DE1300320B - Einrichtung zum Messen einer Drehbewegung - Google Patents

Description

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Gegenstand der Patentanmeldung P 12 92 899.- lagern. Die in willkürlicher zeitlicher Verteilung er-3-52 ist eine Einrichtung zum Messen einer Dreh- zeugte Verschiebung läßt sich gemäß einer bevorzugbewegung durch Vergleich der Frequenzen zweier ten Ausführungsform der Zusatzerfindung durch das gegenläufig rotierender elektromagnetischer Strahlen Ausgangssignal eines Rauschgenerators steuern, annähernd gleicher Frequenz, insbesondere Laser- 5 In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der strahlen in einem rotierenden Laserpfad, wobei die Erfindung dargestellt.

Strahlen im Umlaufpfad so verschoben werden, daß Der Träger 10 hat die Form eines Dreiecks und

sich ihre Frequenzen stärker voneinander unterschei- besteht beispielsweise aus einem Stück Quarz. Er den und die Verschiebungen abwechseln und symme- weist einen ebenfalls dreieckförmigen Umlaufpfad in trisch nach beiden Seiten erfolgen. Bei der Drehung io Form eines Tunnels 12 auf, der nach außen hin durch des Umlaufpfades um seine Mittelsenkrechte ändert drei Spiegel 14, 16, 18 sowie einen Verschlußstopfen sich die wirksame Weglänge für die beiden gegen- 20 abgedichtet ist. Die Spiegel 14, 16 und 18 sind läufig umlaufenden Strahlenbündel, so daß sich ent- am Träger 10 befestigt und begrenzen einen im Dreisprechend der Dopplerverschiebung bewegter Strah- eck verlaufenden geschlossenen Umlaufpfad, der von lungsquellen ein der Drehgeschwindigkeit proportio- 15 den beiden Laserstrahlen 22 und 24 gegenläufig naler Frequenzunterschied zwischen den beiden durchlaufen wird. Der Tunnel 12 wird durch die Strahlenbündeln ergibt. Dieser wird als Kenngröße Öffnung 26 mit einem geeigneten Lasergas gefüllt für die Richtung und Größe der Winkelgeschwindig- und die Öffnung dann durch Aufsetzen des Verkeit ausgenutzt. Um bei niedrigen Winkelgeschwin- schlußstopfens 20 geschlossen. Zur Anregung der digkeiten und demzufolge geringen Frequenzunter- 20 Gassäule dient ein in der Zeichnung nicht dargestellschieden das Mitziehen der beiden Frequenzen oder ter Generator an sich bekannter Bauart. Einrasten auf eine Zwischenfrequenz zu vermeiden, Bei Drehungen der Meßeinrichtung um eine rechtwerden nach der Hauptpatentanmeldung die beiden winklig zur Papierebene stehende Achse, d. h. Laserstrahlenbündel periodisch im Umlaufpfad hin Drehung in Richtung eines der Laserstrahlen, ent- und her verschoben, so daß bei niedrigen Winkel- 25 steht eine Frequenzdifferenz zwischen den beiden geschwindigkeiten eine von dieser zusätzlichen Ver- Strahlenbündeln, weil sich dem in Richtung der Schiebung herrührende vergrößerte Frequenzdifferenz Drehbewegung umlaufenden Strahlenbündel ein länauftritt. Diese Verschiebung läßt sich mechanisch gerer wirksamer Strahlenweg darbietet als dem in Gebeispielsweise dadurch erreichen, daß man die ge- genrichtung umlaufenden Strahlenbündel und die samte Meßeinrichtung zusätzlich periodischen Dreh- 30 Schwingungsfrequenz eines Laser von der Strahlenschwingungen aussetzt. Eine elektrische Verschiebung weglänge abhängt.

ist durch Verwendung eines in den Umlaufpfad ein- Teile der beiden Strahlen durchdringen den Spiegeschalteten Faraday-Elements mit zwei benachbar- gel 16 und gelangen zu einem Detektor 28, der die ten Viertelwellenplatten zu erreichen. Ein Mitziehen Frequenzdifferenz zwischen den beiden Strahlenbün- oder Einrasten kann somit nur noch im Bereich der 35 dein und auf diese Weise die Drehgeschwindigkeit Umkehrstellen der zusätzlichen Drehschwingungen mißt. Der Detektor kann den in der Hauptpatentbzw. Minima und Maxima des das Faraday-Element anmeldung beschriebenen Aufbau haben, steuernden Wechselstroms erfolgen, wo infolge der Bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten liegen die

Richtungsumkehr ein kurzzeitiger Stillstand der Frequenzen beider Strahlen dicht beieinander, so daß mechanischen oder elektrischen Bewegung auftritt 40 sie dazu neigen, auf einer gemeinsamen Frequenz und damit die beiden Frequenzen sehr dicht beiein- zu schwingen und demzufolge geringe Drehgeschwinanderliegen. digkeiten nicht gemessen werden können. Um dies

Aufgabe der Erfindung ist es, den Einfluß dieses, zu vermeiden, ist der gesamte Träger 10 mit einer wenn auch nur äußerst kurzzeitigen Mitziehens auf Welle 32 auf einen Vibrator 30 befestigt, der beidas die Drehgeschwindigkeit kennzeichnende Aus- 45 spielsweise als Motor ausgebildet sein kann und den gangssignal zu vermeiden und insbesondere verhindern, Träger 10 in Richtung der Pfeile 34 in periodische daß diese Fehler mit der Zeit bis zu einem das Meß- Drehschwingungen versetzt. Die Schwingungen werergebnis verfälschenden Wert akkumuliert werden. den durch das über die Leitung 38 zugeführte Signal

