NO841587L

NO841587L - Fiberoptisk rotasjonsensor.

Info

Publication number: NO841587L
Application number: NO841587A
Authority: NO
Inventors: Herve C Lefevre; Byoung Yoon Kim
Original assignee: Univ Leland Stanford Junior
Priority date: 1983-04-25
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1984-10-26
Also published as: EP0123499B1; KR850000671A; DE3484025D1; AU2721384A; JPS606823A; EP0123499A2; JPH0660820B2; BR8401896A; AU569508B2; KR920008206B1; IL71583A; EP0123499A3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår rotasjonssensorer, så som gyroskoper, og spesielt en fiberoptisk rotasjonssensor som har en utstrakt dynamisk rekkevidde.

Fiberoptiske rotasjonssensorer omfatter vanligvis en sløyfe av fiberoptisk materiale som lysbølger kobles til for for-planting rundt sløyfen i motsatte retninger. Rotasjon av sløyfen skaper en relativ fasedifferanse mellom motforplantende bølger i samsvar med den velkjente "Sagnac"-effekten, hvor mengden av faseforskjell korresponderer med rotasjonshastigheten. De motforplantende bølgene vil, når de rekom-bineres, samvirke konstruktivt eller destruktivt for å frembringe et optisk utgangssignal som varierer i intensitet i samsvar med rotasjonshastigheten i sløyfen. Rotasjons-sensing blir vanligvis utført ved detektering av dette optiske utgangssignal.

Forskjellige teknikker har blitt foreslått for å øke sen-sitiviteten til fiberoptiske rotasjonssensorer overfor små rotasjonshastigheter. Disse teknikker virker imidlertid ikke for svært store rotasjonshastigheter fordi utgangs-funksjonene har en tendens til å gjenta seg selv ved forskjellige rotasjonshastigheter, slik at det ikke kan bestem-mes av utgangssignalet hvilken av de mulige rotasjonshas-tighetene som har den samme utgangssignalbølgeform som er ansvarlig for den spesielle utgangssignalbølgeformen som observeres.

Den foreliggende oppfinnelsen gir en måte å utvide den dynamiske rekkevidden eller området for fiberoptiske gyroskoper overfor større rotasjonshastigheter.

Rotasjonssensoren omfatter helfiberoptiske komponenter,

så som en fiberoptisk retningskobler som (a) deler lyset fra kilden i to bølger som forplanter seg rundt avfølings-sløyfen i motsatt retning, og (b) kombinerer de mot-forplantende bøleene for å frembringe et optisk utgangssignal. Hensiktsmessig polarisering av det påtrykte lyset,

de mot-forplantende bølgene, og det optiske utgangssignalet blir etablert, styrt og opprettholdt av en fiberoptisk polarisator og fiberoptiske polarisasjonsstyreinnretnin-ger. En andre fiberoptisk kobler er anordnet for å koble det optiske utgangssignalet fra den kontinuerlige tråden til en fotodetektor som sender ut et elektrisk signal som er proporsjonalt med intensiteten til det optiske signalet.

Forbedret driftstabilitet og følsomhet til rotasjonssensoren er oppnådd ved hjelp av fasemodulasjon av de mot-forplantende bølgene ved en første harmonisk frekvens som anvender en første fasemodulator og nytter et synkront eller fasesensi-tivt deteksjonssystem for å måle den første harmoniske komponenten til den optiske utsendte signalintensiteten.

I deteksjonssystemet som er vist, er amplituden til denne første harmoniske komponenten proporsjonal med rotasjonshastigheten i sløyfen.

Forbedringene i deteksjonssystemet som resulterer i utvidet dynamisk område, omfatter anvendelsen av en andre fasemodulator for å fasemodulere de motforplantende lyssignalene ved en annen frekvens som har den andre harmoniske av den første frekvensen og en tilbakekoblingssløyfe for å styre amplituden av den andre harmoniske fasemodulasjonen. Et tilbakekoblet feilsignal blir generert av en fasesensitiv detektor som omfatter en fotodetektor og en lås-inn (lock-in) forsterker. Dette tilbakekoblingssignal er proporsjonalt med amplituden til den første harmoniske komponenten i utgangssignalet fra fotodetektoren. En tilbakekoblings-feilkorreksjons-modulator styrer amplituden på det andre harmoniske drivsignalet til den andre fasemodulatoren i samsvar med tilbakekoblings-feilsignalet for å kansellere eller å begrense amplituden til den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet som er forårsaket av Sagnac-faseskiftet.

En ytterligere forbedring omfatter lagring i et minne, rotasjonshastighetsdata relatert ved en transfer-funksjon til amplituden til den andre harmoniske fasemodulerte som kansellerer den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet forårsaket ved rotasjon. "Kanselleringen"

av amplituden til den andre harmoniske som er tilstrekkelig til å kansellere eller begrense den første harmoniske forårsaket av Sagnac-effekten, blir så omdannet til rotasjonshastigheten ved å gi adgang til minnet som anvender amplituden til kanselleringssignalet som adressen. Rotasjonshastighetsdata som det fåes adgang til på denne måten,

kan så anvendes direkte eller de kan bli omdannet til et signal som kan tolkes for å avlede Sagnac faseskiftet eller rotasj onshastigheten.

Det er funnet at amplitudemodulasjonen i ulike harmoniske til det optiske utgangssignalet forårsaket av fasemodulatoren (enten direkte eller indirekte via polarisasjonsmodulasjon), kan eliminieres ved å drive fasemodulatoren ved en bestemt frekvens. Siden detekteringssystemet som anvendes detekterer bare en ulik harmonisk (f.eks. den første harmoniske), kan virkningene av fasemodulatorens induserte ampli-tudemodulas j on elimineres ved å arbeide på en slik frekvens. Dette eliminierer en vesentlig feilkilde ved rotasjonsav-føling, og derved økes nøyaktigheten til rotasjonssensoren.

Oppfinnelsen er nærmere definert i de etterfølgende patent-krav.

De ovennevnte og andre fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil bedre forstås med referanse til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk den grunnleggende rotasjonssensor som anvendes i den foreliggende oppfinnelse og viser de fiberoptiske komponentene anordnet langs en kontinuerlig uavbrutt tråd av fiberoptisk materiale, og viser videre signalgeneratoren, fotodetektoren, låse-forsterkeren,

og fremviseren som tilhører detekteringssystemet:

Fig. 2 viser i snitt en utførelse av en fiberoptisk retningskobler som anvendes i rotasjonssensoren på fig. 1; Fig. 3 viser i snitt en utførelse av en fiberoptisk polarisator for anvendelse i rotasjonssensoren på fig. 1; Fig. 4 viser i perspektiv en utførelse av en fiberoptisk polarisasjons-styreinnretning for anvendelse i rotasjons-sensoren på fig. 1; Fig. 5 viser skjematisk rotasjonssensoren på fig. 1 med polarisatoren, polarisasjonsstyreinnretningen, og fasemodulatoren fjernet; Fig. 6 er en grafisk opptegning av intensiteten til det optiske utgangssignalet slik dette måles av fotodetektoren, som en funksjon av den rotasjonsinduserte Saganac-fase differansen, og viser virkningen av dobbeltbrytnings-indusert fasedifferanse og dobbeltbrytnings-indusert ampli-tudevariasj oner; Fig. 7 er en grafisk opptegning av fasedifferanse som funksjon av tiden og viser fasemodulasjonen til hver av de motforplantende bølgene og fasedifferansen mellom de mot-forplantende bølgene; Fig. 8 er en skjematisk tegning som illustrerer virkningen av fasemodulasjonen på intensiteten til det optiske utgangssignalet, som dette måles av detektoren, når sløyfen er i hvile; Fig. 9 viser skjematisk virkningen av fasemodulasjonen på intensiteten til det optiske utgangssignalet slik dette måles av detektoren når sløyfen er i rotasjon; Fig. 10 viser en kurve for forsterkerutgangssignalet som en funksjon av den rotasjonsinduserte Sagnac-fasedifferansen, og viser et driftsområde for rotasjonssensoren på fig. 1; Fig. 11 viser skjematisk den foretrukne utførelsen av en lukket sløyfe rotasjonssensor med utvidet dynamisk rekkevidde; Fig. 12 er et diagram over den totalt faseendringen som er resultatet av den første og andre harmoniske fasemodulasjon og det optiske utgangssignalet som er resultatet av dette; Fig. 13 er et kretsdiagram for en feilkorreksjonsmodulator; Flg. 14 er et diagram over responsen til modulatoren på fig. 13 overfor et utvalgt feilsignalet; Fig. 15 er et diagram over den foretrukne feilkorreksjonsmodulator; Fig. 16 er et skjematisk diagram over den totale sensoren som anvender feilkorreksjonsmodulatoren på fig. 15; Fig. 17 er et skjema over en annen feilkorreksjonsmodulator som også kunne anvendes i den lukkede sløyfe utførelsen på fig. 11; Fig. 18 er en kurve over transfør funksjonen til rotasjons-sensoren; Fig. 19 er en kurve over den totale faseendring for den første og andre harmoniske fasemodulerte, og små rotasjonshastigheter ; Fig. 20 er en kurve over transfer funksjonen til sensoren for små rotasjonshastigheter; Fig. 21 er et skjema over den foretrukne utførelsen av en utgangskrets for rotasjonssensoren for å konvertere amplituden til den andre harmoniskes drivsignal til rotasjonshastigheten ; Fig. 22 er et skjema over en utgangsfremviserkrets som kan anvendes i de lineære områdene til transfer-funksjonen; Fig. 23 er et skjema over nok en utgangsfremviserkrets som kan anvendes i de lineære områdene til transfer-funksjonen; og Fig. 24 er et skjema over en åpen sløyfe utførelse av rotasjonssensoren med utvidet rekkevidde.

Før det fortsettes med beskrivelsen av den foretrukne ut-førelsen av oppfinnelsen, vil det være nødvendig med en beskrivelse av den grunnleggende rotasjonssensoren som anvendes ved oppfinnelsen, for derved bedre å kunne forstå forbedringen ved oppfinnelsen. Fig. 1 viser en rotasjonssensor som anvendes i den foreliggende oppfinnelsen. Den omfatter en lyskilde 10 som mater lys inn i en kontinuerlig lengde eller tråd av optisk fiber 12, av hvilken en del er viklet til en avfølingssløyfe 14. Som anvendt her,

angir referansetallet 12 generelt den hele kontinuerlige tråden av optisk fiber, mens tallet 12 med bokstav suffix-ene (A, B, C, etc.) angir deler av den optiske fiberen 12.

I den viste utførelsen omfatter lyskilde 10 en galium arsenikk (GaAs) laser som gir lys som har en bølgelengde i størrelsesorden 0,82 |i. Som et spesielt eksempel kan lyskilden 10 omfatte en modell GO-DIP laserdiode, kommersielt tilgjengelig fra General Optronics Corp., 3005 Hadley Road, South Plainfield, New Jersey. De fiberoptiske trådene,

så som tråden 12 er fortrinnsvis enkelmodusfiber som har, f.eks., en ytre diameter på 80 |i og en kjernediameter på

4|i. Sløyfen 14 omfatter en flerhet av viklinger av fiberen

12 viklet rundt en spolekjerne eller annen hensiktsmessig opplagring, (ikke vist). Som et spesielt eksempel, kan sløyfen 14 ta omtrent 1000 viklinger av fiber, viklet på

en form som har en diameter på 14 cm.

Fortrinnsvis er sløyfen 14 viklet symmetrisk med start

fra sentrum, slik at symmetriske punkter i sløyfen 14 ligger i nærheten av hverandre. Det antas at dette reduserer omgivelsesfølsomheten til rotasjonssensoren, siden slik symmetri forårsaker at tidsvarierende temperatur og trykk-gradienter har en lik virkning på begge de motforplantende bølgene.

Lys fra kilden 10 blir optisk koblet til en ende av fiberen 12 ved å føre fiberen 12 mot lyskilden 10. Forskjellige komponenter for å styre og behandle lyset er anordnet eller dannet ved forskjellige steder langs den kontinuerlige tråden 12. For formålet å beskrive de realtive plasseringene av disse komponentene, vil den kontinuerlige fiberen 12

bli beskrevet som om den er delt inn i 7 deler, merket 12A til 12G, respektivt, med delen 12A til 12E på siden av sløyfen 14 som er koblet til kilden 10, og delene 12F

til 12G på den motsatte side av sløyfen 14.

Inntil lyskilden 10, mellom fiberdelene 12A og 12B, befinner seg en polarisasjonsstyreinnretning 24. En type polarisasjonsstyreinnretning som egner seg for anvendelse som styreinnretningen 24 er beskrevet detaljert i US-PS 4.389.090

med tittel "Fiber Optic Polarization Converter", som er overdratt til innehaveren av den foreliggende oppfinnelsen, og som herved er innlemmet som referanse. En kort beskrivelse av polarisasjonsstyreinnretningen 24 vil bli gitt i det etterfølgende. Det bør imidlertid forstås at denne styreinnretningen 24 tillater justering av både tilstanden og polarisasjonsretningen til det påtrykte lyset.

Fiberen 12 passerer så gjennom porter merket A-og B til

en retningskobler 26, anordnet mellom fiberdelene 12B og

12C. Kobleren 26 kobler elektrisk energi til en andre tråd av optisk fiber som passerer gjennom portene merket C og D til kobleren 26, og hvor port C er på den samme

siden av kobleren som porten A, og porten D er på den samme siden av kobleren som porten B. Enden av fiberen 28 som strekker seg fra porten D er avsluttet ikke-reflekterende ved punktet merket "NC" (for "ikke-forbundet"), mens enden av fiberen 29 som strekker seg fra porten C er optisk koblet til en fotodetketor 30. Som et spesielt eksempel, kan fotodetektoren 30 omfatte en standard motsatt forspent silisium PIN-type fotodiode. Kobleren 26 er beskrevet detaljert i EPO-patent nr. 0074789, med tittel "Fiber Optic Directional Coupler", som er en avdels patentsøknad fra EPO-patent nr. 0038023, med tittel "Fiber Optic Directional Coupler", hvilket to patenter begge tilhører innehaveren

av den foreliggende oppfinnelsen, disse patentene er herved innlemmet som referanse.

Den fiberoptiske delen 12C som strekker seg fra port B

til kobleren 26 passerer gjennom en polarisator 32 anordnet mellom fiberdelene 12C og 12D. En mono-modus optisk fiber har to polarisasjonsmodi for forplantning for enhver lys-bølge. Polarisatoren 32 tillater passasje av lys i en av polarisasjonsmodiene til fiberen 12, mens den hindrer passasje av lys i den andre polarisasjonsmodusen. Fortrinnsvis blir polarisasjonsstyreinnretningen 24 nevnt ovenfor brukt til å justere polarisasjonen av det påtrykte lyset slik at slik polarisasjon er vesentlig den samme som polarisasjonsmodusen som gjennomslippes av polarisatoren 32. Dette rduserer tapet av optisk energi mens det påtrykte lyset forplanter seg gjennom polarisatoren. En foretrukket type polarisator for anvendelse i den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet detaljert i US-PS 4.386.822, med tittel "Polaizer and Method", som tilhører innehaveren av den foreliggende oppfinnelsen, og som herved er innebefattet som referanse.

Etter å passere gjennom polarisatoren 32, passerer fiberen

12 gjennom porter merket A og B til en retningskobler 34 anordnet mellom fiberdelene 12D og 12E. Den korte 34 er fortrinnsvis av samme type som beskrevet ovenfor med referanse til kobleren 26. Fiberen 12 blir så viklet i sløyfen 14 med en polarisasjonsstyreinnretning 36 anordnet mellom sløyfen 14 og fiberdelen 12E. Denne polarisasjonsstyreinnretning 36 kan være av typen forklart med referanse til styreinnretningen 24, og bli brukt til å justere polarisasjonen av lysbølgene som motforplanter seg gjennom sløyfen 14, slik at det optiske utgangssignalet dannet ved interferens mellom disse motforplantende bølgene har en polarisasjon som effektivt bli bli gjennomsluppet av polarisatoren 32 med minimalt optisk energitap. Ved således å anvende både polarisasjonsstyreinnretningene 24 og 36, kan polarisasjonen av lyset som forplanter seg gjennom fiberen 12 bli justert for maksimalt optisk energiutgang.

En fasemodulator 38 drevet av en vekselstrøms-signal generator 40, er anordnet i fibersegmentet 12F mellom sløyfen 14 og den andre retningskobleren 34. Denne modulator 38 omfatter en PZT sylinder som fiberen 13 er viklet rundt. Fiberen 12 er festet til sylinderen slik at når den ekspan-derer radielt som respons på modulasjonssignalet fra gene-ratoren 40, så strekkes fiberen 12. En alternativ type modulator (ikke vist), som egner seg for bruk ved den foreliggende oppfinnelsen, omfatter en PZT-sylinder som strekker longitudinalt 4 segmenter av fiberen 12 festet til korte lengder av kapillærrør ved endene av sylinderen. Fagkyndige vil gjenkjenne at denne alternative typen modulator kan medføre en mindre grad av polarisasjonsmodulasjon på det forplantende, optiske signalet enn modulatoren 38; men det vil imidlertid i det følgende ses at modulatoren 38

kan drives ved den frekvens som eliminerer de uønskede virkningene av polarisasjons-modulasjon. Således kan begge typene modulatorer passe for anvendelse ved bruk i den foreliggende oppfinnelsen.

Fiberen 12 passerer så gjennom porter merket C og D til kobleren 34 og med fiberdelen 12 utstrekkende fra porten D og fiberdelen 12G utstrekkende fra porten C. Fiberdelen 12G avsluttes ikke-reflekterende i et punkt merket "NC"

(for "ikke-forbundet"). Utgangssignalet fra vekselstrøms-generatoren 40 blir koblet på en ledning 44 til en "låse-forsterker" 46 som et referansesignal, hvilken forsterker 46 også er forbundet for å motta utgangssignalet fra fotodetektoren 30 ved hjelp av en ledning 48. Dette signal på ledningen 44 til forsterkeren 46 gir et referansesignal som setter forsterkeren 46 i stand til å detektere synkront detektorutgangssignalet ved modulasjonsfrekvensen, dvs.

den første harmoniske komponenten til det optiske utgangssignalet fra modulatoren 38, mens den blokkerer alle andre harmoniske til denne frekvens.

"Låse-forsterkere" er vel kjent og er kommersielt tilgjenge-lige .

Det vil ses nedenfor at størrelsen på den første harmoniske komponenten til detektorutgangssignalet er proporsjonalt, over et bestemt begrenset operasjonsområde, med rotasjonshastigheten i sløyfen 14. Forsterkeren 46 sender ut et signalet som er proporsjonalt med denne første harmoniske komponenten, og gir således en direkte indikasjon på rotasjonshastigheten, som kan fremvises visuelt på et fremviser-panel 47. Deteksjonsfremgangsmåten vist på fig. 1 kan imidlertid bare anvendes for relativt små rotasjonshastigheter som det vil ses i forbindelse med forklaringen til fig. 9.

Koblerne 26 og 34.

En foretrukket fiberoptisk retningskobler for anvendelse

som kobleren 26 og 34 i rotasjonssensoren eller gyroskopet i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, er vist på

fig. 2. Kobleren omfatter to optiske fibertråder medker 50A, 50B på fig. 2, til en enkel-modus fiber optisk materiale som har en del av kappen eller kledningen fjernet fra en

side av seg. De to trådene 50A og 50B er anordnet i respektive buede spalter 52A og 52B, dannet i respektive blokker 53A og 53B. Trådene 50A og 50B er posisjonert med delene av trådene hvor kappen er blitt fjernet i tett nærhet for å danne et samvirkeområde 54 i hvilket lyset blir overført mellom kjernepartiene til trådene. Mengden av materiale som er fjernet, er slik at kjernedelen av hver tråd 50A

og 50B ligger innenfor flyktigfeltet til den andre. Senter-til-senter avstanden mellom trådene ved sentret av denne kobleren er vanligvis mindre enn 2-3 kjernediametere.

Det er viktig å merke seg at lyset som overføres mellom trådene i samvirkeområdet 54 er retningsbestemt. Dvs.

at hovedsakelig alt lyset påtrykt inngangsport A blir levert til utgangsportene B og D, uten motrettet kobling til port C. På samme måte blir hovedsakelig alt lyset påtrykt inngangsport C levert til utgangsportene B og D. Videre er denne retningsbestemtheten symmetrisk. Således blir lys påtrykt enten inngangsporten B eller inngangsporten D levert til utgangsportene A og C. Videre er kobleren hovedsakelig ikke-diskriminerende men hensyn til polarisa-sjoner, og således bevares polarisasjonen til det koblede lyset. Dersom f.eks. en lysstråle som har en vertikal polarisasjon, blir innmatet i port A, så vil lyset koblet fra port A til port D, såvel som lyset som passerer rett gjennom fra port A til port B, forbli vertikalt polarisert.

Av det foregående kan det ses at kobleren kan fungere som en stråledeler for å dele det påtrykte lyset i to motforplantende bølger Wl, W2 (fig. 1). Videre kan kobleren i tillegg fungere for å rekombinere de motforplantende bølgene etter at de har gjennomløpt sløyfen 14 (fig. 1).

I den viste utførelsen, har hver av kobleren 26, 34 en koblingseffektivitet på 50%, siden dette valg av koblingseffektivitet gir maksimal optisk energi ved fotodetektoren 30 (fig. 1). Som anvendt her, er uttrykket "koblingseffek tivitet" definert som energiforholdet mellom den koblede energien og den totalt utmatede energien, uttrykt som en prosentdel. F.eks. med henvisning til fig. 2, dersom lys blir påtrykt port A, vil koblingseffektiviteten være lik forholdet mellom energien ved port D og summen av energi utmatet ved porter A og D. Videre vil en koblingseffektivitet på 50% for kobleren 34 sikre at de motforplantende bølgene Wl og W2 har lik størrelse.

Polarisatoren 32.

En foretrukket polarisator for anvendelse i rotasjonssensoren på fig. 1 er vist på fig. 3. Denne polarisator omfatter et dobbeltbrytende krystall 60 anordnet innenfor flyktigfeltet til lys som transmitteres av fiberen 12. Fiberen 12

er anordnet i en spalte 62 som åpner seg mot den øvre overflaten 63 av en hovedsakelig rektangulær kvartsblokk 64. Spalten 62 har en buet, kurvet bunnvegg og fiberen er anordnet i spalten 62 slik at den følger konturen av denne bunn-veggen. Den øvre overflaten 63 av blokken 64 er slipt for å fjerne en del av kappen fra fiberen 12 i et område 67. Krystallet 60 er anordnet på blokken 64 med den nedre overflaten 68 av krystallet vendende mot den øvre overflaten 63 av blokken 64 for å anordne krystallets 60 innenfor flyktigfeltet til fiberen 12.

De relativt brytningsindekser til fiberen 12 og det dobbeltbrytende materialet 60 er valgt slik at bølgehastigheten til den ønskede polarisasjonsmodus er større i det dobbeltbrytende krystallet 60 enn i fiberen 12, mens bølgehastig-heten i en uønsket polarisasjonsmodus er større i fiberen 12 enn i det dobbeltbrytende krystallet 60. Lyset i den ønskede polarisasjonsmodus forblir styrt av kjernedelen til fiberen 12, mens lys i den uønskede polarisasjonsmodusen blir koblet fra fiberen 12 til det dobbeltbrytende krystallet 60. Således tillater polarisatoren 32 passasje av lys i en polarisasjonsmodus, mens den forhindrer passasje av lys i den andre polarisasjonsmodusen. Som tidligere

angitt, kan polarisasjonsstyreinnretningene 24 og 36 (fig.

1) anvendes til å justere polarisasjonene til det påtrykte lyset og det optiske utgangssignalet respektivt, slik at optisk energitap i polarisatoren blir minimalisert.

Polarisasjonsstyreinnretningene 24, 36.

En type polarisasjonsstyreinnretning som er hensiktsmessig

å anvende i rotasjonssensoren på fig. 1, er vist på fig.

4. Styreinnretningen omfatter en basis 70 på hvilken det er montert flere oppstående blokker 72A til 72D. Mellom tilliggende blokker 72, er spoler 74A til 74C tangensielt montert på aksler 76A til 76C respektivt. Akslene 76 er aksielt innrettet med hverandre, og er roterbart montert mellom blokkene 72. Spolene 74 er generelt sylindriske og er anordnet tangensielt til akslene 76. Tråden 12 strekker seg gjennom aksielle hull i akslene 76, og er viklet rundt hver av spolene 74 for å danne 3 spoler 78A til 78C. Radius til spolene 78 er slik at fiberen 12 blir strukket slik at den danner et brytemedium i hver av spolene 78.

De tre spolene 78A til 78C kan roteres uavhengig av hverandre om aksen til akslene 74A til 74C respektivt for å justere brytningen i fiberen 12, og således styre polarisasjonen til lyset som passerer gjennom fiberen 12. Diamete-ren og antallet viklinger i spolene 78 er slik at de ytre spolene 78A og C, gir en romlig forsinkelse på en kvart bølgelengde, mens den sentrale spolen 78D gir en romlig forsinkelse på en halv bølgelengde. Kvartbølgelengdespolene 78A og C styrer eliptisiteten til polarisasjonen, og halv-bølgelengdespolen 78 styrer retningen til polarisasjonen. Dette gir en en full rekkevidde for justering av polaris-sjon av lyset som forplanter seg gjennom fiberen 12. Det vil imidlertid forstås at polarisasjonsstyreinnretningen kan modifiseres for å frembringe bare de to kvartbølgelengde-spolene 78A og C siden polarisasjonsretningen (som ellers gis av den sentrale spolen 78B) kan styre inn-direkte via hensiktsmessig justering av eliptisiteten til polarisasjonen ved hjelp av de to kvartbølgelengdespolene 78A og C. Følgelig er polarisasjonsstyreinnretningene 24 og 3 6 vist på fig. 1 som om de bare omfatter de to kvart-bølgespolene 78A og C. Siden denne utforming reduserer totalstørrelsen på styreinnretningene 24, 36, kan den være fordelaktig ved visse anvendelser av den foreliggende oppfinnelsen hvor plassbegrensninger er involvert.

Således frembringer polarisasjonsstyreinnretningene 24

og 36 en innretning for å etablere, opprettholde og styre polarisasjonen av både det påtrykte lyset og de motforplantende bølgene.

Drift uten fasemodulasjon eller polarisasjonsstyring.

For full ut å forstå funksjonen og viktigheten av polari-sas jonsinnretningen 32 (fig. 1) og fasemodulatoren 38,

vil driften av rotasjonssensoren først bli beskrevet som om disse komponentene var fjernet fra systemet. Følgelig viser fig. 5 rotasjonssensoren på fig. 1 i et skjematisk blokkdiagram, med modulatoren 38, polarisatoren 32 og tilhør-ende komponenter fjernet fra denne.

Lys blir koblet fra laserkilden 10 til fiberen 12 for å forplante seg i denne. Lyset entrer port A til kobleren 26, hvor en del av lyset tapes via port D. Den gjenværende delen av lyset forplanter seg fra port B til port A i kobleren 34, hvor det blir delt i to motforplantende bølger Wl, W2 med lik amplitude. Bølgen Wl forplanter seg fra porten B i en retning med klokken rundt sløyfen 14, mens bølgen W2 forplanter seg fra porten D i en retning mot klokken rundt sløyfen 14. Etter at bølgene Wl og W2 har gjennomløpt sløyfen 14, blir de rekombinert av kobleren 34 fo å danne et optisk utgangssignal som forplanter seg fra port A i kobleren 34 til port B til kobleren 26. Endel av det optiske utgangssignalet blir koblet fra port B til port C i kobleren 26 for å forplante seg langs fiberen 29 til fotodetektoren 30. Denne fotodetektor 30 sender ut et elektrisk signal som er proporsjonalt med intensiteten til lyset påtrykt denne av det optiske utgangssignalet.

Intensiteten til det optiske utgangssignalet vil variere

i samsvar med mengde og type, dvs. konstruktivt eller destruktivt resultat av interferensen mellom bølgene Wl og W2 når de blir rekombinert eller interferert i kobleren

34. Idet man for øyeblikket ser bort fra virkningene av fiberbrytning, vil bølgene Wl og W2 forplante seg den samme optiske banen rundt sløyfen 14. Dersom man således antar at sløyfen 14 er i hvilke når bølgene Wl og W2 blir rekombinert i kobleren 34, vil de interferere konstruktivt med ingen faseforskjell mellom seg, og intensiteten til det optiske signalet vil være ved et maksimum. Når imidlertid sløyfen 14 blir rotert, vil de motforplantende bølgene Wl og W2 bli faseendret i samsvar med Sagnac-effekten, slik at når de blir ført sammen i kobleren 34, vil de interferere destruktivt for å redusere intensiteten av det optiske utgangssignalet. Slik Sagnac-fase differanse mellom bølgene Wl og W2 forårsaket av rotasjon av sløyfen 14 er definert ved den følgende ligningen:

hvor :

A er arealet avgrenset av sløyfen 14 av optisk fiber;

N er antallet viklinger av optisk fiber rundt arealet A;

ft er vinkelhastighet av sløyfen rundt den akse som er perpen-dikulær på planet til sløyfen; og X og c er fritt rom verdiene for bølgelengden og hastigheten

respektivt, til lysetmsom påtrykkes sløyfen.

Intensiteten til det optiske utgangssignalet (1^,) er en funksjon av Sagnac-f asedif f eransen (A<t>D) mellom bølgene Wl, W2, og er definert ved den følgende ligningen:

hvor 1^og 1^er de individuelle intensitetene til bølgene

Wl og W2 respektivt.

Fra ligningene (1) og (2) kan det ses at intensiteten til det optiske utgangssignalet er en funksjon av rotasjonshastigheten (n). Således kan en indikasjon på slik rotasjonshastighet fåes ved å måle intensiteten til det optiske utgangssignalet ved å anvende tetektoren 30.

Fig. 6 viser en kurve 80 som illustrerer dette forhold melom intensiteten til det optiske utgangssignalet (IT)

og Sagnac-f asedif f eransen (A<t>R) mellom de motf orplantende bølgene Wl og W2. Kurven 80 har formen av en kosinuskurve, og intensiteten til det optiske utgangssignalet er ved et maksimum når Sagnac-fasedifferansen er 0. Der hvor fasedifferansen mellom de motforplantende bølgene Wl og W2 er forårsaket helt og fullt av rotasjonen av sløyfen

14, vil kurven 80 variere symmetrisk om den vertikale aksen. Som imidlertid forklart i den parallelle patentsøknaden serie nr. 288.212, inngitt 29. juli 1981, (EPO-patent nr. 0084055), kan det med polarisert lys bli dannet en ikke-gjensidig fasedifferanse mellom de motforplantende bølgene Wl og W2, på grunn av restbrytning i den optiske fiberen

12. Denne patentsøknad/EPO-patent er herved innlemmet som referanse. Denne tilleggs ikke-gjensidige fasedifferanse vil ikke opptre dersom fullstendig upolarisert lys blir anvendt. Brytningsinduserte fasedifferanser opptrer fordi lys som forplanter seg i hver av de to polarisasjonsmodi til enkeltmodus-fiberen 12, forplanter seg med forskjellig hastighet. Brytning vil forårsake kobling av deler av lyset for forplanter seg i en polarisasjonsmodus til den andre modus. Dette skaper en ikke-roterende, indusert fasedifferanse mellom bølgene Wl og W2, hvilket forårsaker at bølgene Wl og W2 interfererer på en måte som forstyrrer eller endrer kurven 80 på fig. 6. En slik endring er illustrert ved kurven 82 vist med strekede linjer på fig. 6. Slik brytningsindusert ikke-gjensidig fasedifferanse er ikke-utskillbar fra en rotasjonsindusert Sagnac-fase differ anse, og er avhengig av omgivelsesfaktorer som varierer fiberbrytningen, så som temperatur og trykk. Således er fiberbrytning årsaken til en vesentlig feilkilde ved fiberoptiske rotasjonssensorer.

Drift av polarisatoren 32.

Problemet med ikke-gjensidig drift på grunn av fiberbrytning er løst i rotasjonssensoren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen ved hjelp av polarisatoren 32 (fig. 1), som, som forklart ovenfor, tillater anvendelsen av bare en enkelt polarisasjonsmodus . Når polarisatoren 32 er introduert i systemet ved punktet angitt med henvisningstallet 48

på fig. 5, vil lys som passerer gjennom polarisatoren 32 forplante seg i sløyfen 14 i en valgt polarisasjonsmodus. Videre, når de motforplantende bølgene blir rekombinert

for å danne det optiske utgangssignalet, vil alt lys som ikke er i den samme polarisasjonen som lyset påtrykt sløyfen bli forhindret i å nå fotodetektoren 30 siden det optiske utgangssignalet passerer gjennom polarisatoren 32. Således vil det optiske utgangssignalet, mens det forplanter seg fra port A i kobleren 34 til port B i kobler 26, ha nøyaktig den samme polarisasjonen som lyset som ble påtrykt sløyfen.

Ved derfor å sende inngangslyset og det optiske utgangssignalet gjennom den samme polarisatoren 32, vil bare en enkelt optisk bane bli anvendt, og derved elimineres problemet med brytningsindusert fasedifferanse forårsaket av de forskjellige forplantningshastigheter i de to mulige polarisasjonsmodi. Dvs. at ved å filtrere ut alt lyset som blir overført fra den valgte modus til den ikke-valgte modus ved brytningen i fiberen, er det mulig å eliminere alle lysbølger i den ikke-valgte modus, hvilket kunne øke eller minske fase relativt til den valgte modus på grunn av den forskjellige forplantningshastighet. Videre bør merkes at polarisasjonsstyreinnretningene 24 og 36 (fig.

1) kan anvendes for å justere polarisasjonen til det påtrykte lyset og det optiske utgangssignalet respektivt for å redusere optisk energitap i polarisatoren 32 og således maksima-lisere signalintensiteten i detektoren 30.

Drift med fastmodulatoren 38.

Med referanse igjen til fig. 6 vil det ses at siden kurven 80 er en kosinusfunksjon, vil intensiteten til det optiske utgangssignalet være ikke-lineært ved små Sagnac-fase differanser (AtfO mellom bølgene Wl og W2. Videre er den optiske utgangssignalintensiteten relativt ufølsom for endringer i f asedif f eranser ved små verdier for A<t> .

Slik ikke-linearitet og ufølsomhet gjør det vanskelig å overføre den optiske intensiteten (1^,) målt av detektoren 30 til et signal som indikerer rotasjonshastigheten til sløyfen 14 (via ligning 1).

Videre vil, selv om brytningsindusert fasedifferanser mellom bølgene Wl og W2 er eliminert, som forklart ovenfor ved anvendelse av polarisatoren 32, ikke desto mindre krysskobling mellom polarisasjonsmodi forårsaket av fiberbrytning opptre. Denne krysskobling reduserer den optiske intensiteten til det optiske utgangssignalet siden det krysskoblede lyset blir forhindre i å nå fotodetektoren 30 på polarisatoren 32. Således vil endringer i fiberbrytningen forårsake at amplituden til kurven 80 på fig. 6 vil variere, f.eks. som illustrert av kurven 84. Det vil forstås at kurvene 80, 82 og 84 på fig. 6 ikke er opptrukket i ens skala.

De foregående problemene er løst ved hjelp av et synkront detektsjonssystem som anvender fasemodulatoren 38, signalgeneratoren 40 og låse-forsterkeren 46 vist på fig. 1.

Med henvisning til fig. 7, vil fasemodulatoren 38 modulere fasen til hver av de forplantende bølgene Wl og W2 ved frekvensen til signalgeneratoren 40. Som det imidlertid kan ses av fig. 1, befinner fasemodulatoren 38 seg ved en ende av sløyfen 14. Således er modulasjonen av bølgen Wl nødvendigvis ikke i fase med modulasjonen av bølgen W2. I virkeligheten er det å foretrekke for hensiktsmessig drift av dette synkrondeteksjonssystemet at modulasjonen av bølgene Wl og W2 er 180° ut av fase. Med referanse til fig. 7, er det å foretrekke at modulasjonen av bølgen Wl er representert med sinuskurven 90, er 180° ute av fase med modulasjonen av bølgen 2, her representert ved kurven 92. Anvendelse av en modulasjonsfrekvens som gir slik 180° fasedifferanse mellom modulasj onen av bølgen Wl i relasjon til bølgen W2, er spesielt fordelaktig ved at den eliminerer modulatorindusert amplitudemodulasjon i det optiske utgangssignalet målt av detektoren 30. Denne modulasjonsfrekvensen (f ) kan beregnes ved å anvende den følgende ligningen:

hvor:

L er differensialfiberlengden mellom kobleren 34 og modula toren 38 for de motforplantende bølgene Wl og W2, dvs. distansen målt langs fiberen mellom modulatoren 38 og

et symmetrisk punkt på den andre siden av sløyfen 14; n er den ekvivalente brytningindeks for enkeltmodusfibe-ren 12;

c er fritt rom - hastigheten for lyset som påtrykkes sløy-fen 14.

Ved denne modulasjonsfrekvensen (fm) som er kalt den "riktige" frekvens, er f asedif f eransen (a<)>^) mellom de motf orplantende bølgene Wl, W2, som stammer fra fasemodulasjonen av disse bølgene i samsvar med kurvene 90 og 92, vist ved sinuskurven 94 på fig. 7. Kurven 94 fåes ved å subtrahere kurven 92 fra kurven 90 for å få frem fasedifferansen mellom Wl og W2. Denne modulasjon av fasedifferansen mellom bølg-ene Wl og W2, vil også modulere intensiteten (IT) til det optiske utgangssignalet i samsvar med kurven 80 på fig.

6 på samme måte som en Sagnac-fase endring ville, siden slik f asemodulas j onA4>^ikke er utskillbar fra rotasjons-

indusert Sagnac-fase differanser AøD.

