DE102010013897A1

DE102010013897A1 - Optical measuring device and optical fiber

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Publication number: DE102010013897A1
Application number: DE201010013897
Authority: DE
Inventors: Manfred Resch
Original assignee: INFAP GmbH; MODELL und FORMENBAU BLASIUS GERG GmbH; MODELL-UND FORMENBAU BLASIUS GERG GmbH
Current assignee: INFAP GmbH; MODELL und FORMENBAU BLASIUS GERG GmbH; MODELL-UND FORMENBAU BLASIUS GERG GmbH
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: WO2011120829A3; DE102010013897B4; WO2011120829A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messeinrichtung, welche zumindest einen Lichtwellenleiter (2) aufweist, welche zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor (3, 3', 3'', 3''') umfasst, wobei der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) zumindest teilweise, insbesondere im Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors (3, 3', 3'', 3''') von einem Mantelelement (4) umgeben ist, wobei das Mantelelement (4) ein kapillarartig ausgebildetes Element (5) ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Lichtwellenleiter (2) mit zumindest einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor (3, 3', 3'', 3'''), wobei der Lichtwellenleiter (2) an seinem äußeren Umfang (6) über zumindest einen Abschnitt, insbesondere in dem Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors (3, 3', 3'', 3'''), von einem kapillarartig ausgebildeten Element (5) umgeben ist.The invention relates to an optical measuring device which has at least one optical waveguide (2) which comprises at least one fiber Bragg grating sensor (3, 3 ', 3 ", 3"'), the at least one optical waveguide (2 ) at least partially, in particular in the area of the at least one fiber Bragg grating sensor (3, 3 ', 3 ", 3"') is surrounded by a jacket element (4), the jacket element (4) being a capillary-like one Element (5) is. The invention also relates to an optical waveguide (2) with at least one fiber Bragg grating sensor (3, 3 ', 3 ", 3"'), the optical waveguide (2) on its outer circumference (6) over at least one section, in particular in the area of the at least one fiber Bragg grating sensor (3, 3 ', 3 ", 3"'), is surrounded by a capillary-like element (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wellenleiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to an optical measuring device according to the preamble of claim 1 and to a waveguide according to the preamble of claim 13.

Optische Messeinrichtungen, die Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gitter-Sensoren einsetzen, sind besonders wegen ihrer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit über lange Zeiträume im Stand der Technik zur Messung von Temperatur und Dehnung geschätzt.Optical measuring devices employing optical fibers with fiber Bragg grating sensors are well-known in the art for measuring temperature and strain, particularly for their high accuracy and reliability over long periods of time.

Faser-Bragg-Gitter sind als optisch wirksame Strukturen im Kern von Glasfasern zu verstehen, die durch eine im Wesentlichen periodische Modulation des Brechnungsindex entlang der Faser charakterisiert sind. Insbesondere sind Faser-Bragg-Gitter in den Kern von den Lichtwellenleitern beispielsweise mittels Laser eingebrachte Frequenzfilter. Sensoren mit Faser-Bragg-Gittern können jeweils unterschiedliche spezifische Schwerpunktswellenlängen – die so genannten Bragg-Wellenlängen – aufweisen, welche sich mit Temperatur und Dehnung ändern.Fiber Bragg gratings are to be understood as optically active structures in the core of glass fibers which are characterized by a substantially periodic modulation of the refractive index along the fiber. In particular, fiber Bragg gratings are incorporated into the core of the optical waveguides, for example by means of laser introduced frequency filter. Sensors with fiber Bragg gratings may each have different specific center of gravity wavelengths - the so-called Bragg wavelengths - which vary with temperature and strain.

