DE3039235A1

DE3039235A1 - Pressure sensitive fibre=optic sensor e.g. hydrophone - has reacting fibre in series with optical delay line with light source coupled to one end of light path

Info

Publication number: DE3039235A1
Application number: DE19803039235
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. Petermann; Peter Dr.techn. 7900 Ulm Russer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1982-05-19

Abstract

The sensor has a light path formed by a pressure-sensitive optical fibre (25) in series with at least one optical delay line (26). A light source (11) is coupled to one end of the light path with the propagation times for the light through the pressure-sensitive optical fibre (25) and the optical delay line (26) being equal. Pref. the light source (11) comprises a semiconductor laser, which is coupled to a beam splitter (20), with two inputs and outputs (21...24), two of which are coupled via the optical path, the remaining output being coupled to a photodetector (17). The light is pref. transmitted in both directions along the optical path to set up interference in the beam splitter with the photodetector (17) monitoring variations in this interference. The sensor can be used as a fibre-optic hydrophone.

Description

Beschreibungdescription

Druckempfindlicher, faseroptischer Sensor Die Erfindung betrifft einen druckempfindlichen faseroptischen Sensor, bei dem Druckschwankungen in Gasen und/oder Flüssigkeiten in Phasenschwankungen einer optischen Welle, auch Licht genannt, umgewandelt werden. Derartige Phasenschwankungen des Lichtes werden mit Hilfe einer Interferometeranordnung ausgewertet.Pressure Sensitive Fiber Optic Sensor The invention relates to one pressure-sensitive fiber optic sensor in which pressure fluctuations in gases and / or Liquids are converted into phase fluctuations of an optical wave, also called light will. Such phase fluctuations of the light are detected with the aid of an interferometer arrangement evaluated.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Sensor, der mit Hilfe von optischen Wellenleitern, auch Lichtleitfasern genannt, aufgebaut ist und der zur Umwandlung von akustischen Signalen in elektrische Signale verwendet wird. Derartige Sensoren werden auch Mikrophone bzw.The invention relates in particular to a sensor which, with the aid of optical waveguides, also called optical fibers, is constructed and used for Conversion of acoustic signals into electrical signals is used. Such Sensors are also used as microphones or

Hydrophone genannt.Called hydrophones.

IIG. 1 zeigt schematisch eine bekannte Anordnung, die in dem Artikel 8§Fiber-optic-hydrophonett von J.A. Bucaro und tl.D. Ardy, J.IIG. Figure 1 shows schematically a known arrangement disclosed in the article 8§Fiber-optic-hydrophonett from J.A. Bucaro and partly D. Ardy, J.

Acoust. Soc. Am. 62 (1977), Seiten 1302-1304 beschrieben ist. Licht 10 von einer Lichtquelle 11, einem Laser, wird mit Hilfe eines ersten halbdurchlässigen Spiegels 12 in zwei Teillichtstrahlen zerlegt, die in die Lichtleitfaserstücke 13, 14 eingekoppelt werden Lichtleitfaserstück 13 wird einem akustischen Feld 15 ausgesetzt, während Lichtleitfaser 14 als Vergleichsfaser dient und vor den Einwirkungen des Feldes 15 geschützt ist. Nach Durchlaufen der Lichtleitfaserstücke 13, 14 werden die Teillichtstrahlen an einem zweiten halbdurchlassigen Spiegel 16 zur Interferenz gebracht und einem Photoempfänger 17 zugeleitet, der die durch Interferenz entstandenen Intensitätsschwankungen des Lichtes in ein elektrisches Signal umwandelt. Eine derartige Anordnung ist als Mikrophon bzw.Acoust. Soc. At the. 62 (1977), pp. 1302-1304. light 10 from a light source 11, a laser, becomes semi-transparent with the help of a first Mirror 12 split into two partial light beams, which in the optical fiber pieces 13, 14 are coupled Optical fiber piece 13 is an acoustic Field 15 exposed, while optical fiber 14 serves as a reference fiber and before the effects of field 15 is protected. After passing through the pieces of optical fiber 13, 14 are the partial light beams at a second semitransparent mirror 16 brought to interference and fed to a photo receiver 17, which by interference converts any fluctuations in the intensity of the light into an electrical signal. Such an arrangement is used as a microphone or

Hydrophon verwendbar, denr ein im akustischen Feld 15 enthaltenes akustisches Signal wird am Photoempfänger 17 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt und nach nicht dargestellten, bekannten Verfahren weiterverarbeitet. Ein Nachteil einer derartigen Anordnung gemäß FIG. 1 liegt darin, daß die Teillichtstrahlen verschiedene Lichtleitfaserstücke l3, 14 durchlaufen, deren optische Weglängen im nllsJetneil-sen versclliederl sind. I)a es aufwendig ist, die optischen Weglängen gleich lang zu machen, wurde vorgeschlagen, kohärentes Laserlicht zu verwenden, dessen Kohärerlzlänye größer ist als der Unterschied der optischen Weg längen. Eine derartige Forderung an das verwendete Licht ist beispielsweise unerfüllbar von dem Licht, das einige Halbleiterlaser aussenden.Hydrophone can be used, the one contained in the acoustic field 15 The acoustic signal is converted into a corresponding electrical signal on the photoreceiver 17 Signal converted and further processed according to known methods, not shown. A disadvantage of such an arrangement according to FIG. 1 is that the partial light rays different optical fiber pieces l3, 14 pass through, the optical path lengths in nllsJetneil-sen are diverse. I) a it is complex, the optical path lengths to make it the same length, it has been suggested to use coherent laser light, whose Kohärlzlänye is greater than the difference in optical path lengths. One Such a requirement for the light used is, for example, unattainable by the Light that some semiconductor lasers emit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen druckempfindlichen faseroptischen Sensor anzugeben, der nahezu unempfindlich ist gegenüber anderen Störungen, eine hohe Empfindlichkeit gegenüber akustischen Feldern besitzt und der mit Lichqarbeitet, das eine geringe Kohärenzlänge besitzt.The invention is therefore based on the object of a pressure-sensitive indicate fiber optic sensor that is almost insensitive to others Interference, a high sensitivity to acoustic fields and the works with Lichq, which has a short coherence length.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.Appropriate embodiments are compiled in the subclaims.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß als Lichtquelle Elalbleiterlaser verwendbar sind.A first advantage of the invention is that as a light source Semiconductor lasers are usable.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß der erfindungsgemäße Sensor nahezu unempfindlich ist gegenüber möglicherweise unterschiedlichen optischen Weglängen, so daß aufwendige Justierungen der Anordnung entfallen.A second advantage is that the sensor according to the invention is almost insensitive to possibly different optical path lengths, so that complex adjustments of the arrangement are not necessary.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der Sensor unempfindlich ist gegen mechanische Belastungen wie beispielsweise Schocke und/oder Schläge.A third advantage is that the sensor is insensitive against mechanical loads such as shocks and / or blows.

