glasfasermaterials - in der Zeichnung vor der Spule 5 - einen Faserfilter 4 zur Einengung des Emissionsspektrums des aktiven Glasfasermaterials 3.It can also be seen in the region of the passive glass fiber material - in the drawing in front of the coil 5 - a fiber filter 4 for narrowing the emission spectrum of the active glass fiber material. 3
Im Verlauf des passiven Glasfasermaterials 2 ist außerdem - im Ausführungsbeispiel zwischen der Spule 6 und dem Koppler 1a - ein Polarisationsdreher 8 angeordnet, damit das Laserlicht nach einem Umlauf wieder mit übereinstimmender Polarisation in den Bereich des aktiven Fasermaterials 3 eintreten und eine auf seinem Weg veränderte Polarisation rückgängig gemacht werden kann.In the course of the passive fiberglass material 2 - in the embodiment between the coil 6 and the coupler 1a - a polarization rotator 8 is arranged so that the laser light after one revolution again with the same polarization in the area of the active fiber material 3 and enter a changed polarization on its way can be reversed.
Die Länge der aktiven Glasfaser 3 kann dabei zum Beispiel zwischen fünf Meter und zehn Meter, bevorzugt etwa sieben Meter betragen. Die Länge der passiven Glasfaser 2 kann zum Beispiel in der Größenordnung von zweihundert Metern liegen, wobei jede der Spulen 5 und 6 in abgewickelter Form eine Länge von etwa hundert Meter haben kann.The length of the active glass fiber 3 may be, for example, between five meters and ten meters, preferably about seven meters. The length of the passive glass fiber 2 may, for example, be on the order of two hundred meters, each of the coils 5 and 6 in unwound form having a length of about one hundred meters.
An den Verbindungsstellen an den Enden 3a des aktiven Fasermaterials 3 können die aktive Glasfaser 3 und die passive Glasfaser 2 miteinander in bekannter Weise verschmolzen sein.At the connection points at the ends 3 a of the active fiber material 3, the active glass fiber 3 and the passive glass fiber 2 may be fused together in a known manner.
Es sei noch erwähnt, dass auch die aktive Faser 3 je nach den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen zu einer wenigstens eine oder mehrere Windungen aufweisenden platzsparenden Spule gewickelt sein könnte.It should be noted that the active fiber 3 could be wound depending on the available space to a space-saving coil having at least one or more turns.
Der aktive Rotationssensor 100, der auch als Gyroskop zur Messung von Rotationsbewegungen bezeichnet werden kann, weist einen Ringresonator zur Erzeugung des Laserlichts auf und ist einThe active rotation sensor 100, which may also be referred to as a gyroscope for measuring rotational movements, has a ring resonator for generating the laser light and is a
Faserringlaser, bei welchem das aktive Glasfasermaterial 3 und passives Glasfasermaterial 2 einander fortsetzend und zu einem Ring zusammengefügt kombiniert sind. Dabei ist der Längenanteil des passiven Glasfasermaterials 2, welches die beiden Enden des aktiven Glasfasermaterials 3 verbindet, erheblich größer als die dieses aktiven Glasfasermaterials 3. Fiber ring laser in which the active fiberglass material 3 and passive fiberglass material 2 continue each other and form a ring combined are combined. In this case, the length fraction of the passive glass fiber material 2, which connects the two ends of the active glass fiber material 3, is considerably larger than that of this active glass fiber material 3.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Aktiver Rotationssensor (100) mit einem Ringresonator zur Erzeugung des Laserlichts, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationssensor ein Faserringlaser ist und dass das aktive Glasfasermaterial (3) und passives Glasfasermaterial (2) einander fortsetzend kombiniert sind.1. Active rotation sensor (100) with a ring resonator for generating the laser light, characterized in that the rotation sensor is a fiber ring laser and that the active fiberglass material (3) and passive fiberglass material (2) are combined to each other continuing.
2. Rotationssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die von dem aktiven Glasfasermaterial (3) nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen ausgehenden Moden oder Frequenzen bei Gebrauch einander überlagert sind.A rotation sensor according to claim 1, characterized in that the modes or frequencies emanating from the active fiberglass material (3) in opposite sides or directions are superimposed in use.
3. Rotationssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überlagerung der nach entgegengesetzten Seiten oder Richtungen von dem aktiven Glasfasermaterial (3) ausgehenden Moden oder Frequenzen in den Faserstrang wenigs- tens ein Koppler oder optische Elemente (9, 10, 11) eingebaut sind.3. Rotation sensor according to claim 1 or 2, characterized in that for superposition of the opposite sides or directions of the active fiberglass material (3) outgoing modes or frequencies in the fiber strand least one coupler or optical elements (9, 10, 11) are installed.
4. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der aus passivem Glasfasermaterial bestehende Faserstrang (2) zu einer oder mehreren Spulen (5, 6) gewickelt ist.4. Rotation sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the passive fiberglass material consisting of fiber strand (2) to one or more coils (5, 6) is wound.
5. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits des aktiven Fasermaterials (3), insbesondere spiegelsymmetrisch jeweils wenigstens eine Spule (5, 6) aus passivem Fasermaterial angeordnet und mit dem aktiven Fasermaterial (3) verbunden ist.5. Rotation sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that on both sides of the active fiber material (3), in particular mirror-symmetrical in each case at least one coil (5, 6) made of passive fiber material and is connected to the active fiber material (3).
6. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung der beiden Moden der Stelle der Erzeugung des Laserlichts an dem Faserring etwa gegenüberliegt beziehungsweise die Entfernungen von den Enden (3a) des aktiven Fasermaterials (3) zu der Detektionsstelle - auch über die jeweiligen Windungen der Spulen - gleich lang sind.6. Rotation sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the superposition of the two modes of the point of generation of the laser light on the fiber ring approximately or the distances from the ends (3a) of the active fiber material (3) to the detection point - even over the respective turns of the coils - are the same length.
7. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Energiezufuhr zu dem aktiven7. Rotation sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the energy supply to the active
Glasfasermaterial (3) ein fasergekoppelter Diodenlaser (1) mit Koppler (1a) vorgesehen ist.Fiberglass material (3) a fiber-coupled diode laser (1) with coupler (1a) is provided.
8. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des passiven Glasfasermaterials (2) ein Faserfilter (4) zur Einengung des Emissionsspektrums des aktiven Glasfasermaterials (3) vorgesehen ist.8. Rotation sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the region of the passive glass fiber material (2) a fiber filter (4) for narrowing the emission spectrum of the active glass fiber material (3) is provided.
9. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlaufe des passiven Glasfasermaterials (2) wenigstens ein Polarisationsdreher (8) angeordnet ist.9. rotation sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the course of the passive glass fiber material (2) at least one polarization rotator (8) is arranged.
10. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der aktiven Glasfaser (3) etwa 5 m bis etwa 10 m, bevorzugt etwa 6 m bis etwa 8 m, insbesondere etwa 7 m beträgt.10. Rotation sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the length of the active glass fiber (3) is about 5 m to about 10 m, preferably about 6 m to about 8 m, in particular about 7 m.
11. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der passiven Glasfaser (2) in der Größenordnung von etwa 50 m oder 100 m oder 200 m oder 400 m oder mehr oder Zwischenwerten von diesen Längen beträgt.11. A rotation sensor according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the length of the passive glass fiber (2) in the order of about 50 m or 100 m or 200 m or 400 m or more or intermediate values of these lengths.
12. Rotationssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Glasfaser (3) und die passive12. Rotation sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the active glass fiber (3) and the passive
Glasfaser (2) an ihren Verbindungsstellen miteinander verschmolzen sind. Glass fiber (2) are fused together at their connection points.
13. Rotationssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Faser (3) zu einer wenigstens eine oder mehrere Windungen aufweisenden, platzsparenden Spule gewickelt ist. 13. Rotation sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the active fiber (3) is wound to a at least one or more windings, space-saving coil.
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