SE458160B

SE458160B - Foerfarande foer fiberoptisk spektralkodad oeverfoeri ng av maetvaerden och anordningar foer utoevande av foerfarandet

Info

Publication number: SE458160B
Application number: SE8503737A
Authority: SE
Inventors: R Ulrich
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1989-02-27
Also published as: SE8503737L; SE8503737D0; FR2569001A1; GB2165043A; FR2569001B1; GB2165043B; US4705354A; JP2531940B2; GB8520014D0; JPS6194198A; CH671099A5

Description

.458 160 undergrupp av särskild konstruktiv enkelhet vid vilken den nämnda kodningen sker i form av en styrkemodulering, exempelvis medelst en fotocell. Den från en vanligen i utvärderingsanordningen an- bragt ljuskälla kommande och via en optisk fiber till mätorganet gående ljusstràle försvagas där mer eller mindre kraftigt i mot- svarighet till värdet av den just verksamma mätstorheten. Den åter- stående ljusstràlen går via samma eller en annan fiber till en de- tektor i utvärderingsanordningen. Den mot den dit ankommande ljus- styrkan proportionella detektorsignalen utgör sålunda ett mått på värdet av mätstorheten.

En fördel hos denna funktionsprincip ligger i att den här- vid för kodningen använda analog-styrkemoduleringen tekniskt kan åstadkommas mycket enkelt genom förskjutning eller vridning av bländare, som är placerade i strålgången och som låter denna pas- sera i en av deras läge beroende bråkdel. Andra viktiga fördelar ligger i möjligheten att för denna mätanordning kunna använda prisbilliga ljusledarfibrer av multimodtyp och driva dessa med lys- dioder som små tillförlitliga ljuskällor. Genom lämplig utformning av moduleringsbländarna kan man också uppnå en mycket hög absolut mätnoggrannhet vad gäller bländarpositionerna. Ett typiskt exempel på denna grupp av mätanordningar kan återfinnas i den av W.B.

Spillmann och D.H. McMahon beskrivna “Schlieren Multimode Fiber- optic Hydrophone", Applied Physics Letters, volym 37 (1980), sid 145ff. Vid denna mätanordning uppnås styrkemoduleringen däri~ genom att ljusflödet passerar tvâ tätt efter varandra belägna, parallellt anordnade streckgítter, som bildar en slags "moiré"- modulator.

Förskjutningen av det ena gittret mot det andra en streck- bredd (typisk storlek 5.Mm) åstadkommer att denna modulator in- regleras från ett tillstànd med maximal ljusgenomsläppning till ett tillstånd av minsta möjliga genomsläppning. Primärt utgör allt- så denna anordning en vägmätare. I det speciella fallet med detta. exempel erhålls en hydrofon (mätare eller mottagare för undervat- tensljudtryck) genom att ett elastiskt membran är förbundet med det ena gittret och på detta membran verkar det tryck som skall mätas och åstadkommer en utböjning av membranet. Membranet funge- rar sålunda som en omvandlare mellan tryck och vägsträcka. Pâ sam- 458 160 ma sätt skulle den nämnda modulatorn också kunna användas för kon- struktionen av fiberoptiska termometrar, dynamometrar, accelero- metrar och mottagare eller mätare för andra storheter genom att man i stället för membranet använder andra lämpliga omvandlare, exempelvis en bimetallkropp (att omvandla temperatur till väg- sträcka), en fjäderkropp (att omvandla kraft till vägsträcka), eller en testmassa pà en fjäderkropp (för att omvandla acceleration till kraft och därefter till vägsträcka).

En annan enkel fiberoptisk mätanordning som likaså hör till gruppen mätare arbetande med analog-styrkemodulering är den fiberoptiska termometern enligt A.J. Rogers, Applied Optics, vo- lym 21 (1982), sid 882-885. Vid detta instrument försvagas den via en fiber till mätorganet inkommande ljusstrålen icke medelst en mekaniskt rörlig bländare utan medelst en temperaturberoende, po- larisationsoptisk anordning till sin styrka innan den áterförs fi- beroptiskt till utvärderingsanordningen och åstadkommer en mot de- tektorsignalen svarande indikering.

De bägge nämnda och många andra till teknikens kända ständ- punkt hörande fiberoptiska mätanordningar hörande till undergrup- pen med kodning medelst styrkemodulering har den principiella nack- delen att utvärderingsanordningen icke kan skilja mellan ändringar i den av detektorn mottagna ljusstràlen pà grund av ändringar i mätstorheten á den ena sidan.och ändringar pá grund av svängningar i förlusterna i fibern á den andra: De sistnämnda kan exempelvis uppträda om fibern är krökt eller om temperaturen eller den me- kaniska spänningen varierar i en fiberkabel. Det är ytterligare en nackdel att dessa mätanordningar oftast måste arbeta med per- manent förbundna fiberledare med konstant längd. Användningen av fiberinsticksförbindningar bortfaller nämligen därför att de åstadkommer förluster som vanligen icke kan reproduceras exakt. En påverkan av insticksförbindníngen skulle nämligen kunna medföra en motsvarande variation eller osäkerhet i indikeringen. Pá samma sätt skulle också installeringen av fibrer med olika längd eller dämpning inverka problematiskt på kalibreringen av mätaren inom denna undergrupp.

Av denna orsak har i några förbättrade fiberoptiska mät- anordningar införts en andra överföringskanal som överför en av 458 160 mätstorheten icke alls eller tvärtom motriktat modulerad referens- ljusstråle. För bestämning av mätstorheten i utvärderingsanord- ningen tjänar därvid icke längre den absoluta styrkan eller ef- fekten utan förhållandet i styrka hos de mottagna ljusstrålarna i signal- och i referenskanalen. Om de nämnda ändringarna i fasför- lusterna i de bägge kanalerna är lika så ändrar sig visserligen absolutstyrkorna hos ljusstràlarna med fiberförlusterna men deras förhållande förblir opåverkat därav och indikeringen blir oberoende av dessa ändringar. En sådan kodning av mätstorheten i styrkeför- hàllandet hos två ljusstrålar utnyttjas exempelvis i de av H.

Dötsch med flera beskrivna fiberoptiska mätanordningarna (IEE Conference Proceedings nr 221, "Optical Fiber Sensors", London 1983, sid 67-71). En i mätorganet förskjutbart anordnad lins styr här- vid den inkommande ljusstrålen till två utgående, till utvärderings- anordningen gående ljusledarfibrer. Mätstorheten påverkar läget av linsen och styr sålunda ljuset i motsvarande större utsträckning till den ena eller andra av de bägge fibrerna på sådant sätt att förhållandet mellan de bägge delljusstràlarna entydigt skall re- presentera mätstorheten.

I praktiken är denna kompensation av varierande fiberför- luster dock endast begränsat effektiv eftersom signal- och refe- renskanalen går till utvärderingsanordningen via två olika ljusle- darfibrer och sålunda icke utsätts för exakt likadana inverkningar.

Förutom det kostnadskrävande behovet av den ytterligare referens- fibern hindras en bred praktisk användbarhet framför allt fortfa- rande den nämnda nackdelen med icke reproducerbara förluster i in- sticksförbindningen som vanligen är klart olika i de bägge kanaler- na. Denna nackdel har hittills praktiskt taget helt uteslutit an- vändningen av insticksförbindningar vid denna typ av mätanordningar varigenom dock de sistnämndas användningsmöjlighet blir i hög grad begränsad. En lösning på detta problem, som till en början tyck- tes värd att överväga, låg i att man leder signal- och referens- ljusstrálen via samma ljusledarfiber och överför de bägge ljus- strålarna med två olika optiska frekvenser, exempelvis inom det gröna och röda spektralområdet. En sådan lösning under utnyttjande' av ljusstrålar med relativt stort spektralt avstånd kan dock icke vara tillfredsställande i praktiken då de flesta typer av förlus- 458 160 ter i fibrer är starkt beroende av den optiska frekvensen (eller våglängden) och dessutom av detektorkänsligheterna varigenom ytter- ligare kalibreringsproblem kan uppkomma. En överföring med tvâ spek- tralt långt från varandra belägna optiska frekvenser kan sålunda icke vara oberoende av fiberegenskaperna, varvid uttrycket "obero- ende av fiberegenskaperna" innebär att de bägge ljusstrålarna på möjligast likartat sätt utsätts för alla slags fiberförluster vid överföringen, dvs absorptions- och spridningsförluster, kröknings- förluster och anslutningsförluster vid insticksförbindningar och skarvställen liksom även tvärsnittsändringar i fibern. För en över- föring oberoende av fiberegenskaperna i den i det föregående avsed- da betydelsen skulle åtminstone erfordras att de bägge optiska frek- venserna kunde väljas mycket tätt intill varandra, dvs på sådant sätt att deras frekvensavstånd Aïffrån medelfrekvensenïﬂa för de bägge ljusstrålarna är mycket litet. Vidare skulle också den spek- trala linjebredden J>'för de bägge ljusstrålarna vara liten, unge- fär Ja) É'¿YV. 1 motsvarighet härtill smalbandiga optiska filter är vis- serligen möjliga men mycket kostnadskrävande och skulle av det kon- tinuerliga emissionsspektrat hos en lysdiod endast släppa igenom en mycket liten effektandel svarande mot filterlinjebredden, varige- nom emellertid ytterligare problem skulle kunna uppkomma beträf- fande indikeringskänsligheten respektive -noggrannheten.

Föreliggande uppfinning avser därför att föreslå ett för- farande av det inledningsvis nämnda slaget vilket möjliggör en av egenskaperna hos en fiberoptisk överföringssträcka i största möj- liga mån oberoende överföring av för mätvärdena karakteristiska op- tiska signaler och deras enkla utvärdering liksom en anordning för att utföra detta förfarande.

Detta uppnås nu enligt uppfinningen genom att de bägge ljus- strålarna via en optisk fiber, som bildar strálgången från mätorga- net till utvärderingsanordningen förs till den sistnämnda, att de bägge delstràlarna alstras med en olikartad smalbandig eller linjelíknande form hos den spektrala fördelningen i deras ljus- styrka pà sådant sätt att en linje hos den ena ljusstràlen ligger spektralt mellan tvá linjer hos den andra ljusstrålen och däri- genom åstadkommer en spektral hopflätning av de bägge ljusstràlar- 458 160 na, varvid det spektrala avståndet mellan en linje hos den ena ljusstràlen och en spektralt närliggande linje hos den andra ljus- stràlen är större än linjebredden hos dessa spektrala komponenter i de bägge delstrálarna och att styrkorna hos de spektralt i va- randra hopflätade ljusstrålarna beträffande den i utvärderingsan- ordningen utförda styrkejämförelsen uppmäts spektralt skilda från varandra medelst pà de specifika spektrala fördelningarna av de bå- da ljusstràlarna selektivt inställda filteranordningar.

Enligt detta införs två spektralt genom i varandra hopflä- tade linjespektra kodade ljusstrå1ar'I1 och I2, i vilkas styrkeför- hållande mätstorheten är kodad, via en enda, strålbanan från mät- organet till utvärderingsenheten utgörande optisk fiber till ut- värderingsanordningen, medelst vilken en utvärdering av styrkeför- hállandcna sker i mätstorhetens enheter.

De bägge ljusstrálarna fiber och samma förbind- ningselement mellan dessa och mätorganet å deringsanordningen å den andra, exempelvis ningar, såtillvida utsatta för exakt samma är, eftersom de förs genom samma optiska den ena sidan och utvär- fiberinsticksförbind- inflytanden på den fi- beroptiska överföringssträckan, vilka därvid i den genom förhållan- debestämningen skeende utvärderingen så att säga får samma inverkan varigenom alltså optimala förutsättningar åstadkommas för en av ut- formningen av den fiberoptiska överföringssträckan oberoende över- föring av mätvärdesinformationen. Genom den enligt uppfinningen ut- nyttjade linjestrukturen hos de bägge ljusstrålarna, som kan be- skrivas som spektralt i varandra hopflätade eller inlagda kamlik- nande spektra uppnås på enkelt sätt att de bägge ljusstrålar, som skall jämföras med varandra, har praktiskt taget samma medelvàg- längd åtminstone i även mycket god uppskattning, så att också i avseende föreligger likhet beträffande de våglängdsberoende inverkningarna från den fiberoptiska överföringssträckan på de i detta denna framskridande ljusstrâlarna I1 och I2 och därmed erhålls som helhet största möjliga oberoende av mätvärdesöverföringen från egenskaperna hos fibern och dennas fluktuationer. Icke heller ett even- tuellt erforderligt beroende av detektorkänsligheten frán våg- längden kan på grund av den hopílätade spektrala strukturen hos ljusstrålarna I] och 12 inverka störande på mätresultatet.

Därtill kommer att det genom förfarandet enligt uppfinningen också möjliggöres att beroende på antalet av de i de enskilda kärnspektru- -Aa 458 160 mena ingående linjerna kan utnyttjas en relativt stor del av effek- ten frân det kontinuerliga spektrat hos den aktuella använda ljus- källan, exempelvis en lysdiod. Förfarandet enligt uppfinningen kan för övrigt utföras med enkelt utformade optiska filteranordningar.

Vid den i den kännetecknande delen av det efterföljande patentkravet 2 åsyftade förfarandevarianten enligt uppfinningen kan ett optimalt närmande till idealfallet med absolut likhet hos medelvåglängderna hos delljusstrålarna I1 och I2, uppnås exempelvis genom att spektrumet hos den ena delljusstrålen endast omfattar en enda linje och spektrumet hos den andra delljusstrálen två linjer, vars medelvàglängd motsvarar den hos den enda linjen i den förstnämnda delljusstrålen. Ett sådant tillvägagångssätt är exempelvis möj- ligt under användande av laserljuskällor.

Genom kännetecknen enligt patentkraven 3 och 4 har angivits alternativt användbara utföringsformer av förfarandet enligt upp- finningen, varigenom man vid den ena utföringsformen, nämligen enligt fig 4, arbetar med samtidig överföring av bägge delljusstrà- larna I och indikering av dessa medelst separata detektorer medan man vid1den andra utföringsformen arbetar med tidsmässigt samman- flätad överföring av delljusstrålarna I1 och I2 och därmed synkro- niserar mottagningen av dessa med hjälp av endast en enda detektor.

För utförande av dessa alternativa utföranden av förfaran- det föreligger lämpliga anordningar, som till sin principiella uppbyggnad har angivits med hjälp av känneteckendelarna i patent- kraven 5 och 6, varigenom det i detta avseende till grund för upp- finningen liggande delsyftet uppnås.

Genom de särdrag för uppfinningen som anges i de efterföl- jande patentkraven 7-24 har angivits alternativa eller i lämpliga kombinationer användbara utförings- och funktionssärdrag inom ra- men för uppfinningen enligt patentkraven 6 och 7 för särskilt en- kelt utformade mätorgan vilka kan användas för mätning av mätstor- heter, och vilka är konstruerade för ett utnyttjande i en trans- mission. Sådana mätorgan ansluts därvid lämpligen icke endast till utvärderingsanordningen utan också till den aktuella ljuskällan med hjälp av en optisk fiber.

Genom särdragen enligt patentkravet 25 har angivits den principiella uppbyggnaden av en för utförande av förfarandet enligt 458 160 uppfinningen lämpad ytterligare anordning, vid vilken det för be- stämning av mätstorheten utnyttjade mätorganet är utformat som en reflektionsenhet. För optisk anslutning av mätorganet till ljuskäl- lan eller till en ljusförsörjningsapparat à den ena sidan och till utvärderingsanordningen å den andra krävs härvid endast en enda optisk fiber liksom en delvis genomsläpplig spegel, genom vilken en del av de genom den optiska fíbern tillbakaförda ljusstràlarna I] och I2 är omlänkbara i riktning mot indikeringsanordningen i ut- värderingsanordningen.

Med särdragen enligt patentkraven 26-33 har angivits med enkla tekniska åtgärder framställbara utformningar av mätorgan, som kan användas inom ramen för en enligt patentkravet 25 utformad an- ordning.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 visar den principiella uppbyggnaden av en enligt upp- finningen föreslagen fiberoptisk mätanordning såsom en anordning för genomförande av förfarandet enligt upp- finningen för spektralkodad överföring av en fysikalisk mätstorhet i ett förenklat schematiskt blockschema, fig 2(a) visar en typisk spektral fördelning av intensiteten el- ler styrkan hos en i mätanordningen enligt fig 1 an- I vändbar ljuskälla, fig 2(b) genomsläppningskarakteristiken hos transmissionsfilter som kan utnyttjas inom ramen för mätanordningen enligt fig 1, fig 2(c) den spektrala sammansättningen för detektering av mät- och 2(d) storheten hos använda delljusstrálar I1 och I2 för för- tydligande av förfarandet enligt uppfinningen, fig 3 och 4 visar förenklade blockscheman över alternativa utförings- former av fiberoptiska mätanordningar för förklaring av alternativa utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen under användning av mätorgan som är utfor- made för transmissionsdrift, fig 5-8 visar alternativa utformningsmöjligheter av mätorgan som kan utnyttjas inom ramen för mätanordningar enligt fig 3 och 4, 458 160 9 fig 9 visar för transmissionsdrift lämpade mätorgan med som och 10 referensfilter utförda filterpar för bestämning av den spektrala sammansättningen hos delljusstrålar 11 och 12 liksom med förskjutbara bländare för styrke- eller in- tensitetsmodulering av dessa delljusstrålar, gå 1% visar likaså i transmission användbara mätorgan med po- larisationsberoende uppdelning av en primärljusstrále i de för mätvärdesdetektering utnyttjade delljusstrá- larna och med polarisationsberoende arbetande module- ringsanordningar, fig 1: visar alternativa utformningar av enligt uppfinningen oc utförda fiberoptiska mätanordningar med i reflektions- modus arbetande mätorgan, fig 15-17 visar den principiella uppbyggnaden av olika, med re- flektionsmodus användbara mätorgan, fig 18 visar en särskild utformning av en till sin princi- piella uppbyggnad mot mätorganet enligt fig 17 svarande mätorgan med såsom Bregg-reflektorer utformade inter- ferensfílter för spektralkodning av delljusstràlarna I1 och I2, gig ëâ funktionellt mot mätorganen enligt fig 11 och 12 sva- samt rande men i reflektion arbetande mätorgan.

I fig 1 och 3-20 pà ritningen har ur konstruktiv och funk- tionsmässig synpunkt analoga eller likartade element försetts med samma hänvisningsbeteckníngar.

Under hänvisning till fig 1 och 2, och samtliga pà dessa angivna detaljer skall i det följande förklaras den allmänna kon- struktionsprincipen hos en mätanordning 100, som utgörs av en an- ordning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för spektralkodad överföring av värdet av en kontinuerligt varierande fysikalisk mätstorhet "x", som skall förklaras mer i detalj under hänvisning till fig 2. Därvid visar fig 1 en fiberoptisk mätanord- ning 100, som arbetar med kodning av mätstorheten x med hjälp av intensitets- eller styrkeförhàllandet mellan tvà ljusstrálar I1 och I2. emissionsspektrum, ett mätorgan 11, som utför kodningen av mätstor- Mätanordningen 100 omfattar en ljuskälla 14 med kontinuerligt heten x i förhållandet mellan intensiteterna eller styrkorna hos 458 160 10 de bägge ljusstràlarna I1 och Iz vilka ástadkoms genom en spektral uppdelning av en ljuskälla 14 till mätorganet 11 inkommande pri- märljusstràle I, liksom en utvärderíngskrets 10, som åstadkommer en avkodning av styrkeförhàllandet mellan de bägge ljusstràlarna I1 och I2 uttryckt som enheter av mätstorheten x och alstrar en för mätstorheten x karakteristisk signal, som utvisas medelst ett vi- sarinstrument 22 i enheter av mätstorheten eller kan utnyttjas till en ytterligare bearbetning, exempelvis för aktivering av en pump som laddar en tryckackumulator, vars trycknivà icke får underskri- da ett undre gränsvärde, varvid i detta fall mätstorheten x är trycket i denna tryckackumulator.

Från ljuskällan 14, exempelvis en lysdiod, emitterat ljus förs via en första optisk fiber 12 som en primärljusstrâle 1 till mätorganet 11. I detta mätorgan 11 är som ingångssteg anordnat ett första filterpar 15, som uppdelar primärljusstràlen I i de bägge delljusstràlarna I1 och I2. Genom det i fig 1 endast schematiskt antydda filterparet 15 pålägges de genom uppdelningen av primär- ljusstrålen I uppkommande delljusstrålarna I1 och I2 en karakte- ristisk och olikartad spektral intensitetsfördelning med smalban- dig linjeformig struktur i den spektrala fördelningen av ljusstyr- korna pà sådant sätt att en spektrallinje hos den ena ljusstrålen I1 spektralt ligger mellan två linjer i den andra ljusstràlen I2.

Därigenom uppnås en spektral hopflätning av de bägge ljusstrålarna I1 och 12, varvid det spektrala avståndet mellan en linje i den ena ljusstràlen I1 från en spektralt intilliggande linje i den andra ljusstrålen I2 är större än linjebredden hos dessa spektrala kompo- nenter i de bägge ljusstrålarna I1 och I2. vid det i fig 1 visade och endast för principiell förkla- ring av uppfinningen valda utföringsexemplet av en mätanordning 100 underkastas de utgående delljusstrålarna I1 och I2 frân det första filterparet 15 en rymdmässig separering från varandra och inom ra- men för mätorganet 11 är anordnad en exempelvis som en transversellt mot utbredningsriktningen för den ena ljusstràlen I1 förskjutbar blän- dare 17 utförd moduleringsanordning, medelst vilken ljusstyrkan hos den ena från fílterparet 15 utgående ljusstrålen I1 kan för- _ ändras till ett med förskjutningen av bländaren 17 korrelerat vär- de I1(x), varigenom vid utföríngsexemplet enligt fig 1 ljusstyrkan hos den andra, från filterparet 15 utträdande delljussträlen I2 458 160 icke påverkas medelst moduleringsanordningen 17. De bägge delljus- strålarna förenas sedan äter med varandra för åstadkommande av en överlagring i ett som utgångssteg till mätorganet 11 anordnat föreningselement 16 och förs via en andra optisk fiber 13 gemensamt till utvärderíngsanordníngen 10.

I utvärderingsanordningen 10 finns ett andra, via den op- tiska fibern 13 med utgången från strålföreningselementet 16 op- tiskt förbundet filterpar 18, som totalt har samma transmissions- karakteristik som det inom ramen mätorganet 11 anordnade första filterparet 15. Filterparet 18 i utvärderingsanordningen 10 åstad- kommer sålunda åter en separering av de via den andra optiska fi- bern 13 gemensamt till utvärderingsanordningen 10 förda delljus- 1 och I2, var sin av de bägge ljusstrålarna I1 och I2 hörande detektorer 19 strålarna I vilkas intensiteter detekteras av två till respektive 20, varvid utsignalen från den ena detektorn, exempelvis detektorn 19, är proportíonell mot den medelst moduleringsanord- ningen 17 modifierade intensiteten I1 hos delljusstrálen I1 och ut- signalen hos den andra detektorn 20 är proportionell mot den vid det visade utföringsexemplet oförändrade intensiteten hos den andra delljusstrálen I För ytterligare utvärdering är inom ramen för 2. utvärderingsanordningen anordnad en elektronisk krets 21 som bil- dar en mot förhållandet R = S1/ S2 utsignaler S1 och S2 svarande utsignal, vilken kan indikeras me- för sígnalnivån hos detektorns delst mätinstrumentet 22. Om i mätorganet 11 delljusstrálen I] ex- empelvis moduleras genom att den medelst den rörligt anordnade blän- daren 17 försvagas från sin ursprungliga styrka I1 mer eller mindre till en styrka I så minskas i motsvarande grad utslaget på mät- instrumentet 22.1Den i fig 1 visade fiberoptiska anordningen utgör sålunda en mätanordning för mätstorheten x om denna mätstorhet re- glerar läget av bländaren 17 och mätinstrumentet 22 är kalibrerat i enheter av mätstorheten x.

I fig 2 har åskådliggjorts förfarandet med den spektrala kodningen som åstaäanner en av egenskaperna hos de använda optiska fibrerna 12 och 13 oberoende överföring æfförnätsuxﬂæten karakte- ristiska optiska signaler mellan mätorganet 11 och utvärderingsan- ordningen 10. Härvid har medelst fig 2 (a) schematiskt återgivits den spektrala effekttäthetsfördelningen IO (l') för en ljuskälla 24 458 160 12 med kontinuerligt emíssionsgrundspektrum som funktion av den optiska frekvensen. Bandbredden hos grundspektrumet, mätt mellan frekvens- värdena V L/2 och 1/H/2, vid vilka effekttätheten hos grundspek- trumet uppgår till hälften av maximivärdet I O max, har betecknats med B \,. Vidare har i fig 2 Kb) visats spektrala transmissionska- rakteristíkor T1 (1)) och T2 (V ), vilka de bägge filterparen 15 och 18 måste ha. Var och en av dessa bägge transmissionskarakteris- tikor motsvarar ett linjespektrum med ett typiskt avstånd A\Imel- lan intilliggande linjer hos det respektive filtret 15 och 18 och med en typisk linjebreddqﬁv. Därvid gäller för den ena delljusstrá- len I] den ena transmissionskarakteristikan T1 (II), medan för den andra delljusstrålen I2 gäller transmissionskarakteristikan T2 ()').

I fig 2 (b) har för enkelhets skull visats spektrala genomsläpp- ningsomráden för filtret 15 och 18 med samma spektrala avstånd så- som lika "breda" och lika "höga". Dessa likheter màste,trots att det kan vara fördelaktigt för effektiviteten hos förfarandet en- ligt uppfinningen, icke uppfyllas strängt över hela bandbredden By .

I stället räcker det om de föreligger tillnärmelsevis över större delområden av halvvärdesbredden Ex, för grundspektrumet, exempel- vis i det avseendet att spektrumet T2 (31) framgår av T1 (11) genom en förskjutning ungefärligenrlïf/2. Viktigt är framför allt att de bägge spektrumena eller genomsläppningskarakteristikorna T1 (\/) och T2 (Il) är så popflätade i varandra att de överlappar varandra så litet som möjligt och att ett flertal linjer faller inom band- bredden Bx, hos grundspektrumet IO ( V).

Följande villkor skall sålunda gälla: Jv < AV/z u) De av dessa filterkarakteristikor och grundspektrumet Io (11) för ljuskällan 24 uppkommande spektrumena I1(17) och I2(\l) för ljusstrålarna I] respektive I2 har visats i fig 2 (c) och 2 (d).

Därav framgår att genom villkoret (2) aﬂidet kontinuerliga förloppet, av grundspektrumet längs frekvensskalan har bägge spektralfördel- ningarna IA('U) och I2(V ) som ett gott närmevärde samma mittre op- tiska frekvens “V0 och också samma totala bandbredd EV , som förutbestämts 458 160 genom grundspektrumet I0(\l). Härigenom utsätts de bägge ljusstrá- 1 och I2 betingade förluster. Denna fördel kan genom konstruktionen av fil- larna I alltid för samma genom de optiska fibrerna 12 och 13 terparet 15 och 18 till och med också uppnås om fiberförlusterna som funktion av den optiska frekvensen il ändrar sig relativt dras- tiskt, såsom spridningsförlusterna, vilka ökar typiskt proportio- nellt mot 1/2. Det spektrala linjeavstándet Allmåste därmed väljas tillräckligt litet för att de förlustbetingade skillnaderna hos de spektrala intensiteterna för två spektralt intilliggande linjer skall bli mindre än den för mätanordningen 100 erforderliga indi- keringsnoggrannheten. Detta är alltid möjligt tack vare kontinui- teten hos alla verkliga förlustspektra.

Det förhållandet att de bägge vid förfarandet enligt före- liggande uppfinning spektralkodade ljusstrålarna I1 och I2 har prak- tiskt taget samma frekvensmedelvärde V0 och bandbredd BV , inver- kar också fördelaktigt vid bestämningen av dessa ljusstrålar, sär- skilt i det fall att deras effekt skall mätas med en och samma de- tektor, vilket är lämpligt vid självutjämnande utvärderingsförfa- randen. Vid samma värden på V0 och BV för bägge delljusstràlarna I och I 1 2 ljusstrålarna även om de bägge skulle vara snabbt varierande funk- blir nämligen detektorkänsligheten lika stor för bägge tioner av frekvensen.

En ytterligare viktig fördel med den enligt uppfinningen avsedda kodningen ligger i att en relativt stor andel av den ljus- effekt, som står till förfogande i emissionsgrundspektrumet hos ljuskällan 24 kan utnyttjas. Denna andel är i stort bestämd medelst de över bandbredden Bx; angivna spektrala transmissionskarakteris- tikorna T1(V) och T2(V) för filterparen 15 och 18. I motsvarighet till kurvorna för filtertransmissionskarakteristikorna enligt fig 2 (b) har dessa spektrala medelvärden båda ungefärligen storleken T] = ïz g (IV/AV. Därvid förutsättes att topptransmissionsvärdena för transmissionskarakteristikorna T1(V ) och T2(V ) ligger nära värdet 1. De nämnda värdena T] och T2 kan ligga flera tiopotenser högre än i det fall då delljusstrålarna I1 och I2 endast erhålls genom bortfiltrering av en enda linje med den spektrala bredden|ÄV .

Slutligen är förekomsten av det förhållandet särskilt in- tressant att filtren 15 och 18 med spektrala transmissionskarak- 458 160 14 teristíkor enligt vad som visats i fig 2 (b) relativt enkelt låter konstruera sig i form av interferensfilter, och detta återkommer vi till närmare längre fram i föreliggande beskrivning.

För närmare förklaring av de vid det hittills beskrivna för- farandet i praktiken uppkommande förhållandena skall följande sif- ferexempel behandlas.

Som ljuskälla tjänar en galliumarsenid-lysdiod med en op- tisk medelvåglängd av\)o = 12 000 cm_1, vilket ungefär motsvarar en våglängd av 0,83/km. Bandbredden Bx; för emissionsspektrumet hos denna lysdiod har ett typiskt värde av 400 cm_1. Villkoren 1 och 2 är i varje fall med säkerhet uppfyllda om linjeavstànd av 40 cm_1 och linjebredder Äißav 2 cm_1 utnyttjas. Detta låter sig uppnås i praktiken med hjälp av interferensfilter med ordníngstalet m = 300 och finhetsgraden F = 20 Det praktiska genomförandet av det så långt beskrivna kod- ningsförfarandet kan ske på olika sätt vilka skall närmare beskri- vas i det följande under hänvisning till de i fig 3 och 4 visade mätanordningarna 100 respektive 100'. För mätorganet 11, som vid de bägge mätanordníngarna 100 och 100' kan vara utformade identiskt lika, förutsätts härvid till en början endast att de släpper ige- nom de via de optiska fibrerna 12 och 13 till- respektive bortförda ljusstrálarna I1 och I2 olika mycket, nämligen på så sätt att för- hållandet T1/T2 representerar de momentana värdena av mätstorheten x. Vid det medelst mätanordningen 100 i fig 3 representerade ut- förandet av förfarandet enligt uppfinningen avgrenas dessa bägge ljusstrålar I1 och I2 från en primärljusstråle I från en ljuskälla 14. Därigenom får variationer i effektenfrån denna ljuskälla ingen inverkan på indikeringen av mätvärdet.

Till följd av den intima spektrala hopflätningen av de bägge ljusstrålarna I1 och I2, som vid utföringsexemplet enligt fig 3 ingår som spektrala komponenter i primärljusstrålen I utsätts dessa bägge ljusstrålar mycket exakt för samma kopplingsförhàllan- den i den till mätorganet 11 gående optiska fibern, varför de ock- så får samma optiska effekt. De från mätorganet 11 via den andra optiska fibern 13 till utvärderingsanordningen 11, som kan vara integrerad i ljuskällan 14, gemensamt förda ljusstràlarna I 2, 1 och I separeras, såsom redan beskrivits i samband med fig 1, i ett fil- 458 160 terpar 18 och omvandlas av tvâ skilda detektorer 19 och 20 i elek- triska signaler S1 och S2. Förhållandet S1/S2 för detektorsigna- lerna är lika med transmissionsförhállandet T1/T2, ty de bägge ljusstrålarna började med samma effekt i fibern 12 och har bort- sett från mätorganet 11 utsatts för samma förluster och också de- tekterats med samma känslighet av detektorerna 19 och 20.

Det medelst mätanordningen 100' enligt fig 4 åskádliggorda utförandet av förfarandet enligt uppfinningen utgör såtillvida en omvändning av det närmast ovan beskrivna förfarandet som att här de bägge ljusstrålarna I1 och I2 träffar med samma effekt en mot- tagare 35 till en utvärderingsanordning 10' men därigenom kopplas med olika i motsvarighet till det inverterade värdet för det ovan beskrivna transmissionsförhållandet modifierade effekter till den från en ljustillförselanordning 14' till mätorganet 11 gående op- tiska fibern. För detta ändamål är i ljustillförselanordningen 14' anordnade tvâ skilda men i huvudsak lika ljuskällor 30 och 31, vars utgående effekter är reglerbara medelst elektroniska element 32.

Ett filterpar 18, som i detta fall jämfört med mätanordningen 100 enligt fig 3 arbetar i motsatt riktning, bortfiltrerar ljusstrålar- na I1 respektive I2 med den för dessa utmärkande, hopflätade spek- trala fördelningen av deras ljuseffekter ur den utgående ljusstrå- len från källorna 30 respektive 31 och förenar dessutom dessa ljus- strålar I] och 12, som kopplas till den optiska fibern som leder vidare från mätorganet 11. Den erforderliga likheten i effekterna från de via den andra optiska fibern 13 fràn mätorganet 11 till utvärderingsanordningen 10' tillbakaförda ljusstrålarna 11 och I2 vid utträdesänden för denna optiska fiber 13 àstadkommes nu genom att ljuskällorna 30 och 31 medelst en taktgivare 34 växelvis in- och urkopplas, varigenom de bägge ljusstrålarna I1 och I2 efter pas- sage genom hela det optiska systemet mottas av samma detektor 35.

Med samma effekt hos ljusstrålarna I1 och I2 avger denna detektor en tidsmässigt konstant utsignal.

I det fall ljuseffekterna hos de bägge ljusstrålarna I1 och Iz skulle avvika något från varandra alstrar detektorn 35 en växel- signal som efter förstärkning och synkronlikriktníng såsom en fel- signal förs till ett regleringsorgan 37 medelst en såsom en fas- _ känslig likriktare verkande förstärkare 36, och detta reglerings- organ påverkar de elektroniska styrelementen 32 och 33 på sådant 458 160 16 sätt att vid den närmast detektorn liggande utgángssidan av den op- tiska fibern 13 erhålls den erforderliga likheten i ljuseffekterna hos de bägge ljusstrålarna I1 och I2. Den ovan beskrivna påverkan av ljuskällorna 30 och 31 kan bestå av att deras utgående ljus- effekt påverkas. Det är emellertid också möjligt att inom en takt- period för taktgivaren 34, som växelvis reglerar ljuskällorna 30 och 31 till deras ljusemitterande tillstånd, ändra varaktigheten för den tid under vilken, inom en taktperiod, den ena och den andra ljuskällan 30 respektive 31 arbetar med en bestämd uteffekt. Vid denna typ av reglering av ljuskällorna 30 och 31 erhålls den er- forderliga likheten i ljuseffekterna respektive intensiteterna hos ljusstrålarna I] och I2 när de träffar detektorn 35 härigenom me- delst en variation av den inom en taktperiod fràn de enskilda ljus- källorna 30 och 31 utsända ljusenergin. Av det erhållna förhållan- det mellan de signaler som reglerar ljuskällorna 30 och 31 beträf- fande deras intensitet eller varaktigheten av deras strålningspe- rioder beräknar ett elektroniksteg 21' åter det sökta transmissions- förhàllandet É1/ïz och åstadkommer, eventuellt efter jämförelse med en förutbestämd kalibreringsfunktion, också en mätvärdesindikering med hjälp av visarinstrumentet 22. Det skall påpekas att vid det i samband med fig 4 beskrivna förfarandet sker slutligen bestämningen av värdet eller mätstorheten ur förhållandet mellan effekterna i ljusstrålarna 11 och I2 vid utgàngsänden av den optiska fibern 13, även om detta förhållande efter insvängníngen av den beskrivna reg- leringskretsen har värdet 1.

Konstruktionen av mätanordningarna 100 och 100' som en- dast antytts schematiskt i fig 3 och 4, kan i huvudsak ske efter fyra olika konstruktionsprinciper som schematiskt visas i fig 5-8 på ett för jämförelsen lämpligt sätt, och efterföljande närmare beskrivning härav sker under hänvisning till detaljerna i dessa figurer.

Det i fig 5 visade mätorganet 11 motsvarar därvid redan det som visats i fig 1, nämligen att av den via den optiska fibern 12 ankommande ljusstrålen I, vars spektrala sammansättning är bestämd av emissionskarakteristiken hos ljuskällan 14, avskiljes medelst filterparet 15 de bägge ljusstrålarna I och I 1 2, vilka-moduleras medelst mätstorheten och i stràlföreningsorganet 16 åter slås sam- 458 160 man och kopplas till den optiska fibern 13 som leder vidare till utvärderingsanordningen 10. Härvid är det väsentligt att module- ringen inverkar olika på de bägge ljusstrålarna I1 och I2. I fig 5 har detta antytts medelst ett förskjutbart dämpningsfilter 17 med lokalt beroende transmission, en s k gràkil. Alternativt till det- ta skulle också en tvärs mot ljusets utbredningsriktning förskjut- bar bländare kunna vara anordnad eller utnyttjas något annat av de kända förfarandena för försvagning av ljuseffekten. Medan vid mät- organet 11 enligt fig 5 endast en av mätstorheten beroende modu- lering utförs av den ena ljusstràlen I1 är det i praktiken mer för- delaktigt att ocksà modulera den andra ljusstràlen Iz, dock i mot- satt riktning mot moduleringen av ljusstràlen I1, dvs så att en av- tagande intensitet hos ljusstrálen I, är förbunden med en ökning av intensiteten hos ljusstrålen I2. Den för en sádan modulering av de bägge ljusstràlarna I1 och I2 i mätorganet 11 erforderliga se- pareringen av dessa har i fig 5 schematiskt antytts som en verklig separering i rummet.

Det är emellertid uppenbart att också andra typer av se- parering av tvâ ljusstrâlar kan utnyttjas, nämligen exempelvis en separering beträffande utbredningsriktningen för ljusstrålarna I] och 12 eller beträffande olika polarisationstillstånd hos dessa.

I bägge de sistnämnda fallen är det möjligt att på fördelaktigt sätt låta bägge ljusstrålarna I1 och I2 flyta i huvudsak inuti sam- ma tvärsnitt i rymden, vilket ger en särskilt god likhet hos alla genom exempelvis bländarkanter eller spridningsreflektioner betingade förluster.

Såsom stràlföreningselement 16 kan användas många olika och för fackmannen välkända anordningar som eljest utnyttjas såsom med vågfront- eller amplituddelning arbetande stråldelningsanord- ningar, exempelvis fiberoptiska Y-kopplare, partiellt genomsläpp- liga speglar eller liknande. I det fall de delljusstrålar I1 och Iz som skall förenas, dvs kopplas till den optiska fibern 13, skil- jer sig beträffande deras polarisering, kan också en polarisations- analysator tjäna som strålföreningselement 16 om den låter ett mel- lan polarisationstillstánden för ljusstrålarna I1 och I2 liggande polarisationstillstànd passera. 458 160 18 Vid den i fig 6 visade modifikationen av ett inom ramen för en mätanordning 100 respektive 100', såsom visas i fig 3 respekti- ve 4, användbart mätorgan 11 är till skillnad från mätorganet en- ligt fig 5, vid vilket användes en fast strålföreníngsanordning och en från denna separat anordnad modulator 17, anordnad en av mätstorheten x reglerbar strålföreningsanordning 16, som här upp- fyller bägge funktionerna, nämligen modulering och strålförening.

Beroende på värdet av mätstorheten x kopplar modulatorn 16 i mät- organet 11 enligt fig 6 en mer eller mindre stor andel av effekten i ljusstrålen I] och en därtill komplementär del av effekten hos ljusstrålen 12 in i den till utvärderingsanordningen 10 gående op- tiska fibern. Denna typ av strålförening i kombination med motsatt riktad modulering av intensiteterna hos ljusstrålarna I1 och Iz kan exempelvis åstadkommas medelst en rörligt anordnad lins eller - i fallet med olika polarisationer hos ljusstrâlarna I1 och I2 medelst en i beroende av mätstorheten x omställbar polarisations- analysator.

I fig 7 och 8 har visats ytterligare fördelaktiga utform- níngar av mätorgan 11, som åstadkommer de för kodningen av mätstor- heten x nödvändiga, karakteristiska och olika modulationerna, dvs relativa ändringarna, i intensiteterna i delljusstràlarna I1 och I2. Därvid bildasdet i fig 7 visade mätorganet 11 ur det enligt fig 5, nämligen helt enkelt genom utbyte av ordningsföljden hos filterparet 15 och strålföreningsanordningen 16 beträffande ut- bredningsriktningen för delljusstrálarna, varvid i det senare fal- let det enligt fíg 5 såsom stràlföreningsanordning verkande ele- mentet 16 nu verkar såsom stråldelningselement (fíg 7).

Detsamma gäller principiellt också för den i fig 8 visade utformningen av ett ytterligare mätorgan 11, som erhålls ur det enligt fig 6 genom motsvarande utbyte av de i utbredningsriktningen för ljusstràlarna sett efter varandra följande optiska elementen 16, dvs den av mätstorheten reglerbara stråldelningsanordningen, och filterparet 15, varvid i detta fall filterparet 15 i sin tur arbetar som strålföreníngselement.

För närmare förklaring av användbara modulationsförfaranden häávisas till ae enskilda detaljerna i fig 9 och 10. i vilka schcmatiskt visats hur genom förskjutningen av en bländare 51 de bägge delljusstrålarna I] och 12 kan moduleras i motsatta skall också 458 160 riktningar beträffande sina effekter.

Enligt fig 9 riktas den via den optiska fibern 12 inkom- mande ljusstrálen I.exempelvis medelst en kollimeringslins 54, mot ett filterpar 15, som består av två interferensfilter 52 och 53, vilka är av typen Fabry-Pérot-interferometer. Dessa interferens- filter 52 och 53, som vardera har en transmissionskarakteristik med i frekvensskalan ekvidistant anordnade, smalbandiga genom- släppningsomràden, utfiltrerar ljusstrâlarna II och I2 med den en- ligt uppfinningen utnyttjade smalbandiga linjeformiga spektrala strukturen, som vid det förklarande exemplet enligt fig 9 löper bredvid varandra i två i rummet skilda områden. Bländaren 51 av- skärmar av de bägge ljusstrålarna I] och Iz, såsom synes i fig 9, beroende på sitt läge mer eller mindre stora partier av strålgenom- strömningstvärsnittet. Vid en förskjutning av bländaren 51 i be- roende av mätstorheten x tvärs mot utbredningsriktningen för del- ljusstràlarna I] och 12 ökar den genomsläppta andelen av ljusstrå- len I1, medan den av delljusstrålen 12 vidareförda andelen minskas.

Det är uppenbart att den i ritningens plan-uppmätta bredden av bländaren 51 måste väljas på lämpligt sätt med hänsyn härtill och lämpligen lika med den tvärs mot utbredningsriktningen uppmätta "bredden" av ljusgenomströmningstvärsnittet hos vardera delljus- strålen I1 och I2. Återföreningen av de bägge genomsläppta ande- larna av delljusstrálarna I1_och I2 som medelst interferensfiltren 52 och 53 bibringas den inbördes i varandra hopflätade smalbandi- ga linjeformiga spektrala strukturen, uppnås medelst en samlings- lins 55, som fokuserar de bägge delljusstrálarna I1 och I2 eller deras av bländaren 51 icke avskärmade andelar på den mot mätor- ganet vända ingångssidan av den till utvärderingsanordningen 10 gående optiska fibern 13 och inför den i denna. En fördel med den- na samtidiga motriktade modulering av delljusstrålarna IT och Iz ligger i att därigenom ändras det för utvärderingen utnyttjade effektförhållandet I1/I2 i beroende av förskjutníngssträckan för bländaren 51 dubbelt sà snabbt som om man endast skulle modulera en av de bägge delljusstrálarna I1 och I2.

Också vid den i fig 10 visade utformningen av ett mätor- gan 11 utnyttjas den redan i samband med fig 9 förklarade grund- principenrmﬁ en modulering av spektralt hopflätade delljusstrålar 11' och I2' med hjälp av en i tvärriktningen förskjutbar bländare 458 160 51', varvid den spektrala sammansättningen hos dessa delljusstrå- lar 11' och I2' i sin tur är bestämd medelst interferensfilter 52' och 53', som vart och ett har den för en Fabry-Pérot-interferometer karakteristiska uppbyggnaden.

I den i strålens utbredningsriktning tvärgående X-ríkt- ningen sett är vid mätorganet eller sensorn 11 ret 52' av ett slag och interferensfiltret S3' anordnade bredvid varandra i växelvis ordning. mer sålunda en rymdmässígt hopflätad anordning ren 52' och 53', varvid interferensfiltren 52' enligt fig 10 filt- av ett annat slag, Härigenom uppkom- av interferensfilt- har samma trans- missionskarakteristik medelst vilken den spektrala sammansättningen hos den av filtren 52' genomsläppta delljusstrålarna I1' är be- stämd, och filtren 53' har i sin tur samma genomsläppningskarak- teristik, medelst vilken den spektrala sammansättningen hos del- ljusstràlarna Iz' är bestämd, som i sin tur har samma rymdmässigt "hopflätade" fördelning, som interferensfiltret 52' i förhållande till interferensfiltret 53'- Såsom vid utföringsexemplet enligt fig 9 är också vid utföringsexemplet enligt fig 10 de till sin verkan som helhet mot ett filterpar 15 svarande interferensfiltren 52' och 53' anordnade mellan en kollimeringslins 54 och en sam- lingslins 55, som tjänar som strålföreningselement. Mätorganet 11 enligt fig 10 har den fördelen att en eventuell justering av kol- limeringslinsen 54 icke kan åstadkomma någon störande olikhet i belysningen av interferensfiltren 52' och 53', vars inverkan icke skulle kunna särskiljas från en ändring i mätstorheten. Om såsom schematiskt antytts i fig 10 delfiltren 52' och 53' har en smal- bandformig struktur eller är utformade sektorliknande och sett i riktningaiför dﬂïoptiska axeln 41 för mätorganet 11 är hopfläta- de i azimutal riktning på sådant sätt att alltid ett större antal (i ett typiskt fall icke mindre än 5) delfilter 52' respektive 53' av varje sort belyses, så minskar man kraftigt den störande inver- kan av en eventuell justering. En särskild fördel hos den under hänvisning till fig 10 förklarade hopflätade anordningen av del- filtren 52' och 53' är det enklare sättet för framställningen av en sådan filteranordning 52', 53'. I Om endast två interferensfilter 52 och 53 utnyttjas, såsom- visas i fig 9, så måste dessa vara så tillverkade att transmis- sionsmaxima för det ena filtret S2, som bestämmer det spektrala 458 160 läget av linjerna i ljusstrálen 11, sammanfaller med transmissions- minima hos det andra ínterferensfiltret 53, såsom visas i fig 2 (b).

För att dessa betingelser skall vara tillräckligt väl uppfyllda över hela spektralområdet BV för ljuskällan är det nödvändigt att interferensordningarna hos delfiltren 52 och 53 vid en optisk me- delfrekvens'V O skiljer sig en halv ordning eller potens eller en udda multipel av en halv interferensordning. Vid separat framställ- ning av sådana delfilter 52 och 53 kräver emellertid uppfyllandet av detta villkor en mycket noggrann kontroll av reflektoravstànden hos interferensfiltren 52 och 53.

Till skillnad mot detta kan den enligt fig 10 utformade hopflätade anordningen av delfiltren 52' och 53' förverkligas på enkelt sätt genom att filtren 52' och 53' bildas av två parallellt anordnade och partiellt genomsläppliga reflektorer 42 och 43, var- vid åtminstone en av de bägge reflektorerna, i fig 10 reflektorn 43, på bandformiga avsnitt av sin reflekterade yta reflekterar ljus med en annan reflektionsfas än i mellanliggande bandformiga partier. Detta kan exempelvis uppnås genom att före påläggningen av det partiellt genomsläppliga reflektionsskiktet, som täcker hela den reflekterande ytan, t ex hos reflektorn 43, inetsas i dettas reflektíonsskiktet bärande yta band med ett djup av 7\O/4 (eller en udda multipel därav). Därvid är Äo den mot den optiska medel- frekvensen'V O enligt fig 2 svarande våglängden. En annan med detta ekvivalent möjlighet ligger i att man efter påförandet av reflektionsskiktet belägger bandformiga avsnitt av reflektorytan med ett transparent skikt med tjockleken 0,25 Ä O/(n-1), varvid n betecknar brytningsindex för detta skikt och uttrycket (n-1) den optiska fördröjningen av ljuset i de pålagda bandavsnitten rela- tivt de mellanliggande obelagda bandavsnitten. Dessa nämnda möj- ligheter för modifiering av reflektionsfaserna, med vilka ljus reflekteras vid de respektive olika bandformiga områdena, gäller för det fallet att de substrat, som uppbär reflektionsskikten, är anordnade utanför resonansvolymen för Fabry-Pérot-interferens- filtren, dvs att reflektionsskíkten är anordnade vid de mot va- randra vända insidorna av reflektorerna 42 och 43. Modifieringar, vilka erfordras i det fall att reflektionsskikten är anordnade vid. de varandra motsatta utsidorna av en transparent bärare, t ex ett 458 160 22 av kvartsglas bestående substrat, som uppfyller resonansvolymerna hos de enskilda delfiltren 52' och 53', anses ligga inom ramen för det normala fackmannamässiga kunnandet. Vid mätorganet 11 enligt fig 10 är delfiltret 52' bildat av det såsom upphöjt inritade rems- formiga partiet 44 hos den ena reflektorn 43 och det mot detta motsatt belägna delområdet av reflektorn 42 med plant reflektions- skikt, medan delfiltret 53' är bildat medelst de mellan de upphöj- da remsformiga partierna 44 anordnade, tillbakadragna remsformiga partierna 46 och de däremot belägna ytområdena hos det plana reflek- tionsskiktet på reflektorn 42. Den sammanlagda kombinationen av delfíltret 52' till mätorganet 11 enligt fig 10 motsvarar till sin verkan den hos filtret 52 enligt fig 9.

Detsamma gäller principiellt med avseende på kombinationen av delfiltret 53' enligt fig 10 och filtret 53 enligt fig 9.

På samma sätt motsvarar totalvärdet av delljusstràlarna I1', vars spektrala sammansättning är bestämd av delfiltren 52', delljusstrålen I] och totalvärdet av delljusstrålarna I2', vars spektrala sammansättning är bestämd av delfiltren 53', delljusstrå- len Iz, vars spektrala sammansättning är bestämd av filtret 53 i mätorganet 11 enligt fig 9. I motsvarighet till den bandformiga strukturen hos filteranordningen 52', 53' hos mätorganet 11 en- ligt fig 10 är också för dennas i tvärriktníng förskjutbara blän- dare 51' anordnad en bandformig gallerkonstruktion med omväxlande opaka band 47 och transparenta band 48- Den enligt fig 10 avsedda typen av modulering av delljusstrålarna I1' och I2' lämpar sig särskilt för mätorgan som primärt registrerar en geometrisk för- skjutning i X-riktningen. Vid ett sektorformigt utförande av del- filtren 52' och 53' och azimutal gruppering av dessa kring den centrala längdaxeln 41 till mätorganet 11 och en motsvarande sek- torliknande utformning och anordning av de opaka och genomsläpp- liga områdena av bländaren 51' samt vridbar anordning av dessa kring längdaxeln 41 kan man registrera en vridningsvinkel med ett sådant mätorgan. Sådana mätorgan kan på känt sätt också utnyttjas för detektering av andra fysikaliska mätstorheter. Om sålunda t ex vid mätorganet 11 enligt fig 10 den tvärriktade förskjutningen av bländaren 51' sker mot verkan av àterställningskraften'från en linjär fjäder så lämpar sig mätorganet 11 enligt fig 10 såsom ett 458 160 23 kraftmätorgan. Om vridningsrörelsen av en sektorformigt utförd bländare vid ett mätorgan med sektorformigt utförda interferens- filter sker mot áterställningskraften från en torsionsfjäder så kan en sådan för detekteringen av en vridningsvinkel primärt avsedd gi- vare också användas som vridmomentgivare.

Talrika givare för andra storheter såsom temperatur, tryck, elektriska eller magnetiska fält etc kan pà motsvarande sätt åstadkommas genom användning av töjningsgivare, membraner eller piezoelektriska eller magnetostriktiva kroppar, vars mot mätstor- heten proportionella deformation utnyttjas för styrning av blän- darens förflyttning.

Vid det i fig 11 visade mätorganet 11 är ett funktionellt mot de ovan beskrivna filterparen 15 med delfiltren 52 och 53 respektive 52' och 53' svarande filterpar 15' åstadkommet med hjälp av ett enda konstruktionselement, vilket är utfört såsom ett interferensfilter av samma typ som en Fabry-Pérot-interfero- meter. Detta interferensfilter 15' är anordnat såsom interferens- filterparet 15, 52, 53 enligt fig 9 och interferensfilterkombi- nationen 52', 53' enligt fig 10 mellan en kollimatorlins 54 och en samlingslins 55. De resonatorrummet 62 begränsande, delvis ge- nomsläppliga reflektorerna 63 och 64 har plana reflektionsytor 66 respektive 67. Det mellan dessa reflektionsytor 66 och 67 befint- liga resonatorrummet är fyllt med en skivformig kropp av ett transparent, dubbelbrytande material. Tjockleken hos den dubbel- brytande kroppen, vilken tjocklek bestämmer avståndet mellan reflektionsytorna 66 och 67 i ljusutbredningsriktningen 41, är så vald att för två mot varandra vinkelräta polarisationstillstånd hos en genom den dubbelbrytande kroppen 68 passerande ljusstråle er- hålls en fördröjning i dennas ena polarisationstillstånd av omkring en kvarts våglängd relativt det andra av de bägge polarisations- tillstànden. Den på detta sätt dimensionerade dubbelbrytande kroppen bildar därigenom en s k kvartsvàglängdsskiva. Detta med- för att av denna kropp 68 och de utanför denna anordnade reflek- tíonsskikten 66 och 67 bildas ett ínterferensfilter, vars trans- missionsegenskaper för tvâ ortogonala polarisationstillstànd skiljer sig just en halv ordning såsom visas i fig 2(b). Det är uppenbart att i stället för en dubbelbrytande kropp 68 som åstad- kommer en fördröjning av en kvarts váglängd mellan ortogonala po- 458 160 24 larisatíonstillstând, kan också utnyttjas en dubbelbrytande kropp som åstadkommer en fördröjning vilken motsvarar en udda multipel av en kvarts våglängd.

Den så långt beskrivna kombinationen av två Fabry-Pérot- interferensfilter till ett enda med ortogonala polarisationsegen- tillstànd kan uppnås såväl med linjär som med cirkulär dubbel- brytning i den resonatorrummet 62 uppfyllande dubbelbrytande krop- pen 68, varvid egentillstànden motsvarar dessa polarisationer. Det ur praktisk synpunkt särskilt enkla fallet med linjärt polarí- serade egentíllstànd kan också uppnås utan användning av dubbel- brytande material, nämligen därigenom att åtminstone en av reflek- torerna 63 och/eller 64 hos interferensfiltret 15' är så utformad att reflektionsfasen blir polarisatíonsberoende vid vinkelrätt ljus- infall. Detta kan exempelvis möjliggöras genom att på denna reflek- tor pålägges ett dielektriskt eller metalliskt streckmönster i relief, vars mönsterperiod är mindre än de för mätvärdesöverfö- ringen utnyttjade ljusvàglängderna. Modulationsdjupet och perio- diciteten för sådana streckmönster måste väljas så att skillnaden i reflektionsfaser för ljus, som är parallellt respektive vinkel- rätt polariserat mot mönsterstrecken, uppgår till sammanlagt 1800, för att man skall tillförsäkra en förskjutning av de för de bägge polarisationstillstånden verksamma transmissionsegenskaperna en halv interferensordning. Om bägge reflektorerna 63 och 64 hos in- terferensfiltret 15' är försedda med sådana streckmönster så kan dessa vara så utförda att vart och ett av dessa mönster bidrar med exempelvis 9o° till skillnaden 1 refiektionsfas.

För den fortsatta förklaringen av den typ av modulering som kan genomföras med hjälp av mätorganet 11 enligt fig 11 skall antas att interferensfiltret 15' har två egentillstånd av linjär polarisation, vars svängningsriktningar är orienterade parallellt och vinkelrätt mot ritningens plan. På grund härav är då också de från detta filter 15* utgående delljusstrâlarna I1 och I2 po- lariserade linjärt och parallellt med dessa riktningar men är där- emot icke skilda i rummet utan utbreder sig i samma rymdavsnitt och i samma riktning. För inbördes motriktad modulering av dessa delljusstrålar I] och 12 är anordnad en linjär polarisationsana- lysator 60, som är belägen mellan ínterferensfiltret 15' och sam- *êä 458 160 lingslinsen 55 till mätorganet 11. Om denna polarisator är in- ställd på en azimutüímed avseende pá ritningens plan så tillåter den passage av endast andelarna coszüï respektive sinzßf av de bägge delljusstràlarna I1 och I2 och kodar härigenom sin azimutala vinkelinställning i styrkeförhállandet mellan dessa ljusstrálar.

Det i fig 11 visade mätorganet är därför särskilt lämpat för en fíberoptisk vinkelmätning. Mätning av talrika andra fysikaliska storheter kan, såsom redan nämnts, åstadkommas genom kombination med omvandlingsorgan pàverkbara i beroende av mätstorheten.

Det i fig 12 visade mätorganet lämpar sig särskilt för mätning av krafter. Det skiljer sig från mätorganet enligt fig 11 i huvudsak genom att mellan interferensfiltret 15' och analysatorn 60 är anordnat ett spänningsoptiskt element 61, som genom pâver- kan av en kraft med bestämd angreppsriktning blir dubbelbrytande.

Kraftens angreppsriktning och anordnandet av detta spänningsop- tiska element 61 väljs företrädesvis så att huvudaxlarna för dub- belbrytningen under inverkan av kraften har azimuter av:t45°, varvid analysatorn lämpligen förblir fast inställd på azimuten10<= O.

Om den elasto-optiska kroppen 61 i avsaknad av kraftpàverkan är fri från dubbelbrytning så påverkar den icke de bägge ortogonalt polariserade ljusstrålarna, vilket medför att den ena delljus- strålen I1 andra delljusstrålen I2 helt-hindras att passera. Om en kraft P kan passera genom analysatorn 60 oförsvagad, medan den verkar i riktningen för pilen 69 på elasto-optiska kroppen 61 blir därigenom de bägge delljusstrålarna I1 och I2 mer eller mindre elliptiskt polariserade med följd att analysatorn 60 i ökande grad försvagar den ena delljusstrålen I1 men i ökande utsträck- ning làter den andra delljusstrålen I2 passera. Om kraften uppnår en sådan storlek att retarderingen i den elasto-optiska kroppen 61 får värdet TT, så hindras delljusstrålen I1 helt från att passera medan delljusstràlen I2 släpps igenom helt och hållet. Mätorganet 11 enligt fig 12 är sålunda lämpat för att koda en kraft P i för- hàllandet av styrkorna hos delljusstràlarna I1 och I2 med olika polarisation.

Vid de ovan under hänvisning till fig 3 och 4 beskrivna alternativa typerna av mätanordningar 100 respektive 100' inom ramen för vilka - beroende på användningsändamålen för dessa mät- 458 160 26 anordningar - kan användas de med hänvisning till fig 5-12 beskriv- na mätorganen 11, bringas dessa mätorgan att arbeta i transmis- sion vilket i praktiken medför att en första optisk fiber 12 måste förefinnas, via vilken de utgående ljusstrálarna från en ljuskälla 14 eller ett ljustillförselaggregat 18, 30, 31 kan fö- ras till mätorganet 11, liksom en andra optisk fiber 13, via vil- ken delljusstrålar I1 och I2 med bestämd, olika spektral samman- sättning, vars intensitets- eller styrkeförhållande I1/I2 inne- håller mätvärdesinformationen, kan föras till ett utvärderings- steg 10 respektive 10' för deras indikering uttryckt i enheter av mätstorheten.

Alternativt till sådana mätanordningar 100, 100' kan ock- så mätanordningar 110, 110' utnyttjas som anordningar för utfö- rande av förfarandet enligt uppfinningen, vilka till sin prin- cipiella uppbyggnad visats i fig 13 och 14 och har mätorgan 111 vilka kan arbeta i reflektionstillstånd och vilka kan åstadkom- mas med i fig 15-20 visade utformningar och funktionella egenska- per.

I den mån i fig 13-20 används hänvisningsbeteckningar är dessa identiska med de vilka används i samband med fig 1-12 och därvid skall också samtidigt för att undvika upprepningar hänvisas till de beskrivningsdelar som hör till dessa identiska element i fig 1-12, varför beskrivningen av den i fig 13 och 14 visade mätan- ordningen 110 respektive 110' liksom de i fig 15-20 visade mät- organen 111 i huvudsak kan inskränkas till funktionella egenska- per hos de visade anordningarna och till en jämförelse av dessa med de ovan beskrivna och funktionellt analoga anordníngarna. Till skillnad från de i fig 3 och 4 visade mätanordningarna 100, 100', som dels mellan ljuskällan 14 respektive ljustillförselaggregatet 18, 31, 30 och dels det aktuella mätorganet 11 har ínkopplíngssnitts- ställen, såsom vilka exempelvis den mot mätorganet vända änden av den första optiska fibern 12 kan uppfattas, och vid vilka mellan det aktuella mätorganet 11 och utvärderíngsanordningen 10 respek- tive 10' finns ett ytterligare och sàsom urkopplingssnittsställe be- tecknat optiskt snitt, såsom vilket exempelvis den från det ak- tuella mätorganet vända änden av den andra, från detta organ till utvärderingsanordningen 10 respektive 10' gående optiska fibern 458 160 27 13 kan uppfattas, är vid de i fig 13 och 14 visade mätanordningar- na 110, 110' mellan ljuskällan 14 enligt fig 13 respektive ljus- tillförselanordningen 18, 30, 31 enligt fig 14 och det aktuella mätorganet 111 liksom mellan detta och utvärderingsanordningen 10 respektive 10' endast ett gemensamt optiskt in- och urkopp- língssnittsställe anordnat, som i detta fall är bildat av den från det respektive som reflektionsenhet utförda mätorganet 111 vända änden 103 av en enda optisk fiber 112, via vilken såväl ljus kan ínkopplas i det aktuella mätorganet 111 som också kan urkopp- las de från detta tillbakareflekterade, íntensitetsmodulerade del- ljusströmmarna I1 och I2 till utvärderingsanordningen 10 respek- tive 10'.

För optisk "särskiljning" av de på detta sätt sammanfal- lande inkopplings- och urkopplingssnittsställena är på i och för sig känt sätt anordnad en partiellt genomsläpplig spegel 23, me- delst vilken i det i fig 13 visade fallet en från ljuskällan 14 utgående primär ljusstrâle I kan - delvis - passera och inkopp- las i den optiska fibern 112 och medelst vilken vid fiberänden 113 i riktning från mätorganet 111 ankommande delljusstràlar I och I 1 2' nen är kodad, omlänkas i riktning mot utvärderingsanordningen 10. i vilkas intensitetsförhållanden mätvärdesinformatio- Vid det i fig 14 visade utföríngsexemplet omlänkas från ljustillförselanordningen 18, 30 , 31 utgående, spektralt samman- flätade delljusstràlar genom den delvis genomsläppliga spegeln 23 till den i direkt anslutning därtill liggande fiberänden 113 och ínkopplas i den optiska fibern 112, medan från det aktuella mät- organet 111 utgående delljusstràlar I1 och I2, i vilkas intensi- tetsförhållande mätvärdesinformationen är kodad, kan passera ge- nom den delvis genomsläppliga spegeln 23 och träffa detektorn 35 till utvärderingsanordníngen 10“.

Därmed är det bortsett från speciella utformningar av de reflektionsenheter som bildar de aktuella mätorganet 111 slut på konstruktiva skillnader hos mätanordningarna 110 och 110' enligt fig 13 och 14 jämfört med de funktionsanaloga mätanordningarna 100 respektive 100' enligt fig 3 och 4. Särskilt kan de inom ramen för mätanordningarna 110 och 110' anordnade utvärderíngsanord- ningarna 10 respektive 10' ha samma uppbyggnad som de vilka be- skrivits i samband med fig 3 och 4. 458 160 28 Den fortsatta beskrivningen kan därför inskrânkas till de speciella utföringsformerna av mätorganen 111 som framgår när- ' mare av fig 15-20. Vid det i fig 15 visade mätorganet tjänar det som helhet med 15 betecknade filterparet både till spektral upp- delning av en exempelvis från en ljuskälla 14 utsänd primärljus- strále I i två spektralt hopflätade delljusstràlar I1 och I lik- 2 som också till dessas återförening sedan delljusstrålarna I 1 och Iz vid till var och en av dessa hörande reflektorer 114 och 116 áterkastats i sig själva och åtminstone den ena av de bägge del- ljusstràlarna, exempelvis strålen I1, underkastats en mot mät- storheten x svarande modulering av styrkan eller intensiteten, exempelvis medelst en gråkil 17 eller en bländare. Mätorganet 111 är i stort sett analogt med det i samband med fig 7 visade mät- organet 11 beträffande uppbyggnaden och funktionen.

Det i fig 16 visade mätorganet 111 kan till sin uppbygg- nad och funktion jämföras med de i fig 6 eller 8 visade mätor- ganen 11 för transmissionsdrift. En moduleringsanordning 16 reg- 3 lerar i beroende av mätstorheten x uppdelningen av en primärljus- stràle I i delljusstràlar I' och I". Dessa passerar var och en tvâ gånger, dvs en gång i riktning framàt och en gäng i rikt- ning bakåt, ett transmissionsfilterpar 15, vars gemensamma skän- kel 117, i vilken delljusstrálarna I1 och I2 utbreder sig med spektralt hopflätad sammanläggning, slutar i en reflektor 118.

De enligt fig 16 "övre" och "undre", till modulatorn 16 återgàende ljusstrålarna I1 och I2 har då alternativt de av de enskilda filtren i filterparet 15 definierade, i frekvensskalan i varandra hopflätade spektrala sammansättningarna. I modulatorn 16 förenas dessa ljusstrålar Il och I2 åter med varandra i mot- svarighet till delningsförhâllandet hos denna modulator och in- kopplas i den optiska fibern 112.

Det i fig 17 visade mätorganet 111 svarar konstruktivt och funktionellt till största delen mot det enligt fig 16 varvid emellertid till skillnad från denna separata filter 119 och 121 är anordnade i stället för ett filterpar 15 med en gemensam skän- kel 117, och dessa separata filter 119 och 121 ger de i riktning mot modulatorn 16 tillbakakastade delljusstrålarna 1] och I2 de nämnda, hopflätade spektrala sammansättningarna, varvid dessa se- 458 160 parata filter 119 var för sig kan sluta i en med det aktuella filtret integrerad reflektor 114' respektive 116'.

I fig 18 visas en särskild utformning av ett mätorgan 111, som till sin principiella uppbyggnad svarar mot den i fig 17 visade konstruktions- och funktionsprincipen. En från den optis- ka fibern 112 i mätorganet 111 enligt fig 18 inkopplad primärljus- stråle I kollimeras medelst linsen 54. En i beroende av mätstor- heten x tvärs mot den optiska axeln 41 för mätorganet 111 för- skjutbar spalt- eller hålbländare 122 ger en i beroende av mät- storheten x motriktad variation av styrkorna eller intensiteter- na hos de ljusstrålar som enligt fig 18 utbreder sig i de "övre" och "undre" områdena av ljusflödestvärsnittet. Vart och ett av dessa delområden är försett med ett reflektíonsfilter 119 res- pektíve 121 som reflekterar tillbaka den ínfallande ljusstrålen i sig själv. vid det visade speciella utföringsexemplet är ref- lektionsfiltren 119 och 121 utformade som Bragg-reflektorer av högre ordning. En sådan reflektor består av ett större antal (minst fem, eventuellt emellertid 20 eller fler) svagt reflek- terande delreflektorer 123 respektive 124, som i utbredningsrikt- ningen för det infallande ljuset räknat är anordnade med lika av- stånd d] respektive dz efter varandra. Om avståndet mellan des- sa reflektorer, exempelvis reflektorerna 123, har värdet d1 och brytningsindex för mediet mellan dessa reflektorer 123 har värdet nï, så uppgår avståndet¿¥V mellan spektralt intilliggande reflek- tionsmaxima (jämför fig 2) varvid A\)är uttryckt i vågtalet (cm_1). Den erforderliga spek- trala hopflätningen av de av reflektionsfiltren 119 och 121 tillbakakastade delljusstrålarna I1 och I2 uppnås därigenom att, vid lika värden för brytningsindices för de mellan reflektorerna 123, 124 till reflektionsfiltren 119 och 121 anordnade medierna, avstànden dï mellan delreflektorerna 123 hos det ena reflektions- filtret 119 har ett annat värde än avstånden d2 mellan delreflek- torerna 124 hos det andra reflektionsfiltret.

Det är uppenbart att det också är möjligt att uppnå de 458 160 30 önskade olika reflektionsegenskaperna hos de bägge reflektions- filtren 119 och 121 genom att med lika reflektoravstànd d1 och d2 ha olika brytningsindex n1 och n2 hos de mellan reflektorerna 123 respektive 124 anordnade medierna.

Också vid det i fig 19 visade och som reflektionsenhet verkande mätorganet 111 omvandlas en från den optiska fíbern 112 inkopplad primärljusstråle I medelst en kollimeringslins 54 i ett parallellt strålknippe, som medelst ett som Bragg-reflektor ut- format reflektionsfilter 126 tillbakakastas i sig själv. Delref- lektorerna 127 hos detta reflektionsfilter är framställda av ett dubbelbrytande material så att ljus med linjär polarisation pa- rallellt och vinkelrätt mot ritningens plan "ser" olika bryt- níngsindices och de genom olika polarisationstillstånd karakte- riserade och av reflektionsfiltret 126 tillbakakastade delljus- strålarna I] och I2 därmed får den erforderliga och i frekvens- skalan hopflätade spektrala sammansättningen. Mellan reflektions- filtret 126 och kollimeringslinsen 54 är anordnad en i beroende av mätstorheten kring en central axel 41 vridbar polarisator 128, som bestämmer transmissionsförhållandet för den genomsläppta an- delen med olika polarisation, varvid det azimutala läget av den- na polarisator 128 är varierbar i proportion till mätstorheten x.

Mätorganet 111 är till sin funktion analogt med det i fig 11 visade polarisationsoptiska mätorganet 11.

Det i fig 20 visade mätorganet 111 skiljer sig fràn det enligt fig 19 endast därigenom att polarísatorn 128 har en förut- bestämd azimutal inställning (exempelvis 450 i förhållande till ritningens plan) och att mellan polarisatorn 128 och det även här såsom Bragg-reflektor utformade reflektionsfiltret är anordnad en elasto-optisk kropp 129, som åstadkommer en mot mätstorheten proportionell dubbelbrytning och därigenom ger en modulering av polariseringen av det av polarisatorn 128 genomsläppta ljuset.

Det är därvid uppenbart att med den förutbestämda orienteringen av polarisatorn 128 måste också den optiska axeln för reflektions- filtret 126 gå i en vinkel av 450 mot ritningens plan. Mätorganet 111 enligt fig 20 är ur funktionell synpunkt analogt med det en- ligt fig 12 och särskilt lämpat för detektering av ett tryck som ver- kar på den elasto-optiska kroppen 129. 458 160 31 Återstår endast att nämna att de beskrivna förfarandena och anordningsvarianterna av en fackman kan kombineras, ändras och eventuellt förfinas på en mångfald olika sätt. Exempelvis kan de i samband med fig 9-12 beskrivna varianterna för filtrering i mätorganet användas direkt för filtrering i utvärderingsanord- ningen om man i stället för bländare utnyttjar på motsvarande sätt anordnade, stràlavlänkande element såsom speglar eller prismor eller i stället för polarisationsanalysatorer 60 i mätorganen en- ligt fig 11 och 12 utnyttjar Wollaston-prismor eller andra pola- risatorer med tvà utgångsstrålar. I stället för det som exempel behandlade, enkla interferensfiltret kan det vidare vara lämp- ligt att under undertryckande av en eventuellt störande inbördes påverkan mellan delljusstràlarna 11 och I2 anordna tvâ eller fle- ra av dessa interferensfilter efter varandra eller också utnyttja sådana interferensfilter som har tvá eller flera via genomsläpp- líga reflektionsskikt kopplade resonansvolymer. Sådana filterkom- binationer har relativt sett bredare transmissionsmaxíma och dju- pare -minima.

Claims

458 160 32 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för fiberoptisk spektralkodad överföring av värdet av en variabel fysikalisk mätstorhet från ett för mätstor- heten känsligt mätorgan till en utvärderingsanordning, vilken som utsignaler alstrar för mätstorheten utmärkande indikerinqssigna- ler eller för vidare bearbetning lämpade signaler, varvid. ljus- styrkan hos en första ljusstrâle, som medelst mätorganet under- kastas en styrkemodulering, vilken står i monotont samband med ändringar hos mätstorheten, jämförs med ljusstyrkan hos en andra, som referensstràle utnyttjad ljusstràle med hjälp av utvärde- ringsanordningen och därur alstras den nämnda utsignalen som en för styrkeförhállandet mellan de båda ljusstràlarna utmärkande signal,varvid de bägge ljusstrålarna förs till utvärderingsanord- ningen från mätorganet medelst en fiberoptisk anordning, k ä n - n e t e c k n a t a v att de bägge ljusstràlarna (13; 112), som bildar stràlgången från mätorganet (11; 111) till utvärderings- anordningen (10), förs till den sistnämnda, att de bägge delstrá- larna (I1, Iz) alstras med en olikartad, smalbandig eller linjeliknande form hos den spektrala fördelningen i deras ljus- styrka pà sådant sätt att en linje hos den ena ljusstrâlen ligger spektralt mellan tvâ linjer hos den andra ljusstrålen och därige- nom åstadkommes en spektral hopflätning av de bägge ljusstrálar- na (I1, Iz), varvid det spektrala avståndet mellan en linje hos den ena ljusstràlen och en spektralt närliggande linje hos den andra ljusstràlen är större än linjebredden (ÅXJ) hos dessa spek- trala komponenter i de bägge delstrålarna, och att styrkorna hos de spektralt i varandra hopflätade ljussträlarna (I1, 12) beträf- fande den i utvärderingsanordningen (10) utförda styrkejämförel- sen uppmäts spektralt skilda från varandra medelst på de specifi- ka spektrala fördelningarna av de båda ljusstràlarna selektivt inställda filteranordningar (15, 18; 15'; 119, 121; 126).

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att den ena ljusstrálen innefattar ett jämnt antal spektrallinjer och den andra ljusstràlen ett udda antal spektral- linjer, som bidrar i nämnvärd utsträckning till totaleffekten hos dessa ljusstràlar, varvid en spektrallinje hos den ena ljus- stràlen ligger spektralt mellan tvà linjer i den andra ljusstrá- len. 458 160

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att de bägge ljusstrålarna härstammar från samma ljuskälla (14), att dessa ljusstrålar åtskiljs i utvärde- ringsanordningen (10) medelst spektralfilter (18) och förs till två detektorer (19, 20), och att värdet av mätstorheten bestäms ur förhållandet mellan utsignalerna från de bägge detektorerna (19, 20).

4. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att de bägge ljusstrålarna (I1, I2) alstras medelst en i en ljustillförselanordning anordnad ljuskälla (30, 31) och till var och en av ljuskällorna hörande filter i ett fil- terpar (18) och inkopplas i en medelst en optisk fiber (12; 112) bildad strålgång, som förbinder ljustillförselanordningen (18, 30, 31) optiskt med mätorganet (11; 111), att dessa bägge ljus- källor (30, 31) växelvis in- och urkopplas i tidsperiodisk ord- ningsföljd, att de via den optiska fibern (127 112) från mätor- ganet (11; 111) till utvärderingsanordningen (10) förda ljusstrå- larna leds till en i takt med ljuskällornas omkoppling synkroni- serad mottagare (35), vars utsignal härigenom blir en med denna takt periodisk växelsignal om de ur mätorganet (11; 111) utträ- ﬁande delljusstrálarna (II, I2) har olika styrka eller effekt, att ur en växelspännings-utsignal från mottagaren (35) avges en felsignal för påverkan av ett regleringsorgan (37), vilken avger omställningssignaler medelst vilka utgångseffekterna hos de bäg- ge ljuskällorna (30, 31) injusteras på sådant sätt att effek- terna hos de utgående ljusstrálarna från mätorganet (11; 111) inregleras till minsta möjliga skillnad, och att omställnings- signalerna, som utgör ett mått på intensitetsförhàllandena mel- lan de av ljuskällorna (30, 31) utsända ljusstrálarna utvärderas i enheter av mätstorheten.

5. Anordning för utövande av förfarandet enligt något av patentkraven 1-3, som ur en effektjämförelse mellan två utgående ljusstrâlar från ett mätorgan, vilket ger en för mätstorheten karakterístisk effektmodulering av åtminstone den ena av de bägge delljusstràlarna, alstrar en för mätstorheten karakteristisk signal, varvid dessa utgående ljusstrálar (I1, I2) från mäter- ganet har en smalbandig linjeformig, spektralt hopflätad inten- sitetsfördelning, som åstadkommes genom spektral uppdelning av 458 160 34 en från en enda ljuskälla utsänd primärljusstråle på sådant sätt att en linje hos den ena ljusstràlen alltid ligger spektralt mel- lan tvà linjer i den andra ljusstrålen, varjämte de bägge del- ljusstrálarna via en optisk fiber förs till en för effektjämfö- relsen inrättad utvärderingsenhet, k ä n n e t e c k n a d a v att mätorganet (11; 111) uppvisar ett första filterpar (157 15'; 119, 121; 126, 128) som ger den spektrala uppdelningen av ljus- effekten från ljuskällan (14) i de spektralt hopflätade delljus- strålar, som skall jämföras med varandra, och att inom ramen för utvärderingsanordningen (10) är anordnat ett andra filterpar (18), som i motsvarighet till den spektrala sammansättningen hos de bägge utgående ljusstrålarna (I1, I2) från mätorganet (11; 111), åstadkommer deras rymdmässiga uppdelning och separata tillfö- rande till för var sin av ljusstrâlarna (I1, I2) anordnade de- tektorer (19 resp 20).

6. Anordning för utövande av förfarandet enligt patentkra- vet 4, vilken genom en effektjämförelse mellan två utgående ljus- strålar från ett mätorgan, som ger en för mätstorheten karakte- ristisk effektmodulering av åtminstone den ena av de bägge ljus- stràlarna, alstrar en för mätstorheten karakteristisk signal, varvid dessa utgående ljusstrålar från mätorganet har en smalban- dig linjeformig, spektralt hopflätad íntensitetsfördelning, som åstadkommes genom filtrering av utgående ljusstrålar från två ljuskällor på sådant sätt att en linje i den ena ljusstrålen all- tid ligger spektralt mellan tvâ linjer i den andra ljusstrålen, varjämte de bägge utgående ljusstrålarna från mätorganet via en optisk fiber förs till en för effektjämförelsen avsedd utvärde- ringsanordning, k ä n n e t e c k n a d a v att de bägge be- träffande deras spektrala sammansättning medelst ett första, mellan ljuskällorna (30, 31) anordnat filterpar (18) bestämda utgående ljusstrålarna, som i mätorganet (11; 111) underkastas den för mätstorheten karakteristiska moduleringen, medelst ett inom ramen för mätorganet (11; 111) inrättat andra filterpar (15; 15'; 119, 121; 126, 128) som har samma filterkarakteristik som det första filterparet (18) separat underkastas moduleringen och är avsedd att inkopplas i den fiber (12; 112), som optiskt förbinder mätorganet (11; 111) med utvärderingsanordningen (10), 458 160 35 att för alstrande av för effekterna hos de utgàende ljusstrálar- na från mätorganet (11; 111) karakteristiska signaler är anordnad en med utgången från fibern (12; 112, 113) optiskt kopplad de- tektor (35), att ljuskällorna (30, 31) under styrning medelst en taktgivare (34) är växelvis in- och urkopplingsbara, och att ett medelst taktgivaren (34) synkroniserat och för mottagande av utsignalerna från detektorn (35) avsett samt såsom en fas- känslig likriktare arbetande elektroniskt steg (36) är anordnat, medelst vars utsignal en regleringsanordning (37) är påverkbar, vilken är avsedd att reglera de utgående ljuseffekterna från de bägge ljuskällorna (30, 31) till minsta möjliga intensitetsskíll- nad hos de av detektorn (35) mottagna utgående ljusstrålarna 111,12

7. Anordning enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a d a v att filterparet (15) bildar ett ingàngssteg ) från mätorganet (11; 111). till ett mätorgan (11), som är avsett att uppdela den ingående ljusstrålen i de bägge delljusstrålarna (11, Iz), av vilka åt- minstone den ena skall underkastas modulering, att utgångsste- get hos detta mätorgan (11) är bildat av en strålföreningsan- ordning (16), som kopplar de bägge delljusstrålarna in i en till utvärderingsanordningen (10) gående optisk fiber, och att en moduleringsanordning (17), som i beroende av mätstorheten är anordnad att modulera effekten hos åtminstone den ena av de bägge delljusstrálarna (I1 och/eller I2) är anordnad, i utbred- níngsriktningen sett för dessa delljnsstràlar, mellan filterpa- ret (15) och strålföreningsanordningen (16) (fig 5).

8. Anordning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k - n a d a v att moduleringsanordningen är anordnad att modulera bägge ljusstrålarna med en inbördes motriktad intensitetsändring (fig 6).

9. Anordning enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a d a v att som ingångssteg till mätorganet (11) är anordnad en stråldelningsanordning (16), vilken är inrättad att uppdela en inkommande ljusstråle i två delljusstrålar, att som utgångssteg hos detta mätorgan (11) är anordnat ett filterpar (15), som bestämmer den spektrala sammansättningen hos de bägge till utvärderingsanordningen (10) vidareförda delljusstrålarna _45s 160 36 och dessutom är utformat som stràlföreningsanordningen, vilken kopplar de bägge ljusstrålarna in i den till utvärderingsanord- ningen ledande optiska fibern (13). . '

10. - Anordning enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k - n a d a v att en moduleringsanordning (17), som är avsedd att i beroende av mätstorheten påverka effekten hos minst en av de bägge delljusstràlarna, är anordnad mellan ingângssteget (16) och utgàngssteget (15) till mätorganet (11).

11. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k - n a d a v att moduleringsanordningen (16) är anordnad att förändra det delningsförhållande med vilket ljuseffekten hos den ankommande ljusstrålen uppdelas i de bägge delljusstràlarna (fig 8).

12. Anordning enligt något av patentkraven 5-11, k ä n n e - t e c k n a d a v att minst ett av filterparen (15 resp 18) består av tvá i transmission arbetande interferensfilter (52, 53), vars spektrala transmissionskarakteristiker vid tillnärmel- sevis den optiska medelfrekvensen hos ljusstràlarna skiljer sig med en udda multipel av en halv interferensordning.

13. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k - n a d a v att de bägge interferensfiltren (52', 53') är bilda- de av åtminstone tvâ parallellt med varandra anordnade, par- tiellt genomsläppliga reflektorer (42, 43) och att av det inom tvärsnittsomràdet för ljusflödet liggande området av den reflek- terande ytan hos den ena reflektorn (43) förmedlar ungefär hälf- ten en reflektion med en reflektionsfas, som skiljer sig med en udda multipel av Tr/2 fràn den reflektionsfas, med vilken den andra hälften av reflektionsytan på denna reflektor (43) reflek- terar.

14. Anordning enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k - n a d a v att genom pàförande av minst ett tunt dielektriskt skikt på ett av de bägge delomràdena av reflektorn (43) är av- sett att åstadkommas en modifiering av reflektionsfaserna hos denna reflektor.

15. Anordning enligt patentkravet 13 eller 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att en för effektmodulering av ljusstrálarna anordnad moduleringsanordning är utformad som en rörlig mask (51; 51'), som mer eller mindre avskärmar det till delljusstrá- larna (11, I2) hörande områdena av ljusflödestvärsnittet i av värdet av mätstorheten beroende brâkdelar (fíg 9, 10). 458 160 37

16. Anordning enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k - n a d a v att den reflekterande ytan på den ena reflektorn (43), som omràdesvis reflekterar med olika reflektionsfaser, är upp- delad i lika breda remsor eller band, som reflekterar infallande ljus med olika reflektionsfaser, och att moduleringsanordningen omfattar en tvärs mot bandens längdriktning förskjutbar remsfor- mig mask (51'), vars genom växelvis ljusgenomsläppliga och -ogenomsläppliga områden bestämda struktur motsvarar den band- formiga strukturen hos den med olika reflektionsfaser reflek- terande reflektorn (43) (fig 10).

17. Anordning enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k - n a d a v att som interferensfilterpar är anordnat ett pola- risationsberoende interferensfilter (15'), som för ljus av ett första bestämt polarisationstillstând har en spektral interfe- rensfilter-transmissionskarakteristik och för ljus av det mot det förstnämnda polarisationstillstàndet ortogonalt polarisa- tionstillstànd likaså har en interferensfilter-transmissionska- rakteristik, som gentemot den förstnämnda genomsläppningskarak- teristiken är förskjuten en udda multipel av en halv interferens- ordning (fig 11, 12).

18. Anordning enligt patentkravet 17, k ä n n e t e c k - n a d a v att de bägge polarisationsegentillstånden hos det polarisationsberoende interferensfiltret (15') är de bägge orto- gonala tillstånden för linjär polarisation (fig 11 och 12).

19. Anordning enligt patentkravet 17 eller 18, k ä n n e - t e c k n a d a v att resonansvolymen (62) hos det polarisa- tionsberoende interferensfiltret (15') innehåller ett dubbelbry- tande medium (68), vars fasfördröjning för de bägge ljusstrå- larna med ortogonal polrisation vid enkel ljusgenomgång (trans- mission) genom resonansvolymen tillnärmelsevis uppgår till en udda multipel av en fjärdedel av medelljusvâglängden.

20. Anordning enligt patentkrav 17 eller 18, k ä n n e - t e c k n a d a v att vid minst en av reflektorerna (63 och/ eller 64) hos det polarisationsberoende interferensfiltret (15*) är den fas, vid vilken hos detsamma reflektion sker, polarisa- tionsberoende, varvid den fasskillnad som sammanlagt uppkommer vid reflektionen av tvà ortogonalt polariserade ljusstràlar vid de reflekterande ytorna (66, 67) hos interferensfiltret (15') mot- 458 160 38 svarar en udda multipel av Tf/2.

21. Anordning enligt patentkravet 20, k ä n n e t e c k - n a d a v att reflektorn med polarisationsberoende fas inne- håller ett som fasgitter verkande reliefstreckgitter, vars git- terkonstant är mindre än våglängden hos det för mätvärdesöver- föringen utnyttjade ljuset.

22. Anordning enligt något av patentkraven 17-21, k ä n n e t e c k n a d a v att som moduleringsanordning, vilken pâver- kar bägge de för överföringen utnyttjade ljusstrâlarna (I , Iz) i en med mätstorheten monoton relation är anordnad en polarísator (60), vars utmärkande nolarisationstillstånd är varierbart i beroende av mätstorheten.

23. Anordning enligt patentkravet 22, k ä n n e t e c k - n a d a v att polarisatorn (60) är en linjär polarisator, vars azimutala orientering är reglerbar medelst mätstorheten.

24. Anordning enligt något av patentkraven 17-23, k ä n n e- t e c k n a d a v att moduleringsanordningen omfattar en pola- risator (60) och ett dubbelbrytande element (61), vars dubbel- brytning är páverkbar medelst mätstorheten.

25. Anordning enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a d a v att mätorganet (111) är utformat som en reflektionsenhet, vilken har ett gemensamt optiskt in- och ur- kopplíngssnittställe (113) för inkopplingen av det ljus, som skall underkastas modulering, och för urkoppling av de ljusstrà- lar (11, Iz), som skall föras tilf utvärderingsanordningen (10), vilket snittställe är bildat av den från mätorganet (111) vända änden av en optisk fiber (112), medelst vilken ljus är inkopp- lingsbart i mätorganet (111) och kan föras vidare till utvärde- ringsanordningen (10) fràn mätorganet i motsatt riktning, och att mellan detta snittställe (113) och ljustíllförselanordningen respektive utvärderingsanordningen (10) är anordnad en partiellt genoms1äpplig'spegel (23), via vilken en del av_de genom den optiska fibern (112) tillbakaledda ljusstrálarna (Il, I2) är om- länkbar till detekteringsanordningen i utvärderingsanordningen (10).

26. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k - n a d a v att mätorganet (111) sàsom ingàngs- och utgàngssteg uppvisar ett filterpar (15), som åstadkommer en rymdmässig se- parering av de bägge ljusstrálarna (I1, I2), vilka är avsedda 458 160 att underkastas var för sig eller tillsammans en av mätstorheten beroende modulering, och att minst en reflektor är anordnad, vilken reflekterar dessa ljusstrålar tillbaka i sig själva mot filterparet (15) samt att moduleringsanordningen (17) sett i ut- bredningsriktningen för ljusstrålarna (I1, I2), är anordnad mel- lan filterparet (15) och reflektorn (fig 15).

27. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k - n a d a v att som ingångs- och utgångssteg hos mätorganet (111) är inrättat en stråldelningsanordning (16), vilken är avsedd att uppdela en inkommande ljusstråle i ett av mätstorheten be- stämt delningsförhållande i två ljusstrålar, som via ett filter- par (15), som bestämmer den spektrala sammansättningen av de till snittstället återförda ljusstrålarna, förs till minst en reflektor 118, vilken är anordnad att reflektera ínfallande ljus tillbaka i sig själv.

28. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k - n a d a v att som ingångssteg och utgångssteg hos mätorganet (111) är inrättad en stråldelningsanordning (16), vilken är av- sedd att uppdela en inkommande ljusstràle i ett av mätstorheten bestämt delningsförhållande i två ljusstrålar, och att dessa bägge ljusstrålar förs till var sitt reflektionsfilter (119, 121), som bestämmer den spektrala fördelningen i de mot snittstället (113) tillbakareflekterande ljusstrålarna (I1, I2) (fig 17).

29. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k - n a d a v att reflektionsfiltren (29) vart och ett består av en följd av i utbredningsriktningen för det infallande ljuset räknat ekvidistant anordnade och vinkelrätt mot utbredningsrikt- ningen gående, partiellt genomsläppliga reflektorer (123, 124), varvid de optiska avstànden i de bägge följderna av reflektorer är olika och valda på sådant sätt att interferensordningen hos det reflekterade ljuset i det ena reflektionsfiltret (119) skiljer sig från det i det andra reflektionsfiltret (121) med tillnärmelse- 'vis en udda multipel av en halv ordning (fig 18).

30. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k ~ n a d a v att mätorganet (111) innehåller ett polarisations- beroende reflektionsfilter (126), som för tvâ ortogonala pola- risationstillstând har en specifik, linjeformig reflektionska- rakteristik på sådant sätt att de för den spektrala intensitets- '"45s 160 40 fördelningen av de med ett av de nämnda polarisationstillstån- den reflekterade ljusstràlar har den spektralt hopflätade lin- jeformiga strukturen och att mellan detta reflektionsfilter (126) och snittsstället (113) är anordnad en polarisator (128), som i beroende av mätstorheten är genomsläpplig för olika polarisa- tíonstillstànd av de i riktning mot snittsstället (113) genom- släppta ljusstrålarna.

31. Anordning enligt patentkravet 30, k ä n n e t e c k - n a d a v att det polarisatíonsberoende reflektionsfiltret' (126) är utformat som en följd eller rad av ekvidistant anordna- de, delvis reflekterande dubbelbrytande skikt.

32. Anordning enligt patentkravet 25, k ä n n e t e c k - n a d a v att mätorganet (111) innehåller ett polarisations- beroende reflektionsfilter (126), som för två ortogonala pola- risationstillstånd har var sin specifika linjeformiga reflek- tionskarakteristik på sådant sätt att de spektrala intensitets- fördelningarna hos de med var sitt av de nämnda polarisatíons- tillstánden reflekterade ljusstrålarna har den spektralt hopflä- tade linjeformiga strukturen, att mellan detta filter (126) och snittstället (113) är anordnad en polarisator (128) och att mellan denna polarisator (128) och reflektionsfiltret (126) är anordnad en för nyttigt ljus transparent kropp (129), som åstad- kommer en med mätstorheten varierande dubbelbrytning.

33. Anordning enligt patentkravet 32, k ä n n e t e c k - n a d a v att den transparenta kroppen (129) består av ett elasto-optískt material, på vilken medelst en tvärs mot ljusets utbredníngsriktning verkande och med mätstorheten varierande kraft kan påläggas en med denna varierande dubbelbrytning.