Das Faser-Bragg-Gitter ändert seine optischen Eigenschaften unter mechanischen und/oder Temperatureinflüssen wie folgt. Wirken äußere Kräfte/und oder Temperaturänderungen auf das Faser-Bragg-Gitter, so ändert sich die Reflexionswellenlänge des Gitters. Die Änderung der Reflexionswellenlänge stellt also ein Maß für Dehnungen und Temperaturen dar. Eine Temperaturänderung ΔT hat dementsprechend sowohl eine Brechzahländerung als auch eine Längenänderung eines Faser-Bragg-Gitters zur Folge, was einerseits eine Änderung der Wellenlänge des im Lichtwellenleiter geführten Lichts bewirkt und andererseits eine Änderung des Gitterabstandes mit sich bringt. Beide Effekte führen also zu einer Wellenlängenänderung des reflektierten Peaks.The fiber Bragg grating changes its optical properties under mechanical and / or temperature influences as follows. When external forces / and / or temperature changes act on the fiber Bragg grating, the reflection wavelength of the grating changes. The change in the reflection wavelength thus represents a measure of strains and temperatures. Accordingly, a change in temperature .DELTA.T results in both a refractive index change and a change in length of a fiber Bragg grating, which on the one hand causes a change in the wavelength of the light guided in the optical waveguide and, on the other hand, a Changing the grid spacing entails. Both effects thus lead to a change in the wavelength of the reflected peak.

In DE 10 2006 025 700 A1 ist eine optische Messeinrichtung zur Temperaturbestimmung in einer kryogenen Umgebung beschrieben, welche einen Lichtwellenleiter aufweist, der mit mindestens einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor versehen ist und über welchen der mindestens eine Faser-Bragg-Gitter-Sensor abfragbar ist. Weiterhin umfasst die Messeinrichtung Einspeisemittel zur Einspeisung eines Lichtsignals in den mindestens einen Lichtwellenleiter und Auswertemittel zur Bestimmung eines Temperaturmesswertes aus einem von dem mindestens einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor kommenden Lichtsignal. Die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren werden dabei von einem Lichtsignal abgefragt, das von einer breitbandigen Lichtquelle erzeugt wird. Über einen Koppler und einen oder mehrere Lichtwellenleiter wird das Lichtsignal in die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren eingespeist. In jedem Faser-Bragg-Gitter-Sensor wird von dem eingespeisten Lichtsignal ein Anteil mit der jeweiligen Schwerpunktswellenlänge als Teil-Reflex-Signal zurückreflektiert. Der übrige Teil des Lichtsignals passiert dagegen den betreffenden Faser-Bragg-Gitter-Sensor und trifft gegebenenfalls auf den nächsten Faser-Bragg-Gitter-Sensor. Am Koppler steht dann ein von den Faser-Bragg-Gitter-Sensoren zurückreflektiertes Lichtsignal an, das sich aus den Teil-Reflex-Lichtsignalen der einzelnen Faser-Bragg-Gitter-Sensoren zusammensetzt. Erfährt der Faser-Bragg-Gitter-Sensor eine Temperaturänderung, ändert sich dessen Schwerpunktswellenlänge entsprechend dem Betrag der Temperaturänderung und damit der Wellenlängengehalt (= das Wellenlängenspektrum) des vom betreffenden Sensor reflektierten Teil-Reflex-Lichtsignals. Diese Veränderung im Wellenlängengehalt dient dann als Maß für die zu erfassende Temperaturänderung, wobei die Auswerteeinheit das empfangene Lichtsignal auswertet.In DE 10 2006 025 700 A1 an optical measuring device for temperature determination in a cryogenic environment is described which has an optical waveguide which is provided with at least one fiber Bragg grating sensor and over which the at least one fiber Bragg grating sensor can be interrogated. Furthermore, the measuring device comprises feed means for feeding a light signal into the at least one optical waveguide and evaluation means for determining a temperature measurement value from a light signal coming from the at least one fiber Bragg grating sensor. The fiber Bragg grating sensors are interrogated by a light signal generated by a broadband light source. Via a coupler and one or more optical waveguides, the light signal is fed into the fiber Bragg grating sensors. In each fiber Bragg grating sensor, a component with the respective center-of-gravity wavelength is reflected back as a partial-reflection signal by the light signal fed in. By contrast, the remainder of the light signal passes through the relevant fiber Bragg grating sensor and, if appropriate, hits the next fiber Bragg grating sensor. At the coupler is then reflected back from the fiber Bragg grating sensors light signal, which is composed of the partial-reflection light signals of the individual fiber Bragg grating sensors. If the fiber Bragg grating sensor experiences a temperature change, its center wavelength changes in accordance with the amount of temperature change and thus the wavelength content (= the wavelength spectrum) of the partial reflected light signal reflected by the relevant sensor. This change in the wavelength content then serves as a measure of the temperature change to be detected, wherein the evaluation unit evaluates the received light signal.

