DE257973T1 - Verfahren und vorrichtung zur kompensierung der verluste in den fibern und den verbindungen in einem fiberoptischen sensor. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kompensierung der verluste in den fibern und den verbindungen in einem fiberoptischen sensor.

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DE257973T1
DE257973T1 DE198787307326T DE87307326T DE257973T1 DE 257973 T1 DE257973 T1 DE 257973T1 DE 198787307326 T DE198787307326 T DE 198787307326T DE 87307326 T DE87307326 T DE 87307326T DE 257973 T1 DE257973 T1 DE 257973T1
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light beam
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optical
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Jr. William B. Charlotte Vermont 05445 Spillman
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Simmonds Precision Products Inc
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Simmonds Precision Products Inc
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/241—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet by photoelastic stress analysis

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Claims (2)

87 307 326.6 SIHHONDS PRECISION PRODUCTS INC. Patentansprüche
1. Optisches Sensorgerät, enthaltend:
eine optische Quelle zum Erzeugen eines breitbandigen Quellenlichtstrahls, der mehrere SpektraI komponenten aufweist, wobei jede Spektralkomponente eine andere Wellenlängehat;
eine Polarisiereinrichtung zur Aufnahme des Quellenlichtstrahls und zum Polarisieren desselben, um einen polarisierten Lichtstrahl abzugeben, der die genannten Spektralkomponenten aufweist;
eine Vie I fachweIlenverzögerungsei&eegr;richtung zum Aufnehmen des polarisierten Lichtstrahls und zum Verzögern der genannten Komponenten, um einen verzögerten Lichtstrahl abzugeben, der mehrere verzögerte Komponenten aufweist;
eine optische Wandlereinrichtung zum (a) Aufnehmen des verzögerten Lichtstrahls, (b) Modulieren der verzögerten Komponenten in Übereinstimmung mit einer von außen zugeführten Bedingung, wobei jede verzögerte Komponente durch einen Betrag moduliert wird, der der der jeweiliren verzögerten Komponente zugehörigen Wellenlänge entspricht, und (c) Abgeben eines Ausgangs Iichtst rah Is, der mehrere modulierte Komponenten enthält;
eine ZerLegungseinrichtung zum Aufnehmen des Ausgangs-Lichtstrahls und zum Abgeben eines zerlegten Lichtstrahls, der mehrere zerlegte Komponenten hat, die den genannten modulierten Komponenten entsprechen, wobei die GesamtLichtintensität des zerlegten Lichtstrahls effektiv durch die von außen zugeführte Bedingung unbeeinflußt ble ibt;
eine Filtereinrichtung zum (a) Aufnehmen des zerlegten Lichtstrahls, ' (b) Abgeben eines ersten optischen Signals, das nur einen Teil der zerlegten Komponenten enthält, welcher eine Teil eine zerlegte Komponente enthält, die entsprechend der von außen zugeführten Bedingung variiert, und (c) Abgeben eines zweiten optischen Signals, das die genannten zerlegten Komponenten enthält;
eine Photodetektorei&eegr;richtung zum (a) Aufnehmen der ersten und zweiten optischen Signale, (b) Umwandeln der optischen Signale in elektrische Signale, (c) Abgeben eines ersten elektrischen Signals entsprechend einer Intensität des ersten optischen Signals, und (d) Abgeben eines zweiten elektrischen Signals entsprechend einer Intensität des zweiten optischen Signals; und
eine Verarbeitungseinrichtung zum Aufnehmen der ersten und zweiten elektrischen Signale und zum Abgeben eines Ausgangssigna I s, das einem Verhältnis der ersten und zweiten elektrischen Signale entspricht.
2. Gerät nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend:
eine erste Lichtführungsei&eegr;richtung zum Führen des Quellenlichtstrahls von der optischen Quelle zu 5 Polari-
sierei&eegr;richtungen; und
eine zweite Lichtführungsei&eegr;richtung zum Führen des zerlegten Lichtstrahls von der ZerLegungsei&eegr;richtung zu der Filtereinrichtung.
3. Gerät nach Anspruch 2, bei dem die ersten und zweiten Lichtführungsei&eegr;richtungen FaseroptikIeitungen enthalten.
4. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die FiIterei&eegr;richtung enthält:
einen Strahlteiler zum Aufnehmen des zerlegten Lichtstrahls und zum Teilen desselben in erste und 5 zweite Teile, wobei jeder Teil die zerlegten Komponenten und der zweite Teil das zweite optische Signal enthält; u nd
ein SchmaIbanddurch laßfi11er zum Ca) Aufnehmen des ersten Teils von dem St rah 11ei Ier, (b) Durchlassen des ersten Teils der zerlegten Komponenten, während die übrigen zerlegten Komponenten im wesentlichen blockiert werden, und (c) Abgeben des ersten optischen Signals.
5. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Photodetektoreinrichtung enthält:
einen ersten Photodetektor zum Aufnehmen des ersten optischen Signals von dem Schmalbanddurchlaßfilter und zum Abgeben des ersten elektrischen Signals, und
einen zweiten Photodetektor zum Aufnehmen des zweiten optischen Signals von dem Strahlteiler und zum Abgeben des zweiten elektrischen Signals.
6. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die optische Wandlereinrichtung einen photoeLastisehen optischen Wandler ent hä Lt . ■
7. Gerät nach Anspruch 6, bei dem der photoeLastisehe optische Wandler die verzögerten Komponenten in Übereinstimmung mit einem von außen zugeführten Druck moduliert.
8. Gerät nach Anspruch 7, bei dem die PoLarisiereinrichtung und die ZerLegungseinrichtung koaxial und in bezug aufeinander kreuzpoLarisiert sind, und wobei der photoelastische optische Wandler so angeordnet ist, daß er auf Druck anspricht, der unter im wesentlichen 45° in bezug auf die Durchlaßachsen der Polarisiereinrichtung und der Ze r legungsei-nri chtung zugeführt wird.
9. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die optische Quelle einen Quellenlichtstrahl mit einer We L lenl ängenbandbreite von effektiv mehr als 100 nm abgibt.
10. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Mehrfachwellenverzögerungseinrichtung einen Verzögerungsfaktor R aufweist, der effektiv größer als 1 &lgr; ist, wobei &lgr; die ungefähre MittenweLlenLänge des BreitbandqueL lenLicht- strahls ist.
11. Optisches Sensorgerät, enthaltend:
eine Lichtquelle zum Abgeben eines QueL len I ichtst rah Ls, der mehrere Spektralkomponenten aufweist, wobei jede SpektraL komponente eine andere Wellenlänge hat;
eine Polarisations-Mehrfachwellenlängen-Verzögerungs-
WandLereinrichtung zum (a) Aufnehmen des Quel Lentichtstrahls, (b) Polarisieren des Quellenlichtstrahls, um einen polarisierten Lichtstrahl abzugeben, der die genannten Spektralkomponenten aufweist, (c) Verzögern der genannten Spektra I komponenten in dem polarisierten Lichtstrahl, um einen verzögerten Lichtstrahl abzugeben, der mehrere verzögerte Komponenten hat, (d) Modulieren des verzögerten Lichtstrahls in Übereinstimmung mit einem von außen zugeführten Druck, um einen modulierten Lichtstrahl zu erzeugen, der mehrere modulierte Komponenten entsprechend der genannten Vielzahl verzögerter Komponenten hat, und (e) Zerlegen des Lichtstrahls, um einen Ausgangslichtst rah I zu erzeugen, der eine Gesamtlichtintensität hat, die effektiv durch den von außen zugeführten Druck nicht beeinflußt ist, wobei der Ausgangs I ichtst rah I die genannten modulierten Komponenten aufweist;
eine Fi 11erei&eegr;richtung zum (a) Aufnehmen des Ausgangslichtstrahls, (b) Abgeben eines ersten optischen Signals, das nur einen Teil der genannten Vielzahl modulierter Komponenten hat, wobei der genannte eine Teil in Übereinstimmung mit dem von außen zugeführten Druck variiert, (c) Abgeben eines zweiten optischen Signals entsprechend der genannten nicht-ansprechenden Gesamt Iichtintensität;
eine Photodetektoreinrichtung zum Aufnehmen der ersten und zweiten optischen Signale und zum Abgeben erster und zweiter elektrischer Signale entsprechend den Lichtintensitäten der ersten und zweiten optischen Signale; und
e'nr Verarbeitungsei&eegr;richtung zum Aufnehmen der ersten und zweiten elektrischen Signale und zum Abgeben eines Ausgangs signaIs entsprechend einem Verhältnis der ersten
und zweiten elektrischen Signale.
12. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Lichtquelle einen Quellenlichtstrahl mit einer Wellenlängenbandbreite abgibt, die effektiv größer als 100 nm ist, und wobei die Filtereinrichtung das erste optische Signal mit einer Wellenlängenbandbreite von effektiv weniger als 50 nm abgibt.
13. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Polarisations-Mehrfachwellen Iängen-Verzögerungs-Wand Lereinrichtung enthält:
eine Polarisiereinrichtung zum Polarisieren des Quellenlichtstrahls;
eine Men rf ac hwe I lenlängenve rzöge rung'sei &eegr; r i ch tung zum Verzögern der genannten Vielzahl von Spektra I komponenten;
eine photoelastische Wand Iereinrichtung zum Modulieren des verzögerten Lichtstrahls; und
eine Zerlegungseinrichtung zum Zerlegen des modulierten Lichtstrahls.
14. Gerät nach Anspruch 13, bei dem die Mehrfachwellenlängenverzögerungsei&eegr;richtung eine Vielzahl von Wellenlängenverzögerungsplatten enthält.
15. Gerät nach Anspruch 13, bei dem eine optische Achse definiert ist durch Projektionswege des Quellenlichtstrahls, des polarisierten Lichtstrahls, des modulierten Lichtstrahls und des Ausgangs Iichtst rah Is, und wobei eine X-Y-Ebene, die X- und Y-Achsen hat, orthogonal zu
der genannten optischen Achse definiert ist, und wobei:
die Polarisiereinrichtung eine Transmissionsachse im wesentlichen + tf/4 in bezug auf die genannte X-Achse hat;
die photoelastische Wand Lereinrichtuhg auf Druck anspricht, der längs der genannten X-Achse angelegt wird; und
die Zerlegungseinrichtung eine Transmissionsachse im wesentlichen -Y/4 in bezug auf die genannte X-Achse hat.
16. Gerät nach Anspruch 13, weiterhin enthaltend:
einen Zerhacker, der optisch zwischen die Lichtquelle und die Polarisiereinrichtung geschaltet ist; und
einen Kompensator, der optisch zwischen die Mehrfach-Wellenlängenverzögerungseinrichtung und die photoelastische Wand Ierei&eegr;richtung geschaltet ist.
17. Gerät nach Anspruch 11, weiterhin enthaltend:
eineerste FaseroptikLeitereinrichtung zum übertragen des Quellenlichtstrahls von der Lichtquelle zu der PoLarisations-Mehrfachwellenlängen-Verzögerungs-Wandlereinrichtung; und
eine zweite FaseroptikLeiterei&eegr;richtung zum übertragen des Ausgangs Iichtst rah Ls von der PoIarisations-Hehrf achweIlenIängen-Verzögerungs-Wand Lerei&eegr;richtung zu der Filtereinrichtung.
18. Gerät nach Anspruch 14, bei dem die FiLtereinrichtung ent hä Lt :
einen Strahlteiler zum Aufnehmen des Ausgangs I icht-Strahls und zum Aufteilen desselben in erste und zweite Teile, wobei jeder Teil die genannte Vielzahl von moaulierten Komponenten enthält, wobei der zweite Teil dem zweiten optischen Signal entspricht; und
Schma I banddurchIaßfi 11ereinrichtungen zum (a) Aufnehmen des ersten Teils von dem StrahlteiIer, (b) übertragen des genannten ersten Teils aus der genannten Vielzahl modulierter Komponenten, während die übrigen Teile der genannten Vielzahl modulierter Komponenten im wesentlichen gesperrt werden, und (c) Abgeben des ersten optischen · S i gna L s .
19. Gerät nach Anspruch 11, bei dem die Photodetektor-
? &iacgr; &eegr; f ■' c h &tgr; &ugr; &eegr; g enthält:
e:nen ersten Photodetektor zum Aufnehmen des ersten optischen Signals und zum Abgeben der genannten ersten 5 elektrischen Signale; und
einen zweiten Photodetektor zum Aufnehmen des zweiten optischen Signals und zum Abgeben des zweiten elektrischen Signals.
20. Sensorverfahren, umfassend die Schritte:
Erzeugen eines QueIlen I ichtst rah I s mit mehreren Spektra I k omponent en, wobei jede SpektraI komponente eine andere Wellenlänge aufweist,
Polarisieren des Quellenlichtstrahls, um einen polarisierten Lichtstrahl abzugeben, der die genannten Spektra I komponenten aufweist;
Verzögern des polarisierten Lichtstrahls, um einen verzögerten Lichtstrahl zu erzeugen, der mehrere verzögerte Komponenten aufweist, die den genannten SpektraI komponenten entsprechen;
Modulieren des verzögerten Lichtstrahls in Übereinstimmung mit einem von außen zugeführten Zustand, um einen modulierten Lichtstrahl zu erzeugen, der mehrere modulierte Komponenten entsprechend der genannten Mehrzahl verzögerter Komponenten aufweist, wobei jede modulierte Komponente mit einem Betrag entsprechend der Wellenlänge moduliert ist, die jeder verzögerten Komponente zugeordnet ist;
Zerlegen des modulierten Lichtstrahls, um einen zerlegten Lichtstrahl zu erzeugen, der meh-e^e zerl egte Komponenten entsprechend den genannten modulierten Komponenten aufweist, wobei die Gesamt I ichtint ensität des zerlegten Lichtstrahls im wesentlichen durch den von außen zugeführten Zustand unbeeinflußt ist;
Filtern des zerlegten Lichtstrahls, um (a) ein erstes optisches Signal abzugeben, das nur einen Teil der zerlegten Komponenten aufweist, welcher eine Teil eine zerlegte Komponente enthält, die in Abhängigkeit von dem von außen zugeführten Zustand variiert, und (b) ein zweites optisches Signal abzugeben, das die genannte Vielzahl zerlegter Komponenten enthält, wobei eine Summe der genannten Vielzahl zerlegter Komponenten im wesentlichen durch den von außen zugeführten Zustand unbeeinflußt bleibt;
Ermitteln der ersten und zweiten optischen Signale und (a) Abgeben eines ersten elektrischen Signals entspre-
chend einer Lichtintensität des ersten optischen Signals, und (b) Abgeben eines zweiten elektrischen Signals 40 entsprechend einer Lichtintensität des zweiten optischen Signals; und
Verarbeiten der ersten und zweiten elektrischen Signale, um ein Ausgangs signaI entsprechend einem Verhältnis der ersten und zweiten optischen Signale zu erzeugen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt des Erzeugens eines QueLLenLichtstrahLs den Schritt des Erzeugens eines QueLLenLichtst rah Ls umfaßt, der eine Wellenlängenbandbreite aufweist, die effektiv größer als 100 ntn ist, und wobei der Filterschritt den Schritt des Filterns des zerlegten Lichtstrahls umfaßt, um das erste optische Signal zu erzeugen, das eine Wellenlängenbandbreite von effektiv weniger als 50 &eegr; m aufweist.
2 2. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Filterschritt die folgenden Schritte enthält:
Aufteilen des zerlegten Lichtstrahls, um erste und zweite Strahlteile zu erzeugen, wobei der zweite Strahl teil dem zweiten optischen Signal entspricht; und
Filtern des ersten StrahlteiLs, um den genannten einen Teil der zerlegten Komponenten durchzulassen, während im wesentlichen die übrigen zerlegten Komponenten blockiert werden, um das erste optische Signal zu erzeugen.
23. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Ermittlungsschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln des ersten optischen Signals mit einem ersten Photodetektor und Abgeben des ersten elektrischen Sig-
&eegr; a L s; u &eegr; d
Ermitteln eines zweiten optischen Signals mit einem
zweiten Photodetektor und Abgeben eines zweiten elektrischen Signals.