I)ie Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: FIG. 2 einen erfindungsgemäßen Sensor FIG. 3 Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Sensors und 4 FIG. 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung.I) he invention is explained below with reference to schematic drawings explained in more detail. It shows: FIG. 2 a sensor according to the invention FIG. 3 representations to explain the mode of operation of the sensor and 4 FIG. 5 exemplary embodiments the invention.

bis 8 Bei einem erfindungagemäße!i Swtlsor gemäß FIG. 2 wird Licht 10 von einer Lichtquelle 11, beispielsweise ein ISalbleiterlaser, in eilen optischen Strahlenteiler 20 eingekoppelt, der optische Din- und Ausgänge 21 bis 24, auch Tore genannt,besitzt. Die Tore 22 und 23 sind verbunden durch einen Lichtweg, der aus einer llintereinanderschaltung von mindestens einer druckempfindlichen Lichtleitfaser 25 Iid mindestens einer optischen Verzögerungsleitung 26 besteht. Dio Lichtleitfaser 25 und die Verzögerungsleitung 26 sind an dem Verbindungspunkt 27 miteinander verbunden. An das Tor 24 ist ein l'hotoempfänger 17 angekoppelt. Das in Tor 21 eingekoppelte Licht 10 wird in dem Strahlenteiler 20, beispielsweise ein bekanntes Faser optisches Bauelement, auf die Tore 22 und 23 verteilt und dort derart in die Enden des Lichtweges eingekoppelt, daß dieser gleichz.eitig in entgegengesetzten Itichtungen von den im Strnhlenteiler 20 erzeugten Teillichtstrahlen durchlaufen wird. Nach Durchlaufen des Lichtweges interferieren die Teillichtstrahlen im Strahlenteiler 20 und das derart entstandene Licht wird beispielsweise über ein Teilstück einer Lichtleitfaser, einem Photoempfänger 17 zugeführt, der die durch Interferenz entstandenen Schwankungen der Intensität I des Lichtes in ein elektrisches Signal umwandelt, das in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit weiterverarbeitet wird. Die Intensität I ist gegeben aus der Formel IN (1 + cos ( -wobei P 1 bzw. #2 optische Phasenwinkel bedeuten, die Licht beim Durchlaufen des Lichtweges von Tor 23 nach Tor 22 bzw. von Tor 22 nach Tor 23 zugeordnet werden. Ohne Einwirkung eines akustischen Feldes 15 gilt w zu = 0 = wobei ## ein optischer Phasenwinkel ist, der sich aus dem Aufbau der Anordnung ergibt. Wirkt dagegen ein von einer Zeit t abhängiger Druck, beispielsweise ein akustisches Feld 15, auf die Lichtleit faser 25, so entsteht in dieser über den elasto-optischen Effekt ein sich zeitlich ändernder optischer Phasenwinkel # # (t). so daß gilt = # 1(t) = #0 + ## (t-t1) = # 2(t) = #0 + ## (t-t2) wobei tl bzw. t2 die Laufzeiten des Lichtes von dem Tor 22 zum Verbindungspunkt 28 bzw. von Tor 23 zum Verbindungspunkt 27 bedeuten.to 8 In an inventive! i Swtlsor according to FIG. 2 becomes light 10 from a light source 11, for example an IC semiconductor laser, in rapid optical Beam splitter 20 coupled, the optical Din and outputs 21 to 24, also gates called, owns. The gates 22 and 23 are connected by a Light path that consists of an interconnection of at least one pressure-sensitive Optical fiber 25 Iid at least one optical delay line 26 consists. The optical fiber 25 and the delay line 26 are at the connection point 27 connected to each other. A photo receiver 17 is coupled to the gate 24. The light 10 coupled into the gate 21 is in the beam splitter 20, for example a known fiber optic component, distributed to the ports 22 and 23 and there coupled into the ends of the light path in such a way that it is at the same time in opposite directions Passages of the partial light beams generated in the beam splitter 20 will. After passing through the light path, the partial light beams interfere in the beam splitter 20 and the resulting light is, for example, a portion of a Optical fiber, fed to a photoreceiver 17, which caused the interference Converts fluctuations in the intensity I of the light into an electrical signal, which is further processed in an evaluation unit (not shown). The intensity I is given by the formula IN (1 + cos (- where P 1 and # 2 are optical phase angles mean that the light when passing through the light path from gate 23 to gate 22 or from gate 22 to gate 23. Without the influence of an acoustic field 15, w to = 0 = where ## is an optical phase angle resulting from the structure the arrangement results. If, on the other hand, a pressure dependent on a time t acts, for example an acoustic field 15 on the fiber optic 25, so arises in this over the elasto-optical effect a time-changing optical phase angle # # (t). so that applies = # 1 (t) = # 0 + ## (t-t1) = # 2 (t) = # 0 + ## (t-t2) where tl and t2 are the transit times of the light from the gate 22 to the connection point 28 or from gate 23 to connection point 27.

Die nunmehr zeitabhängig gewordene Intensität I ergibt sich aus der Formel I = I(t) # (1 + cos (E (t-tl) - ## (t-t2))) Die von dem Photoempfänger 17 empfangene Intensität I des Lichtes hängt somit lediglich von einer optischen Phasenänderung ab, die von dem beispielhaft erwähnten akustischen Feld 15 bewirkt wird. Besteht das akustische Feld 15 beispielsweise aus einer sinusförmigen akustischen Welle mit der zugehörigen Frequenz f A. so gilt ##(t) = #A . sin (2# fAt), sowie 1 l + cos (2#A sin ( tf (t2 - tl))cos (2#fy(t-t1+t2)))] Die Zeitdifferenz t2 - tl entspricht dabei näherungsweise der Laufzeit t durch die optische Verzögerungsleitung 26, wobei die höchst v mögliche Empfindlichkeit des Sensors erreicht wird, wenn t =1/(2f ) v A gewählt wird. In den obigen Betrachtungen wurde die Laufzeit durch die druckempfindliche Lichtleitfaser 25 vernachlässigt.The now time-dependent intensity I results from the Formula I = I (t) # (1 + cos (E (t-tl) - ## (t-t2))) The from the photoreceiver 17 received intensity I of the light thus depends only on an optical phase change which is caused by the acoustic field 15 mentioned by way of example. Consists the acoustic field 15, for example, from a sinusoidal acoustic wave with the associated frequency f A. then ## (t) = #A. sin (2 # fAt), as well as 1 l + cos (2 # A sin (tf (t2 - tl)) cos (2 # fy (t-t1 + t2)))] The time difference t2 - tl corresponds thereby approximately the transit time t through the optical delay line 26, wherein the highest possible sensitivity of the sensor is achieved when t = 1 / (2f) v A is chosen. In the above considerations, the running time was due to the pressure-sensitive Optical fiber 25 neglected.

Bei Berücksichtigung der endlichen Länge der Lichtleitfaser 25 läßt sich beispielsweise eine Richtwirkung des erfindungsgemäßen Sensors erreichen; es ändert sich auch dessen Frequeflzabhängigkeit. wie im folgenden erläutert wird.If the finite length of the optical fiber 25 is taken into account For example, a directional effect of the sensor according to the invention can be achieved; it its frequency dependency also changes. as explained below.

Mit dem auf die Lichtleitfaser 25 wirkenden akustischen Druck p (x, tX einer von Tor 22 weg gemessene Längenkoordinate x und der Zeit t ergibt sich pro Längeneinheit eine von dem Druck bewirkte Phasenänderung dq.' gemäß der Formel dç'(x, t) = c p (x, t) dx wobei C eine die Druckempfindlichkeit der Lichtleitfaser 25 charakterisierende Konstante ist. Dann gilt wobei T bzw. T2 die Laufzeiten des Lichtes durch die Licht-1 2 und 11 die Länge der Lichtleitfas leitfaser 25 bzw. die Verzögerungsleitung 26 bedeuten Zur Erklärung der Wirkungsweise genügt die Annahme einer ebenen sinusförmigen akustischen Welle. FIG. 3 zeigt schematisch ein gerades Teilstück 251 der Lichtleitfaser 25, eine akustische Welle WF und einer um den Winkel o gegenüber dem Teilstück 251 geneigten Ausbreitungsrichtung W der Wellenfront. Dann gilt d(p' (x, t) = #A cos (WAt - kAx) wobei çA die Amplitude der von der akustischen Welle WF bewirkten Phasenänderung pro Längeneinheit ist, WA bedeutet die Kreisfrequenz der akustischen Welle WF und kA die Projektion des Wellenvektors der akustischen Welle WF auf das Teilstück 251. Ist v die Schallgeschwindigkeit der aku-0 stischen Welle WF in dem die Lichtleitfaser 25 umgebenden Medium, so gilt kA = WA cos 0 v o In einem zweiten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtleitfaser 25 schraubenförmig aufgewickelt, so daß eine derartige Anordnung durch eine Ganghöhe h sowie einen Durchmesser D der Schraube gekennzeichnet, ist. Ist der Durchmesser D klein gewählt gegenüber der akustischen Wellenlänge, dann gilt wobei der Winkel. Q den Unterschiod zwischen der Aushreitungsrichtung der akustischen Wellenfront und der Längsachse der Schraube bezeichnet.With the acoustic pressure p (x, tX of a length coordinate x measured away from gate 22 and the time t acting on the optical fiber 25), a phase change dq. ' cp (x, t) dx where C is a constant characterizing the pressure sensitivity of the optical fiber 25. Then the following applies where T and T2 are the transit times of the light through the light 1 2 and 11 the length of the optical fiber guide fiber 25 and the delay line 26 respectively. To explain the mode of operation, the assumption of a flat sinusoidal acoustic wave is sufficient. FIG. 3 schematically shows a straight section 251 of the optical fiber 25, an acoustic wave WF and a direction of propagation W of the wave front inclined by the angle o with respect to the section 251. Then d (p '(x, t) = #A cos (WAt - kAx) applies where çA is the amplitude of the phase change per unit length caused by the acoustic wave WF, WA means the angular frequency of the acoustic wave WF and kA the projection of the wave vector of the acoustic wave WF on the section 251. If v is the speed of sound of the acoustic wave WF in the medium surrounding the optical fiber 25, then kA = WA cos 0 vo that such an arrangement is characterized by a pitch h of the screw and a diameter D. If the diameter D is selected to be small compared to the acoustic wavelength, then the following applies where the angle. Q denotes the sub-period between the direction of the acoustic wave front and the longitudinal axis of the screw.

In einem dritten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtleitfaser 25 derart eng aufgewickelt, daß die räumlichen Maße einer derartig gewickelten Spule in allen Richtungen klein sind gegenüber der akustischen Wellenlänge. Dann ,gilt kA = O Es folgt <p1(t) - tp2(t) = 11pA WA T2 (K1 cos z - K2 sin z ) mit Es gilt WAT13 << 1, WAT2 << 1 sowie si x = sin x/x. Ist 1 - 1 - 10³m @@ sind für eine Lichtge@chwindigkeit in 11 = 12 = lOm so sind für eine Lichtgeschwindigkeit in .8 Lichtleitfasern von etwa 2 x 10 ms die Laufzeiten gleich T1 = T2 = 5 x 10-6s. Für WA/(2#) = 1 kHz gilt dann WAT1 = WAT2= 10-²#. In diesem Fall sind die vorher genannten Formeln ersetzbar durch diejenigen, bei denen WAT1 = O, WAT2 =0 gesetzt wird. Es ergibt sich somit z = WAt - 1/2 kAl1 K1 = si 1/2 kAl1 für WAT1 = WAT2 = 0.In a third exemplary embodiment, not shown, the optical fiber 25 is wound so tightly that the spatial dimensions of a coil wound in this way are small in all directions compared to the acoustic wavelength. Then, kA = O It follows that <p1 (t) - tp2 (t) = 11pA WA T2 (K1 cos z - K2 sin z) with WAT13 << 1, WAT2 << 1 and si x = sin x / x apply. If 1 - 1 - 10³m @@ are for a speed of light in 11 = 12 = 10m, then for a speed of light in .8 optical fibers of about 2 x 10 ms the transit times are equal to T1 = T2 = 5 x 10-6s. For WA / (2 #) = 1 kHz, WAT1 = WAT2 = 10-² # then applies. In this case, the previously mentioned formulas can be replaced by those in which WAT1 = 0, WAT2 = 0 is set. The result is z = WAt - 1/2 kAl1 K1 = si 1/2 kAl1 for WAT1 = WAT2 = 0.

In FIG. 4 sind die Rechengrößen K1 sowie K2 zeichnerisch dargestellt, Auf der Abzisse ist die Rechengröße x ~ 1 k 1 in Vielfachen 2 kAl1 der Zahl lt aufgetragen, während die Ordinate beliebige Ein- heiten zeigt. Die Kurven K1 bzw. K2 sind aus den Formeln berechnet. Für den Anfangswert x = 1/2 kAl1 = 0 gilt z = WAt; $K1 = 1; K2 = 0 so daß in diesem Grenzfall näherungsweise gilt #1 (t) - #2 (t) = l1#AWAT2 cos WAt Die empfangene Phasendifferenz ist in diesem Fall dem Produkt der Längen la und 12 proportional (Die Proportionalität zu 12 folgt aus der Proportionalität von 12 und T2>. Es wird also bei gegebener Gesamtlänge der Lichtleitfasern 25 sowie der Verzögerungsleitung 26 maximale Empfindlichkeit erzielt, wenn beide Fasern gleich lang sind. Aus der zuletzt genannten Formel ist ersichtlich, daß für 1/2 kAl1 << 1 die Empfindlichkeit des Sensors propttional zur akustischen requenz WÄ ist. Im allgemeinen werden jedoch die Kosten pro längeneinheit für die Lichtleitfaser 25 bzw. die Verzogerungsleitung 26 unterschiedlich sein, da die Lichtleitfaser 25 eventuell eine besondere Beschichtung benötigt und auch durch Verlust und/oder Beschädigung stärker gefährdet ist. In diesem Fall ist folgendes Längenverhältnis günstig.In FIG. 4, the calculation quantities K1 and K2 are shown in the drawing. On the abscissa, the calculation quantity x ~ 1 k 1 is plotted in multiples 2 kAl1 of the number lt, while the ordinate shows any units. The curves K1 and K2 are taken from the formulas calculated. For the initial value x = 1/2 kAl1 = 0, z = WAt applies; $ K1 = 1; K2 = 0 so that in this borderline case # 1 (t) - # 2 (t) = l1 # AWAT2 cos WAt The received phase difference in this case is proportional to the product of the lengths la and 12 (the proportionality to 12 follows from the Proportionality of 12 and T2>. Thus, for a given total length of the optical fibers 25 and the delay line 26, maximum sensitivity is achieved if both fibers are of the same length. The last-mentioned formula shows that for 1/2 kAl1 << 1 the sensitivity of the sensor is proportional to the acoustic frequency W. In general, however, the costs per unit length for the optical fiber 25 and the delay line 26 will be different, since the optical fiber 25 may require a special coating and is also more at risk from loss and / or damage. In this case, the following aspect ratio is favorable.

i ~ Kosten pro m Verzögerungsleitung 26 12 Kosten pro m Lichtleitfaser 25 Dieses Verhältnis lief-ert bei gegebenen Gesamtkosten maximele Empfindlichkeit. Bei den Kosten pro m Lichtleitfaser 25 ist ein Zuschlag für Verlust und/oder Beschädigung berücksichtigt. i ~ cost per m of delay line 26 12 cost per m of optical fiber 25 This ratio provides maximum sensitivity for a given total cost. There is a surcharge for loss and / or damage to the costs per m of optical fiber 25 considered.

Zur Erzielung einer Richtwirkung ist es vorteilhaft, kAl1 nicht klein gegen 1 zu machen. Zur Veranschaulichung von Amplituden- und Phasengang von<p1 (t) - # 2 (t) werden Rechengrößen K bzw. psi benannt: K2 psi = arctan 2/K1 Dann gilt #1(t) -#2(t) = l1#m' WAT2 K cos (z + psi) Aus einer Rechnung geht hervor, daß für T1 = T2, also gleiche Längen der Lichtleitfaser 25 sowie der Verzögerungsleitung 26,die ilechengröße K gegen (1/2 kAl1)-¹ geht für kAl1 >> 1.To achieve a directional effect, it is advantageous not to make kAl1 smaller than 1. To illustrate the amplitude and phase response of <p1 (t) - # 2 (t), calculation quantities K and psi are named: K2 psi = arctan 2 / K1 Then # 1 (t) - # 2 (t) = l1 # m 'WAT2 K cos (z + psi) A calculation shows that T1 = T2, i.e. the same lengths of the optical fiber 25 as well as the delay line 26, the surface size K against (1/2 kAl1) -¹ goes for kAl1 >> 1.

wobei fiir T1 = T2 die Welligkeit von K gegen Null geht Da kA der Frequenz WA proportional ist,zird durch die Frequenzabhängigkeit von K der Frequenzgang des Sensors kompensiert.where for T1 = T2 the ripple of K tends to zero There kA is proportional to the frequency WA, z is determined by the frequency dependence of K der Frequency response of the sensor compensated.

Als Ergebnis einer weiteren Rechnung folgt, daß Empfindlichkeitsschwankungen des erfindungsgemäßen Sensors unter + 2dB bleiben und daß sich eine Richtwirkung ergibt, die proportional zu (cos G) ist. As a result of a further calculation, it follows that sensitivity fluctuations of the sensor according to the invention remain below + 2dB and that there is a directivity which is proportional to (cos G).

Wird für die Verzögerungsleitung 26 die gleiche Faser verwendet wie für die Lichtleitfaser 25,so ist die Verzögerungsleitung 26 ebenfalls empfindlich gegenüber einem akustischen Feld, so daß es vorteilhaft ist, die Verzögerungsleitung 26, z.B. mit Hilfe einer akustisch absorbierenden Hülle zu umgeben und so vor akustischer Einwirkung zu schützen. The same fiber is used for the delay line 26 as for the optical fiber 25, the delay line 26 is also sensitive against an acoustic field, so that it is advantageous to use the delay line 26, e.g. with the help of an acoustically absorbent shell and so in front of acoustic Protect exposure.

Die akustische Empfindlichkeit optischer Fasern hängt aber auch stark von der gewählten Beschichtung ab, wie z.B in der Schrift G.B. Hocker "t'iber optic acoustic sensors with composite structure: an analysis, Appl. Optics 18 (1979), s. 3679 - 3683,beschrieben ist. The acoustic sensitivity of optical fibers is also highly dependent on the chosen coating, e.g. in the G.B. Stool "t'iber optic acoustic sensors with composite structure: an analysis, Appl. Optics 18 (1979), pp. 3679-3683.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es deshalb zweckmäßig die akustisch empfindlich Lichtleitfaser 25 und die optische Verzögerungsleitung 26 unterschiedlich zu beschichten derart, daß die optische Verzögerungsleitung 26 akustisch sehr viel unempfindlicher ist als die Lichtleitfaser 25. Bei dieser Ausbildung der Erfindung braucht die Verzögerungsleitung 26 nicht vor akustischer Einwirkung geschützt werden. It is therefore expedient in a further embodiment of the invention the acoustically sensitive optical fiber 25 and the optical delay line 26 to be coated differently in such a way that the optical delay line 26 is acoustically very much less sensitive than the optical fiber 25. In this training the invention does not need the delay line 26 before acoustic exposure to be protected.

Bei der obigen Betrachtung der Intensität am Photoempfänger 17 wurde angenommen, daß sich der Lichtweg genau reziprok veihält, so daß (Pl = (P2 = = qO gilt, wie eingangs beschrieben. In the above consideration of the intensity at the photoreceiver 17 was assumed that the light path is exactly reciprocal retains so that (Pl = (P2 = = qO applies, as described at the beginning.

Wird aber der erfin-dungsgemäße akustische Sensor einer Drehung unterworfen, so ergeben sich gemäß des Sagnac-Effekts (s. z.B. E,I. Post, "Sagnac effect" Rev. of Mod. Phys. 3q (l967), S. 475-493) unterschiedliche Phasen #1 und W2. m eine derartige Abweichung gering zu halten, wird die gesamte vom Lichtweg eingeschlossene Fläche so klein wie moglich gehalten. Dieses wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Verzögerungsleitung 26 und/odei die akustisch empfindliche Lichtleitlasel- 25 beispielsweise durch bifilar gewickelte Faserspulen verwirklicht werden.But if the acoustic sensor according to the invention is subjected to a rotation, according to the Sagnac effect (see e.g. E, I. Post, "Sagnac effect" Rev. of Mod. Phys. 3q (1967), pp. 475-493) different phases # 1 and W2. m such a The entire area enclosed by the light path is used to keep the deviation small kept as small as possible. This is used in a further embodiment of the invention achieved in that the delay line 26 and / or the acoustically sensitive Lichtleitlasel- 25 realized for example by bifilar wound fiber coils will.

Die eingangs genannte, vom Photoempfänge 17 empfangene Intensität gilt strenggenommen nur dann, wenn der Lichtweg einwellig ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß für den Lichtweg einwellige optische Fasern verwendet werden. Aber auch eine einwellige Faser führt zwei Eigenwellen verschiedener Polarisation. Der Polarisationszustand ändert sich deshalb im allgemeinen regellos entlang einer Faser, so daß dann die Polarisationszustände der beiden an den Toren 22, 23 ankommenden Wellen unkorreliert zueinander schwanken. Derartige Schwankungen sind dadurch vermeidbar daß im Lichtweg polarisationserhaltende optische Fasern verwendet werden und/oder die Polarisation der an den Toren 22, 23 ankommenden Lichtwellen mit Hilfe einer Polarisationsrcgelung derart stabilisiert wird, daß die Polarisationszustände an den Toten 22, 23 in fester Beziehung zueinander stehen. Eine Verwirklichung einer derartigen Polarisationsregelung ist z.B, in der Schrift, R.Ulrich, Appl. Phys. Lctt.The intensity mentioned at the beginning and received by the photoreceiver 17 Strictly speaking, only applies if the light path is single-wave. This is according to the invention achieved in that single-wave optical fibers are used for the light path. But even a single-wave fiber carries two natural waves of different polarization. The polarization state therefore changes generally randomly along a Fiber, so that then the polarization states of the two arriving at the ports 22, 23 Waves fluctuate uncorrelated to one another. Such fluctuations can thus be avoided that polarization-maintaining optical fibers are used in the light path and / or the polarization of the light waves arriving at the gates 22, 23 with the aid of a Polarization control is stabilized in such a way that the polarization states the dead 22, 23 are in a fixed relationship to one another. A realization of a Polarization control of this type is, for example, in the publication, R. Ulrich, Appl. Phys. Lctt.

35 (1979) S. 840 ff., beschrieben.35 (1979) p. 840 ff., Described.

Schwankende Polarisationszustände sind weiterhin dadurch vermeidbar, daß nach Durchlauf des Lichtweses an den Toren 22, 23 das Licht depolarisiert ist, wozu eine depolarisierendes Licht emittierende Lichtquelle 11 und/oder ein depolarisierender Lichtweg vorgesehen sind, wobei die Wirkungen und die Verwirklichung einer depolarisierenden Faserleitung z.B. aus der nicht vorveröffentlichenten Schrift P 30 06 580 bekannt sind.Fluctuating polarization states can still be avoided by that after the light being has passed through the gates 22, 23 the light is depolarized, including a depolarizing light source 11 and / or a depolarizing one Light path are provided, taking the effects and achieving a depolarizing Fiber line e.g. from the non-prepublished document P 30 06 580 known are.

Um einen streng einwelligen Lichtweg sicherzustellen20isein es gemäß FIG. 5 möglich, in einer optischen Koppelanordnung/ optisch einwelliges Faserstück 54 sowie einen Polarisator 51 vorzusehen, der über optische Richtkoppler 52, 53 an die Tore 21. bis 24 angekoppelt ist.In order to ensure a strictly single-wave light path, it is appropriate FIG. 5 possible, in an optical coupling arrangement / optically single-shaft fiber piece 54 and a polarizer 51 to be provided via optical directional couplers 52, 53 is coupled to gates 21 to 24.

Durch Kombination des Polarisators 51 und der einwelligen Faser 54 entsteht ein optisch einwelliges Filter.By combining the polarizer 51 and the single-wave fiber 54 an optically single-wave filter is created.

Bei bisher beschriebenen Anordnungen ist die Phasenänderung des Lichtes aufgrund des akustischen Feldes 15 im allgemeinen klein und bewirkt am Photoempfänger 17 lediglich eine Intensitätsänderung des Lichtes, die proportional zu (A)2 ist. Um nun zu einer höheren Empfindlichkeit des Sensors zu gelangen ist in einer weiteren nicht dargestellten Ausbildung der Erfindung im Lichtweg ein sogenannter nichtreziproker Phasenschieber R eingefügt, beispielsweise gemäß FIG. 2 zwischen dem Tor 22 und dem Verbindungspunkt 28.Der / bewirkt, daß auch ohne akustisches Feld 15 die Phasen p2 und 1 definiert voneinander abweichen in der Form (Pl - ç , so daß dann mit akustischem Feld gilt: #2 - #1 = #R + ## (t-t1) - ## (t-t2) Mit der bereits berechneten Phasenänderung und der rechnerischen Annahme ##<< 1 folgt für die Intensität I des am Photoempfänger 17 empfangenen Lichtes die Formel Eine derartige Anordnung hat daher einen linearen Zusammenhang zwischen der Intensität I und der Phase #A und damit dem akustischen Feld 15 und daher auch eine größere Empfindlichkeit. Maximale Empfindlichkeit ergibt sich, wenn sin ( ) = + 1 gilt, d,h. daß dann die Phasendifferenz zwischen Hin- und Rückrichtung durch den Phasenschieber R ungefäiir 900 oder ein ungeradzahliges Vielfaches davor beträgt.In the arrangements described so far, the phase change of the light due to the acoustic field 15 is generally small and only causes a change in the intensity of the light at the photoreceiver 17 which is proportional to (A) 2. In order to achieve a higher sensitivity of the sensor, in a further embodiment of the invention, not shown, a so-called non-reciprocal phase shifter R is inserted in the light path, for example according to FIG. 2 between the gate 22 and the connection point 28. The / causes the phases p2 and 1 to differ from one another in a defined manner in the form (Pl - ç, so that with the acoustic field: # 2 - # 1 = #R + ## (t-t1) - ## (t-t2) With the phase change already calculated and the mathematical assumption ## << 1, the formula follows for the intensity I of the light received at the photoreceiver 17 Such an arrangement therefore has a linear relationship between the intensity I and the phase #A and thus the acoustic field 15 and therefore also a greater sensitivity. Maximum sensitivity results when sin () = + 1 applies, i.e. that then the phase difference between the forward and reverse direction through the phase shifter R is approximately 900 or an odd multiple before that.

Ein derartiger nichtreziproker Phasenschieber R läßt sich beispielsweise mit Hilfe des Faraday-Effekts verwirklichen, bei dem es zu einer Nichtreziprozität kommt, wenn zumindest in einem Teil des Lichtweges das Licht einen zirkularen Polarisationsanteil aufweist und dort ein axiales Magnetfeld vorhanden ist.Such a non-reciprocal phase shifter R can be, for example realize with the help of the Faraday effect, in which there is a non-reciprocity comes when the light has a circular polarization component at least in part of the light path and there is an axial magnetic field.

Ein nichtreziproker Phasenschieber läßt sich weiterhin durch einen akustooptischen Einseitenbandmodulator verwirklichen, der die Frequenz F des Lichtem um einen Betrag #F versetzt.A non-reciprocal phase shifter can still be through a Realize acousto-optic single sideband modulator, the frequency F of the light em offset by an amount #F.

Wird beispielsweise ein derartiger akustouptischer Einseitenbandmudulator gemäß FIG. 2 zwischen Tor 22 und dem Verbindungspunkt 28 angeordnet, so hat das Licht, das von Tor 22 nach Tor 23 läuft im wesentlichen die Lichtfrequenz F +AF, während in umgekehrter Richtung laufendes Licht die Lichtfrequenz F hat. Da sich die Phasengeschwindigkeit in dem Lichtweg bei diesen beiden Frequenzen voneinander unterscheidet. besteht ein Unterschied zwischen #1 und 92.For example, it is such an acousto-optical single-sideband modulator according to FIG. 2 between gate 22 and the connection point 28, so the light, that from gate 22 to gate 23 runs essentially the light frequency F + AF, while light traveling in the opposite direction has the light frequency F. Since the phase velocity differs in the light path at these two frequencies. consists a difference between # 1 and 92.

Wird ein akustooptischer Einseitenbandmodulator als nichtreziproker Phasenschieber benutzt, so ist dabei zu beachten, daß die Lichtlaufzeit von Tor 22 zum akustooptischen Einseitenbandmodulator ungleich ist der Lichtlaufzeit vom Tor 23 zum akustooptischen Einseitenbandmodulator.Used as a single sideband acousto-optic modulator as a non-reciprocal Phase shifter is used, it must be ensured that the light transit time from Tor 22 to the acousto-optic single sideband modulator is unequal to the light transit time from Gate 23 to the acousto-optic single sideband modulator.

Weiterhin ist es möglich, statt des nichtreziproken Phasenschiebers einen Phasenmodulator zu verwenden. Dieser Phasalmodulator kann in bekannter Weise m.B. als elektrooptischer Phasenmodulator oder als faseroptischer Phasenmodulator ausgebildet sein. Ein faseroptischer Phasenmodulator wird z.B. in der Druckschrift 1'Fiber-optic rotation sensing with low drift von R.Ulrich, Optics Letters 2, No. 5, S. 173-175: Mai 1980 beschrieben.Der Phasenmodulator wird mit einem periodischen Signal der Frequenz f angesteuert, so daß sich bei sinusförmigem Verlauf für die Phasenmodulation ç (t) ergibt; ç (t) = (pm sin (2s ft) Wird der Phasenmodulator beispielsweise in der Nähe des akustisch empfindlichen Lichtleitfaserstück 25 eingefügt, gilt mit akustischem Feld 15 für die Phasendifferenz ç - = = # (t -tl) - # (t - t2) + Ap (t -tl) - Ap (t-t2).It is also possible instead of the non-reciprocal phase shifter to use a phase modulator. This phasal modulator can be used in a known manner m.B. as an electro-optic phase modulator or as a fiber optic phase modulator be trained. A fiber optic phase modulator is described, for example, in document 1'Fiber-optic rotation sensing with low drift by R. Ulrich, Optics Letters 2, No. 5, pp. 173-175: May 1980. The phase modulator is with a periodic Signal of frequency f controlled, so that with a sinusoidal curve for the Phase modulation ç (t) results; ç (t) = (pm sin (2s ft) becomes the phase modulator for example inserted in the vicinity of the acoustically sensitive optical fiber piece 25, applies with acoustic field 15 for the phase difference ç - = = # (t -tl) - # (t - t2) + Ap (t -tl) - Ap (t-t2).

bzw. folgt mit der Formel t2 - t1 - tv Es ist zweckmäßig, dem Photoempfänger 17 einen nicht dargestellten elektrischen Bandpaß mit der Mittenfrequenz f und der Bandbreite Af mit f>Af> 2fA nachzuschalten, so daß lediglich die Frequenzanteile der optischen Intensität in der Nähe der Frequenz f elektrisch ausgewertet werden. Für < <Pm und fA<f @ folgt für die Intensität If im Frequenzbereich f + Af/2: If # - 2#A sin (2#fAtv) cos (2#fAt') - 2I1(psim) cos (2#ft') wobei I1 = Bessel Funktion tl = t - (t3 + t2)/2 und psim = 2#m sin (2#ftv) bedeutet.or follows with the formula t2 - t1 - tv It is useful to connect an electrical bandpass filter (not shown) with the center frequency f and the bandwidth Af with f>Af> 2fA downstream of the photoreceiver 17 so that only the frequency components of the optical intensity in the vicinity of the frequency f are electrically evaluated. For <<Pm and fA <f @ it follows for the intensity If in the frequency range f + Af / 2: If # - 2 # A sin (2 # fAtv) cos (2 # fAt ') - 2I1 (psim) cos (2 # ft ') where I1 = Bessel function tl = t - (t3 + t2) / 2 and psim = 2 # m sin (2 # ftv) means.

Am Ausgang des elektrischen Bandpasses ist ein elektrisches Signal der- vom Phasenmodulator vorgegebenen Frequenz vorhanden, dessen Amplitude der Phasenänderung entspricht, die von dem akustischen Feld 15 bewirkt wird, das durch die Formel #A . cos (2#fAt' gekennzeichnet ist.There is an electrical signal at the output of the electrical bandpass filter the frequency given by the phase modulator, the amplitude of which is the phase change which is caused by the acoustic field 15 represented by the formula #A . cos (2 # fAt 'is marked.

Das Ausgangssignal des Bandpasses ist ein amplitudenmodu liertes Signal, dessen Träger der Frequenz f unterdrückt ist.The output signal of the band pass is an amplitude-modulated signal, whose carrier of frequency f is suppressed.

Ein derartiges Signal ist in bekannter Weise demodulierbar.Such a signal can be demodulated in a known manner.

Nach der Demodulation ist ein elektrisches Signal vorhanden, das dem zeitlichen Verlauf des akustischen Feldes 15 entspricht.After demodulation, an electrical signal is present that corresponds to the temporal course of the acoustic field 15 corresponds.

In allen genannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind, im Gegensatz zur bisher bekannten Ausführungsform genäß FIG, I, auch Lichtquellen, wie z B. ein spektral vielwelliger Ilalbleiterlaser oder eine superstrahlende Diode einsetzbar, die Licht aussenden, das eine geringe Kohärenzlänge besitzt. Derartige Lichtquellen haben Kohärenzlangen bis herab zu einigen 10/um, so daß dann z.B. Rückstreuprobleme und ähnliche Störungen nahezu vernachlässigbar sind und ein gutes Signal/Rauschverhältnis vorhanden ist beim Ausgangssignal des elektrischen Bandpasses. Es ergibt sich eine rauschäquivalente Amplitude in der Größenordnung von 10 , bezogen auf iHz Bandbreite.In all of the above-mentioned embodiments of the invention are, in contrast to the previously known embodiment according to FIG, I, also light sources, such as a spectrally multi-wave semiconductor laser or a super-radiating diode can be used, which emit light that has a short coherence length. Such light sources have coherence lengths down to a few 10 / µm, so that then, for example, backscattering problems and similar disturbances are almost negligible and have a good signal-to-noise ratio is present at the output signal of the electrical bandpass filter. There is one Noise-equivalent amplitude in the order of 10, based on 1 Hz bandwidth.

Für einen beispielhaften Sensor werden folgende Werte gewählt: - Länge 11 der Faserleitung der akustisch empfindlichen Lichtleitfaser 25 von 11 = 1km - Länge 12 der optischen Verzögerungsleitung 26 von 12 = 5km, das entspricht einer Verzögerungszeit tv = 25/us - Frequenz f zur Modulation des Phasenmodulators f = 20kHz - Phasenhub çm des Phasenmodulators von qm = O,9 rad - akustische Empfindlichkeit der Lichtleitfaser 25 durch geeignete Beschichtung = 170 rad/ (bar m).The following values are selected for an exemplary sensor: - Length 11 of the fiber line of the acoustically sensitive optical fiber 25 of 11 = 1km - Length 12 of the optical delay line 26 of 12 = 5km, which corresponds to one Delay time tv = 25 / us - frequency f for modulating the phase modulator f = 20kHz - phase deviation çm of the phase modulator of qm = 0.9 rad - acoustic sensitivity the optical fiber 25 by suitable coating = 170 rad / (bar m).

Wird ein akustisches Signal bei einer Frequenz fA = 2 kHz empfangen, so entspricht dies zunächst mit,der genannten Rauschamplitude, einer rauschäquivalenten Amplitude WA (Rausch) der Amplitude, pA aufgrund des akustischen Feldes von #A (Rausch) = 2,8 . 10-6 rad was mit der genannten akustischen Empfindlichkeit der Lichtleitfaser 25 eine Rauschgrenze des empfangenen akustischen Feldes 15 von 1,65 10 1 bar = 1,65/u Pa bezogen auf 1Hz Bandbreite, ergibt.If an acoustic signal is received at a frequency fA = 2 kHz, so this corresponds initially with the mentioned noise amplitude, a noise equivalent Amplitude WA (noise) of the amplitude, pA due to the acoustic field of #A (noise) = 2.8. 10-6 rad what with the mentioned acoustic sensitivity of the optical fiber 25 a noise limit of the received acoustic field 15 of 1.65 10 1 bar = 1.65 / u Pa based on 1 Hz bandwidth.

Eine derartige Empfindlichkeit liegt bereits weit unterhalb der Hörschwelle und z.B. bei Hydrophonen weit unterhalb des akustischen Eigenrauschens des Wassers.Such sensitivity is already well below the hearing threshold and e.g. with hydrophones far below the acoustic noise of the water.