In einigen Anwendungen der Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gitter-Sensoren ist es erforderlich, diese in Laminatplatten beispielsweise aus Kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) oder Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) einzubetten. Dies ist im Hinblick auf die sehr empfindlichen Lichtwellenleiter jedoch problematisch. Auf den im CFK- oder GFK-Laminat eingebetteten Lichtwellenleiter bzw. auf den/die darin vorgesehenen einen oder mehrere Faser-Bragg-Gitter-Sensor/Sensoren wirken unerwünschte Kräfte ein, die den Lichtwellenleiter schädigen oder das Messergebnis negativ beeinflussen bzw. verfälschen können. Insbesondere verursacht der durch den Epoxidharz nach dem Einbetten auf den/die Faser-Bragg-Gitter-Sensor/Sensoren verursachte Druck eine unerwünschte Doppelbrechung, was den/die Sensor/Sensoren für Messzwecke unbrauchbar macht.In some applications of optical fibers with fiber Bragg grating sensors, it is necessary to embed them in laminate panels, for example, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) or glass fiber reinforced plastics (GRP). However, this is problematic in view of the very sensitive optical fibers. On the fiber optic cables embedded in the CFRP or GFRP laminate or on the one or more fiber Bragg grating sensor / sensors provided therein, undesired forces act which can damage the optical waveguide or negatively influence or distort the measurement result. In particular, the pressure caused by the epoxy after embedding on the fiber Bragg grating sensor (s) causes undesirable birefringence rendering the sensor (s) unusable for measurement purposes.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Messeinrichtung zu schaffen, bei welcher ein einfacher und effektiver Schutz für einen Lichtwellenleiter bzw. den darin enthaltenen zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor beim Einbetten in ein Laminat erzielt wird.Therefore, it is the object of the present invention to provide an optical measuring device in which a simple and effective protection for an optical waveguide or the at least one fiber Bragg grating sensor contained therein when embedding in a laminate is achieved.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Messeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Lichtwellenleiter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.This object is achieved by an optical measuring device with the features according to claim 1 and by an optical waveguide having the features according to claim 13. Advantageous developments are defined in the respective subclaims.

Erfindungsgemäß wird eine optische Messeinrichtung, welche zumindest einen Lichtwellenleiter aufweist, bereitgestellt, welche zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor umfasst, wobei der zumindest eine Lichtwellenleiter zumindest teilweise, insbesondere im Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors, von einem Mantelelement umgeben ist, wobei das Mantelelement ein kapillarartig ausgebildetes Element ist. Die Kapillare bildet für den Faser-Bragg-Gitter-Sensor einen effektiven Schutz und verhindert effektiv eine von außen einwirkende negative Krafteinwirkung auf den zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor.According to the invention, an optical measuring device which has at least one optical waveguide is provided which comprises at least one fiber Bragg grating sensor, wherein the at least one optical waveguide is at least partially, in particular in the region of the at least one fiber waveguide. Bragg grating sensor is surrounded by a jacket element, wherein the jacket element is a capillary-shaped element. The capillary forms an effective protection for the fiber Bragg grating sensor and effectively prevents an externally applied negative force on the at least one fiber Bragg grating sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mantelelement aus Glas hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass es sich hierbei einerseits um ein besonders hartes Material und andererseits um das gleiche Material wie das Material des zumindest einen Lichtwellenleiters handelt. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Mantelelement aus Glas darüber hinaus mit einer Polyimidbeschichtung versehen ist.According to a preferred embodiment, the jacket element is made of glass. This has the advantage that on the one hand this is a particularly hard material and on the other hand it is the same material as the material of the at least one optical waveguide. It is particularly preferred if the jacket element made of glass is also provided with a polyimide coating.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Mantelelement auch aus einem anderen Material wie beispielsweise aus einem Kunststoff wie PEEK, aus Keramik, Stahl oder Edelstahl hergestellt sein. Wichtig ist jedoch, dass das Material des Mantelelements eine ausreichende Härte aufweist.According to an alternative embodiment, the jacket element may also be made of a different material, such as a plastic such as PEEK, ceramic, steel or stainless steel. It is important, however, that the material of the jacket element has sufficient hardness.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zumindest eine Lichtwellenleiter eine Vielzahl von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, wobei jeder der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren von einem jeweiligen kapillarartig ausgebildeten Element umgeben ist, oder wobei die Vielzahl von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren von einem einzigen kapillarartig ausgebildeten Element umgeben ist. So ist vorteilhafter Weise jeder der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren vor von außen einwirkenden Kräften geschützt, und ein zuverlässiges Messergebnis sowie eine lange Lebensdauer der optischen Messeinrichtung kann auf kostengünstige Weise sichergestellt werden.According to a preferred embodiment, the at least one optical waveguide comprises a plurality of fiber Bragg grating sensors, wherein each of the fiber Bragg grating sensors is surrounded by a respective capillary-shaped element, or wherein the plurality of fiber Bragg grating Sensors is surrounded by a single capillary-shaped element. Thus, each of the fiber Bragg grating sensors is advantageously protected from externally applied forces, and a reliable measurement result and a long life of the optical measuring device can be ensured in a cost-effective manner.

Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Lichtwellenleiter im Wesentlichen über seine gesamte Länge von dem kapillarartig ausgebildeten Element umgeben, wodurch ein kontinuierlicher Schutz geboten wird. Auch ist diese Ausführungsform besonders einfach herstellbar, da anstelle von mehreren kapillarartig ausgebildeten Elementen, die an vorbestimmten Positionen an dem zumindest einen Lichtwellenleiter anzuordnen sind, lediglich ein einziges kapillarartig ausgebildetes Element auf den zumindest einen Lichtwellenleiter aufgezogen wird.According to yet a preferred embodiment, the at least one optical waveguide is surrounded over substantially its entire length by the capillary-shaped element, whereby a continuous protection is provided. Also, this embodiment is particularly easy to produce, since instead of a plurality of capillary-like elements which are to be arranged at predetermined positions on the at least one optical waveguide, only a single capillary-shaped element is mounted on the at least one optical waveguide.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine elastische Masse, insbesondere temperaturfestes Silikon, in dem kapillarartig ausgebildeten Element vorgesehen, welche einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang des zumindest einen Lichtwellenleiters einem inneren Umfang des kapillarartig ausgebildeten Elements zumindest teilweise ausfüllt. Wenn das kapillarartig ausgebildete Element mit der elastischen Masse darin über die entsprechende Sensorstelle geschoben wird, wird einerseits ein Eindringen von anderen Materialien, wie beispielsweise Harz bzw. Kleber, in die Glaskapillare verhindert bzw. der Faser-Bragg-Gitter-Sensor wird vor dem Krafteinfluss des Klebers oder des Harzes abgeschirmt. Nach einem Aushärteprozess ist das elastische Material, wie beispielsweise Silikon, jedoch immer noch flexibel, um Zug- und Druckkräfte an den Faser-Bragg-Gitter-Sensor zuzulassen.According to yet another preferred embodiment, an elastic mass, in particular temperature-resistant silicone, provided in the capillary-like element which at least partially fills a gap between the outer periphery of the at least one optical waveguide an inner periphery of the capillary-shaped element. When the capillary-like element with the elastic mass is pushed over the corresponding sensor location, penetration of other materials, such as resin or adhesive, into the glass capillary is prevented on the one hand, or the fiber Bragg grating sensor becomes in front of the force influence of the adhesive or resin. However, after a curing process, the elastic material, such as silicone, is still flexible to allow tensile and compressive forces to the fiber Bragg grating sensor.

Vorzugsweise füllt die elastische Masse den Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang des Lichtwellenleiters einem inneren Umfang des kapillarartig ausgebildeten Elements aus Glas im Wesentlichen vollständig aus.Preferably, the elastic mass substantially completely fills the gap between the outer circumference of the optical waveguide and an inner periphery of the capillary-shaped glass element.

Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn die elastische Masse eine Eintrittsöffnung des kapillarartig ausgebildeten Elements, in welche der Lichtwellenleiter eingeführt wird, und eine Austrittsöffnung des kapillarartig ausgebildeten Elements, aus welcher der Lichtwellenleiter aus dem kapillarartig ausgebildeten Element austritt, verschließt, insbesondere abdichtet. Hierdurch wird effektiv ein Eindringen von anderen Materialien in die Glaskapillare verhindert, die den Lichtwellenleiter bzw. die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren beschädigen oder negativ beeinflussen könnten.It is furthermore preferred if the elastic mass closes, in particular seals, an entry opening of the capillary-like element into which the optical waveguide is introduced, and an exit opening of the capillary-like element from which the optical waveguide exits from the capillary-shaped element. This effectively prevents penetration of other materials into the glass capillary which could damage or negatively affect the optical fiber or fiber Bragg grating sensors.

Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Lichtwellenleiter in einem Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststofflaminat oder in einem Glasfaser-verstärkten Kunststofflaminat eingebettet.According to another preferred embodiment, the at least one optical waveguide is embedded in a carbon fiber reinforced plastic laminate or in a glass fiber reinforced plastic laminate.

Vorzugsweise bildet das Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststofflaminat oder das Glasfaser-verstärkte Kunststofflaminat mit dem darin eingebetteten Lichtwellenleiter ein Modul, wobei das Modul in einem Autoklaven ausgebacken wird.Preferably, the carbon fiber reinforced plastic laminate or glass fiber reinforced plastic laminate with the optical waveguide embedded therein forms a module, the module being baked in an autoclave.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Lichtwellenleiter eine DTG-(Draw Tower Grating)-Faser, insbesondere mit einer ORMOCER-Beschichtung, ist.It is particularly preferred if the optical waveguide is a DTG (Draw Tower Grating) fiber, in particular with an ORMOCER coating.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Lichtwellenleiter mit zumindest einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor vorgesehen, wobei der Lichtwellenleiter an seinem äußeren Umfang über zumindest einen Abschnitt, insbesondere in dem Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors, von einem kapillarartig ausgebildeten Element umgeben ist, was die oben bereits dargestellten Vorteilen mit sich bringt.According to the invention, an optical waveguide with at least one fiber Bragg grating sensor is furthermore provided, wherein the optical waveguide is provided on its outer periphery by at least one section, in particular in the region of the at least one fiber Bragg grating sensor, by a capillary-like element is surrounded, which brings the advantages already presented above with it.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtwellenleiter in dem kapillarförmig ausgebildeten Element zumindest teilweise von einer elastischen Masse umgeben.According to a preferred embodiment, the optical waveguide in the capillary formed element at least partially surrounded by an elastic mass.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:In the following the invention will be explained in detail by means of an embodiment with reference to the drawing. In the drawing show:

1A eine seitliche Schnittansicht durch einen in einem CFK-Laminat eingebetteten Lichtwellenleiter gemäß einer Ausführungsform; und 1A a side sectional view through an embedded in a CFK laminate optical waveguide according to an embodiment; and

1B ein Querschnitt durch das in 1A dargestellte CFK-Laminat. 1B a cross section through the in 1A illustrated CFRP laminate.

1A ist eine seitliche Schnittansicht durch einen in einem CFK-Laminat 1, 1' eingebetteten Lichtwellenleiter 2 vor dem Ausbacken. Alternativ kann der Lichtwellenleiter 2 ebenso beispielsweise in einem GFK-Laminat eingebettet sein. Der Lichtwellenleiter 2 ist aus einer Glasfaser mit einem hier nicht im Einzelnen dargestellten Faserkern und Fasermantel aufgebaut. In dem Lichtwellenleiter 2 ist eine Vielzahl von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 3, deren Anordnung hier schematisch durch die Bezugszeichen 3, 3', 3'', 3''' angedeutet ist, über einen Längenabschnitt des Lichtwellenleiters 2 hintereinander angeordnet vorgesehen, welche zur Temperatur- oder Dehnungsmessung auf die oben bereits beschriebene Art und Weise arbeiten. An dem Längenabschnitt des Lichtwellenleiters 2, in welchem die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 3, 3', 3'', 3''' angeordnet sind, ist ein Mantelelement 4 vorgesehen, welches den Längenabschnitt des Lichtwellenleiters 2 mit den Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 3, 3', 3'', 3''' umgibt. Das Mantelelement 4 ist ein kapillarartig ausgebildetes Element 5 aus Glas, welches mit einer Polyimidbeschichtung versehen ist. Zwischen einem äußeren Umfang 6 des Lichtwellenleiters 2 und dem inneren Umfang 7 des kapillarartig ausgebildeten Elements 5 ist eine elastische Masse 8 vorgesehen, die in der Ausführungsform aus Silikon besteht. Das kapillarartig ausgebildete Element 5 aus Glas bildet zusammen mit der elastischen Masse 8 aus Silikon einen wirksamen Schutz für den Lichtwellenleiter 2 bzw. die Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 3, 3', 3'', 3'''. Insbesondere dichtet die elastische Masse 8 eine Eintrittsöffnung 9, durch welche der Lichtwellenleiter 2 in das kapillarartig ausgebildete Element 5 eingeführt wird, und eine Austrittsöffnung 10, durch welche der Lichtwellenleiter 2 aus dem kapillarartig ausgebildeten Element 5 austritt, ab, so dass hier keine anderen Materialien, wie beispielsweise Kleber bzw. Harz, der beim Laminieren ansonsten in die Eintrittsöffnung 9 und die Austrittsöffnung 10 eintreten würde, eindringen können. 1A is a side sectional view through one in a CFRP laminate 1 . 1' embedded optical fiber 2 before baking. Alternatively, the optical waveguide 2 also be embedded for example in a GRP laminate. The optical fiber 2 is constructed of a glass fiber with a fiber core and fiber cladding not shown in detail here. In the optical fiber 2 is a variety of fiber Bragg grating sensors 3 , whose arrangement is shown schematically by the reference numerals 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' is indicated, over a longitudinal section of the optical waveguide 2 arranged one behind the other, which operate for temperature or strain measurement in the manner already described above. At the longitudinal section of the optical waveguide 2 in which the fiber Bragg grating sensors 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' are arranged, is a jacket element 4 provided, which the length portion of the optical waveguide 2 with the fiber Bragg grating sensors 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' surrounds. The jacket element 4 is a capillary-shaped element 5 made of glass, which is provided with a polyimide coating. Between an outer circumference 6 of the optical fiber 2 and the inner circumference 7 of the capillary-shaped element 5 is an elastic mass 8th provided, which consists in the embodiment of silicone. The capillary-shaped element 5 made of glass forms together with the elastic mass 8th made of silicone an effective protection for the optical fiber 2 or the fiber Bragg grating sensors 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' , In particular, the elastic compound seals 8th an entrance opening 9 through which the optical fiber 2 in the capillary-shaped element 5 is introduced, and an outlet opening 10 through which the optical fiber 2 from the capillary-shaped element 5 exits, so that here no other materials, such as glue or resin, the lamination otherwise in the inlet opening 9 and the exit opening 10 would be able to penetrate.