21*. Verfahren nach Anspruch 20, enthaltend die weiteren Schritte:
übertragen des Quellenlichtstrahls mit einerersten Fase ropt i k Ie i t ung; und
übertragen des zerlegten Lichtstrahls mit einer zweiten Faseroptikleitung.
25. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Modulier-
schritt den Schritt des Modulierens des ve-zögerten
Lichtstrahls in Übereinstimmung mit von außen zugeführtem Druck enthält.
26. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Verzögerungsschritt den Schritt des Verzögerns des polarisierten Lichtstrahls mit einem Mehrf achweIlenlängenverzögerer enthält, der einen Verzögerungsfaktor R aufweist,
der effektiv größer als 1 Xist, wobei &lgr; die ungefähre
Mittenwellenlänge des Que I lenIichtst rah Is ist.
27. Verfahren zum optischen Ermitteln von Druck, umfassend die folgenden Schritte:
Erzeugen eines Breitbandquellenlichtstrahls, der mehrere Spektralkomponenten hat, wobei jede Spektra Ikomponente
eine andere Wellenlänge hat;
übertragen des Quellenlichtstrahls mit wenigstens einer
ersten FaseroptikI eitung;
Polarisieren des übertragenen Quellenlichtstrahls, um einen polarisierten Lichtstrahl zu erzeugen, der die genannten SpektraI komponenten aufweist;
Verzögern des polarisierten Lichtstrahls, um einen verzögerten Lichtstrahl zu erzeugen, der eine Vielzahl verzögerter Komponenten aufweist, die der genannten Vielzahl von Spektra I komponenten entsprechen, wobei jede verzögerte Komponente eine andere Wellenlänge hat;
Ermitteln des Drucks mit einem photoelastischen Wandler;
Modulieren des verzögerten Lichtstrahls mit dem Wandler, um einen modulierten Lichtstrahl zu erzeugen, der eine Vielzahl modulierter Komponenten entsprechend der genannten Vielzahl verzögerter Komponenten aufweist;
Zerlegen des modulierten Lichtstrahls, um einen zerlegten Lichtstrahl.abzugeben, der eine Vielzahl zerlegter Komponenten entsprechend der genannten Vielzahl modulierter Komponenten aufweist, wobei der zerlegte Lichtstrahl eine Gesamt lichtintensität hat, die durch die Druckänderungen im wesentlichen unbeeinflußt bleibt;
übertragen des zerlegten Lichtstrahls mit wenigstens einer zweiten Faseroptik I eitung;
Aufteilen des übertragenen zerlegten Lichtstrahls in erste und zweite Teile, wobei jeder Teil die genannte Vielzahl zerlegter Komponenten aufweist und der zweite Teil ein erstes optisches Signal enthält;
Filtern des ersten Teils, um nur einen Teil der zerleg-
ten Komponenten durchzulassen, während die. übrigen zerlegten Komponenten im wesentlichen blockiert werden, wobei der eine Teil auf Änderungen in dem Druck anspricht und ein zweites optisches Signal enthält;
Ermitteln des ersten optischen Signals mit einem ersten Photodetektor und Abgeben eines ersten dementsprechenden elektrischenSignals;
Ermitteln des zweiten optischen Signals mit einem zweiten Photodetektor und Abgeben eines zweiten dementsprechenden elektrischen Signals; und
Verarbeiten der ersten und zweiten elektrischen Signale, um ein Ausgangssigna I abzugeben, das einem Verhältnis der ersten und zweiten elektrischen Signale entspricht.
DE198787307326T 1986-08-20 1987-08-19 Verfahren und vorrichtung zur kompensierung der verluste in den fibern und den verbindungen in einem fiberoptischen sensor. Pending DE257973T1 (de)

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US06/898,318 US4712004A (en) 1986-08-20 1986-08-20 Method and apparatus for compensating fiber optic lead and connector losses in a fiber optic sensor by using a broadband optical source and multiple wave retardation

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DE257973T1 true DE257973T1 (de) 1989-03-30

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ID=25409284

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