Det foregående kan forstås mere fullstendig med referanse til fig. 8 og 9 som illustrerer grafisk virkningen av (a) f asemodulas j onenA<t>^, definert ved kurven 94 på fig. 7,

og (b) Sagnac-fase differansenA<t> , på intensiteten (Im) til det optiske utgangssignalet. Før det fortsettes med en forklaring av figurene 8 og 9, bør det først forstås at intensiteten (IT) til det modulerte optiske utgangssignalet er en funksjon av den totale fasedifferanse mellom bølgene Wl og W2. Slik total fasedifferanse består av både rotasjonsinduserte Sagnac-fase differanseA<t> og den tidsvarierende modulas j onsinduserte f asedif f eransenA<t>^. Den totale f asedif f eransenA<t> mellom bølgene Wl og W2, kan uttrykes på følgende måte:

Siden virkningene av modulasjonsindusert fasedifferanseA<t>^, såvel som rotas j onsindusert f asedif f eranse A<t>R, vil betraktes med referanse til fig. 8 og 9, er følgelig den horisontale aksen for kurven 80 blitt gjenmarkert som for å indikere at den totale fasedifferansen betraktes snarere enn bare rotasjonsindusert fasedifferanse som på fig. 6.

Med referanse nå til fig. 8, vil virkningen av fasemodulasjonen A<t>^ (kurve 94) på intensiteten I til det optiske utgangssignalet bli forklart. Kurven 80 representerer forholdet mellom intensiteten til det optiske utgangssignalet som er er resultatet av to interfererende, koherente bølger på f asedif f eransenA<t> mellom bølgene. Når den relative fasevinkel mellom bølgene er 0, som illustrert ved 93, er intensiteten til den kombinerte bølgen et maksimum, som vist ved 95. Når den relative fasedifferansen mellom bølgene Wl og W2 er ikke-0, vil det kombinerte optiske signalet ha en lavere intensitet som er avhengig av størrelsen på f asedif f eransen A<t>. Intensiteten fortsetter å minske med økendeA<t>, inntil den relative f asedif f eransen er enten + eller - 180°, som illustrert ved 97 og 99 respektivt. Ved en fasedifferanse på + eller - 180°, vil de to motforplantende bølgene interferere fullstendig destruktivt og resultatintensiteten er 0 som illustrert ved 97 og 99.

På fig. 8 er det antatt at sløyfen 14 er i ro, og at det optiske signalet således ikke blir påvirket av Sagnac-effekten. Spesielt kan det ses at den modulasjonsinduserte fasedifferansekurven 94 forårsaker at det optiske utgangssignalet varierer som illustrert av kurven 96. Kurven 96 er fått frem ved å overføre punktene på kurven 94, som representerer den momentane f asedif f eranseA4>^mellom Wl og W2, på kurven 80 som representerer den resulterende optiske intensiteten for en fasedifferanse på denne stør-relse. Når alle punktene på kurven 94 er overført til kurven 80, og de korresponderende intensitetene er avmerket, får man frem kurven 96 som resultat. Overføringen av kurven 94 via kurven 80 er symmetrisk om vertikalaksen til kurven 80, slik at den optiske intensiteten målt ved hjelp av detektoren 30 varierer periodisk med en frekvens som er lik den andre harmoniske til modulasjonsfrekvensen, som vist ved kurven 96. Siden, som forklart ovenfor, er låse-forsterkeren avstemt ved hjelp av referansesignalet til modulasjonsfrekvensen f fra signalgeneratoren 40 (fig. 1), vil låse-forsterkeren detektere synkront bare detektor utgangssignalet ved modulasjonsfrekvensen f , dvs.

den første harmoniske til modulatoren 38. Men siden detektorutgangssignalet er ved den andre harmoniske til modulasjonsfrekvensen, som vist ved kurven 96, vil utgangssignalet fra forsterkeren 46 være 0 og fremviseren 47 vil indikere en rotasjonshastighet på 0.

Det bør merkes at selv om brytningsindusert amplitudevariasjoner opptrer i det optiske utgangssignalet, som forklart

med referanse til kurven 84 på fig. 6,. vil kurven 96 på

fig. 8 forbli ved den andre harmoniske frekvensen. Således vil slike brytningsinduserte amplitudevariasjoner ikke påvirke utgangssignalet fra forsterkeren 46. Deteksjonssystemet som hittil er beskrevet vil derfor gi et vesentlig mer stabilt arbeidspunkt som er ufølsomt overfor endringer i brytningen.

Når sløyfen 14 blir rotert, vil de motforplantende bølgene Wl og W2 bli endret i fase, som forklart ovenfor, i samsvar med Sagnac-effekten. Sagnac-fase endringen gir en konstant fasedifferanse Al for en konstant rotasjonshastighet.

Denne Sagnac-fase endring adderes til fasedifferansen

A4>^dannet av modulatoren 38, slik at hele kurven 94 blir overført i fase fra posisjonen vist på fig. 8, med en mengde likA4>R, som vist på fig. 9. Dette forårsaker at det optiske utgangssignalet varierer ikke-symmtrisk langs kurven 80 mellom punktene 99 og 101. Dette forårsaker et optisk utgangssignal som illustrert ved kurven 96.

Punktene på kurven 96 er avledet på følgende måte: Den kombinerte fasedifferanse, illustrert ved 103 på kurven 94,. overføres via punktet 101 på kurven 80 til punktet 105 på kurven 96. Punktet 107 på kurven 94 overføres via punktet 109 på kurven 80 til et punkt 111 på kurven 96.

På.samme' måte overføresLpuhktét ' 113 via punktet 99 til punkt' 115, bg punktet 117 overføres via punktet' 109 til. punktet 119. Til slutt overføres punktet 121 via punktet 101 til punktet 123.

Det optiske utgangssignalet 96 har en første harmonisk komponent som illustrert med strekede linjer på sinuskurven 98. Topp-amplituden til den første harmoniske komponenten 98 trenger imidlertid ikke nødvendigvis å passe sammen med amplituden til det optiske utgangssignalet ved punkt 115, selv om det kan være tilfellet noen ganger.