Die Zusatzerfindung sieht hierfür eine solche Steue- eines Wechselstromgenerators 36 erregt. Durch die rung der mechanischen oder elektrischen Verschie- 50 Drehschwingungen werden die beiden gegenläufig bung vor, daß die Nullstellen der Verschiebung in umlaufenden Strahlenbündel für die größte Zeit auf willkürlicher zeitlicher Verteilung auftreten. Die ein- merklich voneinander verschiedene Frequenzen verzelnen kurzen Mitziehperioden haben dann keine schoben und die Richtung der Verschiebung perioakkumulierende Wirkung mehr, so daß der Gesamt- disch am Ende jeder Schwingung umgekehrt. Für die fehler der Meßeinrichtung weiter verringert wird. 55 meiste Zeit ist also das Einrasten beider Strahlen-Wird gemäß einer Ausführungsform der Winkel- bündel auf eine gemeinsame Frequenz verhindert, geschwindigkeitsmeßeinrichtung nach der Haupt- Insoweit entspricht die dargestellte Einrichtung derpatentanmeldung ein in Drehschwingungen versetzter jenigen nach der Hauptpatentanmeldung. Träger für den Umlaufpfad verwendet, so sieht die Wie bereits erwähnt, kann diese periodische Vervorliegende Zusatzerfindung vor, daß den periodi- 60 Schiebung das Mitziehen oder Einrasten auf eine vorsehen Drehschwingungen willkürlich auftretende gegebene Frequenz nicht vollständig ausschalten. Schwingungen überlagert werden. Wird nach einer Wenn nämlich die Meßeinrichtung hin- und heranderen Ausführungsform der Hauptpatentanmel- schwingt, kommt sie an den Umkehrpunkten der dung die Verschiebung durch ein im Zuge des Um- Schwingungen zwangläufig, wenn auch nur kurzzeitig laufpfades angeordnetes Faraday-Element erzeugt, 65 zum Stillstand. Während dieser kurzen Momente kann so schlägt die Zusatzerfindung vor, dem Erreger- ein Mitziehen auftreten, und über eine lange Zeit Wechselstrom für das Faraday-Element ein in will- gesehen, besteht die Möglichkeit, daß diese aufeinkürlichen Zeitabständen auftretendes Signal zu über- anderfolgenden kurzen Intervalle, in denen ein Mit-

ziehen auftritt, nach und nach ein Fehlersignal aufbauen, welches eine nicht mehr vernachlässigbare Größe erreichen kann. Gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung ist deshalb ein Rauschgenerator 40 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über die Leitung 42 dem des Wechselstromgenerators 36 überlagert wird. Hierdurch wird auch den Schwingungen des Trägers 10 eine nicht periodisch, sondern in willkürlichen zeitlichen Abständen, also regellos auftretende Schwingungskomponente überlagert. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die kurzen Intervalle des Mitziehens ebenfalls zeitlich willkürlich verteilt auftreten und deshalb kein akkumulativer Aufbau eines Fehlersignals auftritt. Man erreicht hierdurch eine bedeutende Erhöhung der Genauigkeit der Winkelgeschwindigkeitsmeßeinrichtung, beispielsweise um zwei Größenordnungen.

Wie bereits in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, sind mechanische Drehschwingungen nicht der einzige Weg, um einen Laser-Winkelgeschwin- so digkeitsmesser mit einer Art Vorspannung zu betreiben. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Faraday-Elements im Strahlenweg der Laserstrahlen in Verbindung mit zwei Viertelwellenplatten, wie dies bereits an Hand der Hauptpatent- anmeldung beschrieben wurde. In diesem Fall wird gemäß vorliegender Zusatzerfindung ein zusätzlicher Rauschgenerator an das Faraday-Element angeschlossen, um der periodisch umkehrenden Aktivierung durch einen Wechselstromgenerator eine nicht periodische, sondern willkürlich auftretende Aktivierung zu überlagern.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen einer Drehbewegung durch Vergleich der Frequenzen zweier gegenläufig rotierender elektromagnetischer Strahlen annähernd gleicher Frequenz, insbesondere Laserstrahlen in einem rotierenden Laserpfad, wobei die Strahlen im Umlaufpfad so verschoben werden, daß sich ihre Frequenzen stärker voneinander unterscheiden und die Verschiebungen abwechseln und symmetrisch nach beiden Seiten erfolgen, nach Patentanmeldung P 12 92 899.3-52, gekennzeichnet durch eine solche Steuerung der Verschiebung, daß die Nullstellen der Verschiebung in willkürlicher zeitlicher Verteilung auftreten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem den Umlaufpfad tragenden und in Drehschwingungen versetzenden Träger, dadurch gekennzeichnet, daß den periodischen Drehschwingungen willkürlich auftretende Schwingungen überlagert sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem die Verschiebung erzeugenden Faraday-Element im Zuge des Umlaufpfades, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erreger-Wechselstrom für das Faraday-Element ein in willkürlichen Zeitabständen auftretendes Signal überlagert ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in willkürlicher zeitlicher Verteilung erzeugte Verschiebung durch das Ausgangssignal eines Rauschgenerators (40) gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen