DE3344453A1 - Ringlaser-fuehler fuer winkeldrehungen mit regelung der zitterbewegung - Google Patents

Description

Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen.

Ein solcher Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen wird häufig auch als Ringlaserfühlrr für Winkelgeschwindigkeiten oder Ringlaser-Gyro- bzw.-Kreisel bezeichnet. Im folgenden soll nur noch von einem Ringlaserfühler für Winkeldrehungen gesprochen werden. Ein solcher Fühler verwendet einen Ringlaser, der üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweisey in einem massiven Block aus beispielsweise Quarz oder einem keramischen Material angeordnet ist. Dieser Block oder eine äquivalente Tragstruktur für den Laserstrahlengang wird im folgenden als "Ringlaserkörper" bezeichnet.

Frühe Ringlaserfühler für die Feststellung von Drehungen benutzten keinen massiven Block für den Ringlaser, sondern stattdessen entweder einen einzigen, linearen Laser in einem der Schenkel oder mehrere lineare Laser in verschiedenen Schenkeln für die Erzeugung des Laserstrahls. Der bzw. die Laser wurden an der Tragstruktur zusammen mit Eckenspiegeln angebracht, um den Lichtring zu vervollständigen. Auch Ringlaservorrichtungen dieses Typs werden unter dem Begriff des "Ringlaserkörpers" zusammengefaßt. Dieser Ringlaser soll außerdem so beschrieben werden, als wäre der Strahlengang des Ringlasers vollständig in dem massiven Block eingeschlossen.

Der Laserkörper kann beispielsweise Dreieck- oder Rechteckform haben; in oder an dem Laserkörper sind hohle Bohrungen ausgebildet, beispielsweise durch Bohren. Die Spie-

ORIGINAL

334445

gel sind so angeordnet, daß sich das Licht auf einer geschlossenen Bahn durch die Bohrungen von Spiegel zu Spiegel fortpflanzt. Die Bohrungen schließen im allgemeinen ein Gas ein, das den Lasereffekt zeigt, wie beispielsweise ein Helium/Neon-Gemisch. Um aus einem solchen Ringlaser einen Ringlaserfühler für Winkeldrehungen zu machen, sind Einrichtungen vorgesehen, um zwei sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzende, kohärente Laserstrahlen zu erzeugen und auf diesen geschlossenen Bahnen zu reflektieren, üblicherweise werden teiltransparente Spiegel verwendet, um einen Teil der beiden sich in entgegengesetzter Richtung forpflanzenden Laserstrahlen aus dem Strahlengang des Ringlasers abzuleiten. Diese beiden abgeleiteten Strahlen werden auf einen photoelektrischen Wandler gerichtet, der bei bzw. auf niedrige Frequenzen begrenzt ist, um ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz gleich der Differenzfrequenz zwischen den beiden sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzenden Strahlen ist. Der Ringlaserfühler für Winkeldrehungen weist eine Fühlerachse im Innern des geschlossenen Ringlaserstrahlengangs auf. Wenn sich der Laserfühler für Winkeldrehungen nicht um seine Fühlerachse dreht, sind die Laserlichtfrequenzen der beiden sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzenden Laserstrahlen gleich. Dreht sich jedoch dieser Laserfühler um seine Fühlerachse, so nimmt die Frequenz eines Strahls zu, während die Frequenz des anderen Strahls abnimmt. Die Frequenz differenz zwischen den beiden, sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzenden Strahlen ist ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit der Winkeldrehung des Fühlers um seine Fühlerachse. Zählt man die Schwebungen zwischen den beiden sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzenden Strahlen, so erhält man ein Maß für die Winkelverschiebung des Winkeldrehungsfühlers um seine Fühlerachse.

Wegen der Streuung an den Spiegeloberflächen und aus ande-

BAD ORIGINAL

334U53

ren Gründen sind die Frequenzen der sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzenden Laserstrahlen miteinander verriegelt, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Fühlers um seine Fühlerachse einen Wert hat, der unter einem bestimmten Schwellwert liegt. Dieser Effekt wird als "Einrasten" bezeichnet. Ein bevorzugtes Verfahren zur Vermeidung oder zumindest zur Verringerung der Wirkungen des Einrastens liegt darin, den Ringlaserfühler für Winkeldrehungen mechanische Schwingungen oder Zitterbewegungen um seine Fühlachse ausführen zu lassen.

Eine weitere Maßnahme zur Ausübung einer schwingenden Vorspannung auf die Ringlaserstrahlen wird in der Literatur beschrieben, insbesondere in der US-PS 3 373 650 vom 19. März 1968 (J. E. Killpatrick). Gemäß der US-PS 3 373 werden eine Faraday Zelle und zwei Viertelwellenplatten in den Strahlengang des Ringlasers eingefügt. Die Faraday Zelle ist in eine Spule eingeschlossen, die durch einen oszillierenden Strom erregt wird, um ein oszillierendes Magnetfeld zu erzeugen, das über die Faraday Zelle die Phase jedes Laserstrahls um einen unterschiedlichen Betrag ändert, wodurch die beiden sich in entgegengesetzten Richtungen fortpflanzenden Laserstrahlen eine oszillierende Vorspannung erhalten.

Obwohl der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Laser-Kreiseln mit mechanischer Vorspannung entwickelt worden ist, sollte dieser Gedanke sowohl auf mechanischem Wege in Zitterbewegungen versetzt als auch durch Faraday-Ze Ilen in Zitterbewegung.. . versetzte und damit vorgespannte Laserfühler umfassen.

Bei der Vorspannung durch mechanische Zitterbewegungen wird die Vorspannung auf den Laserkörper durch die Feder ausgeübt. Die mechanische Trägheit des Körpers führt dann

BAD ORIGINAL

_Hi ·■'■■■■ ·^:·-^:" ·■···■·^: 334445

dazu, daß der Körper auf der Feder Schwingungen ausführt.

Bei der Erzeugung der Vorspannung mittels Zitterbewegungen über eine Faraday-Zelle wird die Vorspannung durch das Magnetfeld auf den Laserstrahl ausgeübt; die Trägheit des Magnetfeldes oder sein Widerstand gegenüber Änderungen ist der Trägheit des mechanischen Körpers äquivalent.

Die Antriebsfunktion für die mechanische Ausführungsform ist das auf den Körper ausgeübte Drehmoment. Ein solches Drehmoment kann direkt zwischen dem Körper und der Tragstruktur erzeugt werden; als Alternative hierzu kann es durch die Tragfedern ausgeübt werden. Ein solches Drehmoment kann sich rasch ändern, während sich die Winkelgeschwindigkeit des Laserkörpers aufgrund der Trägheit des Körpers und der Federkonstanten der Feder langsamer ändert.

Die Antriebsfunktion für die Ausführungsform mit der Faraday-Zelle ist die an die Spule der Faraday-Zelle angelegte Spannung. Eine solche Spannung kann sich rasch ändern; das Magnetfeld und der Spulenstrom ändern sich jedoch aufgrund der Zeitkonstanten für die Abhängigkeit magnetischer Widerstand/Induktivität der Schaltung wesentlich langsamer.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird in Verbin dung mit der mechanischen Ausführungsform beschrieben; gelegentlich wird jedoch die äquivalente Struktur mit Faraday Zelle erwähnt werden.

Wie allgemein in der US-PS 3 373 650 erörtert wird, enthal ten beide Ausführungsformen eine Vorrichtung, bei der zwei Strahlen aus monochromatischem Licht längs einer geschlossenen, schleifenartigen Bahn in zwei entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden; die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Strahlen wird als Maß für ihre Drehung festge-

BAD ORIGINAL

-w-

stellt. Die Einrichtung, mit der das Einrasten der beiden Lichtstrahlen verhindert werden soll, weist eine Anordnung zur Vorspannung der Lichtstrahlen bei verschiedenen Frequenzen sowie eine Anordnung auf, die eine periodische Umkehrung der Vorspannung verursacht.

Um die Energiemenge möglichst gering zu halten, die für die Erzeugung der Schwingungsbewegung oder Zitterbewegung des Ringlaserfühlers für die Drehung erforderlich ist, sollte der Fühlerkörper auf einer Federstruktur montiert und der Körper und die Federstruktur bei der Eigenfrequenz der Fühlermasse und der Federstruktur in Schwingungen oder Zitterbewegungen versetzt werden. Die Amplituden der Schwingt 5 gungs- oder Zitterbewegungen werden sorgfältig gesteuert, geregelt und überwacht, um die Auswirkungen des Einrastens so gering wie möglich zu halten. Weil die Winkelgeschwindigkeit der zitternden Schwingungen und der Verschiebung relativ zu der Tragstruktur ständig überwacht und gemessen werden kann, können sie aus dem Ausgangssignal des Fühlers für die Winkeldrehungen ausgeschlossen werden, um Signale zu erzeugen, die ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit und die Verschiebung der Tragstruktur des Winkeldrehungsfühlers um die Fühlerachse des Fühlers darstellen. 25

Es ist nun festgestellt worden, daß eine Zitterbewegung mit konstanter Amplitude des Laserfühlers für Winkeldre hungen um seine Fühlerachse nicht ausreicht, um den beim Auftreten des Einrastens erzeugten Fehler vollständig zu eliminieren. Es wurde zunächst angenommen, daß die Überlagerung eines Zufallsignals über die Amplitude des Treiberverstärkers für die Zitterbewegung zu befriedigenden Ergebnissen führen würde. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Verwendung eines solchen Zufallssignals ein großer Fehler eingeführt wird.

334445

Bei einer herkömmlichen Struktur zur Lagerung von Winkeldrehungs-Fühlern wird eine kardanische Aufhängung bzw. ein kardanischer Rahmen verwendet. Dabei werden die Fühlachsen der Winkeldrehungsfühler relativ zu dem Trägheitsraum oder relativ zu den Grundkoordinaten stationär gehalten.

Bei einer weiteren mechanischen Realisierung werden die Fühler für die Winkeldrehung an dem Fahrzeug angebracht, so daß die Fühlerachsen der Fühler mit einem Satz von orthogonalen Achsen an dem Flugzeug bzw. dem Flugkörper ausgerichtet sind. So werden auch Beschleunigungsmeßgeräte an dem Fahrzeug angeordnet. Ein Computer wandelt kontinuierlieh die Informationen aus den Fahrzeug-Koordinaten in die gewünschten Navigations-Koordinaten um. Ein solcher Aufbau wird als "abgerüstete Mechanisierung " (strapped down mechanization) bezeichnet. Bei einer solchen abgerüsteten Mechanisierung werden oft Stoß- bzw. Erschütterungslager zwischen dem Fahrzeug und den Instrumenten angebracht.

Wegen der Skalenfaktor-Genauigkeit und des Eingangsbereiches des Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen ist er viel besser für ein abgerüstetes System geeignet als ein Kreisel mit rasch drehendem Rotor. Der Vorteil der Skalenfaktorgenauigkeit eines Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen wird daraus verständlich, daß seine Genauigkeit im allgemeinen 5 bis 10 mal höher als die Genauigkeit eines Kreisels mit sich rasch drehendem Rotor ist.

Wenn mehr als ein Ringlaserfühler für Winkeldrehungen abgerüstet wird, müssen üblicherweise die Winkeldrehungsfühler auf einer Plattform oder einer Befestigungsstruktur gehalten werden, die wiederum durch Tiefpaß-Stoßlager relativ zu dem Fahrzeug getragen werden. Wenn die Eigenfrequenzen der mechanischen Massenfederkombinationen mehr als eines

BAD ORIGINAL

Ringlaserfühlers für die Winkeldrehungen/ der mit der gleichen Plattform oder Befestigungsstruktur verbunden ist / können die Schwingungen einer Massenfederkombination Schwingungen in einer anderen Massenfederkombination anregen. Die mechanische Wechselwirkung zwischen den Massenfederkombinationen der Winkeldrehungsfühler (im allgemeinen drei) auf der Plattform oder der Befestigungsstruktur erzeugt komplexe Winkelbewegungen, die Funktionen der Summen und Differenzen jeder Zitterfrequenz der verschiedenen Winkeldrehungsfühler sind. Wenn die Frequenzen von zwei oder mehr Winkeldrehungsfühlern gleich oder nahezu gleich sind, kann eine Konus-oder Scorsby-Bewegung um eine Achse oder um alle Achsen der Plattform oder der Befestigungsstruktur aufnehmen. Um diese Anregung oder Kopplung zwischen den Massenfeder-Kombinationen möglichst gering zu halten, werden üblicherweise die Massenfederkombinationen der Winkeldrehungsfühler so ausgewählt, daß sie unterschiedliche Eigenfrequenzen haben. Obwohl sie in einigen Fällen auch größer sein können, liegen üblicherweise die Differenzen zwischen den Eigenfrequenzen der Massenfederkombinationen der Laserfühler für Winkeldrehungen in der Größenordnung von 5 bis 10 Hertz. Eine typische, drei Dezibel Bandbreite eines Ringlaser-Massenfedersystems liegt in der Größenordnung von 5 Hz.

Bei einem mechanisch in Zittern versetzten System tritt die konische Bewegung der tragenden Plattform oder der Befestigungsstruktur wegen des Reaktions-Drehmomentes auf, das durch die tragende Plattform von dem Massenfedersystem auf sich selbst oder auf ein anderes System ausgeübt wird. Diese eingegebene Konizitäts-Bewegung (coning motion) erzeugt eine Konizitätsgeschwindigkeit, die von dem Winkeldrehungsfühler festgestellt wird. Obwohl diese Konizitätsbewegung normalerweise größer ist, wenn das Massenf edersystem eine Eigenfrequenz hat, die innerhalb der

US' " " *^:*"^:" """"" 33A445

drei Dezibel-Bandbreite der Eigenfrequenz des anderen Massenfedersystems liegt, können nicht akzeptierbare Konizitätsfehler auftreten, wenn die Eigenfrequenzen sich um mehrere Bandbreiten voneinander unterscheiden. In diesem Zusammenhang ist wesentlich, daß die Konizitäts-Bewegungen um eine beliebige oder um alle Achsen hervorgerufen werden können, zwar unabhängig von den wechselseitigen Befestigungsausrichtungen des Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen. IQ

Bei einem System, das über eine Faraday-Zelle in Zitterbewegungen versetzt wird, tritt die Konizitäts-Bewegung der tragenden Plattform oder der Befestigungsstruktur aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen den Faraday-Zellen in den verschiedenen Ringlasern auf. Hierbei wäre es jedoch zweckmäßig, die Zitterfrequenzen der verschiedenen (im allgemeinen drei) Ringlaser-Rotationsfühler zu trennen, so daß sich die Bandbreiten der Fühler nicht überlappen.

Das folgende Beispiel dient zur Vorbereitung einer weiteren Erläuterung von Konizitätsfehlern. Es soll angenommen werden, daß sich ein rechtshändiges, rechtwinkliges Koordinatensystem auf dem Null-Meridian am Äquator der Erde befindet, wobei seine X-Achse nach Osten, seine Y-Achse längs des Null-Meridian nach Norden und seine Z-Achse in vertikaler Richtung verlaufen.

Bei den im folgenden beschriebenen Bewegungen wird die Z-Achse vertikal gehalten, während die Wickelgeschwindigkeit der X-Y Koordinaten um die Z-Achse auf dem Wert "Null" gehalten wird.

Das Koordinatensystem wird um 90 Längengrade nach Osten bewegt. Die X-Achse zeigt dann weiterhin nach Osten, während die Y-Achse längs des östlichen 90°-Meridians nach Norden zeigt.

BAD ORIGINAL

Das Koordinatensystem wird dann 90 Breitengrade nach Norden bewegt. Nun zeigen X-und Y-Achse nach Süden. Die X-Achse zeigt längs des 180"-Meridians, während die Y-Achse längs des westlichen 90"-Meridians verläuft. Das Koordinatensystem wird dann längs des Null-Meridians zu seinem Ausgangspunkt nach Süden zurückbewegt. Die X-Achse zeigt dann längs des Null-Meridians nach Norden, während die Y-Achse nach Westen zeigt.

Die dabei auftretende, offensichtliche Winkeländerung wird als "Wanderwinkel" bezeichnet. Hierbei ist wesentlich, daß die Richtungsänderung 90° beträgt. Das ist keine Koinzidenz. Für jede geschlossene Fahrzeugbahn auf einer Kugel ist die Azimuth-Wanderänderung gleich dem Verhältnis der von der Bahn .umschlossenen Fläche zu der Fläche der Kugel. Wenn also beispielsweise ein Flugzeug in einem Haltemuster bzw. in einer Warteschleife kontinuierlich Kreise zieht, ändert sich der Azimuth-Wanderwinkel mit einer konstanten Geschwindigkeit, die durch die von dem Haltemucter eingeschlossene Fläche und die Geschwindigkeit festgelegt wird, mit der die Musterbahnen beendet werden.

Diese Diskussion bezieht sich auf ein System, bei der drei Winkeldrehungsfühler auf einer Plattform oder einer Befestigungsstruktur angeordnet sind, wobei jeder Winkeldrehungsfühler die Winkelgeschwindigkeit bei der Bewegung um eine der orthogonalen Koordinatenachsen mißt; diese Erörterung gilt jedoch in gleicher Weise für ein abgerüstetes System, bei dem die Koordinaten der Winkelgeschwindigkeit berechnet und in einem Rechenspeicher gespeichert werden.

Im folgenden soll ein abgerüstetes System betrachtet werden. Die X-, Y- und Z-Achsen sind dann winkelmäßig relativ zu dem Fahrzeug beschränkt. Diese Beschränkung kann durch

"·-""-·· 334445

Tiefpaß-Stoßlagerungen erfolgen. Wegen der Elastizität der Plattform oder der Befestigungsstruktur für die Winkeldrehungsfühler können die Winkeldrehungsfühler so behandelt werden, als wären sie durch sehr steife Federn gehalten. Die Zitteroszillation jedes der drei Winkeldrehungsfühler, die auf der Plattform angebracht sind, liefern einen Teil dieser Zitteroszillationen zu der Plattform und damit zu den anderen Winkeldrehungsfühlern. Bei der mechanischen Ausführungsform ist diese Kopplung mechanisch und erfolgt über die Tragstruktur. Bei der mit Faraday-Zellen arbeitenden Ausführungsform ist die Kopplung magnetisch.

Es soll beispielsweise angenommen werden, daß die Winkelbewegungen sowohl um die X-Achse als auch um die Y-Achse die gleiche Amplitude haben und sinusförmig sind, wobei jedoch die einzelnen Sinusbewegungen um 90° außer Phase liegen. Die X- und die Y-Achse durchlaufen dann jeweils eine Bewegung, die der Figur bzw. der Ziffer acht entspricht. Die Z-Achse durchläuft einen Kreis mit dem Radius r, wobei r die Amplitude (in rad) der Sinusbewegungen ist, die um die X- und Y-Achse ausgeführt werden.

Bei einer mit Faraday-Zellen arbeitenden Ausführungsform würden die Achsenrichtungen leicht unterschiedlich sein; das Prinzip wäre jedoch identisch.

Bei einem numerischen Beispiel könnte folgendes angenommen werden:
Die Amplitude der Schwingungen um die Stampf- bzw. Nick- und Rollachsen sind plus oder minus 0,01 rad (0,573°).

Dann beträgt die Fläche des Kreises dA=(3.14159) (0,01) (0,01)=0,000314159

wenn die Periode der Schwingungen, dt, 0,0025 beträgt, so ist die festgestellte Winkelgeschwindigkeit um diese Z-Achse

BAD ORIGINAL

dA/dt = 0,125836 rad oder 6,68° pro Sekunde obwohl die mittlere Azimuthänderung Null ist.

Das obige Beispiel stellt die reine "Konizität" (coning) dar, bei der der Körper sinusförmigen Schwingungen um orthogonale Achsen unterworfen wird; dabei sind die Schwinungen um 90° außer Phase, so daß die Z-Achse eines festen Körpers einen Kegel durchläuft bzw. auf einer Kegelfläche liegt. Damit eine Konizitäts-Geschwindigkeit, d. h., die Geschwindigkeit auf der Kegelfläche, für die Z-Achse vorhanden ist, müssen die auf die X- und Y-Achsen ausgeübten Bewegungen nicht sinusförmig sein; auch die zeitliche Beziehung zwischen diesen Signalen muß nicht konstant sein.

Es ist, wie im«angegebenen Beispiel, nur erforderlich, daß irgendeine Achse (die im folgenden als "Z-Achse" bezeichnet wird) eine geschlossene Bahn auf einer Einheitskugel durchläuft. Wenn die Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen Achsen willkürlich sind, kompensieren die positiven Flächen die negativen Flächen wie bei einem "zufälligen bzw. statistisch verteilten Spaziergang" ("random walk"), wobei sich jedoch die Winkeländerung noch mit der Quadratwurzel der Zeit aufbaut. Selbst wenn jedoch die Bewegung zufällig wäre, würden die Phasenwinkel außer Phase korreliert sein, wodurch sich eine mittlere Drift in einer Richtung ergibt.

Bei einer mit Faraday-Zellen arbeitenden Ausführungsform würde das obige Beispiel der Situation entsprechen, bei der drei magnetische Felder miteinander gekoppelt würden; die sinusförmigen Schwingungen der magnetischen Felder sind außer Phase und werden in die Faraday-Zelle eines weiteren Ringlaser-Rotationsfühlers gekoppelt, dessen Fühlachse auf der Tragstruktur anders ausgerichtet ist (üblicher Weise orthogonal, also im rechten Winkel zu dem ersten Fühler).

_h9'"""' ■■'■ '■■"■■' 334445

Im folgenden soll kurz der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist darauf gerichtet, für die mechanische Zitterbewegung nur eine primäre Zitter-Antriebsfrequenz zu verwenden. Die Zitter-Antriebsfrequenz steht in einer direkten ServobeZiehung zu der Eigenfrequenz des zugeordneten Massenfedersystems. Das Verfahren und die Mittel zur Steuerung der Zitter-Antriebsfunktion liefern gleichzeitig eine Lösung für das oben beschriebene Einrastproblem der Laserstrahlen und verhindern auch die Zwischenwinkelkopplung der Rotationsfühler, die zu den oben erwähnten Kegelfehlern führen.

Um die Massenfertigung der Ringlaser-Rotationsfühler zu erleichtern, sollten die mechanischen Eigenfrequenzen der Massen/Federkombinationen der Ringlaserkreise und ihrer tragenden Federkombinationen im wesentlichen gleich sein.

Weiterhin ist es für eine mit Faraday-Zellen arbeitende Ausführungsform zweckmäßig, die magnetischen Spulen und die Antriebseinrichtungen im wesentlichen identisch auszulegen und sie mit den gleichen Frequenzen zu treiben bzw. zu speisen. Um Energie zu sparen, sollte der Strom in der Faraday-Spule entsprechend abgestimmt sein; es wäre zweckmäßig ; die identischen in Massenfertigung hergestellten Spulen und zugehörigen Kodensatoren zu verwenden.

Im folgenden soll beschrieben werden, wie die Auswirkungen des erwähnten Einrastens bei Ausführungsformen, die in mechanischer. Zitterbewegungen versetzt werden, möglichst gering gehalten werden können.

Zu diesem Zweck wird entsprechend einem Aspekt der Erfindung bei der Zitterbewegungs-Antriebsfunktion eine Drehmomentfrequenz angelegt, die nahe bei der Eigenfrequenz

BAD ORIGINAL

-νί-

der Massenfederkombination liegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Frequenz' des angelegten Drehmomentes innerhalb des 3db Durchlaßbandes der Massenfederkombination.

Ein Fühler für die Winkelbeschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung zwischen dem Laserkörper und seiner zugehörigen Halterung kann dazu verwendet werden, die Zitterbewegung festzustellen. Wenn die Winkelbeschleunigung ermittelt wird, kann das entsprechende, gewonnene Signal integriert werden, um ein Winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen, und nochmals integriert werden, um ein Winkelverschiebungssignal zu erzeugen. Wird die Winkelgeschwindigkeit festgestellt, so kann das entsprechende, gewonnene Winkelgeschwindigkeitssignal integriert werden, um ein Winkelverschiebungssignal zu erzeugen. In ähnlicher Weise können die gewonnenen Verschiebungssignale differenziert werden, um Geschwindigkeits- und Beschleunigungssignale zu liefern. Die gewonnenen Geschwindigkeitssignale können differenziert werden, um Beschleunigungssignale zu erzeugen.

Die Signale für die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und Winkelverschiebung haben im allgemeinen Sinusform; bei diesem Aspekt der Erfindung wird ihre Spitzenamplitude gemessen und weiter verwendet. Bei einer digitalen Ausführungsform der Treiberschaltung für den mechanisch in Zitterbewegungen versetzten Ringlaserkörper wird das Signal in vorgegebenen Zeitintervallen abgetastet, die sehr viel kürzer als die Periode der natürlichen Massenfeder-Schwingungsperiode des federgetragenen Ringlasers ist; die Absolutwerte der Abtastwerte sind gemittelt, um ein Maß bzw. einen Wert zu erhalten, das bzw. der proportional zu dem Mittelwert der Spitzenamplitude ist.

Wenn die Spitzenamplitude des jeweiligen Parameters, nämlich der Winkelbeschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit

oder der Winkelverschiebung, auf einen vorgegebenen Wert abgefallen ist, wird ein Antriebsdrehmornent auf die Massenfeder kombination ausgeübt. Sobald die Summe der addierten Abtastwerte ausreichend angestiegen ist, wird das Antriebsdrehmoment beendet bzw. aufgehoben; die Massenfederkombination kann dann ohne äußere Einwirkungen bei ihrer Eigenfrequenz schwingen, wobei diese Schwingungen langsam auf den vorgegebenen Wert abnehmen; dann wird das Anriebsdrehmoment erneut ausgeübt.

Im folgenden soll die Ausführungsform betrachtet werden, bei der die Zitterbewegungen durch eine Faraday-Zelle hervorgerufen werden.

Bei einer mit Faraday-Zellen arbeitenden Ausführungsform wird die Antriebsspannung ein- und abgeschaltet. Bei einer abgestimmten Schaltungsanordnung könnte der Strom in der Faraday-Spule gemessen werden; die treibende Vorspannung würde dann eingeschaltet werden, wenn der Strom unter eine vorgegebene Amplitude abfällt, und wieder eingeschaltet werden, wenn der Strom über eine vorgegebene Amplitude ansteigt. Der Zitterstrom und das magnetische Feld schwingen dann nach oben und nach unten, wodurch das Einrastband jedes Ringlaser-Rotationsfühlers reduziert wird.

Im folgenden soll eine Ausführungsform beschrieben werden, bei der die Konizitätseffekte eines mechanisch in Zitterbewegung versetzten Winkeldrehungsfühlers möglichst klein gemacht werden.

Die erörterten Konizitätseffekte treten dann auf, wenn die Eigenfrequenzen der drei Massenfederkombinationen sehr nahe beieinander liegen; diese drei Massenfederkombinationen sind den drei Ringlaserfühlern für die Winkeldrehung zugeordnet, deren Fühlerachsen orthogonal zueinander verlaufen.

BAD ORIGINAL

_ ye .

Diese Konizitätseffekte machen sich dann sicher bemerkbar, wenn die Eigenfrequenzen innerhalb der drei db Bandbreite zueinander liegen; sie treten dann weniger stark auf, wenn die Eigenfrequenzen innerhalb von zwei oder drei Bandbreiten zueinander liegen.

Um diese Konizitätseffekte zu vermeiden, wird gemäß dem entsprechenden Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, das Zitterbewegungs-Antriebsmoment in seiner Frequenz oder in seiner Phase zu modulieren. Die Antriebsfrequenz steht zweckmäßigerweise in seiner ServobeZiehung zu der Eigenfrequenz der Massenfederkombination für die mechanisch erzeugte Zitterbewegung des Ringlasers. Die Amplitude der modulierenden Signale ist so ausgelegt, daß die Antriebsfrequenz zweckmäßigerweise so gehalten wird, daß sie über eine solche Antriebsfrequenz innerhalb der drei db Bandbreite der Eigenfrequenz der zugehörigen Massenfederstrukturen schwingt.

Die modulierenden Signale können sinusförmig, trapez- bzw, trapezuidförmig, stufenförmig, impulsförmig, rechteckwellenförmig, sägezahnförmig, Binärfolgen mit maximaler Länge oder eine andere, beliebige, nach einer bevorzugten Ausführungsform festgelegte Funktion der Zeit sein.

Eine bevorzugte Funktion wird durch einen Schieberegistergenerator mit maximaler Länge erzeugt. Ein solches Schieberegister mit fünfzehn Bits erzeugt ungefähr 32.000 numerische Kombinationen. Wenn beispielsweise pro Sekunde sechzehn Ziffern als modulierende Amplitude ausgewählt werden, so wären 33 2/3 Minuten erforderlich, alle 32.000 Zahlen zu verwenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß nicht alle Bitstellen der Register verwendet werden müssen. Beispielsweise erzeugen fünf Bitstellen, die aus dem Fünfzehn-Bitregister ausgewählt werden, noch eine Folge

von Zahlen, die sich für eine Zeitspanne, die im Vergleich mit den Zeitkonstanten der Instrumente und des Systems lang ist, nicht wiederholen wird. Diese Zahl, die auf den fünf ausgewählten Bits basiert, wird als modulierendes Signal verwendet.

Im folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Zitterbewegung durch die Faraday-Zellen erzeugt wird.

Bei einer Ausführungsform mit Faraday-Zellen ist es ebenfalls zweckmäßig, die Konizitätseffekte zu vermeiden, die durch die magnetische Kopplung zwischen den drei Ringlaser-Rotationsfühlern mit ähnlicher Frequenz verursacht werden. Jede der Antriebs-Vorspannungen kann frequenz- oder phasenmoduliert sein. Die Antriebs-Vorspannung wird zweckmäßigerweise über der Eigenfrequenz der abgestimmten Faraday-Spule frequenzmoduliert.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Ring- · laserfühler für Winkeldrehungen mit minimalem Einrasten zu schaffen.

Weiterhin soll ein Ringlaserfühler für Winkeldrehungen vorgeschlagen werden, bei dem die Tragstruktur, die mehrere Ringlaserfühler für Winkeldrehungen trägt, eine minimale Kegelbewegung bzw. Konizität zeigt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den UnteranSprüchen zusammengestellt.
35

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbei-

BAD ORIGINAL

- VQ -

. spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen, der auf einer Tragstruktur angebracht ist,

Fig. 2 eine Ansicht des Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen gemäß der Linie II-II von Figur 1, 10

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für die Zitteramplitude nach der Erfindung, wobei digitale Technologie verwendet wird,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Regeleinrichtung für die Zitteramplitude nach der Erfindung, wobei analoge

Technologie verwendet wird,

Fig. 5 ein Steuerhebelmodell von drei Ringlaserfühlern für Winkeldrehungen mit orthogonalen Fühlerachsen, die relativ zu einem Fahrzeug oder einem Träger auf einer erschütterungsfesten Plattform angebracht sind,

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für die Zitterantriebsfrequenz oder Phase nach der Erfindung, wobei digitale Technologie verwendet wird,

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für die Zitterantriebsfrequenz oder Phase nach der vorliegenden Erfindung, wobei analoge Technologie verwendet wird,

Fig. 8 eine erste, alternative Ausführungsform einer Meßaufnehmerschaltung, die gemäß der Erfindung verwendet wird,
35

Fig. 9 eine zweite, alternative Ausführungsform

einer Meßaufnehmerschaltung, die gemäß der Erfindung verwendet wird, und

Fig. 10 ein schematisches Modell eines Ringlaserkreises mit einem Faraday-Zellen verwendenden Zittermechanismus.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Draufischt auf einen typischen Ringlaserfühler 10 für Winkeldrehungen. Die Figuren stellen einen solchen Winkeldrehungsfühler 10 nur schematisch dar, so daß viele konstruktive Details ausgelassen wurden.

Der Laserkörper 12 wird durch freitragende bzw. einseitig eingespannte Federn 14, 16, 18 von einem Träger 20 so gehalten, daß er Schwingungen oder Zitterbewegungen um die Fühlerachse 22 ausführen kann. Bei den Federn handelt es sich nach einer bevorzugten Ausführungsform um lineare Federn; es können jedoch auch nichtlineare Federn verwendet werden, über jeder Feder 14, 16 und 18 sind zwei Scheibchen 14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B aus piezoelektrischem Material dargestellt. Diese Scheibchen sind im allgemeinen auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Federn gekittet oder geklebt. Sie sind durch Leiter 24, 25, 26, 27, 28, 29 an die zugehörigen Schaltungen angeschlossen, so daß sie durch Drehmomentspannungen angetrieben werden können; bei der entsprechenden Verformung der Scheibchen aus dem piezoelektrischen Material verbiegen sich die Federn 14, 16, 18, so daß ein Drehmoment relativ zu dem Träger 20 auf den Körper 12 ausgeübt wird. Als Alternative hierzu kann ein Drehmoment direkt durch andere, herkömmliche Drehmomenterzeugungsmittel (nicht dargestellt) zwischen dem Laserkörper 12 und dem Träger 20 ausgeübt werden.

Typische Federstrukturen für Ringlaserfühler für Winkel-

BAD ORIGINAL

drehungen sind beispielsweise in den folgenden Patentschriften von Litton Systems Inc. dargestellt und beschrieben:
US-PS 4 321 557 vom 23. März 1981 (Fred McNair)

US-PS 4 312 174 vom 2. Februar 1982 (Thomas Wing und
Lloyd M. Germain)

US-PS 4 309 107 vom 5. Januar 1982 (Fred McNair)
US-PS 4 115 004 vom 19. September 1978 (Thomas J. Hutchings und Virgil E. Sanders).

Eckenspiegel 30 leiten das Laserlicht auf einer geschlossenen Bahn in Kanälen (nicht dargestellt) in dem Körper 12. Im allgemeinen ist einer der Spiegel teildurchlässig; ein Lichtfühler 31, insbesondere ein photoelektrischer Wandler, sammelt das Licht, um ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit
des Lasers 10 um seine Fühlerachse 22 darstellt. Innerhalb der Kanäle (nicht dargestellt) befindet sich ein Lasergas, wie beispielsweise ein Helium/Neongemisch, das durch eine Spannung von einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) erregt wird; diese Spannung wird an die Kathode 32 und die Anoden 34 angelegt.

Ein Winkel-Meßaufnehmer, wie beispielsweise ein magnetischer Geschwindigkeitsfühler 36, erzeugt Signale, die ein Maß für die momentane Winkelgeschwindigkeit des Blocks 12
relativ zu dem Träger 20 darstellen. Bei dem Fühler 36 kann es sich um eine herkömmliche Ausführungsform eines Fühlers für die Winkelgeschwindigkeit, eines Fühlers für die Winkelbeschleunigung oder eines Fühlers für die Winkelverschiebung handeln; dieser Fühler muß nur ein Signal für die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung zwischen dem Körper 12 und dem Träger 20 erzeugen. Als besonders zweckmäßige Ausführungsform soll ein magnetischer Fühler genannt werden.

TA

Bei dem Träger 20 handelt es sich im allgemeinen um eine stabilisierte Plattform, die ihre Ausrichtung relativ zum Trägheitsraum oder relativ zur Erdoberfläche beibehält. Es kann sich auch um ein abgerüstetes System handeln, wie es schematisch in Figur 5 dargestellt ist.

Der wesentliche Gesichtspunkt des Ringlaserfühlers für die Winkelgeschwindigkeit liegt darin, daß zwei Laserlichtquellen, die auf einem Kreis in entgegengesetzten Richtungen die geschlossene Bahn von dem ersten Spiegel bis zum Spiegel dreißig durchlaufen, bei der Drehung der Bahnphasenverschiebungen erfahren, die sich nicht hin- und her bewegen. Da es sich bei dieser Bahn um einen Laser-Resonanzhohlraum handelt, ist die Frequenz jeder Welle sehr exakt festgelegt; die FrequenzverSchiebungen können festgestellt werden, indem die beiden Wellen an einem photoelektrischen Detektor oder Wandler 31 optisch miteinander zur Interferenz gebracht werden. Die beiden Frequenzen werden an dem gemeinsamen, photoelektrischen Wandler 31 überlagert, wodurch ein Schwebungssignal entsteht, dessen Frequenz direkt proportional zu der Winkeldrehungsgeschwindigkeit des Winkeldrehungsfühlers 20 um seine Fühlerachse 22 ist. Wenn die Winkeldrehungsgeschwindigkeit eines einfachen, nicht vorgespannten Ringlasers auf irgend einen minimalen Wert verringert wird, nimmt die Frequenz, die zwischen der Fortpflanzung in Richtung des Uhrzeigersinns und der Fortpflanzung in Richtung gegen den Uhrzeigersinn der beiden, entgegengesetzt gerichteten Lichtwellen aufgeteilt wird, ab, so daß die getrennten Schwingungen nicht langer aufrechterhalten werden. Die Moden der entgegengesetzt gerichteten Lichtwellen rasten jedoch bei der gleichen Frequenz ein. Dieser Effekt der Frequenzeinrastung wird als "lock-in" bezeichnet. Das Einrasten wird in erster Linie durch die zurückgestreute Strahlung verursacht, die erzeugt wird, wenn die Lichtwellen von den verschiedenen

BAD ORIGINAL

Spiegeln in der geschlossenen Bahn reflektiert werden, die der Ringlaserkörper bildet.

Bei der mechanischen Ausführungsform wird der Körper 12 des Ringlaserfühlers für Winkeldrehungen relativ zu dem Träger oder dem Fahrzeug 20 in Schwingungen oder Zitterbewegungen versetzt, um die Fehler aufgrund dieses Einrastens möglichst klein zu halten. Das gemessene Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 31 enthält eine Komponente der Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Körper T2 und dem Träger 20. Das Signal von dem Fühler 36 wird dann von dem Signal des photoelektrischen Wandlers 31 abgezogen, um ein Signal zu erzeugen, das ein wahres Maß für die Winkelgeschwindigkeit des Trägers oder des Fahrzeugs 20 um die Fühlerachse 22 des Ringlaserfühlers 10 für Winkeldrehungen darstellt.

über 1 icherweise haben die Zitterschwingunqen Sinusform; bei den herkömmlichen Ausführungsformen liefert ein Leistungsverstärker kontinuierlich eine ausreichende, sinusförmige Energie zu den piezoelektrischen oder auf andere Weise ein Drehmoment erzeugenden Elementen, um diese Schwingungen aufrecht zu erhalten. Das übliche, an die piezoelektrischen oder auf andere Weise Drehmomente erzeugenden Elemente angelegte Signal kann sinusförmig oder rechteckwellenförmig sein, wobei vielleicht eine sekundäre Zitterwellenform verlagert wird, die eine Amplitudenumhüllungsmodulation erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Masse des Körpers 12 und die Federkonstanten der Federn 14, 16, 18 ein sehr hohes Q. Das heißt also, daß ihre Bandbreite sehr schmal ist. Wenn Drehmomente durch die Federn ausgeübt werden, wie es durch die piezoelektrischen Drehmomenteerzeuger 14AB, 16AB, 18AB der Fall ist, ist die auf den Körper 12 ausgeübte Federvorspannung im wesentlichen sogar dann sinusförmig, wenn das ausgeübte Drehmoment nicht

Cf₉ ".-·■■·' .».»- ·..·'-· 334445 _ a* _

sinusförmig ist.

Werden die Zitterbewegungen durch eine Faraday-Zelle erzeugt, wie es in Figur 10 zu erkennen ist, so wird eine
parallele Spulen/Kapazität-Schaltung verwendet, die auch als "Tankschaltung" bezeichnet wird und eine Eigenfrequenz hat. Zweckmäßigerweise handelt es sich um eine Schaltung mit hohem Q. Die Antriebsfunktion für den Vorstrom muß
nicht sinusförmig sein.

Bei der Ausführungsform nach Figur 10 ist ein Ringlaserkörper bei 100 angedeutet. Eine Spule 108 umgibt einen
Teil des Strahlengangs 102 des Ringlasers. Viertelwellenplatten 104 und 106 sind dem Faraday-Abschnitt in der
Spule 108 zugeordnet. Die Kapazität 110 ist parallel zu
der Spule 108 geschaltet, so daß eine parallel, abgestimmte, oder Tankschaltung entsteht. Ein Widerstand 112 hat einen sehr kleinen Widerstandwert; er wird als Fühlwiderstand verwendet, um an den Leitern 109, 111 ein Signal zu erzeugen, das proportional zu dem Stromfluß durch die Spule 108 ist. Eine Vorspannungstreiberstufe 114 bewirkt den Stromfluß und erzeugt damit durch diesen Stromfluß
ein magnetisches Feld in dem Faraday-Abschnitt.

Obwohl die Ausfuhrungsform nach Figur 10 eine parallele
abgestimmte Schaltung enthält, könnte statt eines Spannungstreibers auch eine seriell abgestimmte Schaltung mit
einem Stromtreiber verwendet werden. Die entsprechende

Treiberstufe wird als "VorSpannungstreiberstufe" 114 bezeichnet.

In den Figuren 3 und 4 ist eine Einrichtung für das
intermittierende Anlegen eines Signals von einem Leistungsverstärker 50 an die Drehmomenterzeuger . 14AB, 16AB, 18AB oder an die Vorspannungstreiberstufe 114 dargestellt. Die

BAD ORJGINAL

Ausführungsform nach Figur 3 arbeitet'mit digitaler Technologie, während die Ausführungsform nach Figur 4 analoge Technologie verwendet.

Die Figuren 3, 4, 6 und 7 zeigen eine Einrichtung 37 für die Erzeugung von Signalen, die ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelverschiebung zwischen dem Laserkörper 12 und dem Träger 20 darstellen. Ein Meßaufnehmer 36 erzeugt ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit zwischen den Körper 12 und dem Träger 20. Dieses Signal kann am Ausgang des Isolationsverstärkers 44 gemessen werden. Das Signal für die Winkelgeschwindigkeit wird durch den Integrator 46 integriert, um ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die WinkelverSchiebung zwischen dem Körper 12 und dem Träger 20 darstellt. '

Figur 8 zeigt eine Einrichtung 37A für die Erzeugung von Signalen, die ein Maß für die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelverschiebung zwischen dem Laserkörper 12 und dem Träger 20 darstellen. Der Meßaufnehmer 36A erzeugt ein Signal, das ein Maß für die Winkelbeschleunigung zwischen dem Körper 12 und dem Träger 20 darstellt. Dieses Signal kann am Ausgang 39A des Isolationsverstärkers 44A gemessen werden. Das Signal für die Winkelbeschleunigung wird durch den Integrator 46A integriert, um an seinem Ausgang 4 5A ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Körper 12 und dem Träger 20 darstellt. Das Signal für die Winkelgeschwindigkeit wird in dem Integrator 49 integriert, um an seinem Ausgang 47A ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die WinkelverSchiebung zwischen dem Körper 12 und dem Träger 20 darstellt.

Figur 9 zeigt eine Einrichtung 37B zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für die Winkelverschiebung zwischen dem Laserkörper 12 und dem Träger 20 darstellt. Der Meßaufnehmer 36B erzeugt ein Signal, das ein Maß für die

·..·-..· 334445

Winkelverschiebung zwischen dem Körper und dem Träger 20 darstellt. Dieses Signal kann an dem Ausgang 47B des Isolationsverstärkers 44B gemessen werden. 5

Die Einrichtung nach den Figuren 3 und 4 schaltet die Vorspannungstreiberstufe in Abhängigkeit von der Amplitude der Zitterbewegung an und ab. Bei der mechanischen Ausführungsform werden die Drehmomenttreiberstufen 14AB_f 16AB, 18AB in Abhängigkeit von der Amplitude der Zitterverschiebung an- und abgeschaltet. Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zellen nach Figur 10 werden die Vorspannungstreiberstufen 114 in Abhängigkeit von der Amplitude des VorspannungStroms in der Spule 108 an- und abgeschaltet, die aus der Spannung an den Leitern 109, 111 gewonnen wird.

In diesem Zusammenhang wird daraufhingewiesen, daß die Einrichtung nach den Figuren 3 und 4 sowie auch die anderen, mechanischen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung die Vorspannungstreiberstufen in Abhängigkeit von der Amplitude der Winkelgeschwindigkeit oder der Winkelbeschleunigung der Zitterbewegung an- und abschalten. Die Signale für die Winkelgeschwindigkeit können beispielsweise an dem Ausgang des Verstärkers 44 oder an dem Ausgang 45A des Integrators 46A erhalten werden Die Signale für die Winkelbeschleunigung können beispielsweise an dem Ausgang 39A des Verstärkers 44A erhalten werden.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle kann die Vorspannungstreiberstufe 114 in Abhängigkeit von der Amplitude der zeitlichen Ableitungen der Spannung zwischen den Leitern 109 und 111 geschaltet werden. Diese Signale für die zeitliche Ableitung können durch Differenzierglieder (nicht dargestellt) mit üblichem Aufbau erhalten werden.

BAD ORIGINAL

-κι

Bei der Einrichtung nach Figur 3 tastet die Abtasteinrichtung 48 die Verschiebungssignale an dem Ausgang des Integrators 46 mit einer Abtastgeschwindigkeit, die wesentlich größer als die Eigenfrequenz des Massenfedersystems 12, 13, 16, 18 ist. Bei der Ausführungsform mit Faraday-ZeHe würde die Abtastung mit einer Abtastungsgeschwindigkeit erfolgen, die wesentlich größer als die Resonanzfrequenz des Kondensators 110 und Induktors 108 ist. Im allgemeinen beträgt die Abtastgeschwindigkeit größenordnungsmäßig das mindestens Fünffache der Eigenfrequenz.

Nach einer vorgegebenen Zahl von Abtastungen, üblicherweise mittleren Zyklen der Zitterschwingungen, werden die abgetasteten Absolutwerte in einer Summiereinrichtung 54 summiert, um ein Signal zu erzeugen, das einen Schätzwert für den Spitzenwert der abgetasteten Variablen darstellt (hier also der WinkelverSchiebung; bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch andere Werte abge- tastet werden, wie oben erwähnt wurde). Die Zitterfrequenz kann beispielsweise 400 Hz betragen; dann kann die Abtastfrequenz bei 2048 Abtastungen pro Minute liegen; die Abtastwerte werden über zweiunddreißig Abtastungen summiert, d. h., über etwas mehr als sechs Zyklen der Eigenfrequenz des Körpers 12 und seiner tragenden Federn 14, 16, 18.

Weil die Abtastung und die Eigenfrequenz nicht synchronisiert sind, würde sich der Gesamtwert sogar dann leicht ändern, wenn die Schwingungen des Körpers 12 eine konstante Amplitude hätten. Der Summenwert am Ausgang der Summiereinrichtung 54 stellt ein Maß für den Mittelwert des Absolutwertes der abgetasteten, sinusförmigen Signale dar. Dieser summierte Wert wird auf ein Subtrahierglied 56 gegeben; der summierte Wert von einem vorgegebenen, konstanten Befehlssignal abgezogen, wobei das sich ergebende Differenzsignal als Fehlersignal E bezeichnet wird. Eine logische Schaltung 58 führt einem Schalterbetätigungsglied 60 den

RAfT

£3 '■ "" " " " 334445

Befehl "schließe Schalter", wenn das Fehlersignal E kleiner als Null ist, und dem Befehl "öffne Schalter" zu, wenn das Fehlersignal E größer oder gleich Null ist. 5

Ein Zähler 62 erzeugt ein Antriebssignal für die piezoelektrischen oder anderen, drehmomenterzeugenden Elemente 14AB, 16AB, 18AB über den Leistungsverstärker 50 immer dann zu, wenn der Schalter 64 durch das Schalterbetätigungs glied 60 geschlossen wird.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle wird das Signal von dem Zähler 62 der Vorspannungstreiberstufe 114 zugeführt .

Bei der analogen Schaltung nach Figur 4 wird das sinusförmige Signal am Ausgang des Integrators 46 durch einen Demodulator und Filter demoduliert und gefiltert, um ein Signal zu erzeugen, das proportional zu der Amplitude der Umhüllenden des Zittersignals am Ausgang des Integrators 46 ist.

Auch hier wird wieder daraufhingewiesen, daß bei anderen, mechanischen Ausführungsformen durch den Demodulator und Filter 70 Signale für die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung empfangen werden könnten.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle könnte der Strom an den Leitern 109, 111 abgetastet werden. Als Alternative hierzu könnte das Signal an den Leitern 109, 111 durch nicht,dargestellte Mittel differenziert werden, um Signale zu erzeugen, die dem Demodulator und Filter 70 zugeführt werden.

Das Amplitudensignal an dem Ausgang des Demodulators und Filters 70 wird dann
durch einen Signalkomparator 72 mit einem vorgegebenen

33U453

Amplitudensignal· verglichen; der Schalter 60 wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Komparators geöffnet und geschlossen. Wenn das Ausgangssignal des Demodulators und Filters 70 größer als der vorgegebene Amplitudenwert wird, wird das Ausgangssignal des Komparators 72 gesetzt, so daß das Betätigungsglied 6 0 den Schalter öffnet. Wenn das Ausgangssignal des Demodulators und Filters 70 kleiner als der vorgegebene Amplitudenwert wird, wird das Ausgangssignal des Komparators 72 gesetzt, so daß das Betätigungsglied 60 den Schalter 64 schließt. Wenn der Schalter 64 geschlossen wird, kann der Ausgang eines Oszillators, wie beispielsweise eines spannungsgesteuerten Oszillators 74, mit dem Leistungsverstärker 50 verbunden werden, um bei den mechanischen Ausführungsformen die piezoelektrischen Drehmomenterzeuger 14AB, 16AB, 18AB zu treiben.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zellen treibt das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 50 die Vorspannungstreiberstufe 114.

Wenn beim Betrieb die Amplitude der Zitterbewegung, ihre Geschwindigkeit oder ihre Beschleunigung (bei der mechanisehen Ausführungsform), oder die Amplitude des Stroms in der Spule 118 oder seiner Ableitungen (bei der Ausführungsform mit mechanischen Zellen), wie es entweder durch die Amplitude am Ausgang des Summiergliedes 54 oder durch die Amplitude der ümhüllungsspannung am Ausgang des Demodulators 70 angedeutet wird, unter einem vorgegebenen Wert liegt, liefert der treibende Leistungsverstärker 50 Energie. Wenn jedoch die Amplitude der abgetasteten Zittervariablen wieder durch das Subtrahierglied 56 oder durch den Komparator 62 berechnet wird und über einem vorgegebenen Wert liegt, hört der treibende Verstärker 50 auf, dem Drehmomenterzeuger Energie zuzuführen.

~""'ib ^:~'"' '"""' 33Λ4453

_ 28 _

Es wird darauf _# hingewiesen, daß bei der Ausführungsform nach Figur 3 nur ein vorgegebener Wert benutzt werien muß, um das Ein- und Abschalten des Verstärkers 50 zu steuern. Bei der analogen Ausführungsform nach Figur 4 müssen zwei vorgegebene Werte verwendet werden, weil die Signale kontinuierlich abgetastet werden? dabei dient ein Wert für das Einschalten des Verstärkers 50 und der andere Viert für das Ausschalten des Verstärkers 50.

Aus dem schematischen Aufbau nach Figur 5 kann man drei Ringlaserfühler 10X, 10Y und 10Z für Winkeldrehungen erkennen, deren Fühlerachsen 22X, 22Y und 22Z orthogonal, also senkrecht zueinander angeordnet sind. Das heißt also, daß die Fühler 10X, 10Y, und 10Z entsprechend montiert sind.

Bei der mechanischen Ausführungsform sind die Winkeldrehungsfühler jeweils so auf Federsätzen aufgehängt, daß sie kleine Winkelzitterdrehungen um ihre Fühlerachsen relativ zu der Plattform 20A ausführen können.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle würden diese Winkeldrehungsfühler einfach an der Plattform 2OA angebracht.

Bei der Plattform 2OA kann es sich um eine Struktur handeln, die kardanisch oder nicht-kardanisch aufgehängt ist; bei Bedarf kann sie auf Stoßlagern und Dämpfungsgliedern, die allgemein bei 110 angedeutet sind, relativ zu einer Tragstruktur oder einem Fahrzeug aufgehängt werden. Als Alternative hierzu kann die Plattform 2OA starr an der Struktur oder dem Fahrzeug 2OB befestigt sein. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "starr" relativ ist, da alle Materialien im gewissen Ausmaß elastisch sind.

BAD ORIGINAL

^:..y_r- '■--' '"""' 33AAA53

Jeder Fühler 1OX, 10Y und 10Z für die Winkeldrehurg wird durch eine identische Schaltung angetrieben.

Bei der mechanischen Ausführungsform können die Eigenfrequenzen der Massenfedersysteme der drei Winkeldrehungsfühler größere Unterschiede haben; die Schaltungsanordnungen nach den Figuren 6 und 7 sind jedoch als Teil der Erfindung auf den Fall abgestimmt, daß diese Eigenfrequenzen identisch oder nahezu identisch sind. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß die Massenfedersysteme nicht stark gedämpft werden, wodurch sie eine sehr scharfe Resonanzspitze haben. Die Zitterschwingungen eines Winkeldrehungsfühlers bei seiner Resonanzfrequenz koppelt Energie durch die Plattform 2OA und möglicherweise durch den Teil 2OB

zu den anderen Winkeldrehungsfühlern. Je näher ihre Eigenfrequenzen beieinander liegen, um so mehr werden die Winkeldrehungsfühler durch diese eingekoppelte Energie beeinflußt. In vielen Fällen wirken Winkeldrehungsfühler mit nahebeieinander liegenden Eigenfrequenzen so stark zusammen, daß beide Winkeldrehungsfühler bei der gleichen Frequenz mit fester Phasenbeziehung schwingen. Diese Schwingungen mit der gleichen Frequenz und mit fester Phasenbeziehung können jedoch Kegelbewegungen hervorrufen, die in dem dritten

Winkeldrehungsfühler bei der gemeinsamen Frequenz der beiden ersten Winkeldrehungsfühler induziert werden.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle bewirkt die
Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Winkeldrehungsfühler 100, daß die Ausgangssignale der Drehungsfühler 100 scheinbar eine Kegelbewegung ausführen; der zugehörige Rechner erzeugt dann Signale, als würde tatsächlich eine mechanische Kegelbewegung auftreten. Bei der folgenden
Beschreibung dieser Kegelbewegung wird also in Bezug auf die Ausführungsform mit Faraday-Zelle davon ausgegangen, daß es sich um das Äquivalent einer solchen mechanischen

- 3Ό -

Bewegung in dem Navigationsrechner handelt.

Eine solche hochfrequente Kegelbewegung bzw. Konizitäts-Bewegung erzeugt Kegelgeschwindigkeiten, die durch den zugehörigen Rechner nicht in befriedigender Weise kompenziert werden können. Ein Rechner, der bei einem typischen Leitsystem verwendet wird, ist nicht schnell oder exakt genug, um diese hochfrequenten Kegelwechselwirkungen vollständig zu kompensieren. Außerdem würden sich so starke Quantisierungsfehler und/oder Auflösungsfehler im Ausgangssignal des Ringlasers ergeben, daß der Winkeldrehungsfühler nicht empfindlich genug ist, um die auftretenden Berechnungsfehler bei den Kegelgeschwindigkeiten zu vernachlässigen. Selbst wenn jedoch die Winkeldrehungsfühler selbst ausreichend schnell und genau wären, würde beträchtliche, zusätzliche Computerkapazität benötigt, um diese Kegelfehler zu erfassen, zu verarbeiten und im Laufe der Verarbeitung zu unterdrücken, nämlich von den Meßwerten zu subtrahieren.

Die erwähnte Kegelbewegung bzw. Konizität tritt dann auf, wenn die Antriebsfrequenzen ohne Phasenschlupf oder - Verschiebung im wesentlichen konstant bleiben. Die Vorrichtung nach den Figuren 6 und 7 bewirkt, daß die Antriebsfrequenz, die an die piezoelektrischen Drehmomenterzeuger 14AB, 16AB und 18AB oder an die Vorspannungstreiberstufe 114 angelegt wird, in der Frequenz oder in der Phase moduliert werden. Durch Bezugnahme auf die jeweiligen Elemente wird ersichtlich, wie die Schaltungen nach den Figuren 6 und 7 zu den Schaltungen nach den Figuren 3, 4 bzw. 8 passen. Dabei verwendet die Ausführungsform nach Fig. 6 digitale Technologie, während die Ausführungsform nach Fig. 7 mit analoger Technologie arbeitet.

BAD ORIGINAL

Es muß betont werden, daß wegen der Sinusförm der Signale die Beziehung zwischen der Winkelbeschleunigung, der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelverschiebung nur eine

_ Phasenverschiebung ist. Das heißt also, wenn es sich bei ο

der Verschiebung um ein Sinussignal handelt, ist die Geschwindigkeit ein Cosinussignal und die Beschleunigung ein negatives Sinussignal, und zwar alle mit der gleichen Frequenz. Die Amplituden sind jedoch selbstverständlich unterschiedlich. Wenn in ähnlicher Weise der Strom in der Spule 108 eine Sinusfunktion ist, werden seine Ableitungen eine Cosinusfunktion bzw. eine negative Sinusfunktion. Als Folge hiervon können die verschiedenen abgeleiteten und Integral-Signale durch eine bekannte Phasenverschiebung von 90° in

einer Richtung oder der anderen Richtung und durch ent-15

sprechende Skalenanpassung der Amplituden der sinusförmigen Signale angenähert werden. Obwohl beispielsweise das Ausgangssignal am Ausgang 4 5 nach den Figuren 6 und 7 verwendet wird, können stattdessen auch andere Signale der

Elemente 37, 37A und 37B mit den entsprechenden Phasen-20

verschiebungen und Skalenanpassungen eingesetzt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ändert der Komparator 120 das sinusförmige Signal für die Winkelgeschwindigkeit

am Ausgang des PufferVerstärkers 44 zu einem Rechteckwellen 25

Signal. Wenn die Winkelgeschwindigkeit positiv ist, liefert der Komparator 120 eine konstante, positive Spannung. Wenn die Winkelgeschwindigkeit negativ ist, liefert der Komparator 120 die Spannung "Null". Der Ausgang des Kompa-

rators 120 ist mit dem "Start"-Anschluß des Zählers 122 30·

verbunden. Der Ausgang des Treiberfrequenzzählers 62 ist mit dem "Stop"-Anschluß des Zählers 122 verbunden. Ein wesentlicher Zweck der Treiberfrequenzregelung nach Fig. liegt darin, zu gewährleisten, daß der Treiberfrequenzzähler 62 bei der Resonanzfrequenz des Zitterfedermechanismus arbeitet. Wenn die beiden Frequenzen

334445

synchronisiert sind, hat der Zähler 122 ein angezeigtes Ausgangssignal "Null". Das Ausgangssignal des Zählers stellt die Phasendifferenz zwischen dem Zitterantrieb und der relativen Lage des Winkeldrehungsfühlers dar. Das Ausgangssignal des Zählers 122 wird über ein Addierglied 124 dazu benutzt, die Frequenz des Treiberfrequenzzählers 62 zu steuern bzw. zu regeln. Beim Fehlen des Signalgenerators 126 würde das durch den Frequenz zähler 62 ge- lieferte Signal in einer ServobeZiehung zu der Frequenz der Schwingungen des Laserkörpers 12 relativ zu der Struktur 20 oder als Alternative hierzu bei der Ausführungsform mit Farady-Zelle zu der Frequenz des Stroms in der Spule 108 stehen.

Von dem Signalgeneraor 126 werden dem Addierglied 124 modulierende Signale zugeführt. Bei den modulierenden Signalen handelt es sich entweder um frequenz-modulierende oder um phasenmodulierende Signale. Zur Erleichterung des Verständnisses sind beide dargestellt. Die Befehlssignale von dem Generator 126 bewirken, daß der Zähler 62 seine Frquenz erhöht oder verringert. Das Ausmaß der Frequenzveränderung bzw.-schwingung liegt nach einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb des Durchlaßbandes des Massenfedersystems des Laserfühlers für Winkeldrehungen oder innerhalb des Durchlaßbandes der Spule 108 oder des Kondensators 110. Obwohl es sich hierbei um die nicht optimale Lösung handelt, ist Energie außerhalb des Durchlaßbandes nutzbar für vielleicht zwei oder drei db Bandbreiten. Der Treiberfrequenzgenerator 22 hält niemals an; der Zähler 122 stellt nur die Phase ein. Liegt die Frequenz innerhalb der Soll-Banbreite von 3 db, so beeinflußt die Ein-Aus-Regelung des Zählers 122 die Frequenzregelung nicht wesentlich.

Eine alternative Ausführungsform (nicht dargestellt) zur Regelung des Zählers 62 um der Resonanzfrequenz der Zitter-

BAD ORIGINAL

3* _

feder zu folgen, wäre identisch mit der Auführungsform nach Fig. 6 mit der Ausnahme, daß das Stop-Signal nicht auf den Zähler 122 gegeben würde. Der Zähler 122 würde periodisch seine Eingangssignale nur dann, wenn der Schalter 64 offen ist, sowie über eine vorgegebene Zeitspanne zählen und die entsprechende Zahl dem Integrator und Addierglied 124 zuführen. Diese Zahl würde die Resonanzfrequenz der Zitterfeder/Massen-Kombinationen darstellen. Ein Signal von dem Komparator 120 würde dem Element 124 zugeführt werden, um die Phasenverschiebung zu synchronisieren, und dadurch zu verhindern, daß sich die Phase des Zählers 62 zu weit verschiebt und dadurch bewirkt, daß das Antriebssignal die Zitterbewegung dämpft und nicht verstärkt.

Das sekundäre Signal von dem Generator 126 wird wie bei der mechanischen Ausführungsform nach Fig. 6 zugeführt.

Die Änderung in der Frequenz des Antriebssignals verhindert, daß die drei Ringlaserfühler 10X, 10Y und 10Z die Kegelbewegung in einer festen Drehrichtung beendet.

Das Signal von dem Signalgenerator 126 kann aus mehreren, zur Verfügung stehenden, unterschiedlichen Wellenformen ausgewählt werden. Typische, festgelegte Wellenformen sind sinusförmige Wellen, trapezförmige Wellen, trapezoidförmige Wellen, Sägezahnwellen, Stufenwellen, impulsförmige Wellen und binäre Wellenformen mit maximalen Längen. Mit dem Begriff "festgelegt" ist gemeint, daß die Wellenform vollständig festgelegt ist und dementsprechend exakt vorausgesagt werden kann.

Es ist insbesondere zweckmäßig, einen Teil einer binären Folge mit maximaler Länge ( maximal length binary sequence) zu verwenden, die im folgenden als "binäre Teilfolge mit maximaler Länge" (partial maximal length binary sequence") definiert wird. Eine binäre Folge mit maximaler Länge wird

BAD ORIGINAL

334445

durch ein Schieberegister mit maximaler Länge erzeugt. Beispielsweise erzeugt ein Schieberegister mit 15 Bits 32 000 Ziffernkombinationen,d. h., 32 000 unterschiedliche Zahlen. Die gesamte binäre Folge mit maximaler Länge könnte dazu verwendet werden, ein Modulationssignal zu erzeugen; wählt man jedoch weniger als das volle Schieberegister aus, so erhält man eine binäre Teilfolge mit maximaler Länge, die eine Zahl darstellt, die zu dem modulierenden Signal

IQ addiert oder von dem modulierenden Signal subtrahiert wird. Der Signalgenerator 126 erzeugt im allgemeinen eine Teillängenfolge mit sehr geringer Taktgeschwindigkeit. Beispielsweise würde eine Taktgeschwindigkeit von 16 pro Sek. bei einem 15 Bit-Register, wobei nur 5 der 15 Bit-Stellen

IQ des Registers verwendet werden, ausreichen, um die binäre Teilfolge mit maximaler Länge zu erzeugen.

Der Aufbau einer analogen Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei liefert der Meßaufnehmer 35 ein Signal für die Winkelgeschwindigkeit über den Pufferverstärker 44 zu einem Komparator 160, der ein Rechteckwellensignal mit der gleichen Frequenz wie die Frequenz der Winkelgeschwindig keit erzeugt. Wie oben erwähnt wurde/ könnte es sich bei dem Signal, das dem Komparator 160 zugeführt wird, als Alter native hierzu um das Integral oder um das Differential des Geschwindigkeitssignals handeln.

Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle werden die Signale von den Leitern 109, 111 oder Integrale bzw. Differentiale gO dieses Signals dem Komparator 160 zugeführt.

Der Oszillator 74, wie beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator, erzeugt ein Antriebssignal, das durch den Schalter 64 und den Leistungsverstärker 50 an die piezogg elektrischen Drehmomenterzeuger 14AB, 16AB und 18AB oder an die Vorspannungstreiberstufe 114 angelegt wird. Das

Ausgangssignal des Oszillators 74 wird auch dem Phasendetektor 162 zugeführt, der ein Differenzsignal erzeugt; dieses Differenzsignal stellt ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Signal an dem Eingang des Komparators 160 und dem Signal an dem Ausgang des Oszillators 64 dar. Mit dem Begriff "Phasendifferenz" ist die Phasendifferenz zwischen den grundlegenden, fundamentalen, sinusförmigen Komponenten der beiden Eingangssignale zu dem Phasen-

IQ detektor 162 gemeint. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 162 wird durch den Integrator 168 integriert, um eine Regelspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator 64 zu erzeugen; dadurch kann seine Frequenz der Eigenfrequenz des Körpers 12 oder der Spule 108 folgen. Wie dargestellt

JK ist, werden von dem Signalgenerator 166 zwei Signale erzeugt. Ein Signal kann zu dem Eingangssignal des Integrators 168 bei 164 für die Phasenmodulation oder alternativ zu dem Ausgangssignal des Integrators 168 bei 170 addiert werden, um die Frequenz des Oszillators 74 zu modulieren.

2Q Die modulierenden Signale sind entweder frequenzmodulierende oder phasenmodulierende Signale. Zur Vereinfachung des Verständnisses sind beide dargestellt. Die gesamte Frequenzänderung liegt nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform innerhalb des Durchlaßbandes des Massenfedersystems des Laserfühlers für Winkeldrehungen oder alternativ der Spule 108 und des Kondensators 110. Die Zuführung von Energie außerhalb des Durchlaßbandes ist nicht effizient. Es ist jedoch noch möglich, Energie außerhalb des Durchlaßbandes für vielleicht zwei oder drei 3 dB Bandbreiten zu verwenden.

Bei der mechanischen Ausführungsform verhindert die Änderung

der Frequenz des Antriebssignals, daß die drei Ringlaser 10a, 10b und 10c die Kegelbewegung in einer Richtung beenden. Bei der Ausführungsform mit Faraday-Zelle verhindert gc sie die Erzeugung eines Signals in dem zugehörigen Rechner,

334U5

das den Eindruck erweckt, als würden die drei Fühler eine mechanische Kegelbewegung ausführen.

Das Signal von dem Signalgenerator 166 kann eine beliebige jedoch genau festgelegte "deterministische Wellenform" haben. Zu typischen, deternistischen Wellenformen gehören sinusförmige Wellen, Trapezwellen, trapezuidförmige Wellen, Sägezahnwellen, binäre Folgen mit maximaler Länge und binäre Teilfolgen mit maximaler Länge. Mit "deterministisch" ist gemeint, daß die Wellenform vollständig festgelegt ist und vorausgesagt werden kann.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt also darin, die Zitteramplitude zu erhöhen und zu verringern; dadurch werden die Probleme vermieden, die auf einem Einrasten der sich in entgegengesetzter Richtung fortpflanzender Laserstrahlen in dem Ringlaser beruhen. Durch eine Frequenzoder Phasenmodulation des Zitterantreibsignals wird die Kegelbewegung einer Winkeldrehungsfühleranordnung vermieden, bei der drei einzelne Winkeldrehungsfühler im rechten Winkel zueinander gelagert sind.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims (5)

1. 20 Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen mit Regelung der Zitterbewegung

   Patenansprüche

   2b( 1.) Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen, gekennzeichnet durch einen Fühlerkörper (12), einen Träger (20) für den Drehungsfühler (10), durch eine Federanordnung (14, 16, 18) zwischen dem Körper 12 und dem Träger (20), so daß der Körper (12) auf dem

   30 Träger (20) elastische Schwingungen um eine vorgegebene . Achse (22) durchführen kann, weiterhin durch eine Einrichtung zur Feststellung einer Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable zwischem dem Körper (10) und dem Träger (20) bei der Bewegung um die

   35 Achse (22) darstellt, wobei die physikalische Variable

   _ 2 —

   aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelverschiebung enthält, weiterhin durch eine Drehmomenteinrichtung (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) zum Anlegen eines oszillierenden Vorspannungsdrehmomentes an den Körper (12) relativ zu dem Träger (20), und durch eine Einrichtung zur Verbindung und zum Trennen des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Amplitude des Signals für die physikalische Variable.
2. 2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß j 5 die Drehmomenteinrichtung mit der Federanordnung (14, 16,

   18) verbunden ist, um das Vorspannungsdrehmoment durch die Federanordnung anzulegen.
3. 3. Fühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Drehmomenteinrichtung piezoelektrische Elemente (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) aufweist, die an der Federanordnung (14, 16, 18) angebracht s ind.
4. 4. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Abtastanordnung, die das Signal für die physikalische Variable empfängt und dieses empfangene Signal periodisch abtastet, weiterhin durch eine Summiereinrichtung, die die abgetasteten Signale empfängt und die

   gO Absolutwerte einer vorgegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden, abgetasteten Signalen summiert, um ein Summensignal zu erzeugen, weiterhin durch eine Energieeinrichtung zur Erregung der Drehmomenteinrichtung, und durch

   eine auf das Summensignal ansprechende, logische Einrichtung, um die Energieeinrichtung mit der Drehmomenteinrichtung zu verbinden, wenn das Summensignal kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und um die Energieeinrichtung von der Drehmomenteinrichtung zu trennen, wenn das Summensignal größer als der vorgegebene Wert ist.

   -^q
5. 5. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Demodulator- und Filteranordnung, die das Signal für die physikalische Variable empfängt, um ein Signal mit einer Polarität zu erzeugen, dessen umhüllende Proportionale zu der Amplitude des Signals

   je für die empfangene physikalische Variable ist, weiterhin durch eine Enrgieeinrichtung zur Erregung der Drehmomenteinrichtung, und eine auf das Ausgangssignal der Demodulator- und Filteranordnung ansprechende Komparatoreinrichtung, die die Energieeinrichtung mit der

   2Q Drehmomenteinrichtung verbindet, wenn das Signal mit einer Polarität kleiner als ein erster, vorgegebener Wert ist, und die Enrgieeinrichtung von der Drehmomenteinrichtung trennt, wenn das Signal mit einer Polarität größer als ein zweiter, vorgegebener Wert ist.

   6. Ringlaser-Fühler für Drehungen mit einem Faraday-Abschnitt mit einer stromführenden Spule um eine Faraday-Zelle, um in der Faraday-Zelle ein Magnetfeld zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Kondensatoreinrichtung, die ₃q mit der Spule verbunden ist, um mit der Induktivität der Spule in Resonanzschwingungen zu kommen, weiterhin durch eine mit der Spule verbundene Fühlanordnung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus dem Strom in der

   Spule, den Zeitintegralen dieses Stroms und den zeitlichen Ableitungen dieses Stroms ausgewählt ist, um ein Signal für eine physikalische Variable zu erzeugen, weiterhin durch eine Vorspannungstreibereinrichtung, die den Strom der Spule zuführt, und durch eine Einrichtung zum Anlegen und zum Unterbrechen des Stroms in Abhängigkeit von der Amplitude des Signals für die physikalische Variable.

   7. Fühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung, die das Signal für die physikalische Variable empfängt und dieses empfangene Signal 5 periodisch abtastet, weiterhin eine Summiereinrichtung, die die abgetasteten Signale empfängt, um die Absolut-Werte einer vorgegebenen Zahl von aufeinanderfolgenden, abgetasteten Signalen zu summieren und ein entsprechendes Summensignal zu erzeugen, durch eine Energieeinrichtung zur Erregung der Vorspannungstreibereinrichtung, und durch eine auf das Summensignal ansprechende, logische Einrichtung zur Verbindung der Energieeinrichtung mit der Vorspannungstreibereinrichtung, wenn das Summensignal kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und zur Trennung der Energieeinrichtung von der Vorspannungstreibereinrichtung, wenn das Summensignal größer als der vorgegebene Wert ist.

   8. Fühler nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekenngO zeichnet durch eine Demodulator- und Filteranordnung,

   die das Signal für die physikalische Variable empfängt, um ein Signal mit einer Polarität zu erzeugen, dessen umhüllende Proportionale zu der Amplitude des empfangenen Signals für die physikalische Variable ist, weiter-Q5 hin durch eine Energieeinrichtung zur Erregung der Vorspannungstreibereinrichtung, und

   durch eine auf das Ausgangssignal der Demodulator-und Filteranordnung ansprechende Komparatoreinrichtung, die die Energieeinrichtung mit der Vorspannungstreibereinrichtung verbindet, wenn das Signal mit einer Polarität kleiner als ein erster, vorgegebener Wert ist, und die die Energieeinrichtung von der Vorspannungstreibereinrichtung trennt, wenn das Signal mit einer Polarität größer als ein zweiter, vorgegebener Wert ist.

   9. Ringlaser-Fühler für Winkeldrehungen mit einem Laserkörper mit einer Masse und mit einer Fühlerachse, gekennzeichnet durch einen Träger (20) , durch eine Federanordnung (14, 16, 18) mit einer Federkonstanten, die mit

   ^5 der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger (20) und dem Körper (12) bildet, um den Körper (12) zur Durchführung von Schwingungsbewegungen um die Fühlerachse (22) relativ zum Träger (20) zu haltern, durch einen Meßaufnehmer zur Abtastung einer physikalischen

   2Q Variablen und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals, das ein Maß für die physikalische Winkelvariable darstellt, wobei diese Variable aus einer Klasse ausgewählt wird, die die Winkellage, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung des Ringlaserkörpers (12) um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20) enthält, weiterhin durch eine Antriebseinrichtung, um den Ringlaserkörper (12) in Zitterbewegungen um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20) zu versetzen, und durch eine Einrichtung zur Verbindung der Antriebseinrichtung, so daß sie den

   QQ Ringlaser antreibt, wenn die Amplitude eines Signals für eine vorgegebene, physikalische Variable unter eine vorgegebene Größe abfällt, und die die Antriebseinrichtung von dem Ringlaser trennt, wenn die Amplitude des Signals für die vorgegebene physikalische Variable auf eine zweite,

   gg vorgegebene Amplitude ansteigt.

   "■ C —
   1

   10. Fühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) frequenzmoduliert ist.

   11. Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufenfunktion ist.

   12. Fühler nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   13. Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Funktion Sinusform hat.

   14. Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   15. Fühler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur für den Körper (12) des Ringlaserfühlers (10) für Drehungen und wenigstens einen zusätzliehen, im wesentlichen identischen, Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen (22) in vorgegebener Richtung ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   16. Fühler nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung in einer zweiten, vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung phasenmoduliert ist.

   - 7 1

   17. Fühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine Stufenfunktion ist.

   18. Fühler nach Anspruch 1,6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   19. Fühler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion Sinusform hat.

   20. Fühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   21. Fühler nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeich-, net durch eine Tragstruktur (20) für den Körper des Ringlaserfühlers für Drehungen und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen (22) in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   22. Ringlaserfühler für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse und mit einem Laserkörper mit einer Masse, gekennzeichnet durch einen Träger (20), durch eine Federanordnung (14, 16, 18) mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger (20) und dem Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, um den Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er relativ zu dem Träger (20) eine Schwingungsbewegung um die Fühlerachse (22) durchführen kann, weiterhin durch eine Meßaufnehmereinrichtung zur Abtastung und Erzeugung eines Signals, das ein

   Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus einer die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlaserkörpers (12) um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20) enthaltenden Gruppe ausgewählt ist, weiterhin durch eine Einrichtung zur Abtastung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung, um abgetastete Signale zu erzeugen, durch eine Einrichtung zur Umwandlung der abgetasteten Signale in digitale Signale, die ein Maß für die Absolutwerte der abgetasteten Signale darstellen, durch eine Einrichtung zur Summierung einer vorgegebenen Zahl der digitalen Signale, um ein summiertes digitales Signal zu erzeugen, das ein Maß für die mittlere Amplitude der Signale der Meßaufnehmereinrichtung darstellt, durch eine Einrichtung zum Subtrahieren eines digitalen Signals mit einem vorgegebenen Wert von dem summierten digitalen Signal, um ein digitales Fehlersignal zu erzeugen, durch einen Zähler mit einer Ausgangsfrequenz, die im wesentlichen bei der Eigenfrequenz der Masse des Laserkörpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) liegt, durch einen Leistungsverstärker, durch eine Schaltanordnung zwischen dem Ausgang des Zählers und dem Eingang des Lei-..:.; stungsverstärkers, durch eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Schaltanordnung, durch eine logische Entscheidungseinrichtung, die auf das digitale Fehlersignal anspricht und die Betätigungseinrichtung steuert, um die Schaltanordnung zu öffnen, wenn das digitale Fehlersignal größer als "Null" ist, und die Schaltanordnung zu schließen, wenn das digitale Fehlersignal kleiner als Null ist, und durch eine Drehmomenteinrichtung (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B), die so angebracht ist, daß sie die Masse des Laserfühlers (10) für Winkeldrehungen in einer Schwingungsbewegung um die Fühlerachse (22) antreibt, und so geschaltet ist, daß sie von dem Leistungsverstärker Antriebssignale empfängt.

   BAD ORIGINAL

   23. Fühler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomenteinrichtung piezoelektrische Elemente (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) aufweist, die in der Federanordnung (14, 16, 18) angebracht sind.

   24. Fühler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten in der Federanordnung (14, 16, 18) frequenzmoduliert ist.

   25. Fühler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufenfunktion ist.

   26. Fühler nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   27. Fühler nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion Sinus.form hat.

   28. Fühler nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   29. Fühler nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (20) für den Körper (12) des

   Ringlaserfühlers (10) für Drehungen und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   30. Fühler nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung in einer zweiten, vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung.

   (14, 16, 18) phasenmoduliert ist.

   31. Fühler nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine Stufenfunktion bzw. Schrittfunktion ist.

   32. Fühler nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   33. Fühler nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion sinusförmig ist.

   34. Fühler nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   35. Fühler nach einem der Ansprüche 32 bis 34, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (20) für den Körper (12) des Ringlaserfühlers (10) für Drehungen, und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen (22) in einer vorgegebenen Richtung ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion langer als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   36. Fühler nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnehmereinrichtung einen Meßaufnehmer zur Abtastung und Erzeugung eines Signals, das ein Maß für die physikalische Variable darstellt, und wenigstens eine Integratoreinrichtung aufweist, die das

   ""■'-·" ^: "^:" 334Α453

   _ 11 _

   Signal von dem Meßaufnehmer integriert.

   37. Ringlaserfühler für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse und mit einem Laserkörper mit einer Masse, gekennzeichnet durch einen Träger (20), durch eine Federanordnung (14, 16, 18) mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger (20) und dem Körper des Laserfühlers (10) für Winkeldrehungen bildet, um den Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er relativ zu dem Träger (20) eine Schwingungsbewegung um die Fühlerachse (22) durchführt, weiterhin durch einen Meßaufnehmereinrichtung zur Abtastung und Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus einer Klasse ausgewählt ist, welche die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlaserblocks (12) um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20) enthält, weiterhin durch eine Demodulator- und Filtereinrichtung zur Demodulation und Filterung eines Signals, das aus dem Signal von der Meßaufnehmereinrichtung abgeleitet ist, durch eine Komparatoreinrichtung für den Vergleich der absoluten Amplitude des demodulierten und gefilterten Signals mit einer vorgegebenen Signalamplitude, um ein Fehlersignal zu erzeugen, weiterhin durch einen Oszillator mit einer Ausgangsfrequenz, die im wesentlichen gleich der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) ist, durch einen Leistungsverstärker, durch eine Schaltanordnung zwischen dem Ausgang des Oszillators und dem Eingang des Leistungsverstärkers, durch eine Betätigungseinrichtung für die Betätigung der Schaltanordnung, wobei das Ausgangssignal der Komparatoranordnung so angelegt wird, daß es die Betätigungseinrichtung steuert, um die Schaltanordnung zu öffnen, wenn das Fehlersignal größer als "Null" ist, und um die Schaltanordnung zu schließen, wenn das Fehler-

   _ 12 -

   signal kleiner als "Null" ist, und durch eine Drehmomentanordnung (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B), die so angebracht ist, daß sie die Masse des Laserfühlers (10) für Winkeldrehungen in einer Schwingungsbewegung um die Fühlerachse (22) antreibt, und die so geschaltet ist, daß sie Antriebsvorspannungssignale von dem Leistungsverstärker empfängt..

   38. Fühler nach Anspruch 37., dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomenteinrichtung piezoelektrischer Elemente (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) aufweist, die an der Federanordnung (14, 16, 18) angebracht sind.

   39. Fühler nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) frequenzmoduliert ist.

   40. Fühler nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufen- bzw. Schrittfunktion ist.

   41. Fühler nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   42. Fühler nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   43. Fühler nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion in maximaler Länge ist.

   44. Fühler nach einem dor Ansprüche 41 bis 43, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (20)für den Körper (12) dos Ringlaserfühlers (10) für Drehungen, und durch wenigstens

   ⁵BAD ORIGINAL

   _ 13 -

   einen zusätzlichen, .im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen (22) in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion langer als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   45. Fühler nach einem der Ansprüche 37 bis 44_f dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einer zweiten, vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) phasenmoduliert ist.

   46. Fühler nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine Schritt- bzw. Stufenfunktion ist.

   47. Fühler nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   48. Fühler nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   49. Fühler nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   50. Fühler nach einem der Ansprüche 47 bis 49, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (20) für den Körper (12) eines Ringlaserfühlers für Drehungen und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühlcr so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen (22) in vorgegebenen

   i BAD ORIGINAL

   Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlemist. 5

   51. Fühler nach einem der Ansprüche 37 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnehmereinrichtung einen Meßaufnehmer zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für die physikalische Variable darstellt, und wenigstens eine Integrationseinrichtung aufweist, die so geschaltet ist, daß sie das Signal von dem Meßaufnehmer integriert.

   52. Ringlaserfühler für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse und mit einem Fühlerkörper mit einer Masse gekennzeichnet durch einen Träger (20), durch eine Federanordnung (14, 16, 18) mit einer Federkonstanten, die mit der Masse ein mechanisches Resonanzsystem mit hohem Q zwischen dem Träger (20) und dem Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, um den Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er eine Schwingungsbewegung relativ zu dem Träger (20) um die Fühlerachse (22) ausführen kann, weiterhin durch eine Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable ist, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlasers um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20) enthält, durch eine Drehmomenteinrichtung zur Erzeugung einer Zitterbewegung des Ringlaserkörpers (12) um die Fühlerachse (22) relativ zu dem Träger (20), durch einen Leistungsverstärker, der so geschaltet ist, daß er der Antriebseinrichtung Leistungssignale zugeführt, durch einen Antriebsfrequenz zähle;r zur Erzeugung von rechteckwellenförmigen Antriebssignalen und für die Zuführung dieser Signale zu dem Eingang des Leistungsverstärkers, durch eine Komparator-

   _ 15 _

   einrichtung zur Umwandlung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung in ein rechteckwellenf örraiges Signal, durch einen Phasendifferenzzähler, der Startsignale von der Komparatoreinrichtung und Stopsignale von dem Antriebsfrequenzzähler empfängt, durch einen Generator für modulierende Signale, und durch eine digitale Addier- und Integriereinrichtung für die Integration des Ausgangssignals von dem Phasendifferenzzähler, um Signale von dem Generator für die modulierenden Signale zu dem integrierten Signal zu addieren und das sich ergebende Signal an den Antirebsfrequenzzähler anzulegen, so daß am Ausgang des Antriebsfrequenzzählers ein frequenzmoduliertes Signal für die Frequenzmodulation der Zitterbewegung des Ringlasers in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers und der Federkonstanten der Federanordnung relativ zu dem Träger (20) erzeugt wird.

   ^:.·^::-- -^:-'^:- ■-"*·■ 33Λ4Α53

   53. Fühler nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufenfunktion bzw. Schrittfunktion ist.

   54. Fühler nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   55. Fühler nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   56. Fühler nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   57. Fühler nach einem der Ansprüche 54 bis 56, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur (20) für den Körper (12) des Ringlaserfühlers für Drehungen, und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion langer als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   58. Ringlaserfühler für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse und mit einem Laserkörper mit einer Masse, gekennzeichnet durch einen Träger (20), durch eine Federanordnung (14, 16, 18) mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger (20) und dem Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, wobei der Körper (12) des Laserfühlers für Winkeldrehungen so gelagert ist, daß er relativ zu dem Träger (20) eine Schwingungsbewegung um die Fühlerachse durchführen kann, weiterhin durch eine Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für

   ·-'■■··· ·^:··^:- ■"·"■*" 33ΑΑΑ53

   -πι

   physikalische Variable darstellt, die aus einer Klasse von Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlasers um die Fühlerachse relativ zu dem Träger (20) enthält,weiterhin durch eine Drehmomenteinrichtung (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) zur Erzeugung einer Zitterbewegung des Ringlaserkörpers um die Fühlerachse relativ zu dem Träger (20), durch einen Leistungsverstärker, der der Antriebseinrichtung Leistungssignale zuführt, durch einen Antriebsfrequenzzähler zur Erzeugung von Antriebssignalen mit Rechteckwellenform und zur Zuführung dieser Signale zu dem Eingang des Leistungsverstärkers, durch eine Komparatoreinrichtung zur Umwandlung der Signale von der Meßaufnehmereinrichtung in ein Signal mit Rechteckwellenform, durch einen Phasendifferenzzähler, der Startsignale von der Komparatoreinrichtung sowie Stopsignale von dem Antriebsfrequenzzähler empfängt, durch einen Generator für modulierende Signale, und durch eine digitale Addier- und Integrationseinrichtung für die Integration des Ausgangssignals von dem Phasendifferenzzähler, um Signale von dem Generator für die modulierenden Signale zu dem integrierten Signal zu addieren und das sich ergebende Signal an den Antriebsfrequenzzähler anzulegen, so daß an dem Ausgang des Antriebsfrequenzzählers ein phasenmoduliertes Signal erzeugt wird, um die Zitterbewegung des Ringlasers in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) relativ zu dem Träger (20) phasenzumodulieren.

   59. Fühler nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufen- bzw. Schrittfunktion ist.

   60. Fühler nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   61. Fühler nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   62. Fühler nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion in maximaler Länge ist.

   63. Fühler nach einem der Ansprüche 60 bis 62, gekennzeich- !0 .net durch eine Tragstruktur für den Körper (12) des Ringlaserfühlers für Drehungen und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger _als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   64. Fühler für Winkeldrehungen, gekennzeichnet durch einen Träger (20) für den Fühler für Winkeldrehungen, durch mehrere Ringlaserfühler für Winkeldrehungen, die jeweils einen Körper mit einer Fühlerachse aufweisen, durch mehrere, identische Federanordnungen, wobei für jeden Winkeldrehungsfühler eine Federanordnung vorgesehen ist, um den Körper des zugehörigen Winkeldrehungsfühlers zur Durchführung einer begrenzten Schwingungsbewegung um seine jeweilige Fühlerachse relativ zu dem Träger des Winkeldrehungsfühlers zu halten, wobei die Eigenfrequenzen der Massen jedes Körpers und der Federkonstanten der zugehörigen Federan-Ordnung ausreichend nahe beinanderliegen, um die mechaniche Kopplung der Schwingungen über den Träger für die Winkeldrehungsfühler zu erzeugen, weiterhin durch mehrere Drehmomenteinrichtungen zum Ausüben von Drehmomenten zwischen dem Träger für die Winkeldrehungsfühler und den Körpern der Winkeldrehungsfühler, durch mehrere Antriebseinrichtungen für den Antrieb jeder Drehmomenteinrichtung im wesentlichen bei der zugehörigen Eigenfrequenz, und

   O · C β · ·

   - 19 -

   durch mehrere Frequenzmodulationseinrichtungen, und zwar jeweils eine für jede Antriebseinrichtung, um die Frequenz der Antriebseinrichtung mit einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz des zugehörigen Körpers bzw. der zugehörigen Federanordnung frequenzzumodulieren.

   65. Fühler nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Antriebseinrichtung und die Frequenzmodulationseinrichtung digitale Elemente sind.

   66. Fühler nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Antriebseinrichtung und Frequenzmodulationseinrichtung analoge Elemente sind.

   67. Fühler nach einem der Ansprüche 64 bis 66, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufenbzw. Schrittfunktion ist.

   68. Fühler nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   69. Fühler nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   70. Fühler nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   71. Fühler nach einem der Ansprüche 68 bis 70, gegennzeichnet durch eine Tragstruktur für den Körper des Ringlaserfühlers für Drehungen, und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen

   BAD OEÜGINAL

   '

   Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   72. Fühler für Winkeldrehungen, gekennzeichnet durch einen Träger für den Fühler für Winkeldrehungen, durch mehrere Ringlaserfühler für Winkeldrehungen, die jeweils einen Körper mit einer Fühlerachse aufweisen, durch mehrere, identische Federanordnungen, wobei jeweils eine Federan-Ordnung für jeden Winkeldrehungsfühler vorgesehen ist, um die Körper der Winkeldrehungsfühler elastisch so zu halten, daß sie relativ zu dem Träger für die Winkeldrehungsfühler eine begrenzte Schwingung um ihre jeweilige Fühlerachse durchführen können, wobei die Eigenfrequenzen der verschiedenen Massen jedes Körpers und die Federkonstanten ihrer Federanordnungen ausreichend nahe beieinander liegen, um eine mechanische Kopplung der Schwingungen über den Träger für die Winkeldrehungsfühler zu erzeugen, weiterhin durch mehrere Drehmomenteinrichtungen, um Drehmomente zwischen dem Träger für die Winkeldrehungsfühler und den jeweiligen Körpern für die Winkeldrehungsfühlern anzulegen, durch mehrere Antriebseinrichtungen für den Antrieb jeder Drehmomenteinrichtung im wesentlichen bei der erwähnten Eigenfrequenz, und durch mehrere Phasenmodulationseinrichtungen, und jeweils eine für jede Antriebseinrichtung, um die Frequenz der Antriebseinrichtung mit einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz ihres jeweiligen Körpers bzw. der jeweiligen Federanordnung in der Phase zu modulieren.

   73. Fühler nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Antriebseinrichtung und die Phasenmodulationseinrichtung digitale Elemente sind.

   74. Fühler nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Antriebseinrichtung und die Phasenmodula-

   BAD ORIGINAL

   -21 1

   tionseinrichtung analoge Elemente sind.

   75. Fühler nach Anspruch 72 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Stufen- bzw. Schrittfunktion ist.

   76. Fühler nach Anspruch 72 bis 74, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine periodische Funktion ist.

   77. Fühler nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet _r daß die vorgegebene Funktion eine sinusförmige Funktion ist.

   78. Fühler nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine binäre Teilfolgenfunktion mit maximaler Länge ist.

   79. Fühler nach einem der Ansprüche 76 bis 78, gekennzeichnet durch eine Tragstruktur für den Körper des Ringlaserfühlers, und durch wenigstens einen zusätzlichen, im wesentlichen identischen Ringlaserfühler für Drehungen, wobei die Drehungsfühler so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, und wobei die Periode der periodischen Funktion länger als die längste Zeitkonstante der Kombination von Drehungsfühlern ist.

   80. Fühler für Winkeldrehungen, dadurch gekennzeichnet, daß drei Ringlaser-Winkeldrehungsfühleinrichtungen auf einer elastischen Plattform so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Ringlaser-Winkeldrehungsfühler in Zitterbewegungen versetzt, und daß eine Einrichtung zur Frequenzmodulation der Zitterbewegung vorgesehen ist.

   81. Fühler für Winkeldrehungen, dadurch gekennzeichnet, daß drei Ringlaser-Winkeldrehungsfühler auf einer elastischen Struktur so angeordnet sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Ringlaser-Winkeldrehungsfühler in Zitterbewegungen versetzt, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Phasenmodulation der Zitterbewegung durchführt. 10

   82. Fühler für Winkeldrehungen, gekennzeichnet durch eine elastische Struktur, durch drei Ringlaser-Winkeldrehungsfühler, die auf der elastischen Struktur so angebracht sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal verlaufen, durch drei Federanordnungen, die jeweils zwischen den Körpern der Winkeldrehungsfühler und der Struktur angebracht sind, um eine mechanische Zitterbewegung der Winkeldrehungsfühler um ihre jeweiligen Fühlerachsen relativ zu der Struktur hervorzurufen, durch drei Drehmomenteinrichtungen, die jeweils Schwingungsdrehmomente an die Körper und die Federanordung anlegen, so daß die Körper auf die Federanordung um ihre Fühlerachsen Schwingungen ausführen, und daß drei Modulationseinrichtungen vorgesehen sind, um die Frequenzen der angelegten Drehmomente bei den Eigenfrequenzen der Massen/Feder-Kombinationen der Körper bzw. der Federanordnungen zu modulieren.

   83. Fühler für Winkeldrehungen, gekennzeichnet durch eine elastische Struktur, durch drei Ringlaser-Winkeldrehungsfühler, die auf der elastischen Struktur so angebracht sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal verlaufen, durch drei Federanordnungen, die jeweils zwischen den Körpern der Winkeldrehungsfühler und der Struktur angeordnet sind, um eine mechanische Zitterbewegung der Winkeldrehungsfühler um ihre jeweiligen Fühlerachsen re-

   lativ zu der Struktur hervorzurufen, durch drei Drehmoment einrichtungen, die Schwingungsdrehmomente jeweils auf die Körper und die Federanordnung ausüben, so daß die Körper auf der Federanordnung und die Fühlerachsen schwingen, und durch zwei Modulationseinrichtungen, die die Phasen der angelegten Drehmomente bei den Eigenfrequenzen der Massen/Feder-Kombinationen der Körper bzw. der Federanordnung zu modulieren.

   84. Ringlaser-Winkeldrehungsfühlerkombination mit einer Fühlerachse und mit einem Laserkörper mit einer Masse, gekennzeichnet durch einen Träger, durch eine Federanordnung mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger und dem Körper bildet, um den Körper so zu halten, daß er eine Schwingungsbewegung relativ zu dem Träger um die Fühlerachse ausführen kann, durch eine Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Signals für eine physikalische Variable, daß ein Maß für eine physikalische Winkelvariable darstellt, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt ist, die die Winkellage, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung des Ringlaserkörpers um die Fühlerachse relativ zu dem Träger enthält, weiterhin durch eine Antriebseinrichtung, um den Ringlaserkörper (12) in eine Zitterbewegung um die Fühlerachse relativ zu dem Träger (20) zu versetzen, und durch eine Einrichtung zur Verbindung der Antriebseinrichtung für die Erregung des Ringlasers, wenn die Amplitude eines vorgegebenen Signals für eine der physikalischen Variablen unter eine vorgegebene Größe abfällt, und zur Trennung der Antriebseinrichtung von dem Ringlaser, wenn die Amplitude eines vorgegebenen Signals für diese physikalische Variable auf eine zweite, vorgegebene Amplitude ansteigt.

   85. Kombination von Ringlaserfühlern für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse, mit einem Laserkörper mit einer Masse, mit einem Träger, mit einer Federanordnung, mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger und dem Körper des Laserfühlers für die Winkeldrehung bildet, um den Körper des Laserfühlers für die Winkeldrehung so zu halten, daß der relativ zu dem Träger eine Schwingungsbewegung um die Fühlerachse ausführen kann, und mit einer Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winke!verschiebung des Ringlaserkörpers relativ zu dem Träger und die Fühlerachse enthält, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Abtastung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung,- um abgetastete Signale zu erzeugen, durch eine Einrichtung zur Umwandlung der abgetasteten Signale in digitale Signale, die ein Maß für die Absolutwerte der abgetasteten Signale darstellen, durch eine Einrichtung zur Summierung einer vorgegebenen Zahl der digitalen Signale, um ein summiertes, digitales Signal zu erzeugen, das ein Maß für die mittlere Amplitude der Signale der Meßaufnehmereinrichtung darstellt, durch eine Einrichtung zum Subtrahieren eines digitalen Signals mit vorgegebenen Wert von dem summierten, digitalen Signal, um ein digitales Fehlersignal zu erzeugen, durch einen Zähler mit einer Ausgangsfrequenz, die im wesentlichen bei der Eigenfrequenz der Masse des Laserkörpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) liegt, durch einen Leistungsverstärker, durch eine Schaltanordnung zwischen dem Ausgang des Zählers und dem Eingang des Leistungsverstärkers, durch eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Schaltanordnung, durch eine logische Entscheidungseinrichtung, die auf das digitale Fehler-

   signal anspricht und die Betätigungseinrichtung steuert, um die Schaltanordnung zu offenen, wenn das digitale Fehlersignal größer als "Null" ist, und um die Schaltanordnung zu schließen, wenn das digitale Fehlersignal kleiner als "Null" ist, und durch eine Drehmomenteinrichtung, die so angebracht ist, daß sie die Masse des Laserfühlers für Winkeldrehungen in einer Schwingungsbewegung um die Fühlerachse antreibt, und so geschaltet ist, daß sie Antriebssignale von dem Leistungsverstärker empfängt.

   86. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse, mit einem Laserkörper mit einer Masse, mit einem Träger, mit einer Federanordnung, mit einer Ferlerkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger und dem Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, um den Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er eine Schwingunasbewegung um die Fühlerachse relativ zu dem Träger ausführen kann, und mit einer Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlaserblocks um die Fühlerachse relativ zu dem Träger enthält, gekennzeichnet durch eine Demodulator- und Filteranordnung zu Demodulation und Filterung eines Signals, das aus dem Signal von der Meßaufnehmereinrichtung abgeleitet ist, durch eine Komparatoreinrichtung für den Vergleich der absoluten Amplitude des demodulierten und gefilterten Signals mit einer vorgegebenen Signalamplitude, um ein Fehlersignal zu erzeugen, durch einen Oszillator mit einer Ausgangsfrequenz, die im wesentlichen gleich der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) bei der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) ist, durch einen Leistungsverstärker, durch eine Schaltanordnung

   _ 26 _

   zwischen dem Ausgang des Oszillators und dem Eingang des Leistungsverstärkers, durch eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Schaltanordnung, wobei der Ausgang der Komparatoranordnung so geschaltet ist, daß diese die Betätigungseinrichtung steuert, um die Schaltanordnung zu öffnen, wenn das Fehlersignal größer als "Null" ist, und um die Schaltanordnung zu schließen, wenn das Fehlersignal kleiner als "Null" ist, und durch eine Drehmomenteinrichtung, die so angebracht is.t,daß sie den Laserfühler für Winkeldrehungen in einer Schwingungsbewegung um die Fühlerachse antreibt, und geschaltet ist, daß sie antreibende Vorspannungssignale von dem Leistungsverstärker empfängt.

   87. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse, mit einem Laserkörper mit einer Masse, mit einem Träger, mit einer Federanordnung, mit einer Federkonstanten, die mit der Masse ein mechanisches Resonanzsystem mit hohem Q zwischen dem Träger und dem Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, um den Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er eine Schwingungsbewegung um die Fühlerachse relativ zu dem Träger ausführen kann, mit einer Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikaiische Variable darstellt, die aus einer Gruppe von physikalischen Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlasers um die Fühlerachse relativ zu dem Träger enthält, weiterhin mit einer Drehmomenteinrichtung, die den Ringlaserkörper in einer Zitterbewegung relativ zu dem Träger um die Fühlerachse versetzt, und mit einem Leistungsverstärker, der so geschaltet ist, daß er der Antriebseinrichtung Leistungssignale zuführt, gekennzeichnet durch einen Antriebsfrequenzzähler für die Erzeugung von rechteckwellenförmigen Antriebssignalen und für die Zuführung dieser Signale zu dem Eingang des Leistungsver-

   stärkers, durch eine Komparatoranordnung zur Umwandlung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung in ein rechteckwellenförmiges Signal , durch einen Phasendifferenzzähler, der Startsignale von der Komparatoranordnung und Stopsignale von dem Antriebsfrequenzzähler empfängt, durch einen Generator für modulierende Signale, und durch eine digitale Addier- und Intergriereinrichtung zum Integrieren des Ausgangssignals von dem Phasendifferenzzähler, um die Signale von dem Generator für die modulierenden Signale zu dem integrierten Signal hinzuzufügen und das sich ergebende Signale an den Antriebsfrequenzzähler anzulegen, so daß am Ausgang des Antriebsfrequenzzählers ein frequenz moduliertes Signal für die Frequenzmodulation der Zitterbewegung des Ringlasers gemäß einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) bei der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) relativ zu dem Träger (20) erzeugt wird.

   88. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einer Fühlerachse, mit einem Laserkörper mit einer Masse, mit einem Träger, mit einer Federanordnung, mit einer Federkonstanten, die mit der Masse eine mechanische Resonanzstruktur mit hohem Q zwischen dem Träger und dem Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen bildet, um den Körper des Laserfühlers für Winkeldrehungen so zu halten, daß er eine Schwingungsbewegung relativ zu dem Träger um seine Fühlerachse ausführen kann, weiterhin mit einer Meßaufnehmereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das ein Maß für eine physikalische Variable darstellt, die aus einer Gruppe von physikalischen Variablen ausgewählt ist, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelverschiebung des Ringlasers relativ zu einem Träger um die Fühlerachse enthält, mit einer Drehmomenteinrichtung, die den Ringlaserkörper in eine Zitterbewegung relativ zu dem Träger um die Fühler-

   _ 28 _

   achse versetzt, und mit einem Leistungsverstärker, der Leistungssignale an die Antriebseinrichtung anlegt, gekennzeichnet durch einen Antriebsfrequenzzähler zur Erzeugung von rechteckwellenförmigen Antriebssignalen, die an den Eingang des Leistungsverstärkers angelegt werden, durch eine Komparatoranordnung zur Umwandlung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung in ein rechteckwellenförmiges Signal, durch einen Phasendifferenzzähler, der Startsignale von der Komparatoranordnung und Stopsignale von dem Antriebsfrequenzzähler empfängt, durch einen Generator modulierende Signale, und durch eine digitale Addier- und Integriereinrichtung zum Integrieren des Ausgangssignals von dem Phasendifferenzzähler, um die Signale von dem Generator für die modulierenden Signale zum dem integrierten Signal hinzuzuführen und das sich ergebende Signal an den Antriebsfrequenzzähler anzulegen, so daß am Ausgang des Antriebsfrequenzzählers ein phasenmoduliertes Signal für die Phasenmodulation der Zitterbewegung des Ringlasers in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) bei der Federkonstanten der Federanordnung (14,. 16, 18) relativ zum Träger (20) erzeugt wird.

   89. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einem Träger für den Winkeldrehungsfühler, mit mehreren Ringlaserfühlern für Winkeldrehungen, die jeweils einen Körper mit einer Fühlerachse aufweisen, mit mehreren, gleichen Federanordnungen, wobei jeweils eine für jeden Winkeldrehungsfühler vorgesehen ist, um die Körper der Winkeldrehungsfühler elastisch so zu halten, daß sie begrenzte Schwingungsbewegungen um ihre jeweiligen Fühlerachsen relativ zu dem Träger für die Winkeldrehungsfühler ausführen können, wobei die Eigenfrequenzen der verschiedenen Massen jedes Körpers und der Federkonstanten ihrer jeweiligen Federanordnungen ausreichend nahe bei-

   • · · a

   ► ι· * m

   ι» ί»

   - "334445:

   - 29 -

   einander liegen, um eine mechanische Kopplung der Schwingungen über den Träger für die Winkeldrehungsfühler zu erzeugen, weiterhin mit mehreren Drehmomenteinrichtungen, die Drehmomente zwischen dem, Träger für die Winkeldrehungsfühler und den jeweiligen Körpern der Winkeldrehungsfühler anlegen, und mit mehreren Antriebseinrichtungen, die jeweils jede Drehmomenteinrichtung im wesentlichen bei ihrer Eigenfrequenz antreiben, gekennzeichnet durch mehrere Frequenzmodulationseinrichtungen, und zwar jeweils eine für jede Antriebseinrichtung, um die Frequenz der Antriebseinrichtung mit einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz des jeweiligen Körpers und seiner Federanordnung Frequenz zu modulieren.

   90. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einem Träger für die Winkeldrehungsfühler, mit mehreren Ringlaserfühlern für Winkeldrehungen, die jeweils einen Körper mit einer Fühlerachse aufweisen, und mit mehreren Federanordnungen, und zwar jeweils eine für jeden Winkeldrehungsfühler, um die Körper der Winkeldrehungsfühler elastisch so zu halten, daß sie eine begrenzte Schwingung um ihre jeweilige Fühlerachse relativ zu dem Träger für die Winkeldrehungsfühler ausführen können, wobei die Eigenfrequenzen der Masse jedes Körpers und der Federkonstanten seiner Federanordnung ausreichend nahe beieinander liegen, um eine mechanische Kopplung der Schwingungen durch die Winkeldrehungssignale auf die Antriebseinrichtung zu erzeugen, gekennzeichnet durch einen Antriebsfrequenzzähler zur Erzeugung von rechteckwellenförmigen Antriebssignalen, die an den Eingang eines Leistungsverstärkers angelegt werden, durch eine Komparatoranordnung für die Umwandlung des Signals von der Meßaufnehmereinrichtung in ein rechteckwellenförmiges Signal, durch einen Phasendifferenzzähler, der Startsignale von der Komparatoranodnung und Stopsignale von dem Antriebsfrequenzzähler empfängt, durch einen Gene-

   BAD ORIGINAL

   _ 30 _

   rator für modulierende Signale, und durch eine digitale Addier- und Integriereinrichtung zum Integrieren des Ausgangssignals von dem Phasendifferenzz^nler, um die Signale von dem Generator für die modulierenden Signale zu dem integrierten Signal zu addieren und das sich ergebende Signal an den Antriebsfrequenzzähler anzulegen, so daß am Ausgang des Antriebsfrequenzzählers ein phasenmoduliertes Signal erzeugt wird, das die Zitterbewegung des Ringlasers in einer vorgegebenen Funktion bei der Eigenfrequenz der Masse des Körpers (12) und der Federkonstanten der Federanordnung (14, 16, 18) relativ zu dem Träger (20). in der Phase moduliert.

   91. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einem Träger für die Winkeldrehungsfühler, mit mehreren Ringlaser-Winkeldrehungsfühlern, die jeweils einen Körper mit einer Fühlerachse aufweisen, mit mehreren, gleichen Federanordnungen, und zwar eine für jeden Winkeldrehungsfühler, um die Körper der Winkeldrehungsfühler elastisch so zu halten, daß sie eine begrenzte Schwingung um ihre jeweiligen Fühlerachsen relativ zu dem Träger für die Winkeldrehungsfühler ausführen können, wobei die Eigenfrequenzen der Massen der einzelnen Körper und der Federkonstanten ihrer Federanordnungen ausreichend nahe beieinander liegen, um eine mechanische Kopplung der Schwingungen über den Träger für die Winkeldrehungsfühler zu erzeugen, weiterhin mit mehreren Drehmomenteinrichtungen, die Drehmomente zwischen dem Träger für die Winkeldrehungsfühler und den Körpern für die jeweiligen Winkeldrehungsfühler anlegen, und mit mehreren Antriebseinrichtungen, die jede Drehmomenteinrichtung im wesentlichen mit ihrer Eigenfrequenz antreiben, gekennzeichnet durch mehrere Phasenmodulationseinrichtungen, und zwar eine für jede Antriebseinrichtung, um die Phase der Frequenz der Antriebseinrichtung mit einer vorgegebenen Funktion bei der Eigen-

   _ 31 _

   frequenz ihres jeweiligen Körpers (12) und der zugehörigen Federanordnung (14, 16, 18) zu modulieren.

   92. Ringlaser-Fühlerkorabination für Winkeldrehungen mit drei Ringlaser-Fühlern für Winkeldrehungen, die auf einer elastischen Plattform zu angebracht sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, und mit einer Einrichtung, die die Ringlaser-Fühler für die Winkeldrehungen in eine Zitterbewegung versetzt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Frequenzmodulation der Zitterbewegung.

   93. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit drei Ringlaser-Fühlern für Winkeldrehungen, die so auf einer elastischen Struktur angebracht sind, daß ihre Fühler achsen im wesentlichen orthogonal verlaufen und mit einer Einrichtung, die die Ringlaser-Fühler für die Winkeldrehungen in eine Zitterbewegung versetzt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Phasenmodulation der Zitterbewegung.

   94. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einer elastischen Struktur, mit drei Ringlaser-Fühlern für Winkeldrehungen, die so auf der elastischen Struktur angebracht sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal verlaufen, mit drei Federanordnungen, die jeweils zwischen den Körpern der Winkeldrehungsfühler und der Struktur liegen, um die Winkeldrehungsfühler in eine Zitterbewegung relativ zu der Struktur um ihre jeweiligen

   3Q Fühlerachsen zu versetzen, und mit drei Drehmomenteinrichtungen, die jeweils oszillierende Drehmomente an die Körper und die Federanordnung anlegen, so daß die Körper eine Schwingungsbewegung auf der Federanordnung um ihre Fühlerachsen ausführen, gekennzeichnet durch drei Modulations- einrichtungen für die Modulation der Frequenzen, der angelegten Drehmomente bei der Eigenfrequenzen der Massen/

   BAD ORIGINAL

   Feder-Kombinationen der Körper (12) bzw. Federanordnungen (14, 16, 18) .

   95. Ringlaser-Fühlerkombination für Winkeldrehungen mit einer elastischen Struktur, mit drei Ringlaser-Fühlern für Winkeldrehungen, die so auf der elastischen Struktur angebracht sind, daß ihre Fühlerachsen im wesentlichen orthogonal verlaufen, mit drei Federanordnungen, die jeweils zwischen

   IQ den Körpern der Winkeldrehungsfühler und der Struktur angeordnet sind, um eine mechanische Zitterbewegung der Winkeldrehungsfühler relativ zu der Struktur um ihre jeweiligen Fühlerachsen hervorzurufen, und mit drei Drehmomenteinrichtungen, die jeweils oszillierende Drehmomente an die Körper und die Federanordnungen anlegen, so daß die Körper eine Schwingungsbewegung auf den Federanordnungen um die Fühlerachsen ausführen, gekennzeichnet durch drei Modulationseinrichtungen für die Modulation der Phasen der angelegten Drehmomente bei den Eigenfrequenzen der Massen/ Federkombinationen der Körper (12) bzw. der Federanordnungen (14, 16, 18).

   96. Verfahren zur Erzeugung einer Zitterbewegung eines auf Federn gelagerten Ringlaser-Körpers für eine oszillierende Drehung um eine vorgegebene Achse relativ zu einer Tragstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitude einer physikalischen Winkelvariablen, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt wird, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und die Winke!verschiebung zwi-

   gg sehen Körper und Struktur enthält, erfaßt bzw. gemessen wird, und daß ein oszillierendes Drehmoment um die Achse zwischen dem Körper und der Struktur angelegt wird, wenn die Amplitude der physikalischen Variablen kleiner als ein vorgegebener Wert wird, und daß dieses Drehmoment aufgehoben bzw. beendet wird, wenn die Amplitude der physikalischen Variablen größer als ein zweiter, vorgegebener Wert ist.

   BAD ORIGINAL

   _ 33 _

   97. Verfahren zur Erzeugung einer Zitterbewegung eines

   auf Federn gelagerten Ringlaser-Körpers für eine oszillierende Drehung um eine vorgegebene Achse relativ zu einer Tragstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch die Amplitude einer physikalischen Variablen abgetastet wird, die aus einer Gruppe von Variablen ausgewählt wird, die die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelverschiebung zwischen dem Körper und der Struktur enthält, daß die abgetasteten Werte für eine vorgegebene Zahl von Abtastungen summiert werden, daß diese Summe mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, und daß ein oszillierendes Drehmoment um die Achse zwischen dem Körper und der Struktur ausgeübt wird, wenn die Amplitude der Summe kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und daß dieses Drehmoment aufgehoben bzw. beendet wird, wenn die Amplitude der Summe größer als ein zweiter, vorgegebener Wert ist.

   98. Verfahren nach Anspruch 97, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Abtastung wenigstens das Doppelte der Frequenz der Zitterbewegung ist, und daß die Periode der Summierung größer als die Periode der Zitterbewegung ist.

   99. Verfahren zur Erzeugung einer Zitterbewegung mehrerer Ringlaser-Körper, die jeweils auf Federn gehalten sind, für eine oszillierende Drehung um unterschiedliche, vorgegebene Achsen relativ zu einer elastischen, tragenden Struktur, wobei die Eigenfrequenzen der mechanischen Schwingungen der einzelnen, federgehaltenen Laserkörper im wesentlichen gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß Drehmomente um die Achsen zwischen den Körpern und der Struktur ausgeübt werden, und daß jedes Drehmoment bei der gemeinsamen Eigenfrequenz der Schwingungen der auf Federn gehaltenen Ringlaser-Körper frequenzmoduliert wird.

   PAD ORIGINAL

   « #■ W

   - 34 -

   100. Verfahren zur Erzeugung einer Zitterbewegung mehrerer Ringlaser-Körper, die jeweils auf Federn gehalten sind, für eine oszillierende Drehung um unterschiedliche, vorgegebene Achsen relativ zu einer elastischen, tragenden Struktur, wobei die Eigenfrequenzen der mechanischen Schwingungen der auf Federn gehaltenen Laser-Körper im wesentlichen gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß Drehmomente um die Achsen zwischen den Körpern und der Struktur ausgeübt werden, und daß die Phase jedes Drehmomentes bei der gemeinsamen Eigenfrequenz der Schwingungen der auf Federn gehaltenen Ringlaser-Körper moduliert wird.

   101. Vorrichtung zur Verhinderung des Einrastens der Laserstrahlen eines Ringlaser-Fühlers für Winkeldrehungen mit einer Federanordnung, die den Fühler und einen Träger verbindet, der eine elastische Beschränkung für die Bewegung des Fühlers um eine vorgegebene Achse liefert, und mit selektiv betätigbaren Einrichtungen für die Ausübung einer oszillierenden, mechanischen Vorspannkraft auf den Fühler relativ zu dem Träger, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Feststellung einer Fühlerbewegung relativ zu dem Träger (20) und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals, und durch eine Einrichtung zur Betätigung und zur Aufhebung der Betätigung der Vorspanneinrichtung jeweils in Abhängigkeit von ausgewählten, unterschiedlichen Werten des relativen Bewegungssignals.

   102. Vorrichtung nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, daß die Rate bzw. Geschwindigkeit der Betätigung bzw. Aufhebung der Betätigung der Vorspanneinrichtung relativ zu den physikalischen Eigenschaften der Federanordnung und des Fühlers so ist, daß der Fühler (10) abnehmende Schwingungen in dem Intervall zwischen der Betätigung und der nächsten, folgenden Betätigung der Vorspanneinrichtung erfährt.

   _ 35 _

   103. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 101 oder 102, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung auf der Federanordnung (14, 16, 18) angebracht ist, um die

   Vorspannkraft über die Federanordnung (14, 16, 18) an den Fühler (10) anzulegen.

   104. Vorrichtung nach Anspruch 103, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung piezoelektrische Elemente (14A, 14B, 16A, 16B, 18A, 18B) aufweist, die an den Federanordnungen (14, 16, 18) angebracht sind.

   105. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 101 bis 104, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung und die Einrichtung zur Aufhebung der Betätigung eine Abtasteinrichtung, die die Signale für die Relativbewegung empfängt und dieses Signal periodisch abtastet, eine Summiereinrichtung, die die abgetasteten Signale empfängt und ein entsprechendes Summensignal erzeugt, eine Einrichtung zur Erregung der Vorspanneinrichtung und eine logische Schaltungsanordnung aufweist, die auf das Summensignal anspricht, um die Erregungseinrichtung mit der Vorspanneinrichtung zu verbinden, wenn das Summensignal kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und um die Erregungseinrichtung von der Vorspanneinrichtung zu trennen, wenn das Summensignal den vorgegebenen Wert übersteigt.

   106. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 101 bis 105, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung und die Einrichtung zur Aufhebung der Betätigung eine Demodulator-und Filtereinrichtung, die das Signal für die relative Bewegung empfängt, um ein Signal mit einer einzigen Polarität zu erzeugen, dessen Umhüllende Proportional zu dem Wert der Relativbewegung ist, weiterhin eine Einrichtung zur Erregung der Vorspanneinrichtung und eine auf

   BAD ORIGINAL

   das Ausgangssignal der Demodulator- und Filteranordnung ansprechende Komparatoranordnung aufweist, die die Erregungseinrichtung mit der Vorspanneinrichtung verbindet, wenn das Signal mit der einzigen Polarität kleiner als ein erster, vorgegebener Wert ist, und die Erregungseinrichtung von der Vorspanneinrichtung trennt, wenn das Signal mit der einzigen Polarität größer als ein zweiter, vorgegebener Wert ist.

   107. Vorrichtung zum Elminieren des Einrastens der Laserstrahlen eines Ringlaser-Fühlers für Winkeldrehungen mit einer Faraday-Zelle, die sich im Laserstrahlengang befindet, und mit wahlweise betätigbaren Einrichtungen zum Koppeln eines magnetischen Feldes mit der Faraday-Zelle, um diese zu steuern und dadurch die Strahlen in eine Zitterbewegung zu versetzen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Lieferung eines Signals, das ein Maß für die Zitterbewegung der Faraday-Zelle des Fühlers darstellt, und durch eine auf einen vorgegebenen Bereich von Zitterbewegungen' ansprechende Einrichtung zur Betätigung und zur Aufhebung der Betätigung der Kopplungseinrichtung für das magnetische Feld.

   108. Vorrichtung nach Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung für das magnetische Feld eine Spule enthält, die induktiv um die Faraday-Zelle gewickelt ist, und daß die Betätigungseinrichtung eine mit der Spule verbundene Kapazität, eine VorSpannungstreiberstufe, die einen elektrischen Strom an die Kapazität und die Spule anlegt, und eine Einrichtung aufweist, die die Vorspannungstreiberstufe anschließt, wenn das Bewegungssignal des Fühlers innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, und die Vorspannungstreiberstufe zu trennen, wenn das Bewegungssiqnal des Fühlers außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt.

   BAD ORIGINAL

   334445

   109. Vorrichtung nach Anspruch 108, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Spule und die Kapazität eine Resonanzschaltung bilden.

   110. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 107 bis 109,

   dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Abtastung des Signals für die Zitterbewegung des Fühlers (10) und Einrichtungen vorgesehen sind, die die abgetasteten Sig- -^q nale summieren, um ein Summensignal zu bilden, das ein Maß für das Signal für die Bewegung des Fühlers (10) darstellt, um die Einrichtung für den Anschluß und die Trennung der VorSpannungstreiberstufe zu steuern.

   111. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 108 bis 110, dadurch gekennzeichnet, daß ein Demodulator/Gleichrichter, dem das Zittersignal des Fühlers (10) zugeführt wird, mit einem Eingang eines Komparators verbunden ist, daß ein weiterer Eingang des Komparators ein vorgegebenes Ver-

   2Q gleichssignal empfängt, daß der Ausgang des Komparators mit einer Schalterbetätigungseinrichtung verbunden ist, und daß der Schalter die Vorspannungstreiberstufe mit der Kapazität und der Spule verbindet.

   BAD ORIGINAL