1B ist ein Querschnitt durch das in 1A dargestellte CFK-Laminat 1, 1' nach dem Ausbacken, wobei die beiden Platten des CFK-Laminats 1, 1' zu einer Einheit verschmolzen sind. In der Ausführungsform ist das CFK-Modul 13 mittels eines Herstellungsverfahrens im Autoklaven bei einem Unterdruck von 6 bar, einer Temperatur von 135°C mit einer Ausbackzeit von 2 Stunden laminiert worden. Die Prozessbedingungen sind jedoch je nach verwendeten Materialien variabel. Der Lichtwellenleiter 2 ist, wie bereits beschrieben, von dem kapillarartig ausgebildeten Element 5 und von der elastischen Masse 8 umgeben, wodurch ein wirksamer Schutz für die in dem Lichtwellenleiter 2 vorgesehenen Faser-Bragg-Gitter-Sensoren 3, 3', 3'', 3''' geboten wird. 1B is a cross section through the in 1A illustrated CFRP laminate 1 . 1' after baking, with the two plates of CFK laminate 1 . 1' are merged into a single entity. In the embodiment, the CFK module 13 by means of a manufacturing process in an autoclave at a negative pressure of 6 bar, a temperature of 135 ° C with a baking time of 2 hours has been laminated. However, the process conditions are variable depending on the materials used. The optical fiber 2 is, as already described, of the capillary-shaped element 5 and of the elastic mass 8th surrounded, thereby providing effective protection for those in the optical fiber 2 provided fiber Bragg grating sensors 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' is offered.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1'1, 1 ': CFK-LaminatCFRP laminate
22: Lichtwellenleiteroptical fiber
3, 3', 3'', 3'''3, 3 ', 3' ', 3' '': Faser-Bragg-Gitter-SensorenFiber Bragg Grating sensors
44: Mantelelementjacket element
55: kapillarartig ausgebildetes Elementcapillary-shaped element
66: äußerer Umfang des Lichtwellenleitersouter circumference of the optical waveguide
77: innerer Umfang des kapillarartig ausgebildeten ElementsInner circumference of the capillary-shaped element
88th: elastische Masseelastic mass
99: Eintrittsöffnunginlet opening
1010: Austrittsöffnungoutlet opening
1111: erste Plattefirst plate
1212: zweite Plattesecond plate
1313: CFK-ModulCFRP module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006025700 A1 [0005] DE 102006025700 A1 [0005]

Claims

Optische Messeinrichtung, welche zumindest einen Lichtwellenleiter (2) aufweist, welcher zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensor (3, 3', 3'', 3''') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) zumindest teilweise, insbesondere im Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors (3, 3', 3'', 3'''), von einem Mantelelement (4) umgeben ist, wobei das Mantelelement (4) ein kapillarartig ausgebildetes Element (5) ist.Optical measuring device, which comprises at least one optical waveguide ( 2 ), which comprises at least one fiber Bragg grating sensor ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ), characterized in that the at least one optical waveguide ( 2 ) at least partially, in particular in the region of the at least one fiber Bragg grating sensor ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ), of a jacket element ( 4 ), wherein the jacket element ( 4 ) a capillary-shaped element ( 5 ).

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (4) aus Glas hergestellt ist.Optical measuring device according to claim 1, characterized in that the jacket element ( 4 ) is made of glass.

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (4) mit einer Polyimidbeschichtung versehen ist.Optical measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the jacket element ( 4 ) is provided with a polyimide coating.

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (4) aus einem Kunststoff, insbesondere aus PEEK, aus einer Keramik, oder aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt ist.Optical measuring device according to claim 1, characterized in that the jacket element ( 4 ) is made of a plastic, in particular of PEEK, of a ceramic, or of steel, in particular of stainless steel.

Optische Messeinrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) eine Vielzahl von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (3, 3', 3'', 3''') umfasst, wobei jeder der Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (3, 3', 3'', 3''') von einem jeweiligen kapillarartig ausgebildeten Element (5) umgeben ist, oder wobei die Vielzahl von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (3, 3', 3'', 3''') von einem einzigen kapillarartig ausgebildeten Element (5) umgeben ist.Optical measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one optical waveguide ( 2 ) a plurality of fiber Bragg grating sensors ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ), wherein each of the fiber Bragg grating sensors ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ) of a respective capillary-shaped element ( 5 ), or wherein the plurality of fiber Bragg grating sensors ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ) of a single capillary-shaped element ( 5 ) is surrounded.

Optische Messeinrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) im Wesentlichen über seine gesamte Länge von dem kapillarartig ausgebildeten Element (5) aus Glas umgeben ist.Optical measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one optical waveguide ( 2 ) over substantially its entire length from the capillary-shaped element ( 5 ) is surrounded by glass.

Optische Messeinrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Masse (8), insbesondere Silikon, in dem kapillarartig ausgebildeten Element (5) aus Glas vorgesehen ist, welche einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang des zumindest einen Lichtwellenleiters (6) und dem inneren Umfang (7) des kapillarartig ausgebildeten Elements (5) aus Glas zumindest teilweise ausfüllt.Optical measuring device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that an elastic mass ( 8th ), in particular silicone, in the capillary-like element ( 5 ) made of glass, which has a gap between the outer circumference of the at least one optical waveguide ( 6 ) and the inner circumference ( 7 ) of the capillary-shaped element ( 5 ) made of glass at least partially fills.