Det vil ses i det følgende at RMS verdien til denne sinuskurven 98 er proporsjonal med sinus til den rotasjonsinduserte Sagnac-fase differansen A* . Siden forsterkeren 46 detekterer synkront signaler som har grunnfrekvensen til modulatoren 38, vil forsterkeren 46 sende ut et signal som er proporsjonalt med RMS verdien til kurven 98. Dette signalet kan anvendes for å indikere rotasjonshastigheten til sløyfen. ;Tegningene på fig. 9 illustrerer intensitetskurveformen;til det optiske utgangssignalet for en rotasjonsretning (f.eks. med klokken av sløyfen 14). Det vil imidlertid forstås at dersom sløyfen 14 blir rotert i den motsatte retningen (dvs. mot klokken), med en lik hastighet, så ;vil intensitetsbølgeformen 96 til det optiske utgangssignalet være nøyaktig det samme som illustrert på fig. 9, unntatt ved at det vil være overført slik at kurven 98 er dreid 180° fra posisjonen vist på fig. 9. Låseforsterkeren 46 detekterer denne 180° fasedifferanse for kurven 98 ved å sammenligne fasen til den første harmoniske 98 med fasen til referansesignalet fra signalgeneratoren 40 for å bestemme hvorvidt rotasjonen til sløyfen er med klokken eller mot klokken. Avhengig av rotasjonsretningen, sender forsterkeren 46 ut enten et positivt eller et negativt signal til fremviseren 47. Uavhengig av rotasjonsretningen vil imidlertid størrelsen på signalet være det samme for like rotasjonshastigheter til sløyfen 14. ;Bølgeformen til forsterkerutgangssignalet er vist på fig.;10 som kurven 100. Det vil ses at denne kurve 100 er sinus-formet og varierer positivt eller negativt fra 0-rotasjons-hastighetsutgangsspenningen, illustrert ved 125, i avhengig-het av om rotasjonen av sløyfen 14 er med klokken eller mot klokken. Videre har kurven 100 et hovedsakelig lineært parti 102 som varierer symmetriske om utgangspunktet og gir et relativt bredt operasjonsområde for å måle rotasjon. Enn videre, gir hellingen til kurven 100 utmerket følsomhet over dette lineære driftsområdet 102 overfor små Sagnac-fase endringer. Ved således å anvende synkron-deteksjonssystemet, vil de ovenfor beskrevne problemene med ikke-lineæritet, ufølsomhet overfor små Sagnac-fase endringer, ;og brytningsinduserte amplitude-endringer, bli redusert eller eliminert for rotasjonshastigheter til sløyfen 14 ;som holder punktene 99 og 101 på fig. 9 et sted på kurven 80 mellom punktene 97 og 95. ;En ytterligere fordel med deteksjonssystemet som hittil;er vist, knytter seg til det faktum at de kjente fasemodula-torer, så som modulatoren 38, induserer amplitudemodulasjon i det optiske utgangssignalet, enten direkte eller indirekte via polarisasjonsmodulasjon, dvs. fasemodulatoren endrer også noe av lyset som passerer derigjennom til ikke-valgte polarisasjonsmodus. Det vil imidlertid gjenkalles fra forklaringen med referanse til ligning (3) at ved å arbeide med en bestemt eller "riktig" frekvens, ved hvilken fase-differansen mellom modulasjonen til bølgene Wl og W2 er 180°, så vil de ulike harmoniske frekvenskomponentene til denne amplitudemodulasjon, som er induert i hver av de motforplantende bølgene Wl og W2 av modulatoren 38, kansellere hverandre når bølgene blir ført sammen for å danne det optiske utgangssignalet. Siden det ovenfor beskrevne deteksjonssystemet således detekterer bare en ulik harmonisk, dvs. grunnfrekvensen til det optiske utgangssignalet, vil virkningene av den uønskede amplitudemodulasjon være eliminert. Ved å arbeide ved den bestemte frekvensen definert ved ligning (3), og ved å detektere bare en ulik harmonisk til det optiske utgangssignalet, vil derfor rotasjonssensoren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kunne arbeide uavhengig av modulatorindusert amplitude og polarisasjonsmodulasjon. ;En ytterligere fordel ved å arbeide ved den riktige frekvensen er at like harmoniske til fasemodulasjonen, indusert av modulatoren 38 i hver av de motforplantende fasene Wl og W2, kanselleres når disse bølger føres sammen for å danne det optiske utgangssignalet. Siden disse like harmoniske kan, ved sammenføring, frembringe falske ulike harmoniske i det optiske signalet som ellers kunne ha blitt detektert av deteksjonssystemet, vil elimineringen forbedre nøyaktigheten til rotasjonssensoren. ;I tillegg til å drive fasemodulatoren 38 ved frekvensen angitt av ligning (3), er det også fordelaktig å justere mengden fasemodulasjon slik at amplituden til den detekterte første harmoniske til den optiske utgangssignalintensiteten blir maksimalisert, siden dette gir forbedret rotasjons-avfølingsfølsomhet og nøyaktighet. Det er funnet at den første harmoniske til den optiske utgangssignalintensiteten er ved maksimumspunktet for en gitt rotasjonshastighet når amplituden til den modulatorinduserte fase-differansen A<t>^ mellom bølgene Wl og W2, indikert ved størrelsen merket Z på fig. 7, 8 og 9, er 1,84 radianer. Dette kan forstås mere fullstendig med referanse til den følgende ligningen for totalintensiteten (1^,) til to sammenførte bølger som har individuelle intensiteter på 1^og 1^respektivt, ;og med en f asedif f eranseA<t> dem imellom.; Således er, ; Fourier-rekken til kosinus ( ) er: ; hvor Jn(z) er den n te Bessel-funksjonen til den variable z, og z er toppamplituden til den modulatorinduserte fase-dif feransen mellom bølgene Wl og W2. ;Derfor gir ved å detektere bare den første harmoniske til ;V ; ; Således er amplituden til den første harmoniske til den optiske utgangssignal-intensiteten avhengig av verdien til den første Bessel-funksjonen J^(z). Siden J^(z) er ved et maksimum når z er lik 1,84 radianer, bør amplituden til fasemodulasjonen fortrinnsvis velges slik at størrel-sen (z) til den modulator-induserte f asedif f eransen A<t>^ mellom bølgene Wl og W2 er 1,84 radianer. ;Reduksjon av virkningene av bakspredning.;Som er vel kjent, er dagens optiske fibere ikke-optisk perfekte, men de har feil, så som tetthetsvariasjoner i basismaterialet til fiberen. Disse feil eller ufullkommen-heter forårsaker variasjoner i brytningsindeksen til fiberen hvilket forårsaker spredning av små mengder lys. Dette fenomen er vanligvis referert til som Rayleigh spredning. Selv om slik spredning forårsaker at noe lys tapes fra fiberen, er mengden slikt tap relativt lite, og derfor ikke av vesentlig bekymring. Hovedproblemet tilknyttet Rayleigh spredning angår ikke spredt lys som tapes, men snarere lys som blir reflektert slik at det forplanter seg gjennom fiberen i en retning motsatt den opprinnelige forplantningsretningen. Dette er vanligvis referert til som "bakspredt" lys. Siden slikt bakspredt lys er koherent med lyset som omfatter de motforplantende bølgene Wl og W2, kan det konstruktivt eller destruktivt interferere ;med slike forplantende bølger og derved forårsake variasjon ;i intensiteten til det optiske utgangssignalet som måles av detektoren 30. ;Mengden bakspredt lys fra en bølge som vil være koherent med den motforplantende bølgen, er den som blir spredt inne i en koherent lengde av sentret av sløyfen 14. Ved således å redusere den koherente lengden til kilden, blir koherensen til det bakspredte lyset og de motforplantende bølgene redusert. Den gjenværende delen av det bakspredte lyset vil være innkoherent med den motforplantende bølgen, og således vil interferensen dem imellom variere tilfeldig, slik at den utjevnes til en gjennomsnittverdi. Derfor vil denne ikke-koherente delen av det bakspredte lyset være av hovedsakelig konstant intensitet, og følgelig vil de ikke forårsake vesentlige variasjoner i intensiteten til det optiske utgangssignalet. I den foreliggende oppfinnelsen, blir følgelig virkningene av bakspredning redusert ved å anvende som lyskilden 10, en laser som har en relativt kort koherens-lengde, f.eks. på 1 meter eller mindre. Som et spesielt eksempel, kan lyskilden 10 omfatte modell GO-DIP laserdioden, kommersielt tilgjengelig fra General Optronics Corp., som nevnt ovenfor. ;En alternativ måte å hindre destruktiv eller konstruktiv interferens mellom de bakspredte bølgene og de forplantende bølgene involverer inklusjonen av en tilleggsfasemodulator i systemet ved sentret av fibersløyfen 14. Denne fasemodulator er ikke synkronisert med modulatoren 38. ;De forplantende bølgene vil passere gjennom denne tilleggsfasemodulatoren bare en gang på sin tur rundt sløyfen. ;For bakspredning som opptrer fra en forplantende bølge;før bølgen når tilleggsmodulatoren, vil bakspredningen ikke bli fasemodulsert av denne tilleggsmodulatoren siden hverken dens kildeforplantende bølge eller bakspredningen selv har passert gjennom tilleggsmodulatoren. ;På den annen side vil ved bakspredning som opptrer fra;en forplantende bølge etter at bølgen har passert gjennom denne tilleggsfasemodulatoren, bakspredningen bli effektivt to ganger fasemodulert, en gang når den forplantende bølge passerer gjennom tilleggsfasemodulatoren, og en gang når bakspredningen passerer gjennom tilleggsmodulatoren. ;Således vil, dersom tilleggsfasemodulatoren introduserer;en faseendring på <t>(t), bakspredebølgen som er oppstått i ethvert punkt unntatt ved sentret av sløyfen 14, ha en faseendring på enten 0, eller 2 <t>(t), og enhver av disse er tidsvariable med hensyn til <t>(t) faseendringen for den forplantende bølgen. Denne tidsvarierende interferens vil jevne seg ut over tiden og på effektiv måte eliminere virkningene av bakspredningen. ;I nok en alternativ måte for å forhindre destruktive eller konstruktiv interferens på grunnav bakspredning, kan denne tilleggsfasemodulatoren, som ikke er synkronisert med modulatoren 38, innføres ved utgangen fra lyskilden 10. ;I dette tilfellet vil bakspredning som opptrer ethvert;sted unntatt ved sentert av sløyfen 14, ha en forskjellig optisk veilengde fra lyskilden 10 til detektoren 30, enn den forplantende bølgen som bakspredningen dannes av. ;Således vil den forplantende bølgen gjennomløps sløyfen;14 en gang, mens den bakspredte bølgen og den forplantende bølgen som den er dannet av, vil ha gjennomløpt endel av sløyfen 14 to ganger. Hvis denne delen ikke er en halvpart av sløyfen, vil veilengdene være forskjellige. ;Siden veilengdene er forskjellige, vil en forplantende;bølge som når detektoren 30, ha blitt generert ved kilden 10 ved et forskjellig tidspunkt enn en bakspredt bølge om når detektoren 30 samtidig. ;Faseendringen introdusert av tilleggsfasemodulatoren ved kilden 10 medfører en faseendring <t>(t) i relasjon til den forplantende bølgen, men en faseendring på <t>(t+K) i den bakspredte bølgen, hvor K er tidsdifferansen mellom passas-jen til bølgene gjennom modulatoren. Siden <]>(t+K) varierer med tiden i forhold til <t>(t), vil den bakspredte interferensen jevne seg ut over tiden, hvilket på effektiv måte eliminerer virkningene av bakspredningen. ;Utstrakt dynamisk rekkevidde deteksjonssystem. Deteksjonssystemet beskrevet ovenfor med referanse til ;fig. 1-10, er et svært effektivt rotasjonsavfølings-system innenfor et bestemt område med rotasjonshastigheter for sløyfen 14. Det dynamiske området eller rekkevidden er imidlertid begrenset av visse fenomener. Med henvisning til fig. 9, kan det ses at kurven 80 er periodisk. Dersom en stor rotasjonshastighet forårsaker en stor nokA<t> slik at kurven 94 forflyttes forbi enten punktet 97 eller punktet 95, vil derfor funksjonen 96 kunne gjenta seg selv for en andre, høyere rotasjonshastighet. Denne andre rotasjonshastighet ville være vesentlig større enn rotasjonshastigheten som forårsaket Sagnac-fase endringenA<t>_ angitt i fig. 9, men vil ikke være mulig å skille fra den lavere hastigheten ved å anvende det optiske utgangssignalet 96. Det vil si at dersom A<t>Dfra en eller annen større rotasjonshastighet var tilstrekkelig stor til å forflytte kurven 94 slik at den arbeider mellom to nye punkter 99' og 101' på den andre sløyfen til kurven 80, ;så ville det ikke være mulig å skille det optiske utgangssignalet 96 i et slikt tilfelle fra tilfellet vist hvor kurven 94 arbeider mellom punktene 99 og 101. ;For å utvide deteksjonsområdet, kan et andre harmonisk fasemodulasjons-oppsett bli brukt. Denne innretning er vist på fig. 24 for en åpen sløyfe-utførelse og på fig. ;11 for en lukket sløyfe-utførelse.;Med referanse til fig. 11, er det vist et diagram over;en foretrukket lukket sløyfe-utførelse av deteksjonssystem-oppfinnelsen. Alle de likt nummererte komponentene mellom fig. 11 og 1, har den samme struktur og funksjon i fig. ;11 som de hadde i fig. 1. Kretsen på fig. 11 skiller seg fra kretsen på fig. 1 ved at den omfatter en tilbakekoblings-sløyfe som anvender låse-forsterker utgangssigna- ;let som er representert ved kurven 100, som et tilbakekoblingssignal som styrer drivspenningen på den andre fase-modulator 138 i sløyfen 14. Den andre fase-modulatoren 138 produserer et første harmonisk signal i det optiske utgangssignalet som kansellerer det første harmoniske signalet generert ved rotasjon av sløyfen 14, slik at utgangssignalet fra låse-forsterkeren blir drevet mot 0, uten hensyn til sløyferotasjonshastigheten. Følgelig gir låse-forsterker-utgangssignalet i kretsen på fig. 11 et feilsignal for tilbakekoblingssløyfen, og som således vil bli referert til hovedsakelig som et "tilbakekoblings-feilsignalet". En detaljert forklaring av oppbygning og funksjon til tilbakekoblingskretsen på fig. 11 er gitt i det følgende. Fra denne forklaring vil det bli tydelig at tilbakekoblingskretsen på fig. 11 gir et utstrakt dynamisk område for rotasjonsavføling, og at slik rotasjonsav-føling blir utført ved måling av drivspenningen på den andre fasemodulatoren 138. På fig. 11 er det vist en enkel vekselstrøms generator 40 som genererer det første harmonisk drivsignalet på ledningen 44 for den første harmoniske fasemodulatoren 38. En frekvensdobler 126 mottar det første harmoniske drivsignalet på ledningen 44 og dobler dets frekvens for å frembringe en annen harmonisk komponent på en ledning 128. ;Det andre harmoniske signalet på ledningen 128 blir koblet til inngangen til en feilkorreksjonsmodulatorkrets 130. Denne korreksjonsmodulator 130 mottar tilbakekoblingsfeilsignalet på ledning 132 fra utgangen til låseforsterkeren 46. Som på fig. 1, mottar låseforsterkeren et utgangs signal fra fotodetektoren 30 på ledningen 48 og et referansesignal på ledningen 44. I dette tilfellet er referansesignalet på ledningen 44 det første harmoniske signalet sendt ut fra vekselstrømssignalgeneratoren 40. Feilsignalet generert av låseforsterkeren 46 på ledningen 132 er proporsjonal med amplituden til Fourier komponenten til inngangssignalet på ledning 48, som passer til frekvensen til referansesignalet på ledningen 44. Dette feilsignal vil ligge et stede på kurven 100 på fig. 10. I dette spesielle tilfellet vil feilsignalet være et eller annet likestrømsnivå på kurven 100 for en fast rotasjonshastighet som er resultatet av en fast amplitude av denførste harmoniske komponenten på inngangsledningen 48. Dersom amplituden til den første harmoniske komponenten endres, vil likestrømsnivået til feilsignalet entres ettersom arbeidspunktet endres langs kurven 100. ;Som forklart nettopp, er kurven 100 periodisk siden kurven;80 på fig. 9 er periodisk. Derfor vil størrelsen på den første harmoniske komponenten til det optiske utgangssignalet 96 variere periodisk ettersom økende Sagnac-fase endringer skyver den totale faseendringskurven 94 ut inn i andre sløyfe av kurven 80. Det vil si at punktet 134 (på fig. 10) på kurven 100 representerer en situasjon hvor Sagnac-fase endringen har skjøvet kurven 94 langt nok ut slik at maksimums- og minimums-punktene til den totale resulterende faseendringskurven overføres via symmetrisk balanserte punkter til den andre sløyfen til kurven 80. Den resulterende utgangsbølgeformen 96 ville se ut på samme måte som det optiske utgangssignalet 96 opptegnet på fig. 8 ved 0 rotasjonshastighet-tilfellet, og ville ikke ha noen første harmonisk komponent. Siden bølgeformen 96 ikke har noen første harmonisk komponent i denne situasjonen, vil utgangen fra låse-forsterkeren være 0 til tross for det faktum at rotasjonshastigheten er ikke-0. ;Deteksjonssystemet i henhold til oppfinnelsen løser dette problemet ved å addere en periodisk fasemodulasjon som har en frekvens som er større enn frekvensen til den første harmoniske fasemodulasjon, som i den foretrukne utførelse er en harmonisk av den første harmoniske, fortrinnsvis den annen harmoniske, og som har en amplitude som er tilstrekkelig til å forårsake at den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet som er omtrent lik i amplitude den første harmoniske komponenten forårsaket av Sagnac-fase endringen, men 180° ute av fase med denne. Denne andre frekvensen med fasemodulasjon kansellerer således hovedsakelig hele den rotasjonsforårsakede første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet. ;Funksjonen med å omdanne tilbakekoblingsfeilsignalet på ledningen 132 til kanselleringsamplitude for den andre harmoniske fasemodulasjonen, dvs. et andre harmonisk drivsignal med tilstrekkelig amplitude til å kansellere den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet, blir utført av feilkorreksjonsmodulatoren 130, faseendreren 136 og den andre harmoniske fasemodulator 138 . ;Feilkorreksjonsmodulatoren 130 vil, når det mottar et ikke-0 feilsignal på ledningen 132, motta det andre harmoniske signalet på ledningen 128 og øke eller minske dets amplitude som respons på størrelsen og polariteten til feilsignalet, slik at størrelsen på feilsignalet på ledningen 132 blir redusert til 0 eller til innenfor et forutbestemt område rundt 0. Når det forutbestemte nivået for feilsignalet på ledningen 132 er nådd, holder modulatoren 130 nivået for den andre harmoniske stabilt ved amplituden som forårsaker 0 eller en liten verdi for feilsignalet inntil feilsignalet igjen endrer seg. Ved en endring i feilsignalet, endrer modulatoren 130 igjen amplituden til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 inntil feilsignalet på ledningen 132 igjen er redusert til 0 eller til å ligge innenfor et forubestemt område i nærheten av 0. ;Det vil si at feilkorreksjonsmodulatoren 130 anvender det tilbakekoblede feilsignalet på ledningen 132 til å justere amplituden til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140. Dette andre harmoniske drivsignalet har en frekvens som er doble av det første harmoniske drivsignalet og dets fase blir endret relativt den første harmoniske fasemodulerte drivbølgeformen ved faseendringskrets 136. Fasen blir endret slik at maksimums- og minimumspunktene til den andre harmoniske bølgeformen korresponderer i tid med maksimums-<p>g minimums- og 0-gjennomganger til den første harmoniske fasemodulasjonsdrivbølgeform. Videre blir amplituden til den andre harmoniske fasemodulasjonsbølgeformen innstilt av korreksjonsmodulatoren 130 til drivnivået som vil forårsake kansellering av den første rotasjonsinduserte harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet som er resultatet av Sagnac-fase endringen. Dette vil forstås bedre ved gjennomgang av fig. 12. ;Fig. 12 viser en grafisk sammenheng mellom den totale resulterende relative faseendring mellom de motforplantende bølgene Wl og W2 som er resultatet av sløyferotasjonen og av fasemodulatorene 38 og 138. Det korresponderende optiske utgangssignalet for denne totale faseendring er også vist. Den resulterende eller totale faseendringskurven 142 representerer summen av Sagnac-fase endringene A<|> ;(representert ved den konstante forspenning 144 for en konstant rotasjonshastighet) og den sinustidsvarierende første harmoniske faseendring A<t>^cosfu^t) , (representert ved kurven 146), og den sinustidsvarierende andre harmoniske faseendringA4>^cos(2<d t), (representert ved kurven ;148). Den resulterende faseendringA<)> erA<t>.. cos(u t) + ;lm ;A(J)_ cos(2o) t) - A <f • ;z m k;Det kan ses av fig. 12 at størrelsen til den første harmoniske faseendringen til kurven 146 er lik mengden Z mellom den vertikale aksen p og en av de balanserte arbeidspunktene 150 eller 152. Det kan også ses at størrel- ;sen A<{>2 til den andre harmoniske f aseendringskurven 148;er omtrent lik størrelsen til Sagnac-fase endringen A*. Når disse to vilkår er sanne og den andre harmoniske fase-endringekurven 148 er endret i fase, slik at dens topper ved 154, 156, 158 og 160 sammenfaller i tid med maksimum og minimumspunkter og 0-gjennomganger til den første harmoniske faseendringskurven 146, vil visse ting være sant vedrørende den kombinerte eller resulterende faseendring og det optiske utgangssignalet. Det mest viktige forholdet som vil være sant, er at topper 162 og 164 til den resulterende faseendringskurven 142 vil korresponderer omtrent med faseendringene representert ved de symmetrisk balanserte punktene 150 og 152 på kurven 80. Punktene 150 og 152

