DE102009022953A1 - Method and arrangement for determining the elongation or compression of a fiber optic grating - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen Gitters. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Fasergitter-Verformungssensor. Es sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: - aus dem von einer Lichtquelle ausgesendeten Wellenlängenbereich ΔλL wird mittels eines Faser-Bragg-Gitters M eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λM selektiert, - mittels eines weiteren Faser-Bragg-Gitters S wird aus dem verbleibenden Spektrum eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λS selektiert, - nach Selektion der Wellenlängen λM und λS wird die Intensität des übrigen Strahlungsanteils ausgewertet und auf eine gleiche oder ungleiche Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter M und S geschlossen. Dabei wird erfindungsgemäß - das zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmte Faser-Bragg-Gitter M periodisch ausgelenkt, so daß die Wellenlänge λM einen sich periodisch ändernden Wert hat, oder - die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt, so daß die Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden.The invention relates to a method for determining the elongation or compression of a fiber optic grating. The invention further relates to a fiber grating deformation sensor operating according to this method. The following method steps are provided: from the wavelength range ΔλL emitted by a light source, a wavelength λM dependent on its current deflection is selected by means of a fiber Bragg grating M, by means of a further fiber Bragg grating S the remaining spectrum becomes one Wavelength λ S and λ S are selected and the intensity of the remaining radiation component is evaluated and an equal or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings M and S is concluded. According to the invention, the fiber Bragg grating M destined for the selection of the wavelength λM is periodically deflected so that the wavelength λM has a periodically changing value, or the deflection of the fiber Bragg grating M intended for the selection of the wavelength λM is continuous tracked the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the wavelengths λM and λS are kept identical.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen Gitters, vorzugsweise im Zusammenhang mit der Messung von Längenänderungen, etwa bei der Bewertung der Vibration oder Verformung eines Gegenstandes. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Fasergitter-Verformungssensor.The The invention relates to a method for determining elongation or compression of a fiber optic grating, preferably in context with the measurement of changes in length, such as at the evaluation of the vibration or deformation of an object. The invention further relates to a method according to this method working fiber grating deformation sensor.

Die Anwendung von faseroptischen Gittern zur Kontrolle von Dehnungen oder Stauchungen oder zur Vibrationsmessung, so zum Beispiel an schnell laufenden Maschinenteilen, ist beispielsweise aus der Veröffentlichung „Optische Fasersensorsysteme für die strukturintegrierte Überwachung technischer Anlagen”, R. Willsch, W. Ecke; IPHT e. V. Jena, Deutschland , bekannt.The application of fiber optic gratings to control strains or compressions or for vibration measurement, such as on high-speed machine parts, for example, from the publication "Optical Fiber Sensor Systems for Structurally Integrated Monitoring of Technical Installations", R. Willsch, W. Ecke; IPHT e. V. Jena, Germany , known.

Faseroptische Gitter der hierbei genutzten Art sind als Faser-Bragg-Gitter bekannt. Bei Faser-Bragg-Gittern handelt es sich um in Lichtleitfasern eingeschriebene Interferenzgitter, die wie schmalbandige Filter wirken, wodurch von dem in die Faser eingestrahlten Licht eine bestimmte Wellenlänge zurück reflektiert wird. Diese Wellenlänge ist abhängig von der Gitterperiode des Interferenzgitters und vom Brechungsindex der Lichtleitfaser. Wird ein Faser-Bragg-Gitter mit einem auf Längenänderungen, zum Beispiel in Form von Dehnungen oder Stauchungen zu untersuchenden Gegenstand fest verbunden, so erfolgt mit der Dehnung oder Stauchung dieses Gegenstandes auch eine Dehnung oder Stauchung der Lichtleitfaser, damit ändert sich die Gitterperiode des Faser-Bragg-Gitters und dadurch auch die Wellenlänge des reflektierten Lichts. Die Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters bzw. die dadurch verursachte Änderung der Gitterkonstante wird im Zusammenhang mit der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung als Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters bezeichnet.Fiberoptic Lattices of the type used here are known as fiber Bragg gratings. Fiber Bragg gratings are inscribed in optical fibers Interference gratings, which act as narrow band filters, causing from the light irradiated into the fiber, a certain wavelength is reflected back. This wavelength is depending on the grating period of the interference grating and from the refractive index of the optical fiber. Becomes a fiber Bragg grating with one on length changes, for example in Form of strains or compressions to be examined object firmly connected, so takes place with the stretching or compression of this Subject also an elongation or compression of the optical fiber, this changes the grating period of the fiber Bragg grating and thereby also the wavelength of the reflected light. The Elongation or compression of the fiber Bragg grating or the resulting caused change of the lattice constant is related with the following description of the invention as a deflection of the fiber Bragg grating designated.

In WO 2006/108468 A1 ist die Anwendung eines Faser-Bragg-Gitters in einer Punktschweißanordnung zum Verbinden von Werkstücken beschrieben. Hierbei wird mit dem Faser-Bragg-Gitter die Verformung von Schweißzangenelementen gemessen, und aus den Meßergebnissen werden Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und damit auch auf die Güte der Schweißverbindung abgeleitet.In WO 2006/108468 A1 the use of a fiber Bragg grating in a spot welding arrangement for joining workpieces is described. In this case, the deformation of welding tongs elements is measured with the fiber Bragg grating, and conclusions are derived from the measurement results on the welding spot quality and thus also on the quality of the welded joint.

Nachteilig an den bisher bekannten Anordnungen zur Ermittlung der Dehnung oder Stauchung von Gegenständen mittels faseroptischen Gittern ist der hohe technische und damit kostenintensive Aufwand die für die Signalwandlung, die erforderlich ist, um aus der Wellenlänge des reflektierten Lichts die Längenänderung zu ermitteln und anzuzeigen. Diese Signalwandlung wird bisher mittels Spektrometern vorgenommen und ist dadurch mit relativ hohen Kosten verbunden.adversely in the previously known arrangements for determining the elongation or Compression of objects by means of fiber optic gratings is the high technical and therefore costly effort for the signal conversion that is needed to get out of the wavelength of the reflected light the change in length determine and display. This signal conversion is currently using Spectrometers made and is therefore relatively expensive connected.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Verfahren im Hinblick auf mögliche Kostenreduzierung weiterzuentwickeln. Außerdem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mindestens einen nach dem verbesserten Verfahren arbeitenden Fasergitter-Verformungssensor anzugeben.From that Based on the invention, the object is based, in itself known methods with regard to possible cost reduction further. In addition, the object of the invention therein, at least one working according to the improved method Specify fiber grating deformation sensor.

Erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

  • – aus dem von einer Lichtquelle ausgesendeten Wellenlängenbereich ΔλL wird mittels eines Faser-Bragg-Gitters M eine von der aktuellen Auslenkung dieses Gitters abhängige Wellenlänge λM selektiert, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht nur die Wellenlänge λM aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λM fehlt,
  • – mittels eines Faser-Bragg-Gitters S wird aus dem verbleibenden Spektrum eine von der aktuellen Auslenkung dieses Faser-Bragg-Gitters S abhängige-Wellenlänge λS selektiert, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht nur die Wellenlänge λS aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λS fehlt,
  • – nach Selektion der Wellenlängen λM und λS wird die Intensität des übrigen Strahlungsanteils ausgewertet, wobei die Intensität bei λM ≠ λS mit der Intensität bei λM = λS verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf eine gleiche oder ungleiche Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter geschlossen wird,
  • – das zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmte Faser-Bragg-Gitter M wird periodisch ausgelenkt, so daß die Wellenlänge λM einen sich innerhalb eines Wellenlängenbereichs ΔλM periodisch ändernden Wert hat, wobei Wellenlängenbereich ΔλM ≤ Wellenlängenbereich ΔλL ist und innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλL liegt und die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S in einem Wellenlängenbereich ΔλS erfolgt, der innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM liegt, oder
  • – die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M wird kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M auf die aktuelle Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S geschlossen wird.
According to the invention, the following method steps are provided:
  • From the wavelength range ΔλL emitted by a light source, a wavelength λM dependent on the current deflection of this grating is selected by means of a fiber Bragg grating M, in that the light reflected by the fiber Bragg grating M has only the wavelength λM, during the transmitted light the wavelength λM is missing,
  • A wavelength λ S dependent on the current deflection of this fiber Bragg grating S is selected from the remaining spectrum by means of a fiber Bragg grating S, in that the light reflected by the fiber Bragg grating S has only the wavelength λ S, while the wavelength λS is absent during the transmitted light,
  • - After selection of the wavelengths λM and λS, the intensity of the remaining radiation component is evaluated, wherein the intensity at λM ≠ λS with the intensity at λM = λS compared and from the result of the comparison to an equal or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings closed,
  • The fiber Bragg grating M determined to select the wavelength λ M is periodically deflected so that the wavelength λ M has a periodically changing value within a wavelength range ΔλM, wherein the wavelength range ΔλM ≤ wavelength range ΔλL is within the wavelength range ΔλL and the displacement of the fiber Bragg grating S takes place in a wavelength range ΔλS which lies within the wavelength range ΔλM, or
  • The deflection of the fiber Bragg grating M intended for the selection of the wavelength λ M is continuously adjusted to the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λ M and λ S are kept identical and by measuring the deflection of the fiber Bragg grating Grid M is closed to the current deflection of the fiber Bragg grating S.