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Masse (8) den Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang (6) des Lichtwellenleiters (2) und dem inneren Umfang (7) des kapillarartig ausgebildeten Elements (5) aus Glas im Wesentlichen vollständig ausfüllt.Optical measuring device according to claim 7, characterized in that the elastic mass ( 8th ) the space between the outer circumference ( 6 ) of the optical waveguide ( 2 ) and the inner circumference ( 7 ) of the capillary-shaped element ( 5 ) completely filled glass.

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Masse (8) eine Eintrittsöffnung (9) des kapillarartig ausgebildeten Elements (5), in welche der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) eingeführt ist, und eine Austrittsöffnung (10) des kapillarartig ausgebildeten Elements (5), aus welcher der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) aus dem kapillarartig ausgebildeten Element (5) austritt, verschließt, insbesondere abdichtet.Optical measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that the elastic mass ( 8th ) an entrance opening ( 9 ) of the capillary-shaped element ( 5 ), in which the at least one optical waveguide ( 2 ) is introduced, and an outlet opening ( 10 ) of the capillary-shaped element ( 5 ), from which the at least one optical waveguide ( 2 ) from the capillary-shaped element ( 5 ) exits, closes, in particular seals.

Optische Messeinrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) in einem Kohlenstofffaser verstärkten Kunststofflaminat (1, 1') oder in einem Glasfaser verstärkten Kunststofflaminat eingebettet ist.Optical measuring device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one optical waveguide ( 2 ) in a carbon fiber reinforced plastic laminate ( 1 . 1' ) or embedded in a glass fiber reinforced plastic laminate.

Optische Messeinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstofffaser verstärkte Kunststofflaminat (1, 1') oder das Glasfaser verstärkte Kunststofflaminat mit dem darin eingebetteten zumindest einen Lichtwellenleiter (2) ein Modul (13) bildet, wobei das Modul (13) mittels eines Herstellungsverfahrens in einem Autoklav ausgebacken ist.Optical measuring device according to claim 10, characterized in that the carbon fiber reinforced plastic laminate ( 1 . 1' ) or the glass fiber reinforced plastic laminate with the embedded at least one optical waveguide ( 2 ) a module ( 13 ), the module ( 13 ) is baked by means of a manufacturing process in an autoclave.

Optische Messeinrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (2) eine DTG-Faser, insbesondere mit einer Ormocer-Beschichtung, ist.Optical measuring device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the at least one optical waveguide ( 2 ) is a DTG fiber, in particular with an Ormocer coating.

Lichtwellenleiter (2) mit zumindest einem Faser-Bragg-Gitter-Sensor (3, 3', 3'', 3''') dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (2) an seinem äußeren Umfang (6) über zumindest einen Abschnitt, insbesondere in dem Bereich des zumindest einen Faser-Bragg-Gitter-Sensors (3, 3', 3'', 3'''), von einem kapillarartig ausgebildeten Element (5) umgeben ist.Optical fiber ( 2 ) with at least one fiber Bragg grating sensor ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ), characterized in that the optical waveguide ( 2 ) at its outer periphery ( 6 ) over at least one section, in particular in the region of the at least one fiber Bragg grating sensor ( 3 . 3 ' . 3 '' . 3 ''' ), of a capillary-shaped element ( 5 ) is surrounded.

Lichtwellenleiter (2) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (2) in dem kapillarartig ausgebildeten Element (5) zumindest teilweise von einer elastischen Masse (8) umgeben ist.Optical fiber ( 2 ) according to claim 13, characterized in that the optical waveguide ( 2 ) in the capillary-shaped element ( 5 ) at least partially by an elastic mass ( 8th ) is surrounded.

Lichtwellenleiter (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (2) eine DTG-Faser, insbesondere mit einer Ormocer-Beschichtung, ist.Optical fiber ( 2 ) according to claim 13 or 14, characterized in that the optical waveguide ( 2 ) is a DTG fiber, in particular with an Ormocer coating.