er symmetrisk balansert rundt den vertikale aksen p ved at hver ligger i lik avstand fra p-aksen, og at hver befinner seg i det samme området på kurven 80 i forhold til toppen 151. Når punktene på den resulterende faseendringskurven 142 er kartlagt via kurven 80, har det resulterende utgangssignalet en intensitet mot tid bølgeform vist ved en kurve 166. Siden kurven 166 ikke har noen første harmonisk komponent, vil feilsignalet på ledningen 132 fra låse-forsterkeren 46 være 0 siden låseforsterkeren filtrerer ut alle komponenter unntatt den første harmoniske komponen-

ten ved frekvensen f . Detektoren 30 sender ut et elek-

m

trisk signal som er proporsjonalt med lysintensitetskurven 166, og dette elektriske signalet på ledningen 48 har derfor ingen første harmonisk komponent.

Dersom den første harmoniske faseendringskurven ikke hadde en amplitude som er lik mengden Z på fig. 13, eller dersom den andre harmoniske komponenten 148 ikke hadde en amplitude som omtrent var likA^, ville toppene 162 og 164 til den resulterende faseendringen ikke omtrentlig representere balanserte, symmetrisk lokaliserte faseendringer ved punktene 150 og 152. Dette ville resultere i et utgangslyssig-nal 166 som ikke så ut som kurven 166, og som villa he en første harmonisk Fourier-komponent. For deteksjons systemet på fig. 11 er vekselstrømssignalgeneratoren 40 justert slik at amplituden A4>^ til det første harmoniske drivsignalet på ledningen 44 forblir stabilt ved mengden Z på fig. 12 og frekvensen blir opprettholdt ved den "riktige" frekvens som beskrevet ovenfor. Amplituden Z er valgt som 1,84 radianer som tidligere beskrevet. Dersom amplituden A4>2 til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 blir justert slik at det omtrentlig svarer til Sagnac-fase endringenA<}> og en faseendrer 136 blir anordnet i ledningen 140 og justert slik at toppene 154, 156, 158 og 160 til den andre harmoniske faseendringskurven 148 sammenfaller i tid ved maksimal, minimal og 0-gjennom-gangene til den første harmoniske kurven 146, vil derfor den resulterende faseendringskurven være som vist ved kurven 142 på fig. 12. Resultatet ville være en hovedsakelig kansellering av den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet 166 introdsert av Sagnac-fase endringen A<(> . Denne kansellering er forårsaket av introduk-sjonen av en første harmonisk komponentfaseendring med lik størrelse og frekvens, men 180° ute av fase med Sagnac-effektens første harmoniske Fourier-komponent ved virkningen av den andre harmoniske fasemodulatoren 138. Det vil si at kurven 166 vil ha to sinus første harmoniske komponenter med intensitetsvariasjon i sin Fourier-rekker ved frekvensen fm. Disse to komponenter vil være like i størrelse, men 180° ute av fase med hverandre. Den ene vil være forårsaket av Sagnac-fase endringen og den andre av strekkingen av fiberen ved frekvensen 2f i den andre harmoniske fase-m

modulatoren 138.

Ved å justere amplituden A^ til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 inntil feilsignalet på ledningen 132 faller til 0 eller hovedsakelig 0, er det således mulig å bestemme hva rotasjonshastigheten til sløyfen er ved å observere amplituden til det andre harmoniske drivsignalet som forårsaket 0-feil signalet. Og dette er tilfelle selv ved høye rotasjonshastigheter som ordinært ville forårsake Sagnac-fase endringer som er tilstrekkelig til å forspenne kurven 146 på fig. 12 ut i den andre, tredje eller høyere sløyfe av kurven 80. Denne prosess med å justere amplituden til det andre harmoniske drivsignalet inntil utgangssignalet fra låse-forsterkeren 46 faller til 0, kan gjøres manuelt, hvilket vil være nødvendig i åpen sløyfe utførelsen, eller det kan gjøres automatisk som i lukket sløyfe systemet.

Totaleffekten er så å tillate en måling av rotasjonshastigheter som normal ville forflytte arbeidspunktene for den resulterende faseendringskurven ut i de uklare eller tvety-dige områdene til den andre eller høyere sløyfer av kurven 80 på fig. 12, dvs. forbi punktene 95 og 97 på kurven 80

på fig. 12. Oppfinnelsen gir således en innretning for å eliminere tvetydigheten i utgangssignalet fra detektoren for å høyere rotasjonshastigheter hvor tidligere kjente sensorer ikke ville kunne gjenkjenne hvilken av flere mulige rotasjonshastigheter som forårsaket detektorutgagnssignalet med denne bestemte karakteristikk. Og dette økte dynamiske området oppnås uten tap i følsomhet siden hellningen til sidene av sløyfene på kurven ikke er endret.

I den foretrukne utførelsen, befinner den andre harmoniske fasemodulatoren 138 seg i sløyfen 14 ved et punkt midtveis mellom lokaliseringen av den første harmoniske fasemodulatoren og sentret av sløyfen 14. Ved dette sted arbeider fasemodulatoren 138 ved 2f m som vil være dens "riktiqre" frekvens siden frekvensen er fastlåst ved lokaliseringen av fasemodulatoren 38 til f .

m

Fig. 13 viser en utførelse av feilkorreksjonsmodulatoren 130. Denne utførelse er feilsignalet på ledningen 132 koblet til den inverterende inngangen til en operasjonsforsterker forbundet som en integrator. De nøyaktige struktu-relle detaljer vedrørende praktiske integratorer er vel kjent til fagkyndige og det vil ikke bli gitt noen ytterligere forklaring vedrørende disse detaljer her. Som også er vel kjent, vedrørende operasjonsforsterkere, vil den negative tilbakekoblingsspenningen levert over kapasiteten ha en tendens til å holde punktet 170 på virtuell jord.

Dvs. at spenningen på punktet 170 blir holdt på eller nær

0 volt av den negative tilbakekoblingen. Ingen strøm flyter imidlertid til jord via denne virtuelle kortslutning. Inngangsstrømmen i^n til operasjonsforsterkeren 169 via utgangsimpedansen til låse-forsterkeren 46, representert ved impedansen Rq 172, er lik utgangsfeilspenningen fra låse-forsterkeren 46 dividert med utgangsimpedansen Rq siden impedansen til jord fra punktet 170 er 0. Men siden ingen strøm flyter til jord fra punktet 170, flyter inngangsstrøm-men i^ngjennom kapasiteten 168 og en utgangsspenning ved 0 i forhold til jord bygger seg opp på ledningen 174 som en funksjon av tiden. Uttrykket for utgangsspenningen ved 0 som en funksjon av tiden er:

hvor C er verdien til kapasiteten eller kondensatoren 168.

Med henvisning til fig. 14, er det vist responsegenskapene for operasjonsforsterkerfiguratoren 169. Fig. 14(A) viser et hypotetisk feilsignal på ledningen 132. Utgangsspenningen Vq fra integratoren på ledningen 174 er opptegnet på fig. 14(B).

Det kan ses av fig. 14(B) at ved 0 feilsignaler, har ut-gangs-spenningskurven 0 hellning og ved økende størrelser av ikke-0 feilsignaler øker størrelsen til hellningen til utgangsspenningskurven for . Dvs. at fortegnet til hellningen avhenger av hvorvidt feilsignalet er positivt eller negativt, og stigningen til hellnignen i ethvert tidspunkt avhenger av størrelsen på feilsignalet i nevnte tidspunkt.

Ettersom feilsignalet øker fra oppstartingspunktet til punktet 176, øker integratorens utgangssignal V til punktet 176B. Med referanse igjen til fig. 13, vil en konvensjonert balansert modulator, så som en MC1496L, fremstilt av Motorola, og tilhørende kretser omdanne denne inngangsspenning V

på ledningen 174 til korreponderende endringer i omhyll-ningen til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140. Dvs. at modulatoren 188 amplitudemodulerer den faste amplitudens andre harmoniske signal på ledningen 128 med signalet på ledningen 174. Dette andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 blir så faseendret i den konvensjonelle faseendreren 136 på fig. 11 og påtrykt den andre harmoniske fasemodulatoren 138.

Ettersom amplituden til det andre harmoniske drivstignalet

på ledningen 140 øker, begynner amplituden til den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet på

grunn av den andre harmoniske fasemodulatoren 138 å stige. Når den stiger langt nok, har den en tendens til å kansellere den første harmoniske komponentend forårsaket av rotasjonen. Dette tenderer til å redusere feilsignalet som vist mellom punktene 176 og 177 på fig. 14(A). Det minsk-ende feilsignalet endrer stigningen til hellningen til integratorutgangsspenningen VQ på fig. 14(B), som vist mellom punktene 176B og 178B. Ved punktet 177 på fig.

14(A) er størrelsen til det andre harmoniske drivsignalet akkurat tilstrekkelig til å kansellere hele den rotasjons-forårsakende første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet, og således vil feilsignalet være 0. Dette tilkjennegis ved et flatt, ikke-0 parti av integratorutgangs-spenningskurven for VQ mellom punktene 177B og 178B.

Ved tidspunktet 178 vil i denne hypotetiske situasjonen rotasjonshastigheten til sløyfen 14 endres slik at feilsignalet endrer fortegn og begynner å øke i størrelse som vist mellom 178 og 180 på fig. 14(A). Dette forårsaker en minskning i utgangsspenningen V^siden strømmen i^nendrer retningene og spenningen på kondensatoren 168 begynner å endre seg. Dette er vist mellom punktene 178B og 180B på fig. 14(B). Virkningen er å minske amplituden til det andre harmoniske drivsignalet som forårsaker at feilsignalet går tilbake mot 0 som vist mellom punktene 180 og 182 på fig. 14(A).

Ved tidspunktet 182 i den pototetiske situasjonen vil rotasjonen av sløyfen 14 igjen endres slik at ytterligere første harmoniske komponent blir generert av Sagnac-fase endringen for å utflate feilsignalkurven som illustrert mellom punktene 182 og 184. Dette forårsaker at integratorutgangsspenningen går nedover langs en konstant kurve for å minske amplituden til den andre harmoniske fasemodulatoren mellom punktene 182B og 184B.

Ved tidspunktet 184, endres rotasjonshastigheten til sløyfen igjen, men feilsignalet er fremdeles negativt og ikke-0. Ikke-0 feilsignalet forårsaker at integratorutgangsspenningen V^fortsetter å minske og dermed endres amplituden til det andre harmoniske drivsignalet og forårsaker at feilsignalet forflytter seg mot 0 som vist mellom punktene 184 og 186.

Når feilsignalet når 0, holder integratorutgangsspenningen seg konstant på hva enn kanselleringsamplituden som kansellerer alle eller hovedsakelig alle Sagnac-genererte første harmoniske komponenter måtte være. Situasjonen ved tidspunkt 186 representerer en ikke-0 konstant rotasjonshastighet i sløyfen 14 hvor amplituden til de andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 er blitt justert til det riktige nivået slik at akkurat kansellerer den Sagnac-genererte første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet. Denne situasjonen representerer drift mellom de balanserte punktene 150 og 152 på fig. 12.

Fagkyndige vil vite at dersom rotasjonen fortsetter å aksel-erere i en retning, så kan utgangsspenningen V^stige over sikre nivåer og forårsake komponentfeil i f.eks. amplitude modulatoren 188 i kretsen på fig. 13. For å forhindre dette, bør spenningsbegrensende innretninger være koblet til integratoren for å begrense den maksimale positive og negative spenningen til V^.

Under henvisning til fig. 15, er det vist den foretrukne utførelsen av endel av feilkorreksjons modulatorkretsen 130 som kan erstatte intetratoren 190 på fig. 13. I denne utførelse har en differensialforsterker 192 sin inverterende inngang koblet til feilsignalet på ledningen 132 og har sin utgang koblet til amplitudemodulatoren 188 ved hjelp av ledningen 174.

Måten som systemet vist på fig. 15 arbeier på, blir bedre forstått med referanse til fig. 16 som viser den totale rotasjonssensoren uttrykt skjematisk dved komponentene i sensoren representert ved et 3-ports nettverk 196 koblet til differensialforsterkeren 192. Den optiske delen og de fleste av de elektroniske komponentene til sensoren er representert ved spenningsdele-impedans-nettverket 196 som har to innganger koblet til en av inngangene til de to impedansene Z^og Z^. Midtpunktet til denne delekretsen er koblet til den inverterende inngangen til differensialforsterkeren 192. Når en rotasjon blir påtrykt sløyfen, vil et rotasjonssignalet (symbolsk) bli påtrykt dden andre inngangen til 3-port nettverket 196, hvilket resulterer i at et feilsignal blir påtrykt ledningen 132 koblet til den inverterende inngangen til differensialforsterkeren 192. Differansen mellom dette inngangsfeilsignal og referansesignalet på ledningen 133, som i dette tilfellet er jordpotensial, blir forsterket av differensialforsterkeren 192 og invertert, og det forsterkende differansesignal blir påtrykt utgangsledningen 194. Denne utgangsledning er også koblet til den første inngangen til nettverket 196 slik at negativ tilbakekobling finner sted via impedansen Z-^ og har en tendens til å kansellere spenningen ved punktet 198 forårsaket av rotasjonssignalet. Signalet på ledningen 194 har så en tendens til å minimalisere spen- ningssvingningene ved punktet 198. Punktet 198 representerer fysisk utgangen fra låseforsterkeren 46 på fig. 11. Impedansene Z^og Z^er virtuelle impedanser som representerer den totale transfer-funksjon og sløyfe-forsterking til de optiske og elektroniske delene av systemet.

Tidsresponsen, fasemargin, båndbredde og følsomhet til systemet er gjenstander for utformingsvalg som er avhengig av anvendelsen og standard tilbakekoblingssystem-analyser kan anvendes for å etablere systemparametere.

Virkningen av tilbakekoblingen gjennom impedansen Z^er

å begrense svingningene i feilsignalet på utgangsledningen 132 fra låseforsterkeren til et lite område representert ved blokken 200 på fig. 10. Området er en følge av utformingsvalg og avhenger av forsterkingen til differensialforsterkeren 192. Høyere forsterkning resulterer i et mindre variasjonsområde for inngangssignalet, dvs. en mindre blokk, men mindre stabilitet.

Enhver oppbygning som reagerer på ikke-0 feilsignaler for

å redusere feilsignalet til 0, eller hovedsakelig 0 ved å øke eller minske størrelsen på det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140, kan anvendes til formålet i henhold til oppfinnelsen. Ved noen utførelser vil det være ønskelig å opprettholde nivået til det andre harmoniske drivsignalet på kanselleringsamplituden og faseforholdet til det første harmoniske drivsignalet, hvilket reduserer feilsignalet til 0 eller nær 0. Den nøyaktige kretsen anvendt for å utføre denne funksjonen, er ikke kritisk for oppfinnelsen.

En alternativ krets som kan anvendes for feilkorreksjonsmodulatoren er vist på fig. 17. I denne utførelse blir feilsignalet på ledningen 132 koblet til inngangen til en sammenligningsprosessor 201. Sammenligningsprosessoren har en referansespenning påtrykt sin referanseinngang 203 som er jordpotensial i dette tilfellet. Sammenligningsprosessoren sammenligner feilsignalet på ledningen 132

med referansesignalet på ledningen 203 og genererer et av tre utgangssignaler. Dersom feilsignalet er positivt og ikke-0, blir utgangsledningen 205 aktivert som med et logisk en nivå. Dersom feilsignalet er negativt og ikke-

0, blir ledningen 207 aktivert. Til slutt, dersom feilsignalet er lik referansesignalet, blir ledningen 205 aktivert.

En opp-ned teller 211 har sin inngang koblet til ledningen 205 og begynner opptelling fra 0 når ledningen 205 er aktiv. Den binære tellingen endrer kontinuerlig det digitale mønst-ret på utgangsdatabussen 213 ettersom tellingen går videre hvor dataene på databussen 213 ethvert øyeblikk representerer den binære representasjonen av tellingen.

En digital til analog konverter utprøver kontinuerlig eller periodisk verdien av den binære tellingen på databussen 213 og omdanner de digitale dataene til et analogt utgangssignal på ledningen 174. Dette analoge signal blir brukt av den konvensjonelle amplitudemodulatoren 188 til å ampli-tudemodulere det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 128 og påtrykke dette på ledningen 140.

Den endrende amplituden til det andre harmoniske drivsignalet blir tilbakeført som et endrende feilsignalet på ledningen 132. Dvs. at feilsignalet vil ha en tendens til å

gå mot referansesignalspenningen.

Når feilsignalet når referansespenningen, vil komparator-prosessoren 201 aktivere ledningen 209 som er koblet til stopp-inngangen til telleren 211 og derved stoppes tellingen. Digital analog-konverteren holder så amplitudenivået til

det andre harmoniske drivsignalet konstant på det således tilstedeværende nivå inntil feilsignalet endres igjen.

Når feilsignalet blir negativt og ikke-0, gjentar prosessen seg selv, men telleren 215 starter å telle ned fra 0 eller fra den eksisterende positive telling. Dersom tellingen var 0 når ledningen 207 ble aktivert, aktiverer en dekoder 217 en fortegnsendringsledning 219 som forårsaker at digital/analog konverteren endrer fortegnet på den analoge utgangsspenningen på ledningen 174. Dersom tellingen ikke var 0 når ledningen 207 ble aktivert, aktiverer ikke dekode-ren 217 ledningen 219 og digial/analog konverteren etterla-ter analogsignalet på ledningen 174 med det samme fortegn som når ledningen 205 ble aktivert, men begynner å senke amplituden ettersom tellingen minsker. Denne prosess fortsetter inntil ledningen 209 blir aktivert.

For å bestemme hvorvidt rotasjonssensoren er lineær, må transfer-funksjonen som knytter amplituden til den andre harmoniske bølgeformen til størrelsen på Sagnac-fase endringen bli utledet. Matematisk blir dette gjort ved å utlede uttrykket for det optiske utgangssignalet å løse ut den første harmoniske av dette. Det optiske utgangssignalet kan uttrykkes ved å substituere uttrykket for den resulterende faseendring vist på fig. 12 som kurven 142 for å ut-trykke kurven 80 på fig. 12. Kurven 80 kan uttrykkes som:

hvor

P(t) = den optiske utgangsenergien som funksjon av tiden;

Pq = topputgang av optisk energi; og

A<t> = den totale faseendring mellom de motf orplantende

bølgene Wl og W2.

Ved å substituere uttrykket for kurven 142 for a4>i ligning (12) for man:

hvor alle uttrykk er definert som i ligning (12) og fig.12.

Ved å løseligningen med hensyn på den første harmoniske komponenten til Fourier-transformasjonen av ligning (13) får man:

hvor J = Bessel-f unks j onen av første orden.

Derfor er forholdet mellom Sagnac-fase endringen R og størrelsen A<t>2 til den andre harmoniske faseendringen ved frekvensen 2f ni som nøyJ aktig 3 kansellerer den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet forårsaket av Sagnac-fase endringen lik: tanK=

Når ligning (15) blir opptegnet, blir den som illustrert på fig. 18. Denne kurve viser at sensoren er hovedsakelig lineær ved store Sagnac-fase endringer, men avviker litt fra lineariteten ved små Sagnac-fase endringer.

Den resulterende faseendringskurven for en liten Sagnac-fase endring A<t>Dog andre harmoniske med små amplituderA<t>2.er vist på fig. 19 som kurven 142. Den lille dumpen ved 202 overføres via kurven 80 til dumpen 204 i kurven 206 for det optiske utgangssignalet.

Transfer-funksjonen for Sagnac-fase endringer opp til 2,5 radianer er opptegnet på fig. 20 som funksjon av amplitudenA(t>2til den andre harmoniske komponenten som er nødvendig for å kansellere virkningene av Sagnac-fase endringen A$ . Fig. 20 viser mer tydelig den klare krumning i transfer- funksjonen i dette lille Sagnac-fase endringsområdet. Prikkene langs kurven på fig. 20 representerer eksperimen-telt bestemte datapunkter.

Siden transfer-funksjonen er ikke-lineær i noen områder, blir lineære elementer anvendt for å overføre amplituden til det andre harmoniske drivsignalet til størrelsen til de Sagnac-fase endrings-introduserte feilene. En innretning kan anvendes ved utgangen for å lagre transfer-funksjonen eller for å løse transfer-funksjonen for rotasjonshastigheten eller Sagnac-fase endringen og gir kanselleringsamplituden til det andre harmoniske drivsignalet. Dvs. at det er fordelaktig å omdanne amplituden til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 som kansellerer den første harmoniske komponenten i utgangssignalet på grunn av Sagnac-fase endringen til rotasjonshastigheten eller Sagnac-fase endringen selv. Dette er formålet med utgangsfremviserkretsen 208 på fig. 11.

Fig. 21 viser den foretrukne kretsen for utgangsfremvise-ren 208. Det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140 blir koblet til inngangen til en låse-forsterker 210. Låse-forsterkeren er avstemt til det andre harmoniske drivsignalet, dvs. at den har som referansesignal det umodulerte andre harmoniske signalet på ledningen 188 fra frekvens-dobleren 126 på fig. 11. Formålet med låse-forsterkeren 210 er å filtrere ut all støy på ledningen 140 som forstyrrer den ønskede andre harmoniske bølgeformen. Denne støy kan være resultatet fra støy på krafttilførselledningene, elektromagnetiske forstyrrelser, krysstale med det første harmoniske drivsignalet på ledningen 44, og andre feilkilder så som støy i frekvensmultiplikatoren.

Utgangssignalet på ledningen 212 er proporsjonalt med amplituden til det filtrerte andre harmoniske drivsignalet på utgangen 212 til låse-forsterkeren, og blir koblet til en analog til digital (A/D) konverter 214 hvor det blir omdannet til digitale data. Disse data blir brukt av en mikroprosessor eller datamaskin 216 til å adressere en varseltabell i et minne 218 som lagrer digitale data vedrør-ende rotasjonshastigheten som korresponderer til hver amplitude til det andre harmoniske drivsignalet som bestemt av transferfunksjonen til ligning (15).

De digitale data på utgangen 217 til A/D konverteren 214 blir brukt av en mikroprosessor 216 for å gi adgang til den riktige adresse i ROM 218 som lagrer de digitale data som indikerer den korresponderende Sagnac-fase endring eller rotasjonshastighet for den bestemte amplitude til det andre harmoniske drivsignalet på ledningen 140. Programmet for mikroprosessoren 216 for å utføre denne adresser-ingsfunksjonen vil være åpenbart for fagkyndige, og ethvert program som kan utføre denne funksjonen vil være anvendbart. De digitale data som sendes ut fra ROM kan så omdannes

til analog form ved hjelp av en digital til analog konverter 220 eller de kan anvendes i sin digitale form.

I andre utførelser, kan mikroprosessoren 216 være programmert for å løse transfer-funksjonen til ligning (15) ved å anvende data fra A/D konverteren 214 som den variable^. I disse utførelser vil ROM 218 inneholde programmet for å utføre beregningene som er nødvendig i ligning (15). Det nøyaktige programmet som anvendes for å utføre denne beregningen er ikke kritisk, og programmer for å utføre denne beregning vil være kjent for fagkyndige. Ethvert program som kan utføre denne beregningen vil være adekvat ved utførelse av oppfinnelsen.

Andre utførelser kan anvende et R.M.S, voltmeter i stedet for låse-forsterkeren 210, men en slik oppbygning ville kunne føre til feil siden enhver støy på ledningen 140

kan bli tatt som et gjennomsnitt i og mistolkes som en falsk amplitude til det andre harmoniske drivsignalet. R.M.S, voltmeteret har sin inngang ved midtpunktet til

en spenningsdeler som vist på fig. 22. Det andre harmoniske drivsignalet blir påtrykt knuten 221 til en spenningsdeler som består av motstandene RI og R2. Motstandene RI og R2 er valgt slik at de reflekterer hellingen av transfer-funksjonen i det lineære området, slik at for en gitt amplitude av det andre harmoniske drivsignalet i knuten 221,

vil et signal som har en amplitude som er proporsjonal med rotasjonshastigheten bli levert i knute 222. Dette signalet blir koblet til inngangen til et R.M.S, voltmeter og kan leses som Sagnac-fase endringen eller rotasjonshastigheten. Videre kunne også et osciloskop anvendes istedet for et R.M.S, voltmeter, som vist på fig. 23, for å detektere amplituden til det andre hamoniske drivsignalet.

Igjen anvendes et lineært skaleringsnettverk som består

av motstandene R3 og R4 for å skalere inngangen til oscillo-skopet. Utførelsene på fig. 22 og 23 er mest nøyaktige i de lineære områdene av transfer-funksjonen.

Enhver annen innretning som er istand til å måle bølgeformer til den andre harmoniske frekvensen, kan også anvendes for utgangsfremviserkretsen 208. F.eks. kunne en analog kurvetilpasningsinnretning anvendes for å kompensere for transfer-funksjonskurven og gi et utgangssignal som er proporsjonalt med rotasjonshastigheten. Videre kunne ROM tabellen og mikroprosessoren på fig. 21 unngås i de omtrentlig lineære områdene til transfer-funksjonskurven, slik at også en forenklet utførelse som vist på fig. 21 kunne anvendes i det omtrent lineære området for å gi et tilnærmet resultat.

Åpen sløyfe utførelsen på fig. 24 arbeider på samme måte som lukket sløyfeutførelsen på fig. 11, unntatt at det ikke er noen tilbakekobling.

Under henvisning til fig. 24 er den grunnleggende struktur for denne to-harmoniske, åpen sløyfe strukturen den samme som vist på fig. 1 unntatt for en forskjell. Dvs. at vekselstrømgeneratoren 40 genererer et drivsignal for fase-modulatoren 38, hvilket signal har en første harmonisk komponent ved frekvensen f og en andre harmonisk komponent ved frekvensen 2fm>Virkningen av den andre harmoniske komponenten er den samme som beskrevet ovenfor, med henvisning til fig. 11. Alle de andre komponentene i utførelsen av oppfinnelsen vist på fig. 24 har den samme strukturen og har den samme funksjonen som deres motparter i fig. 1. Vekselstrømsgeneratoren 40 er imidlertid litt modifisert slik at størrelsen på den andre harmoniske komponenten kan styres manuelt til en amplitude som er tilstrekkelig til å kansellere komponenten i det optiske utgangssignalet ved den første harmoniske frekvensen forårsaket ved rotasjonen .

Metoden i henhold til oppfinnelsen for å detektere rotasjonshastigheten til sløyfen omfatter trinnene ved å forårsake motforplantende lysbølger i sløyfen og bli modulert ved en første harmonisk frekvens på f . Amplituden til den første harmoniske komponenten ved frekvensen f blir så detektert i det optiske utgangssignalet til sløyfen. De motforplantende lysbølgene blir så fasemodulert ved en andre harmonisk frekvens, dvs. 2f m med en amplitude som er tilstrekkelig til å kansellere den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet forårsaket av rotasjon.

Mere bestemt blir amplituden til den første harmoniske komponenten til det optiske utgangssignalet omdannet til et likestrømt feilsignal som er proporsjonalt med denne. Feilsignalet blir så brukt til å styre amplituden til et andre harmonisk drivsignal for en andre harmonisk fasemodulator i sløyfen. Nivået til det andre harmoniske drivsignalet blir så økt eller minsket inntil feilsignalet indikerer en hovedsakelig 0 amplitude for den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet. Amplituden til det andre harmoniske drivsignalet som reduserte amplituden til den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet til 0, er et mål for rotasjonshastigheten til sløyfen.

Fremgangsmåten for å beregne rotasjonshastigheten til Sagnac-effekt rotasjons-sensoren omfatter avføling av amplituden til den første harmoniske komponenten i det optiske utgangssignalet til sensoren ved den første frekvensen ved hvilken den første fasemodulatoren arbeider. De motforplantende lysbølgene i rotasjonssensoren blir så fasemodulert ved en andre frekvens som i den foretrukne utførelse bør være en nøyaktig harmonisk av den første frekvensen. Andre andre harmoniske frekvenser kan forårsake tidsvarierende komponenter i feilsignaler som tydelig påvirker stabiliteten til sløyfen og forårsaker drift og ustabilitet. Amplituden og fasen til den andre frekvensfasemodulasjonen blir justert i relasjon til den første frekvensfasemodulasjonen for å kansellere komponenten til det optiske utgangssignalet ved den første frekvensen. Karaktaeristikken til fasemodulasjonen ved den andre frekvensen og kanselleringsamplituden blir så omdannet via en transfer-funksjon til den korresponderende rotasjonshastigheten.

Claims

1. Anordning for å avføle rotasjon til en optisk sløyfe hvori lysbølger kan motforplantes, og nevnte lys-bølger har første fase modulasjon ved en første frekvens forårsaket av en første fase-modulator, og nevnte lysbølger kombineres for å danne et optisk utgangssignalet, karakterisert ved at anordningen omfatter: - en detekteringskrets for å detektere den første frekvenskomponenten til det optiske utgangssignalet som korresponderer med rotasjonshastigheten; og - en andre fasemodulator for å forårsake fasemodulasjon av lysbølgene ved en andre frekvens med en amplitude som er tilstrekkelig til hovedsakelig å kansellere den første frekvenskomponenten.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at detekteringskretsen omfatter en fotodetektor som er elektrisk forbundet med inngangen til en låse-forsterker som er avstemt til den første frekvensen, og som omdanner amplituden til den første frekvenskomponenten til et tilbakekoblingsfeilsignal.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den omfatter en feilkorreksjonsmodulator som varierer amplituden til den andre frekvensfasemodulasjonen til den andre fasemodulatoren som respons på tilbakekoblingsfeilsignalet.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at feilkorreksjonsmodulatoren reagerer på ikke-0 tilbakekoblingsfeilsignal ved å øke eller minske amplituden til den andre frekvensfasemodulasjonen for å redusere amplituden til tilbakekoblingsfeilsignalet til hovedsakelig 0.

5. Anordning som angitt i krav 4, k a r a k - terisert ved at feilkorreksjonsmodulatoren omfatter: - en integrasjons-operasjonsforsterker med det tilbakekoblede feilsignalet koblet til den inverterende inngangen av nevnte operasjonsforsterker; og - en amplitudemodulator som er elektrisk forbundet til utgangen til operasjonsforsterkeren.

6. Anordning som angitt i krav 4 , karakterisert ved at feilkorreksjonsmodulatoren omfatter: - en summerings-differensial-forsterker med det tilbakekoblede feilsignalet som inngangssignal; og - en amplitudemodulator som er elektrisk forbundet til utgangen til differensialforsterkeren.

7. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den omfatter en generator som gir signaler som driver den første fasemodulatoren ved en første frekvens og den andre fasemodulatoren ved den andre frekvens som er en harmonisk av den første frekvensen .

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at signalgeneratoren gir et signal ved den første frekvensen, og hvor anordningen videre omfatter en frekvensmultiplikator for å frembringe signalet ved den andre frekvensen, og en faseendringskrets for å endre den relative fasen til det andre frekvenssignalet, slik at maksimumspunktene til det andre signalet korresponderer tidsmessig med maksimumspunktene til det første frekvens signalet .

9. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter en utgangskrets som reagerer på amplituden til den andre frekvensfasemodulasjonen og som gir et signal som korresponderer med rotasjonshastigheten.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at et utgangssignal fra utgangskretsen korresponderer til amplituden til det andre frekvens-fasemodulasjonsdrivsignalet som er nødvendig for å kansellere den første frekvenskomponenten detektert av detekteringskretsen.

11. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at utgangskretsen påtrykker en transfer-funksjon på amplituden til den andre frekvensmodulasjonen for å overføre den andre frekvensmodulasjonen til et rotasjonssignal.

12. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at utgangskretsen omfatter et minne for å lagre rotasjonsdata som er relatert av transfer-funksjonen til amplituden til den andre frekvensfasemodula-sj onen.

13. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at utgangskretsen omfatter en datamaskin som er programmert for å løse ligningen:

hvor A $ = Sagnac-fase endringen forårsaket av rotasjon; A4>-^ = amplituden til den første frekvensfasemodulasjonen; A <t> ^ = amplituden til den andre frekvensfasemodulasjonen; Jx = Bessel-funksjonen av første orden som definerer den harmoniske til x ganger den første frekvensen.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at utgangskretsen videre omfatter en låse-forsterker for å detektere amplituden til den andre frekvensmodulasjonen som er nødvendig for å kansellere den første frekvenskomponenten og for å generere et utgangssignal som reagerer på dette, og videre omfatter en analog til digital konverterkrets for å omdanne utgangssignalene fra låse-forsterkeren til digitale data.

15. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at datamaskinen reagerer på de digitale data fra analog til digital konverterkretsen med å generere en adresse til et minne, og nevnte minne reagerer med korresponderende rotasjonsdata.

16. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som har motforplantende lysbølger i seg som er fasemodulert ved en første frekvens, karakterisert ved følgende trinn: - kombinering av nevnte motforplantende bølger for å frembringe en kombinert lysbølge som har en første frekvenskom-ponent forårsaket av rotasjonen av den optiske sløyfen; - detektering av amplituden til den første frekvenskomponenten til nevnte kombinerte bølge; og '- fasemodulering av de motforplantende lysbølger med et andre frekvenssignal og en amplitude som er tilstrekkelig til hovedsakelig å kansellere den første . frekvenskomponenten i den kombinerte bølgen.

17. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 16, karakterisert ved at den videre omfatter følgende trinn: - omdanning av den detekterte amplituden til den første frekvenskomponenten til den kombinerte bølgen til et tilbake-koblingsf eilsignal ; - amplitudemodulering av det andre frekvenssignalet som respons på tilbakekoblingsfeilsignalet; - påtrykking av det amplitudemodulerte andre frekvenssignalet på en fasemodulator i den optiske sløyfen.

18. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 17, karak terisert ved at det andre frekvenssignalet er en harmonisk av den første frekvensen.

19. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonen til en optiske sløyfe som angitt i krav 18, karakterisert ved at den omfatter trinnene med å endre fasen til det andre frekvenssignalet slik at maksimumspunktene til det andre frekvenssignalet korresponderer tidsmessig med maksimumspunktene til den første frekvensmo-dulasjon.

20. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 17, karakterisert ved trinnene med å øke og minske amplituden til det andre frekvenssignalet inntil tilbake-koblingsf eilsignalet indikerer et hovedsakelig 0 amplitude-nivå for den detekterte første frekvenskomponenten.

21. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 20, karak terisert ved at den omfatter trinnene med å konvertere via en transfer-funksjon amplituden til det andre frekvenssignalet til den korresponderende rotasjonshastigheten til den optiske sløyfen som forårsaket den første frekvenskomponenten i den kombinerte bølgen.

22. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 21, karakterisert ved at den videre omfatter trinnene med: - konvertering av amplituden til det andre frekvenssignalet til en adresse i et dataminnelager som definerer den korresponderende rotasjonshastigheten for den bestemte andre frekvenssignalamplituden; og - fremtrekking av data lagret i denne adressen.

23. Fremgangsmåte for å detektere rotasjonshastigheten til en optisk sløyfe som angitt i krav 22, karakterisert ved at omdanningstrinnet omfatter innstilling av amplituden til det andre frekvenssignalet som den variable A * 2 0<3 amplituden til den første frekvensfasemodulasjonen som A<t>^ og løse med hensyn på A<|>R Sagnac-faseendringen forårsaket av rotasjon i den følgende ligning:

hvor J = Bessel funksjonen av første orden som definerer den harmoniske til x ganger den første frekvensen.