FIG. 6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Sensors1 die beispielsweise die Vermessung einer Vielzahl voneinander unabhängiger Schalifelder ermöglicht. An die Stelle der druckempfindlichen Lichtleitfaser 25 treten eine beliebig große Anzahl n von druckempfindlichen optischen Faserstücken 61. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit sind in FIG. 6 lediglich drei Faserstücke 61 dargestellt Eine optische Verteilanordnung 60, die, wie beispielsweise in FIG. 6 dargestellt, aus zwei Teilen besteht, koppelt das beispielsweise aus Tor 22 des Strahlenteilers 20, bzw. der wahlweise verwendbaren Koppelanordnung 201, austretende Licht 10 einer Lichtquelle 11 in jeweils ein Ende der Faser- stücke 61 und vereinigt das aus den jeweils anderen Enden der Faserstücke 61 austretende Licht derart, daß es der Verzögeungsleitung 26 zuführbar ist. Die beiden Teile der Verteilanordnung 6o sind logisch verknüpfbar, was durch eine unterbrochene Linie 62 dargestellt ist, so daß die Faserstücke 61 im sogenannten Multiplexbetrieb in den Lichtweg einkoppelbar sind. Der Multiplexbetrieb ist entweder ein Zeit- oder ein Frequenzmultiplexbetrieb. Bei einem Zeitmultiplexbetrieb ist in der Verteilanordnung 60 mindestens ein optischer Unischalter vorhanden, der zeitlich nacheinander Licht jeweils in ein Ende der Faserstücke 61 einkoppelt bzw. das aus den Faserstücken 61 austretende Licht zeitlich nacheinander einem anderen optischen Bauelement, beispielsweise der Verzögerungsleitung 26, zuführt.FIG. 6 schematically shows a further embodiment of the sensor 1 for example, the measurement of a large number of mutually independent sound fields enables. The pressure-sensitive optical fiber 25 can be replaced by any one large number n of pressure-sensitive optical fiber pieces 61. For the sake of graphic clarity are shown in FIG. 6 only three pieces of fiber 61 are shown An optical distribution assembly 60, as shown, for example, in FIG. 6 shown, consists of two parts, this couples, for example, gate 22 of the beam splitter 20, or the optionally usable coupling arrangement 201, emerging light 10 a Light source 11 in each end of the fiber pieces 61 and united the light emerging from the other ends of the fiber pieces 61 in such a way that it can be fed to the delay line 26. The two parts of the distribution arrangement 6o can be logically linked, which is shown by a broken line 62, so that the fiber pieces 61 can be coupled into the light path in so-called multiplex operation are. The multiplex operation is either a time or a frequency division multiplex operation. In the case of time-division multiplexing, there is at least one optical device in the distribution arrangement 60 Unischalter available, which successively light each in one end of the fiber pieces 61 couples in or the light emerging from the fiber pieces 61 one after the other another optical component, for example the delay line 26.

Sind in der Verteilanordnung 60 mehrere derartige Umschalter vorhanden, so ist es zweckmäßig, diese zeitlich zu synchronisieren. Als derartige optische Umschalter sind beispielsweise sogenannte akustooptische Bragg-Modulatoren verwendbar, bei denen die Modulationsfrequenzen umschaltbar sind. Ein derartiger Modulator ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichen deutschen Patentanmeldung P 29 11 618 beschrieben.If there are several such changeover switches in the distribution arrangement 60, so it is useful to synchronize them in time. As such optical So-called acousto-optical Bragg modulators can be used, for example, where the modulation frequencies can be switched. One such modulator is for example in German patent application P 29 11, which was not previously published 618.

FIG. 7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung für den Frequenzmultiplexbetrieb. Eine derartige Anordnung unterscheidet sich von de anhand FIG. 6 beschriebenen dadurch, daß die Verteilanordnung 60 gleichzeitig Licht in alle Enden der Faserstücke 61 ein- bzw. auskoppelt, und daß Phasenmodulatoren 70 zwischen der Verteilanordnung und jeweils einem Ende der Faserstücke angeordnet sind. Die Phasenmodulatoren 70 werden Init unterschiedlichen Frequenzen moduliert, deren Anzahl gleich der Anzahl der Faserstücke 61 ist. Das durch den Photoempfänger 17 erzeugte elektrische Frequenzgemisch ist durch nicht dargestellte elektrische Filter, beispielsweise Bandpässe, in einzelne Frequenz anteile trennbar, so daß die von den einzelnen Faserstjiken herrührenden Signale sicher voneinundel trenn- und auswertbar sind.FIG. 7 schematically shows an arrangement according to the invention for frequency division multiplexing. Such an arrangement differs from de based on FIG. 6 described thereby, that the distribution arrangement 60 simultaneously light in all ends of the fiber pieces 61 coupled in and out, and that phase modulators 70 between the distribution arrangement and each one end of the fiber pieces are arranged. The phase modulators 70 Init different frequencies are modulated, the number of which equals the number of the fiber pieces 61 is. The one generated by the photoreceiver 17 electrical frequency mixture is through electrical filters, not shown, for example Bandpasses, can be separated into individual frequency components, so that the individual fiber sticks originating signals can be safely separated and evaluated from each other.

Um sicherzustellen, d'tß die z.B. von Tor 22 nach Ter 23 durch ein bestimmtes Faserstück 61 laufende optische Welle auch nur mit der von Tor 23 nach Tor 22 durch dasselbe Faserstück laufenden Welle interferiert, ist es zweckmäßig, die optischen Weglängen der einzelnen Faserstücke 61 der art anzupassen, daß sich die optischen Weglängen jeweils zweier aufeinanderfolgender Faserstücke um mindestens die Kohärenzlänge des Lichtes der Lichtquelle i unterscheiden.To ensure that the e.g. from gate 22 to ter 23 through a certain fiber piece 61 running optical wave also only with that of gate 23 after Gate 22 interferes with the wave running through the same piece of fiber, it is advisable to the optical path lengths of the individual pieces of fiber 61 to adjust the art that the optical path lengths of two consecutive fiber pieces by at least differentiate the coherence length of the light from the light source i.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die akustisch empfindlichen Faserstücke 61 in Form eines Feldes,auch Natrix genannt, angeordnet, wie dies in FIG. 8 dargestellt ist.In a further embodiment, the acoustically sensitive Fiber pieces 61 arranged in the form of a field, also called matrix, as shown in FIG FIG. 8 is shown.

von In FIG. 8 sind eine Anzahl n von Faserstückon 61 schematish in einer Zeilen-und Spaltenanordnung, auch Feld oder Matrix genannt,dargestellt, wobei jedem einzelnen lfaserstück 61 die Bezeichnung Spq zugeordnet ist. Dabei bedeuten p bzw. q die Zeilen bzw. Spaltenzahl des Faserstückes. Mit einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise mit Hilfe elektrischer Maßnahmen möglich,eine Schwankung der Richtung der maximalen Empfindlichkeit zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, daß die mit ilfe der einzelnen Faserstücke Spq erzeugten elektrischen Signale gegeneinander zeitlich verzögert werden. Durch entsprechende Wahl der Verzögerungs zeiten ist die gewünschte Richtung einstellbar. of In FIG. 8, a number n of fiber pieces 61 are schematically shown in FIG a row and column arrangement, also known as a field or matrix, shown, with the designation Spq is assigned to each individual piece of fiber 61. Mean p and q the number of rows or columns of the fiber piece. With such an arrangement it is possible, for example with the help of electrical measures, a fluctuation of the Direction of maximum sensitivity. This is achieved by that the electrical signals generated with the aid of the individual fiber pieces Spq against each other be delayed in time. By choosing the delay times accordingly the desired direction can be set.

Weiterhin ist es möglich eine oder mehrere der genannten optischen Bauelemente mit Methoden der integrierten Optik herzustellen und in der erfindungsgemäßen Anordnung zu verwenden.It is also possible to use one or more of the optical options mentioned Manufacture components with methods of integrated optics and in the invention Arrangement to use.

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Claims

Patentansprüche (i. Druckempfindlicher faseroptischer Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtweg vorhanden ist, der aus einer Jiintereinnndischaltung von mindestens einer druckempfindlichen Lichtleitfaser (25) und mindestens einer optischen Verzögerungsleitung (26) besteht und daß Licht einer Lichtquelle (11) an Endpunkten des Lichtweges in diesen einkoppelbar ist. Claims (i. Pressure Sensitive Fiber Optic Sensor, thereby characterized in that there is a light path which consists of a jint one-way circuit of at least one pressure sensitive optical fiber (25) and at least one optical delay line (26) and that light from a light source (11) can be coupled into this at the end points of the light path.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die La,tfzeit des Lichtes durch die Verzogerungsleitung (26) mindestens so groß ist wie die Laufzeit des Lichtes durch die Lichtleitfaser (25). 2. Sensor according to claim 1, characterized in that the La, tfzeit of the light through the delay line (26) is at least as great as the transit time of the light through the optical fiber (25).

3. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (26) druckunempfindlicii ist.3. Sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the delay line (26) is pressure insensitive.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (26) derart teschichtet ist, daß sie wesentlich druckunempfindlicher ist als die Lichtleitfaser(25).4. Sensor according to claim 1 or claim 2, characterized in that that the delay line (26) is layered in such a way that it is significantly less sensitive to pressure is than the optical fiber (25).

5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (26) und/oder die Lichtleitfaser (25) aus mindestens einer bifilar, spiral- oder schraubenförmiy gewickelten Lichtleitfaseranordnung besteht 5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that the delay line (26) and / or the optical fiber (25) from at least a bifilar, spiral or helically wound optical fiber arrangement consists

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtweg mindestens ein optisch einwelliges Lichtleitfaserstück enthält.6. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that the light path contains at least one optically single-wave optical fiber piece.

7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (26) aus polarisationserhaltenden Lichtleitfasern besteht und/oder daß mindestens eine polarisationsstabilisierende Anordnung vorgesehen ist.7. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that the delay line (26) consists of polarization-maintaining optical fibers and / or that at least one polarization-stabilizing arrangement is provided.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtweg mindestens eine Lichtleitfaser vorhanden ist, die depolarisierend wirkt niif das von der Lichtquelle ( 11) ausgesahdte Licht.8. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that that at least one optical fiber is present in the light path, the depolarizing The light emitted by the light source (11) does not act.

9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtweg ein optisches Filter vorhanden ist derart, daß einwelliges Licht erzeugbar ist.9. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that in the light path there is an optical filter such that single-wave light can be generated.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter aus einer einwelligen Lichtleitfaser (54) und aus einem Polarisator (51) besteht.10. Sensor according to claim 9, characterized in that the optical Filter made from a single-wave optical fiber (54) and from a polarizer (51) consists.

11. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei optischen Richtkopplern (52, 53) eine Hintereinanderschaltung von einer einwelligen Lichtleitfaser (54) und einem Polarisator (51) vorhanden ist.11. Sensor according to claim 9, characterized in that between at least two optical directional couplers (52, 53) a series connection of a single-wave Optical fiber (54) and a polarizer (51) is present.

12. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg ein elektrooptischer Phasermodulator vorgesehen ist derart, daß Laufzeiten des Lichtes von verschiedenen Toren (22, 23) einer optischen Koppelanordnung (201) bzw. eines optischen Strahlenteilers (20) zum Phasenmodulator ungleich sind.12. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that an electro-optical phase modulator is provided in the light path such that Transit times of the light from different gates (22, 23) of an optical coupling arrangement (201) or an optical beam splitter (20) are not identical to the phase modulator.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator mit einem periodischen elektrischen Signal modulierbar ist, das eine feste, einstellbare Amplitude besitzt.13. Sensor according to claim 12, characterized in that the phase modulator can be modulated with a periodic electrical signal, which is a fixed, adjustable Has amplitude.

14. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg ein nichtreziproker Phasenschieber vorhanden ist.14. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that a non-reciprocal phase shifter is present in the light path.

15. Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber zwischen in entgegengesetzten Richtungen laufenden Teillichtstrahlen eine Phasendifferenz von ungefähr 900 oder ein ungeradzaluliges Vielfaches davon erzeugt.15. Sensor according to claim 14, characterized in that the phase shifter a phase difference between partial light beams running in opposite directions of about 900 or an odd multiple thereof.

16. Sensor nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekenruzeichnet, daß der nichtreziproke Phasenschieber aus einem zu einem Teil des Lichtweges axialem Magnetfeld besteht, das auf zirkular ol;rrisiertes Licht einwirkt.16. Sensor according to claim 14 or claim 15, characterized in that that the non-reciprocal phase shifter from an axial to a part of the light path There is a magnetic field that acts on circularly oiled light.

17. Sensor nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeicllnet, daß der nichtreziproke Phasenschieber aus einem optischen iinseitenbandmodulator besteht, der Licht der Frequenz F um einen Betrag #F versetzt, und daß Lichtlaufzeiten von dem Phasenschieber zum Tor (22) bzw. Tor (23) verschieden groß sind.17. Sensor according to claim 14 or claim 15, characterized in that that the non-reciprocal phase shifter consists of a single sideband optical modulator exists, the light of the frequency F offsets by an amount #F, and that light travel times from the phase shifter to the gate (22) or gate (23) are of different sizes.

18. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (11) Licht (io) aussendet, Ias eirle Kohärenzzeit hat, die sehr viel kürzer ist als die Laufzeit des Lichtes durch den Lichtweg.18. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that a light source (11) emits light (io), Ias eirle Coherence time which is much shorter than the transit time of the light through the light path.

19. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtweg mindestens eine optische Verteilanordnung (60) vorhanden ist, die Licht auf mindestens ein druckempfindliches optischer Faserstück (61 verteilt.19. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that at least one optical distribution arrangement (60) is present in the light path, which distributes light to at least one pressure sensitive optical fiber (61).

20. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstücke (61) Längenunterschiede aufweisen, die bei dem verwendeten Licht (10) mindestens so groß sind wie dessen Kohärenzlänge.20. Sensor according to claim 19, characterized in that the fiber pieces (61) have length differences that are at least in the light (10) used are as great as its coherence length.

21. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilanordnung (60) alle Faserstücke (61) gleichzeitig oder in einem Multiplexbetrieb ansteuert.21. Sensor according to claim 19, characterized in that the distribution arrangement (60) controls all fiber pieces (61) simultaneously or in a multiplex mode.

22. Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexbetrieb ein Zeitmultiplexbetrieb oder ein Frequenzrnultiplex betrieb ist.22. Sensor according to claim 21, characterized in that the multiplex operation a time division multiplex operation or a frequency division multiplex operation is.

23. Sensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an einem Ende eines Faseratückes (61) jeweils ein optischer Phasenmodulator (jO) angekoppelt ist derart, daß Licht in jeweils einem Faserstück (61) mit jeweils einer Frequenz modulierbar ist.23. Sensor according to claim 22, characterized in that in each case an optical phase modulator (jO) is coupled to one end of a fiber piece (61) is such that light in each case a fiber piece (61) with one frequency can be modulated.

24. Sensor nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilanordnung (60) zeitlich nacheinander jeweils ein Faserstück (61)/ den Lichtweg schaltet.24. Sensor according to claim 22, characterized in that the distribution arrangement (60) one fiber piece (61) / switches the light path one after the other.

25. Sensor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilanordnung (60) aus einem akustooptischen Einseitenbandmodulator besteht, dessen Modulationsfrequenz in einer vorbestimmten zeitlichen Reihenfolge veränderlich ist.25. Sensor according to claim 24, characterized in that the distribution arrangement (60) consists of an acousto-optic single sideband modulator, the modulation frequency of which is variable in a predetermined time sequence.

26. Sensor nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstücke (61) in Form einer Matrix angeordnet sind.26. Sensor according to one of claims 19 to 25, characterized in that that the fiber pieces (61) are arranged in the form of a matrix.

27. Sensor nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Photoempfänger (17) nachgeschalteten elektronischen Auswerteschaltung Mittel vorgesehen sind, die die von den Faserstücken (61) empfangenen Signale in vorbestimmter Weise zeitlich gegeneinander verzögern.27. Sensor according to one of claims 19 to 26, characterized in that that in an electronic evaluation circuit connected downstream of the photoreceiver (17) Means are provided which the signals received from the fiber pieces (61) in delay each other in a predetermined manner.

28. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein optisches Bauelement als iIltegriert<s optisches Bauelement ausgeführt ist.28. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that that at least one optical component is integrated as an optical component is executed.