Dabei haben die Faser-Bragg-Gitter gleiche Kennwerte, insbesondere gleiche Mittenwellenlänge.there the fiber Bragg gratings have the same characteristics, in particular the same Center wavelength.

Das Faser-Bragg-Gitter S arbeitet erfindungsgemäß im Sinne eines Sensors. Wird das Faser-Bragg-Gitter S mit einem auf unzulässige Längenänderung zu untersuchenden Gegenstand fest verbunden, so ändert sich mit der Verformung des Gegenstandes die Gitterperiode des Faser-Bragg-Gitters S und damit die Wellenlänge λS, die als Sensorwellenlänge dient.The fiber Bragg grating S operates according to the invention in the sense of a sensor. If the Fa Ser-Bragg grating S fixedly connected to an object to be examined for impermissible change in length, so changes the grating period of the fiber Bragg grating S and thus the wavelength λS, which serves as a sensor wavelength with the deformation of the article.

Das Faser-Bragg-Gitter M arbeitet erfindungsgemäß im Sinne eines Modulators. Mit der periodischen Dehnung und Stauchung bzw. Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M wird erreicht, daß sich die Wellenlänge λM, die als Modulationswellenlänge dient, mit derselben periodischen Folge ändert.The Fiber Bragg grating M operates according to the invention in Sense of a modulator. With periodic stretching and compression or deflection of the fiber Bragg grating M is achieved that the wavelength λM, the modulation wavelength serves, with the same periodic sequence changes.

Mit dem Faser-Bragg-Gitter M als Modulator erfolgt eine Auswertung der Verformung des Gegenstandes, indem zweimal pro Periode der Schwingung des Faser-Bragg-Gitters M die Gleichheit beider selektiver Wellenlängen λM und λS festgestellt und anhand der bekannten Schwingung auf die Position bei der Auslenkung des als Sensor dienenden Faser-Bragg-Gitters S geschlossen wird.With the fiber Bragg grating M as a modulator, an evaluation of the Deformation of the object by passing twice per period of oscillation of the object Fiber Bragg gratings M the equality of both selective wavelengths λM and λS determined and based on the known vibration to the position at the deflection of the fiber Bragg grating serving as a sensor S is closed.

Aus der gleichen oder ungleichen Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter M und S läßt sich sofort auf eine zulässige oder unzulässige Verformung des zu untersuchenden Gegenstandes schließen.Out the same or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings M and S can be immediately set to a permissible or impermissible deformation of the object to be examined shut down.

Neben der Anwendung im Zusammenhang mit der Überwachung der Verformung von Gegenständen kann das erfindungsgemäße Verfahren allgemein zur Kontrolle oder Messung von physikalischen Größen genutzt werden, deren Variation in Verbindung mit einem Faser-Bragg-Gitter eine Veränderung der Wellenlänge λS als Sensorwellenlänge zur Folge hat.Next the application in connection with the monitoring of the deformation of objects, the inventive Method generally for controlling or measuring physical Sizes are used, their variation in combination with a fiber Bragg grating a change in the wavelength λS as sensor wavelength results.

In die Erfindung eingeschlossen ist auch eine Verfahrensweise, bei der anstelle der periodischen Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M die beiden selektiven Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden, indem die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M, des Modulators, auf die Position des Faser-Bragg-Gitters S, des Sensors, geschlossen wird.In The invention also includes a procedure, in instead of the periodic deflection of the fiber Bragg grating M the two selective wavelengths λM and λS be kept identical by the deflection of the fiber Bragg grating M continuously tracked the deflection of the fiber Bragg grating S. and by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M, of the modulator, to the position of the fiber Bragg grating S, of the Sensors, closed.

Als äquivalent gelten ausdrücklich auch Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen mit einem Faser-Bragg-Gitter S aus dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst die Wellenlänge λS als Sensorwellenlänge und erst danach mit einem weiteren Faser-Bragg-Gitter M aus dem verbleibenden Spektrum die Wellenlänge λM als Modulationswellenlänge selektiert wird. Auch hierbei wird nach Selektion der Wellenlängen λM und λS die Intensität des übrigen Strahlungsanteils wie bereits beschrieben ausgewertet.As equivalent expressly also embodiments of the invention, in which with a fiber Bragg grating S from the wavelength range .DELTA.λL first the wavelength λ S as sensor wavelength and only then with another fiber Bragg grating M from the remaining spectrum the wavelength λM as Modulation wavelength is selected. Here too after selection of the wavelengths λM and λS the intensity of the remaining radiation component such as already described evaluated.

Im Rahmen der Erfindung liegt es ebenfalls, mit mehreren Faser-Bragg-Gittern S mehrere voneinander verschiedene Wellenlängen λS als Sensorwellenlängen zu selektieren und jede selektierte Wellenlänge λS einzeln der Auswertung in der beschriebenen Weise zugrunde zu legen.in the It is also within the scope of the invention with multiple fiber Bragg gratings S several mutually different wavelengths λS as sensor wavelengths to select and each selected Wavelength λS individually the evaluation in the described Way to base.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugeordneten Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention Method are given in the associated subclaims.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Fasergitter-Verformungssensor, der nach dem vorbeschriebenen Verfahren arbeitet. Der erfindungsgemäße Fasergitter-Verformungssensor umfaßt in seinem allgemeinen Aufbau:

  • – eine Lichtquelle, die Licht mit einem Wellenlängenbereich ΔλL aussendet,
  • – mindestens ein Faser-Bragg-Gitter M zur Selektion einer Wellenlänge λM aus dem eingekoppelten Licht,
  • – mindestens ein Faser-Bragg-Gitter S zur Selektion einer Wellenlänge λS aus dem eingekoppelten Licht, wobei
  • – die Einkopplung des Lichts mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst in das Faser-Bragg-Gitter M und dann in das Faser-Bragg-Gitter S oder umgekehrt zunächst in das Faser-Bragg-Gitter S und dann in das Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist,
  • – mindestens einen Detektor, auf den der übrige Strahlungsanteil nach Selektion der Wellenlängen λM und λS gerichtet ist, und dessen Signalausgang mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung in Verbindung steht, wobei
  • – die Ansteuer- und Auswerteschaltung ausgebildet ist zum periodischen oder kontinuierlichen Vergleichen des am Detektorausgang in Abhängigkeit von der Abweichung der Intensität bei λM ≠ λS von einer vorgegebenen Intensität bei λM = λS anliegenden Signals und zur Ausgabe einer Information über eine gleiche oder ungleiche Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, wobei
  • – jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen und damit zur periodischen Auslenkung gekoppelt ist.
The invention further relates to a fiber grating deformation sensor operating according to the method described above. The fiber grating deformation sensor according to the invention comprises in its general structure:
  • A light source emitting light with a wavelength range ΔλL,
  • At least one fiber Bragg grating M for selecting a wavelength λ M from the coupled-in light,
  • - At least one fiber Bragg grating S for selecting a wavelength λS from the coupled light, wherein
  • - The coupling of the light with the wavelength range ΔλL first in the fiber Bragg grating M and then in the fiber Bragg grating S or vice versa provided first in the fiber Bragg grating S and then in the fiber Bragg grating M. is
  • - At least one detector to which the remaining portion of radiation after selection of the wavelengths λM and λS is directed, and whose signal output is connected to a drive and evaluation circuit, wherein
  • - The control and evaluation circuit is designed for periodic or continuous comparison of the detector output in dependence on the deviation of the intensity at λM ≠ λS of a given intensity at λM = λS applied signal and to output information about an equal or unequal strain or compression of the fiber Bragg grating S, where
  • - Each fiber Bragg grating M is coupled to a device for generating mechanical vibrations and thus for periodic deflection.

Aus der gleichen oder ungleichen Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter M und S wird mittels der Ansteuer- und Auswerteschaltung auf eine zulässige oder unzulässige Verformung beispielsweise eines zu untersuchenden Gegenstandes geschlossen.Out the same or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings M and S is by means of the control and evaluation circuit to a permissible or impermissible deformation, for example an object to be examined closed.

Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen nur der Vergleich der Sensorwellenlänge mit der Modulationswellenlänge gewünscht wird, zum Beispiel zur Kontrolle der Einhaltung zulässiger oder unzulässiger Vibration, Dehnung oder Stauchung eines Maschinenteiles, kann auf eine Kalibrierung und damit auf die exakte Ermittlung der Längenänderungen bzw. der zu kontrollierenden physikalischen Größe verzichtet werden. Sollen darüber hinaus auch Längen gemessen werden, wird der Fasergitter-Verformungssensor mit einer Kalibriereinrichtung ausgestattet, die ausgebildet ist zur Umrechnung der Wellenlänge λM in die gewünschte physikalische Größe. Am Standort des Faser-Bragg-Gitters S, des Sensors, ist dann durch Vergleich der selektiven Wellenlängen λM und λS die gewünschte physikalische Größe meßbar.For certain applications where only the comparison of the sensor wavelength with the Mo For example, to control compliance with permissible or impermissible vibration, strain or compression of a machine part, can be dispensed with a calibration and thus on the exact determination of the length changes or to be controlled physical size. In addition, if lengths are also to be measured, the fiber grating deformation sensor is equipped with a calibrating device which is designed to convert the wavelength λM into the desired physical variable. The desired physical variable can then be measured at the location of the fiber Bragg grating S, the sensor, by comparing the selective wavelengths λ M and λ S.

Bevorzugt ist zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen ein Piezo-Aktuator oder ein Schwingspulensystem vorgesehen.Prefers is a piezo actuator for generating the mechanical vibrations or a voice coil system provided.

Bevorzugt ist die Lichtquelle als faseroptische Breitbandlichtquelle ausgebildet, die Licht mit einem Spektralbereich von 50 nm bei konstanter Intensität abstrahlt. Zur Übertragung des Lichts zwischen der Lichtquelle und dem jeweiligen Faser-Bragg-Gitter M oder S, zwischen den Faser-Bragg-Gittern und/oder zwischen den Faser-Bragg-Gittern und dem Detektor sind vorteilhaft Lichtwellenleiter vorgesehen. Der Detektor kann beispielsweise als Photodiode ausgebildet sein.Prefers the light source is designed as a broadband fiber optic light source, the light with a spectral range of 50 nm at constant intensity radiates. To transmit the light between the light source and the respective fiber Bragg grating M or S, between the fiber Bragg gratings and / or between the fiber Bragg gratings and the detector advantageously provided optical waveguide. The detector can, for example be designed as a photodiode.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors sind in den zugeordneten Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention Fiber grating deformation sensor are in the associated subclaims specified.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch Ausgestaltungen, bei denen anstelle der Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden. Dabei ist die Ansteuer- und Auswerteschaltung zur Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M und damit auf die Ermittlung der aktuellen Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S und die Umrechnung dieser Auslenkung in die zu bestimmende physikalische Größe ausgebildet.in the Frame of the invention are also embodiments in which instead the device for generating mechanical vibrations means is provided, through which the deflection of the selection of the Wavelength λM of certain fiber Bragg grating M continuously tracked the deflection of the fiber Bragg grating S. is, so that the two wavelengths λM and λS are kept identical. In this case, the triggering and evaluation circuit for measuring the deflection of the fiber Bragg grating M and thus on the determination of the current deflection of the fiber Bragg grating S and the conversion of this deflection into the physical to be determined Size trained.

Die Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors mit den vorbeschriebenen Merkmalen zum Kontrollieren oder Messen der Verformung von Schweißzangenelementen und zur Ablei tung von Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und auf die Güte der Schweißverbindung aus den Meßergebnissen liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.The Use of a fiber grating deformation sensor with the above Features for controlling or measuring the deformation of welding gun elements and for the derivation of conclusions on the welding spot quality and on the quality of the welded joint from the Measurement results are also within the scope of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments explained in more detail. In the accompanying drawings demonstrate:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei dem das aus einem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht in ein Faser-Bragg-Gitter M eingekoppelt wird, 1 an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light reflected back from a fiber Bragg grating S is coupled into a fiber Bragg grating M,

2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von der Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht zunächst ein Faser-Bragg-Gitter M passiert und danach in ein Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, 2 an embodiment in which the light emitted by the light source polychromatic light passes first a fiber Bragg grating M and then coupled into a fiber Bragg grating S,

3 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei der das von einer Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, 3 an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the emitted from a light source polychromatic light is coupled into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg grating S,

4 eine Ausführung, die im Wesentlichen der Ausführung nach 3 entspricht, wobei jedoch ein über einen gesonderten Zweig angeschlossener zusätzlicher Detektor vorhanden ist, der ein Referenzsignal liefert, 4 an execution that is essentially the execution 3 but with an additional detector connected via a separate branch providing a reference signal,

5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht in ein Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird und das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht auf einen Detektor gerichtet ist, 5 an embodiment in which the light passing through a fiber Bragg grating M is coupled into a fiber Bragg grating S and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector,

6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von der Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in mehrere, als Sensoren in Reihe aufeinanderfolgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, 6 an exemplary embodiment in which the polychromatic light emitted by the light source is coupled into a plurality of fiber Bragg gratings S which are arranged successively as sensors in series,

7 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei der das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt wird, wobei in mehreren parallelen Zweigen jeweils ein Faser-Bragg-Gitter S angeordnet ist, 7 an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light passing through a fiber Bragg grating M is branched, wherein in each case one fiber Bragg grating S is arranged in a plurality of parallel branches,

8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von einer Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in ein Faser-Bragg-Gitter M eingekoppelt und das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht verzweigt wird, wobei in mehreren parallelen Zweigen jeweils ein Faser-Bragg-Gitter S angeordnet ist. 8th an embodiment in which the light emitted by a light source polychromatic light is coupled into a fiber Bragg grating M and the light reflected from the fiber Bragg grating M light is branched, wherein in each case a fiber Bragg grating S arranged in several parallel branches is.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors. Hierbei wird von einer Lichtquelle L, beispielsweise einer geregelten, fasergekoppelte SLED, Licht konstanter Intensität mit einem Wellenlängenbereich ΔλL abgestrahlt. Der Wellenlängenbereich ΔλL korrespondiert mit der maximalen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters M. Das Licht wird in eine Koppelstelle Y1 eines Y-Verzweigers eingekoppelt. An der Koppelstelle Y3 des Y-Verzweigers kommt das Licht mit ca. 50% der Intensität an und wird von hier über einen Lichtwellenleiter LWL zu einem Faser-Bragg-Gitter S geführt, das mit einem zu überwachenden Gegenstand (zeichnerisch nicht dargestellt) verbunden ist. Das Faser-Bragg-Gitter M und das Faser-Bragg-Gitter S haben die gleiche Mittenwellenlänge. 1 shows a first embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention. In this case, light of constant intensity with a wavelength range ΔλL is emitted by a light source L, for example a regulated, fiber-coupled SLED. The wavelength range ΔλL corresponds to the maximum strain or compression of the fiber Bragg grating M. The light is coupled into a coupling point Y1 of a Y-junction. At the coupling point Y3 of the Y-junction, the light arrives at about 50% of the intensity and is guided from here via an optical fiber LWL to a fiber Bragg grating S, which is connected to an object to be monitored (not shown in the drawing) , The fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S have the same center wavelength.

Die Bezeichnung S steht hier wie auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sinngemäß für „Sensor”. Das Faser-Bragg-Gitter S reflektiert aus dem mit dem Wellenlängenbereich ΔλL eingekoppelten Licht eine Wellenlänge λS. Die Wellenlänge λS ist abhängig von der aktuellen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, das heißt sie ändert sich mit dem Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S und ist dadurch ein Maß für die Dehnung oder Stauchung des mit dem Faser-Bragg-Gitter S formschlüssig verbundenen Gegenstandes. Der Wellenlängenbereich ΔλS korrespondiert mit der maximalen Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S.The Designation S stands here as well as in the following exemplary embodiments analogously for "sensor". The fiber Bragg grating S reflects from the one with the wavelength range ΔλL coupled light a wavelength λS. The Wavelength λS depends on the current one Elongation or compression of the fiber Bragg grating S, that is it changes with the extent of stretching or Compression of the fiber Bragg grating S and is therefore a measure of the strain or compression of the with the fiber Bragg grating S form fit connected object. The wavelength range ΔλS corresponds to the maximum deflection of the fiber Bragg grating S.

Der übrige, nicht reflektierte Anteil des Lichts passiert das Faser-Bragg-Gitter S und ist im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung ohne Bedeutung. Um jedoch eine Verfälschung der Auswertungsergebnisse zu vermeiden, sollte dafür gesorgt werden, daß von dem Anteil des Lichts, der das Faser-Bragg-Gitter S bereits passiert hat, möglichst wenig zurück reflektiert wird. Dies wird beispielsweise erreicht, indem das Faserende schräg anpoliert oder mit einem handelsüblichen FC-ACP-Stecker versehen wird.The rest, unreflected portion of the light passes through the fiber Bragg grating S and is irrelevant in the context of the invention described herein. However, to a falsification of the evaluation results should be ensured that by the proportion of light that already passes through the fiber Bragg grating S. has reflected as little as possible back. This is achieved, for example, by tilting the fiber end polished or equipped with a commercially available FC-ACP connector becomes.

Das vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht der Wellenlänge λS gelangt über die Koppelstelle Y3 wieder zurück in den Y-Verzweiger, durchläuft diesen nun in umgekehrter Richtung und wird aufgrund der Verzweigung auf die beiden Koppelstellen Y1 und Y2 aufgeteilt. Nur der an der Koppelstelle Y2 austretende Strahlungsanteil wird weiter verwendet und zu einem Faser-Bragg-Gitter M geführt. Die Bezeichnung M steht hier wie auch in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sinngemäß für „Modulator”.The from the fiber Bragg grating S reflected light of wavelength λS returns via the coupling point Y3 back in the Y-branch, go through it now in reverse Direction and is due to the branching on the two coupling points Divided into Y1 and Y2. Only the emerging at the coupling point Y2 Radiation fraction will continue to be used and become a fiber Bragg grating M guided. The name M stands here as well as in the hereinafter described embodiments mutatis mutandis for "modulator".

Erfindungsgemäß wird das Faser-Bragg-Gitter M einer mechanischen Schwingung SM der Frequenz FM ausgesetzt und dadurch zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine harmonische Schwingung SM. Die Schwingung SM wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Piezo-Aktuator P erzeugt, der mit einem von einer Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS kommenden elektrischen Signal gesteuert wird. Die Amplitude der Schwingung SM muß dabei größer sein als die am Faser-Bragg-Gitter S zu erwartende maximale Dehnung oder Stauchung, im Folgenden als maximale Auslenkung bezeichnet. Damit liegt der Wellenlängenbereich ΔλS innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM.According to the invention, the fiber Bragg grating M is exposed to a mechanical vibration S M of frequency F M and thereby excited to periodic stretching and compression. This is preferably a harmonic oscillation S M. The oscillation S M is generated in the embodiment described here with a piezoelectric actuator P, which is controlled by an electrical signal coming from a drive and evaluation circuit AAS. The amplitude of the oscillation S M must be greater than that expected at the fiber Bragg grating S maximum strain or compression, hereinafter referred to as the maximum deflection. Thus, the wavelength range ΔλS lies within the wavelength range ΔλM.

Aufgrund der Schwingung SM reflektiert das Faser-Bragg-Gitter M eine mit der Frequenz FM um die Mittenwellenlänge des Faser-Bragg-Gitters M schwingende Wellenlänge λM, das heißt die Wellenlänge λM ändert sich in Abhängigkeit vom Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters M. Der nicht reflektierte, die übrigen Wellenlängen des Wellenlängenbereiches ΔλL umfassende Anteil des Lichts passiert das Faser-Bragg-Gitter M und wird auf einen opto-elektronischen Wandler in Form eines Detektors D, beispielsweise eine Photodiode, geführt.Due to the vibration S M , the fiber Bragg grating M reflects a wavelength λ M oscillating at the frequency F M about the center wavelength of the fiber Bragg grating M, that is, the wavelength λ M varies depending on the amount of strain or compression of the fiber The non-reflected portion of the light comprising the remaining wavelengths of the wavelength range ΔλL passes through the fiber Bragg grating M and is guided onto an optoelectronic transducer in the form of a detector D, for example a photodiode.

Zweimal pro Periode der Schwingung SM befinden sich das Faser-Bragg-Gitter S und das Faser-Bragg-Gitter M in der gleichen Auslenkung. Genau dann wird vom Faser-Bragg-Gitter M dieselbe Wellenlänge reflektiert, die auch vom Faser-Bragg-Gitter S reflektiert wird. Das heißt: befinden sich das Faser-Bragg-Gitter S und das Faser-Bragg-Gitter M in der gleichen Auslenkung, ist λS gleich λM. Da aber, wie bereits dargelegt, von dem Faser-Bragg-Gitter S nur Licht mit einer Wellenlänge λS kommt, und das Faser-Bragg-Gitter M nur Licht passieren läßt, das nicht die Wellenlänge λM hat, passiert kein Licht das Faser-Bragg-Gitter M, wenn die Bedingung λS gleich λM erfüllt ist.Twice per period of oscillation S M , the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement. Exactly then the same wavelength is reflected by the fiber Bragg grating M, which is also reflected by the fiber Bragg grating S. That is, if the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement, λS is equal to λM. However, since, as already explained, only light with a wavelength λS comes from the fiber Bragg grating S, and the fiber Bragg grating M passes only light which does not have the wavelength λM, no light passes through the fiber Bragg Grid M if the condition λS equal to λM is satisfied.

Der Detektor D liefert demzufolge zweimal pro Periode der Schwingung SM ein gegen Null gehendes Ausgangssignal, und zwar dann, wenn die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S gleich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M ist, bzw. dann, wenn die am Faser-Bragg-Gitter S zu messende physikalische Größe der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S entspricht.Accordingly, the detector D provides a zero output signal twice per period of the oscillation S M , namely, when the deflection of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M, and then, respectively at the fiber Bragg grating S to be measured physical size of the deflection of the fiber Bragg grating S corresponds.

Der Signalausgang des Detektors D liegt an der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS an, die dazu ausgebildet ist, die Zeitpunkte dieser Nullpegel zu messen, mit der Phasenlage der Schwingung SM zu vergleichen und in eine relative Position der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitter S zur Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M umzurechnen. Dadurch wird pro Periode der Schwingung SM zweimal die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S bzw. die zu messende physikalische Größe bestimmt.The signal output of the detector D is applied to the drive and evaluation circuit AAS, which is designed to measure the times of these zero levels to compare with the phase position of the oscillation S M and in a relative position of the deflection of the fiber Bragg grating S to convert to the deflection of the fiber Bragg grating M. As a result, the deflection of the fiber Bragg grating S or the physical quantity to be measured is determined twice per period of oscillation S M.

Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Fasergitter-Verformungssensoren bietet die erfindungsgemäße Weiterentwicklung den Vorteil, daß auf eine technisch aufwendige und kostenintensive Spektralanalyse verzichtet werden kann.in the Comparison to the fiber grating deformation sensors known from the prior art offers the development of the invention the Advantage that on a technically complex and costly Spectral analysis can be dispensed with.

Optional lassen sich in einer weiterführenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors auch absolute Positionsangaben in Form physikalischer Größen durch kalibrieren dieses Fasergitter-Verformungssensors mit Hilfe von Längenmessungen oder Län gennormalen gewinnen. Allgemein sind Kalibrierungen anhand von Längenmessungen oder Längennormalen in der Technik üblich und müssen deshalb hier nicht näher erläutert werden.optional can be found in a further embodiment of the Fiber grating deformation sensor according to the invention also absolute position information in the form of physical quantities by calibrating this fiber grating deformation sensor by means of Length measurements or lengthen gennormalen win. Generally, calibrations are based on length measurements or length standards common in the art and therefore need not be explained here become.

Bei einem zweiten, prinzipiell in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel gelangt das von der Lichtquelle L abgestrahlte Licht zunächst in ein Faser-Bragg-Gitter M.In a second, in principle in 2 In the embodiment shown, the light emitted by the light source L first passes into a fiber Bragg grating M.

Auch hier wird das Faser-Bragg-Gitter M erfindungsgemäß mit einer mechanischen, vorzugsweise harmonischen Schwingung SM der Frequenz FM angesteuert und so zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt. Das erfolgt beispielhaft wiederum mit Hilfe eines Piezo-Aktuators P, der über eine Steuerleitung mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS verbunden ist. Die Amplitude der Schwingung SM ist auch hier größer als die am Faser-Bragg-Gitter S zu erwartende maximale Auslenkung.Again, the fiber Bragg grating M according to the invention with a mechanical, preferably harmonic oscillation S M frequency F M driven and thus excited to a periodic strain and compression. This is done, for example, again with the aid of a piezo actuator P, which is connected via a control line to the drive and evaluation circuit AAS. The amplitude of the oscillation S M is greater here than the maximum deflection to be expected at the fiber Bragg grating S.

Das Faser-Bragg-Gitter M reflektiert infolge der Schwingung SM aus dem Wellenlängenbereich ΔλL des von der Lichtquelle L abgestrahlten Lichts eine um seine Mittenwellenlänge mit der Frequenz FM schwingende Wellenlänge λM. Dem Licht, welches das Faser-Bragg-Gitter M passiert, fehlt dadurch die sich mit der Schwingung SM ändernde Wellenlänge λM pro Schwingungsperiode zweimal.The fiber Bragg grating M, due to the oscillation S M from the wavelength range ΔλL of the light emitted by the light source L, reflects a wavelength λM oscillating about its center wavelength at the frequency F M. The light which passes through the fiber Bragg grating M thereby lacks twice the wavelength λM changing with the oscillation S M per oscillation period.

Anders als beim Ausführungsbeispiel nach 1 wird hier das durch das Faser-Bragg-Gitter M hindurch geführte Licht in die Koppelstelle Y1 eines Y-Verzweigers eingekoppelt. Das über die Koppelstelle Y3 aus dem Y-Verzweiger mit ca. 50% Intensität austretende Licht wird, wiederum vorteilhaft über einen Lichtwellenleiter LWL, zu einem Faser-Bragg-Gitter S geführt. Das Faser-Bragg-Gitter M und das Faser-Bragg-Gitter S haben auch hierbei die gleiche Mittenwellenlänge.Unlike the embodiment according to 1 Here, the guided through the fiber Bragg grating M light is coupled into the coupling point Y1 of a Y-junction here. The light emerging via the coupling point Y3 from the Y-junction with approximately 50% intensity is, again advantageously via an optical fiber LWL, guided to a fiber Bragg grating S. The fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S also have the same center wavelength.

Vom Faser-Bragg-Gitter S wird eine Wellenlänge λS reflektiert, die von dem Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S abhängig ist. Fehlt die Wellenlänge λS in dem Spektrum des Lichts, das in das Faser-Bragg-Gitter S einfällt, kann das Faser-Bragg-Gitter S kein Licht reflektieren. Da dem vom Faser-Bragg-Gitter M kommenden und in das Faser-Bragg-Gitter S einfallenden Licht alle Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbereich ΔλL zweimal pro Periode der Schwingung SM fehlen, fehlt auch die vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Wellenlänge λS zweimal pro Periode.The fiber Bragg grating S reflects a wavelength λ S, which depends on the extent of the strain or compression of the fiber Bragg grating S. If the wavelength λS is absent in the spectrum of the light incident in the fiber Bragg grating S, the fiber Bragg grating S can not reflect light. Since the light coming from the fiber Bragg grating M and incident into the fiber Bragg grating S lacks all wavelengths within the wavelength range Δλ L twice per period of the oscillation S M , the wavelength λ S reflected by the fiber Bragg grating S is also missing twice per period.

Das vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht mit den übrigen Wellenlängen des Wellenlängenbereiches ΔλL gelangt wieder zurück zur Koppelstelle Y3 des Y-Verzweigers, durchläuft den Y-Verzweiger in umgekehrter Richtung und wird dabei aufgeteilt. Wiederum nur der an der Koppelstelle Y3 austretende Strahlungsanteil wird verwendet und auf den Detektor D geführt.The from the fiber Bragg grating S reflected light with the rest Wavelengths of the wavelength range ΔλL returns to the coupling point Y3 of the Y-branch, goes through the Y-branch in the opposite direction and is split up. Again only the one exiting at the coupling point Y3 Radiation component is used and guided to the detector D.

Der Detektors D liefert auch in diesem Ausführungsbeispiel zweimal pro Periode der Schwingung SM ein gegen Null gehendes Ausgangssignal, und zwar dann, wenn die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S gleich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M ist.Detector D also provides a zero output signal twice per period of oscillation S M , when the deflection of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M.

Die Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS arbeitet hier ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach 1.The control and evaluation circuit AAS works here as well as in the embodiment 1 ,

Da im Ausführungsbeispiel nach 2 der zur Lichtquelle L zurück reflektierte Strahlungsanteil höher ist, sollte in der Praxis vorzugsweise die Variante nach 1 verwendet werden.As in the embodiment according to 2 the reflected back to the light source L radiation component is higher, in practice, preferably the variant according to 1 be used.

Das vorstehend anhand von 1 und 2 erläuterte Prinzip des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors ist auch zur Auswertung mehrerer Faser-Bragg-Gitter S geeignet. Dazu wird jedem als Sensor vorzusehenden Faser-Bragg-Gitter S ein Faser-Bragg-Gitter M als Modulator sowie ein Detektor D zugeordnet, wie nachfolgend anhand weiterer Ausführungsbeispiele gezeigt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist in den Zeichnungen zur Erläuterung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele auf die Darstellung des Piezo-Aktuators als Schwingungserzeuger verzichtet worden.The above with reference to 1 and 2 explained principle of the fiber grating deformation sensor according to the invention is also suitable for the evaluation of multiple fiber Bragg grating S. For this purpose, each fiber Bragg grating S to be provided as a sensor is assigned a fiber Bragg grating M as a modulator and a detector D, as will be shown below with reference to further exemplary embodiments. For clarity, has been omitted in the drawings to explain the following embodiments on the representation of the piezo actuator as a vibration generator.

In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors nach 3 ist das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) als Sensoren mit untereinander abweichenden Mittenwellenlängen vorgesehen. Das von den Faser-Bragg-Gittern (S1, S2, ... Sn) reflektierte Licht ist verzweigt, wobei in parallelen Zweigen (Z1, Z2, ... Zn) jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) als Modulator vorhanden ist. Jedes der Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) hat mit einem der Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) gemeinsam dieselbe Mittenwellenlänge. Das die Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) passierende Licht ist jeweils auf einen zugeordneten Detektor (D1, D2, ... Dn) gerichtet.In one embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention 3 is the light emitted from the light source L polychromatic light with the wavelength range .DELTA.λL for coupling into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) are provided as sensors with mutually differing center wavelengths. The light reflected by the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) is branched, with a fiber Bragg grating (M1, M2,. .. Mn) is present as a modulator. Each of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) has in common the same center wavelength with one of the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn). The light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) is directed to an associated detector (D1, D2, ... Dn).

Diese Variante eignet sich zur gleichzeitigen Auswertung mehrerer Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn). Die Mittenwellenlängen der Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) sind dabei voneinander so verschieden, daß sich deren Wellenlängenbereiche ΔλM1, ΔλM2 ... ΔλMn nicht überdecken, aber innerhalb des Wellenlängenbereiches ΔλL liegen.This variant is suitable for the simultaneous evaluation of several fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn). The center wavelengths of the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) are so different from each other in that their wavelength ranges ΔλM1, ΔλM2 ... ΔλMn do not overlap but are within the wavelength range ΔλL.

Die Auswertung der von den Detektoren (D1, D2, ... Dn) an der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS anliegenden Signale erfolgt für jedes Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) getrennt. Zu diesem Zweck ist das von den Faser-Bragg-Gittern (S1, S2, ... Sn) reflektierte Licht mittels eines Verzweigers aufgeteilt, wobei jeder Zweig (Z1, Z2, ... Zn) zu einem der Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) führt.The Evaluation of the detectors (D1, D2, ... Dn) at the control and evaluation circuit AAS applied signals for each fiber Bragg grating (M1, M2, ... Mn) is separated. To this end is that reflected from the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) Divided light by means of a splitter, each branch (Z1, Z2, ... Zn) leads to one of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn).

Erfindungsgemäß werden auch hier die Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) mit einer vorzugsweise harmonischen Schwingung SM der Frequenz FM angesteuert und so zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt, beispielhaft mit Hilfe eines für alle vorhandenen Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) gemeinsam genutzten Piezo-Aktuators P. Die Amplitude der Schwingung SM ist auch hier größer als die an allen Faser-Bragg-Gittern (S1, S2, ... Sn) zu erwartenden maximalen Auslenkungen. Die Wellenlängenbereiche ΔλS1, ΔλS2 ... ΔλSn, in denen die Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) ausgelenkt werden, sind dabei kleiner oder gleich den Wellenlängenbereichen ΔλM1, ΔλM2 ... ΔλMn, in denen Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) arbeiten.According to the invention, the fiber Bragg gratings (M1, M2,... Mn) are also driven here with a preferably harmonic oscillation S M of the frequency F M and thus excited to periodic stretching and compression, for example by means of a fiber which is available for all -Bragg grid (M1, M2, ... Mn) shared piezo actuator P. The amplitude of the oscillation S M is greater here than that of all fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) expected maximum deflections. The wavelength ranges ΔλS1, ΔλS2 ... ΔλSn, in which the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are deflected, are less than or equal to the wavelength ranges ΔλM1, ΔλM2... ΔλMn, in which Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) work.

Die bei höherer Anzahl an Faser-Bragg-Gittern (S1, S2, ... Sn) im Verhältnis dazu abnehmende Signalstärke läßt sich durch höhere Lichtleistung der Lichtquelle L kompensieren.The with a higher number of fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) in proportion to decreasing signal strength can be achieved by higher light output compensate for the light source L.

Das Ausführungsbeispiel nach 4 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 3, allerdings ist hier ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorhanden, der ein Referenzsignal liefert. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß durch Differenz- bzw. Quotientenbildung Leistungsschwankungen der Lichtquelle kompensiert werden.The embodiment according to 4 essentially corresponds to the embodiment according to 3 However, here is a connected via a separate branch ZR additional detector R is present, which provides a reference signal. Thus, it is advantageously achieved that power fluctuations of the light source are compensated for by difference or quotient formation.

In einem Ausführungsbeispiel nach 5 ist das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter S vorgesehen, und das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht ist auf einen Detektor D gerichtet.In an embodiment according to 5 the light passing through a fiber Bragg grating M is provided for coupling into a fiber Bragg grating S, and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector D.

Hier wird das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht mit dem Wellenlängenbereich ΔλL durch ein in Reihe angeordnetes Faser-Bragg-Gitter M als Modulator und Faser-Bragg-Gitter S als Sensor geführt. Ist die Auslenkung bei dem Faser-Bragg-Gitter M von der Auslenkung bei dem Faser-Bragg-Gitter S verschieden, werden dem Licht zwei Spektralanteile, nämlich die Wellenlängen λM und λS, genommen. Die am nachfolgenden Detektor D gemessene Intensität ist etwas geringer als im Falle gleicher Auslenkung bei beiden Faser-Bragg-Gittern M und S mit λM gleich λS. Die Intensitätsmaxima werden hier analog zu den Intensitätsminima in den vorher beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ausgewertet.Here becomes the light emitted by the light source L polychromatic light with the wavelength range ΔλL a fiber Bragg grating M arranged in series as a modulator and Fiber Bragg grating S guided as a sensor. Is the deflection at the fiber Bragg grating M from the deflection at the fiber Bragg grating S different, the light becomes two spectral components, namely the wavelengths λM and λS taken. The intensity measured at the subsequent detector D is slightly lower than in the case of the same deflection in both fiber Bragg gratings M and S with λM equal to λS. The intensity maxima are analogous to the intensity minima in the before evaluated design variants described.

Die Reihenfolge von Sensor und Modulator ist für die Funktion unwesentlich. Der zur Lichtquelle L rückreflektierte Strahlungsanteil ist bei dieser Anordnung verhältnismäßig hoch, daher sollte die Lichtquelle L mit einer entsprechenden Entkopplung betrieben werden. Dies gilt auch für die nachfolgend anhand 2, 6 und 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele.The order of sensor and modulator is immaterial to the function. The reflected back to the light source L radiation component is relatively high in this arrangement, therefore, the light source L should be operated with a corresponding decoupling. This also applies to the following 2 . 6 and 7 described embodiments.

In dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, als Sensoren in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) vorgesehen, die untereinander abweichende Mittenwellenlängen haben. Anders als im Ausführungsbeispiel nach 4 wird hier das die Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) passierende Licht weiterverwendet und ist zu diesem Zweck verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1, Z2, ... Zn) jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) als Modulator vorhanden ist. Jedes der Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) hat mit einem korrespondierenden Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) dieselbe Mittenwellenlänge. Das die Faser-Bragg-Gitter (M1, M2, ... Mn) passierende Licht ist jeweils gesondert auf einen zugeordneten Detektor (D1, D2, ... Dn) gerichtet.In the embodiment according to 6 is the light emitted from the light source L polychromatic light for coupling into a plurality, as sensors arranged in series successively arranged fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) having mutually differing center wavelengths. Unlike the embodiment according to 4 In this case, the light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) is further used and is branched for this purpose, whereby in each case a fiber Bragg grating in several parallel branches (Z1, Z2,... Zn). Grid (M1, M2, ... Mn) is present as a modulator. Each of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) has the same center wavelength with a corresponding fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn). The light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) is directed separately to an associated detector (D1, D2, ... Dn).

Mit dieser Anordnung lassen sich mehrere Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) unterschiedlicher Mittenfrequenzen gleichzeitig auswerten. Mittels der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS werden auch hier, wie im Ausführungsbeispiel nach 5, die Zeitabstände der an den Detektoren gemessenen Pegelunterschiede ausgewertet.With this arrangement, multiple fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) of different center frequencies can be evaluated simultaneously. By means of the drive and evaluation circuit AAS are also here, as in the embodiment according to 5 , evaluated the time intervals of the level differences measured at the detectors.

Optional kann auch, wie schon in 4 gezeigt, ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorhanden sein.Optionally, as already in 4 shown, an additional detector R connected via a separate branch ZR may be present.

Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors ist das das Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1, Z2, ... Zn) Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) mit untereinander gleicher Mittenwellenlängen angeordnet sind. Das die Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) passierende Licht ist jeweils gesondert auf zugeordnete Detektoren (D1, D2, ... Dn) gerichtet.At the in 7 illustrated embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, the fiber passing the fiber Bragg grating M is branched, wherein in several parallel branches (Z1, Z2, ... Zn) fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths. The light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).

In dieser Anordnung ist es möglich, unter Verwendung nur eines Faser-Bragg-Gitters M als Modulator die Auslenkungen mehrerer als Sensoren genutzter Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) zu messen. Die Auswertung der von den Detektoren abgegebenen Signale erfolgt wiederum entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 5. Auch hier kann optional ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorgesehen werden.In this arrangement, it is possible to measure the deflections of several fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) used as sensors by using only one fiber Bragg grating M as modulator sen. The evaluation of the signals emitted by the detectors again takes place according to the exemplary embodiment 5 , Here, too, optionally an additional detector R connected via a separate branch ZR can be provided.

In dem Ausführungsbeispiel nach 8 schließlich wird das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht in ein Faser-Bragg-Gitter M eingekoppelt. Das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht wird verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1, Z2, ... Zn) Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) mit untereinander gleichen Mittenwellenlängen angeordnet sind. Das die Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) passierende Licht ist jeweils gesondert auf zugeordnete Detektoren (D1, D2, ... Dn) gerichtet.In the embodiment according to 8th Finally, the emitted from the light source L polychromatic light is coupled into a fiber Bragg grating M. The light reflected by the fiber Bragg grating M is branched, wherein in several parallel branches (Z1, Z2, ... Zn) fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths , The light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).

Auch hierbei werden unter Verwendung nur eines Faser-Bragg-Gitter M als Modulator die Auslenkungen mehrerer als Sensoren genutzter Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) gemessen. Die Rückkopplung zur Lichtquelle L ist vorteilhafterweise relativ gering.Also In this case, using only one fiber Bragg grating M as Modulator the deflections of several used as sensors fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) measured. The feedback to the light source L is advantageously relatively low.

Die Auswertung der von den Detektoren abgegebenen Signale erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 anhand der negativen Signalspitzen bei zwischen dem Faser-Bragg-Gitter M und den einzelnen Faser-Bragg-Gittern (S1, S2, ... Sn) übereinstimmender Auslenkung.The evaluation of the signals emitted by the detectors according to the embodiment according to 1 based on the negative signal peaks at between the fiber Bragg grating M and the individual fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) matching deflection.

Da auch hier die Signalstärke relativ gering ist, sollte, wie in 4 gezeigt, ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R als Referenzdetektor vorhanden sein.Since the signal strength is relatively low, as in 4 shown, a connected via a separate branch ZR additional detector R may be present as a reference detector.

Zu beachten ist ferner, daß bei den Ausführungsbeispielen nach 3, 4 und 8 die Signalstärke an den Detektoren quadratisch zur Anzahl der Verzweigungen abnimmt, wodurch die Anzahl der als Sensoren einzusetzenden Faser-Bragg-Gitter (S1, S2, ... Sn) begrenzt ist. Bei den Anordnungen nach den anhand 6 und 7 erläuterten Ausführungsbeispielen dagegen ist der Leistungsverlust nur linear.It should also be noted that in the embodiments of 3 . 4 and 8th the signal strength at the detectors decreases quadratically to the number of branches, whereby the number of fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) to be used as sensors is limited. In the arrangements according to the 6 and 7 By contrast, the power loss is only linear.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

  • AASAAS
    Ansteuer- und AuswerteschaltungControl and evaluation circuit
    DD
    Detektordetector
    D1, D2, ... DnD1, D2, ... Dn
    Detektorendetectors
    DRDR
    Detektordetector
    LL
    Lichtquellelight source
    LWLLWL
    Lichtwellenleiteroptical fiber
    M, SM, S
    Faser-Bragg-GitterFiber Bragg Grating
    M1, M2, ... MnM1, M2, ... Mn
    Faser-Bragg-GitterFiber Bragg Grating
    PP
    Piezo-AktuatorPiezo actuator
    S1, S2, ... SnS1, S2, ... Sn
    Faser-Bragg-GitterFiber Bragg Grating
    Z1, Z2, ... ZnZ1, Z2, ... Zn
    Zweigebranches
    ZRZR
    Zweigbranch
    Y1, Y2, Y3Y1, Y2, Y3
    Koppelstellen eines Y-VerzweigersCoupling points of a Y-branch
    λM, λSλ M, λ S
    Wellenlängenwavelength
    ΔλL, ΔλM, ΔλS,ΔλL, ΔλM, ΔλS,
    WellenlängenbereicheWavelength ranges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2006/108468 A1 [0004] - WO 2006/108468 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „Optische Fasersensorsysteme für die strukturintegrierte Überwachung technischer Anlagen”, R. Willsch, W. Ecke; IPHT e. V. Jena, Deutschland [0002] - "Optical fiber sensor systems for structural integrated monitoring of technical installations", R. Willsch, W. Ecke; IPHT e. V. Jena, Germany [0002]

Claims (23)

Verfahren zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen Gitters, bei dem: – aus dem von einer Lichtquelle ausgesendeten Wellenlängenbereich ΔλL mittels eines Faser-Bragg-Gitters M eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λM selektiert wird, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht nur die Wellenlänge λM aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λM fehlt, – mittels eines weiteren Faser-Bragg-Gitters S aus dem verbleibenden Spektrum eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λS selektiert wird, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht nur die Wellenlänge λS aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λS fehlt, – nach Selektion der Wellenlängen λM und λS die Intensität des übrigen Strahlungsanteils ausgewertet wird, wobei die Intensität bei λM ≠ λS mit der Intensität bei λM = λS verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf eine gleiche oder ungleiche Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß – das zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmte Faser-Bragg-Gitter M periodisch ausgelenkt wird, so daß die Wellenlänge λM einen sich innerhalb eines Wellenlängenbereichs ΔλM periodisch ändernden Wert hat, wobei Wellenlängenbereich ΔλM ≤ Wellenlängenbereich ΔλL ist und innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλL liegt und die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S in einem Wellenlängenbereich ΔλS erfolgt, der innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM liegt, oder – die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M auf die aktuelle Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S geschlossen wird.Method for determining the elongation or compression of a fiber-optic grating, in which: a wavelength λM dependent on its current deflection is selected from the wavelength range ΔλL emitted by a light source by means of a fiber Bragg grating M, by the wavelength determined by the fiber Bragg grating Lattice M reflected light only has the wavelength λM, while the transmitted light, the wavelength λM is missing, - is selected by means of another fiber Bragg grating S from the remaining spectrum dependent on its current deflection wavelength λS by the fiber of the fiber Bragg grating S reflected light only has the wavelength λS, while the transmitted light, the wavelength λS is missing, - after selection of the wavelengths λM and λS, the intensity of the remaining radiation component is evaluated, the intensity at λM ≠ λS with the intensity at λM = λS and from the result of the comparison to a g a corrugated or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings is closed, characterized in that - the fiber Bragg grating M destined for the selection of the wavelength λM is periodically deflected, so that the wavelength λM has a value which changes periodically within a wavelength range ΔλM wherein wavelength range ΔλM ≦ wavelength range ΔλL and is within the wavelength range ΔλL and the deflection of the fiber Bragg grating S takes place in a wavelength range ΔλS which lies within the wavelength range ΔλM, or - the deflection of the fiber determined for the selection of the wavelength λM Bragg grating M is continuously tracked to the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λM and λS are kept identical and by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M to the current deflection of the fiber Bragg grating Grid S is closed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – die Faser-Bragg-Gitter (M, S) die gleichen Kennwerte haben, insbesondere gleiche Mittenwellenlängen.Method according to claim 1 or 2, in which - the Fiber Bragg gratings (M, S) have the same characteristics, in particular same center wavelengths. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Auswertung der Intensität kontinuierlich oder periodisch anhand eines elektronischen Signals erfolgt.Method according to Claim 1 or 2, in which the evaluation the intensity continuously or periodically by means of a electronic signal occurs. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem – das vom Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λM aufweist, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λS aufweist, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, oder – das vom Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λM aufweist, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht, dem die Wellenlänge λS fehlt, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, oder – das Faser-Bragg-Gitter M passierendes Licht, dem die Wellenlänge λM fehlt, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λS aufweist, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, so daß – jeweils die Intensität des elektronischen Signals bei λM = λS den Wert „Null” und bei λM ≠ λS einen Wert „ungleich Null” hat.Method according to one of the preceding claims, in which - Reflected from the fiber Bragg grating M. Light having only the wavelength λ M, in the fiber Bragg grating S is coupled, and then from the Fiber Bragg grating S reflected light that was only the wavelength λs is converted into an electronic signal, or - the light reflected by the fiber Bragg grating M, which only has the wavelength λM , is coupled into the fiber Bragg grating S, and the then the fiber Bragg grating S passing light to which the wavelength λS missing, is converted into an electronic signal, or - the Fiber Bragg grating M passing light to which the wavelength λM is absent, is coupled into the fiber Bragg grating S, and then from the fiber Bragg grating S reflected light, which only the wavelength λS is converted into an electronic signal, so that - each the intensity of the electronic signal at λM = λS the value "zero" and at λM ≠ λS has a value "nonzero". Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem – das Faser-Bragg-Gitter M passierendes Licht, dem die Wellenlänge λM fehlt, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht, dem die Wellenlänge λS fehlt, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, so daß bei λM = λS die Intensität des elektronischen Signals größer ist als bei λM ≠ λS.Method according to one of the preceding claims, in which The fiber Bragg grating M passing light, which lacks the wavelength λM, into the fiber Bragg grating S is coupled, and then the fiber Bragg grating S passing light that lacks the wavelength λs, is converted into an electronic signal, so that at λM = λS the intensity of the electronic signal is greater than at λM ≠ λS. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem aus der zulässigen oder unzulässigen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S auf die relative oder absolute Abweichung eines Äquivalents der Gitterperiode A von einem Sollwert geschlossen wird, und bei Ermittlung einer absoluten Abweichung diese als physikalische Größe, bevorzugt als Längenmaß oder Temperaturwert, ausgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, in the case of permissible or impermissible strain or compression of the fiber Bragg grating S to the relative or absolute Deviation of one equivalent of the grating period A from one Setpoint is closed, and when determining an absolute deviation this as a physical size, preferably as a measure of length or Temperature value, is output. Fasergitter-Verformungssensor, umfassend: – eine Lichtquelle, die Licht mit einem Wellenlängenbereich ΔλL aussendet, – mindestens ein Faser-Bragg-Gitter M zur Selektion einer Wellenlänge λM aus dem eingekoppelten Licht, – mindestens ein Faser-Bragg-Gitter S zur Selektion einer Wellenlänge λS aus dem eingekoppelten Licht, wobei – die Einkopplung des Lichts mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst in das Faser-Bragg-Gitter M und dann in das Faser-Bragg-Gitter S oder umgekehrt zunächst in das Faser-Bragg-Gitter S und dann in das Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist, – mindestens einen Detektor, auf den der übrige Strahlungsanteil nach Selektion der Wellenlängen λM und λS gerichtet ist, und dessen Signalausgang mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung in Verbindung steht, wobei – die Ansteuer- und Auswerteschaltung ausgebildet ist zum periodischen oder kontinuierlichen Vergleichen des am Detektorausgang in Abhängigkeit von der Abweichung der Intensität bei λM ≠ λS von einer vorgegebenen Intensität bei λM = λS anliegenden Signals und zur Ausgabe einer Information über eine gleiche oder ungleiche Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, wobei – jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung zur periodischen Auslenkung gekoppelt ist, oder – jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung gekoppelt ist, durch welche die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden.Fiber grating deformation sensor, comprising: a light source emitting light with a wavelength range Δλ L, at least one fiber Bragg grating M for selecting a wavelength λ M from the coupled-in light, at least one fiber Bragg grating S for selecting a wavelength λS from the coupled-in light, wherein - the coupling of the light with the wavelength range ΔλL first in the fiber Bragg grating M and then in the fiber Bragg grating S or vice versa first in the fiber Bragg grating S and then in the Fiber Bragg grating M is provided, - at least one detector to which the remaining radiation component is directed after selection of the wavelengths λM and λS, and whose signal output is connected to a drive and evaluation circuit, wherein - the drive and evaluation circuit formed is for periodically or continuously comparing the at the detector output in dependence on the deviation of the intensity at λM ≠ λS of one given intensity at λM = λS applied signal and for outputting information about an equal or unequal expansion or compression of the fiber Bragg grating S, wherein - each fiber Bragg grating M is coupled to a device for periodic deflection, or - each Fiber Bragg grating M is coupled to a device by which the deflection of the specific for the selection of the wavelength λM fiber Bragg grating M is continuously tracked the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λM and λS be kept identical. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7, bei dem zur periodischen Auslenkung eine Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, bevorzugt in Form eines Piezo-Aktuators oder eines Schwingspulensystems, vorgesehen ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7, wherein for periodic deflection means for generating mechanical vibrations, preferably in the form of a piezo actuator or a voice coil system is provided. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das aus einem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist, und – das das Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht auf einen Detektor D gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - that back from a fiber Bragg grating S reflected light for coupling into a fiber Bragg grating M provided is and - That the fiber Bragg grating M passing Light is directed to a detector D. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter S vorgesehen ist, und – das aus dem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht auf einen Detektor D gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - Passing a fiber Bragg grating M Light for coupling into a fiber Bragg grating S is provided and - That back from the fiber Bragg grating S reflected light is directed to a detector D. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter S vorgesehen ist, – das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht auf einen Detektor D gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - Passing a fiber Bragg grating M Light for coupling into a fiber Bragg grating S is provided - the the fiber Bragg grating S passing light onto a detector D. is directed. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt ist, wobei – in mehreren parallelen Zweigen Z1, Z2, ... Zn Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn mit untereinander gleicher Mittenwellenlängen angeordnet sind, und – das die Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1, D2, ... Dn gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - Passing a fiber Bragg grating M Light is branched, being - in several parallel Branches Z1, Z2, ... Zn fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn with each other are arranged equal center wavelengths, and - the the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn passing light, respectively is directed separately to a detector D1, D2, ... Dn. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das von einem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht verzweigt ist, wobei – in mehreren parallelen Zweigen Z1, Z2, ... Zn Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn mit untereinander gleichen Mittenwellenlängen angeordnet ist, und – das die Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1, D2, ... Dn gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - The reflected light from a fiber Bragg grating M branched, being - in several parallel branches Z1, Z2, ... Zn fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn with each other same center wavelengths is arranged, and - the the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn passing light, respectively is directed separately to a detector D1, D2, ... Dn. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn mit untereinander abweichenden Mittenwellenlängen vorgesehen ist, – das die Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn passierende Licht verzweigt ist, wobei – in mehreren parallelen Zweigen Z1, Z2, ... Zn jeweils ein Faser-Bragg-Gitter M1, M2, ... Mn vorhanden ist, die korrespondierend zu den Faser-Bragg-Gittern S1, S2, ... Sn dieselben Mittenwellenlängen haben, und – das die Faser-Bragg-Gitter M1, M2, ... Mn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1, D2, ... Dn gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - The polychromatic light for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings sequentially arranged in series S1, S2, ... Sn with mutually different center wavelengths is provided, That the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn passing light is branched, taking - in a plurality of parallel branches Z1, Z2, ... Zn each have a fiber Bragg grating M1, M2, ... Mn corresponding to the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn have the same center wavelengths, and - the the fiber Bragg gratings M1, M2, ... Mn passing light, respectively is directed separately to a detector D1, D2, ... Dn. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem – das polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S1, S2, ... Sn mit untereinander abweichenden Mittenwellenlängen vorgesehen ist, – das von den Faser-Bragg-Gittern S1, S2, ... Sn reflektierte Licht verzweigt ist, wobei – in parallelen Zweigen Z1, Z2, ... Zn jeweils ein Faser-Bragg-Gitter M1, M2, ... Mn vorhanden ist, die korrespondierend zu den Faser-Bragg-Gittern S1, S2, ... Sn dieselben Mittenwellenlängen haben, und – das die Faser-Bragg-Gitter M1, M2, ... Mn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1, D2, ... Dn gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, in which - The polychromatic light for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings sequentially arranged in series S1, S2, ... Sn with mutually different center wavelengths is provided, - that of the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn reflected light is branched, wherein - in parallel branches Z1, Z2, ... Zn each have a fiber Bragg grating M1, M2, ... Mn corresponding to the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn have the same center wavelengths, and - the the fiber Bragg gratings M1, M2, ... Mn passing light, respectively is directed separately to a detector D1, D2, ... Dn. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem – ein gesonderter Zweig ZR direkt auf einen weiteren, ebenfalls mit der Auswerteschaltung verbundenen Detektor DR gerichtet ist.A fiber grating deformation sensor according to any one of the claims 12 to 15, at the - a separate branch ZR directly to another, also connected to the evaluation circuit detector DR is addressed. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Lichtquelle als faseroptische Breitbandlichtquelle, bevorzugt zur Abstrahlung von polychromatischem Licht konstanter Intensität, ausgebildet ist.Fiber grating deformation sensor according to one of the aforementioned Claims in which the light source is a broadband fiber optic source, preferably more constant for the emission of polychromatic light Intensity, is formed. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 18, bei dem die Breitbandlichtquelle zur Abstrahlung von Licht mit einem Spektralbereich von 50 nm bei konstanter Intensität ausgebildet ist.A fiber grating deformation sensor according to claim 18, wherein the broadband light source for emitting light with a Spectral range of 50 nm formed at a constant intensity is. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur Übertragung des Lichts zwischen der Lichtquelle und den Faser-Bragg-Gitter M oder S und/oder zwischen den Faser-Bragg-Gittern M und S den optoelektronischen Wandlern Lichtwellenleiter vorgesehen sind.A fiber grating strain sensor according to any one of the preceding claims, wherein for transmitting the light between the light source and the light source Fiber Bragg grating M or S and / or between the fiber Bragg gratings M and S the optoelectronic transducers optical waveguides are provided. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der opto-elektronische Wandler als Photodiode ausgebildet ist.Fiber grating deformation sensor according to one of the aforementioned Claims in which the opto-electronic converter as a photodiode is trained. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit einer Kalibriereinrichtung, ausgebildet zum Vergleich der ermittelten Werte mit Referenzwerten zwecks Umrechnung der relativen Position in eine physikalische Größe, bevorzugt als Längenmaß oder Temperaturwert.Fiber grating deformation sensor according to one of the aforementioned Claims, with a calibrating device formed to compare the values obtained with reference values for conversion the relative position into a physical quantity, preferably as a measure of length or temperature. Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors nach einem der Ansprüche 7 bis 21 zum Kontrollieren oder Messen der Verformung von Schweißzangenelementen und zur Ableitung von Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und auf die Güte der Schweißverbindung aus den Meßergebnissen.Use of a fiber grating deformation sensor according to any one of claims 7 to 21 for controlling or Measuring the deformation of welding tongs elements and Derivation of conclusions on the welding spot quality and on the quality of the welded joint from the Measurement results. Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors nach einem der Ansprüche 7 bis 21 zum Kontrollieren oder Messen von physikalischen Größen, bevorzugt von Längen oder Temperaturen.Use of a fiber grating deformation sensor according to any one of claims 7 to 21 for controlling or Measuring physical quantities, preferably from Lengths or temperatures.
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