DE102016219506A1

DE102016219506A1 - Measuring device and method for determining a movement

Info

Publication number: DE102016219506A1
Application number: DE102016219506.9A
Authority: DE
Inventors: Karsten Rahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-04-12
Also published as: WO2018065204A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit wenigstens einem faseroptischen Sensor. Um eine signaltechnisch sichere und trotzdem kostengünstige Messeinrichtung bereitzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sensor wenigstens zwei Lichtquellen (4) und wenigstens eine zur unabhängigen Signalauswertung von Licht der wenigstens zwei Lichtquellen (4) ausgebildete Auswerteeinrichtung (5) aufweist. Die Erfindung betrifft auch noch ein Verfahren zur Ermittlung einer Bewegung.The invention relates to a measuring device with at least one fiber-optic sensor. In order to provide a signal-technically safe and yet cost-effective measuring device, the invention provides that the sensor has at least two light sources (4) and at least one evaluation device (5) designed for independent signal evaluation of light from the at least two light sources (4). The invention also relates to a method for determining a movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit wenigstens einem faseroptischen Sensor. The invention relates to a measuring device with at least one fiber-optic sensor.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Ermittlung einer Bewegung, bei dem die Bewegung mit Hilfe von wenigstens einem faseroptischen Sensor bestimmt wird. Furthermore, the invention also relates to a method for determining a movement in which the movement is determined by means of at least one fiber-optic sensor.

Faseroptische Sensoren, wie beispielsweise Gyrosensoren, die auch mit FOG (Fiber Optischer Gyrosensor) abgekürzt werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Faseroptische Gyrosensoren basieren auf dem Sagnac-Effekt. In einem faseroptischen Gyrosensor wird eine Spule aus aufgewickelten Glasfasern in zwei Richtungen von Lichtstrahlen durchströmt. Je nach dem in welche Richtung sich die Faserspule dreht, ergibt sich eine Phasenverschiebung in die eine oder andere Richtung zwischen den beiden Lichtstrahlen. Aus der Phasenverschiebung kann die Drehbewegung ermittelt und die Drehrichtung, die Drehgeschwindigkeit und/oder die Drehrate bestimmt werden. Fiber optic sensors, such as gyro sensors, also abbreviated to FOG (Fiber Optic Gyrosensor), are known in the art. Fiber optic gyrosensors are based on the Sagnac effect. In a fiber optic gyro sensor, a coil of wound glass fibers is traversed in two directions by light rays. Depending on the direction in which the fiber coil rotates, there is a phase shift in one or the other direction between the two light beams. From the phase shift, the rotational movement can be determined and the direction of rotation, the rotational speed and / or the rate of rotation can be determined.

Anlagen mit einem hohen Gefährdungspotential, wie beispielsweise Zugsicherungseinrichtungen, müssen signaltechnisch sicher ausgebildet sein, damit ein Fehler sofort erkannt wird und eine Gefährdung, beispielsweise von Fahrgästen, vermieden werden kann. Die signaltechnisch sichere Ausführung ist allerdings häufig aufwendig und daher kostenintensiv. Systems with a high risk potential, such as train control devices, must be safely trained signal technology, so that an error is detected immediately and a threat, such as passengers, can be avoided. However, the fail-safe design is often expensive and therefore expensive.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die signaltechnisch sicher und trotzdem kostengünstig sind. It is therefore an object of the present invention to provide a measuring device and a method of the type mentioned, which are safe in terms of signal technology and yet inexpensive.

Die Aufgabe wird für die eingangs genannte Messeinrichtung dadurch gelöst, dass der Sensor wenigstens zwei Lichtquellen und wenigstens eine zur unabhängigen Signalauswertung von Licht der wenigstens zwei Lichtquellen ausgebildete Auswerteeinrichtung aufweist. The object is achieved for the above-mentioned measuring device in that the sensor has at least two light sources and at least one for the independent signal evaluation of light of the at least two light sources formed evaluation.

Das eingangs genannte Verfahren löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der faseroptische Sensor mit Licht von wenigstens zwei Lichtquellen gespeist wird und das Licht der wenigstens zwei Lichtquellen unabhängig voneinander ausgewertet wird. The aforementioned method achieves the object according to the invention in that the fiber-optic sensor is supplied with light from at least two light sources and the light from the at least two light sources is evaluated independently of one another.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass lediglich zwei Lichtquellen eingesetzt werden müssen und nur ein Lichtwellenleiter nötig ist, um eine mehrkanalige und gegebenenfalls signaltechnisch sichere Messeinrichtung aufzubauen. The solution according to the invention has the advantage that only two light sources have to be used and only one optical waveguide is necessary in order to set up a multichannel and, if appropriate, fail-safe measuring device.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind. The solution according to the invention can be further developed by advantageous embodiments, which are described below.

So können die wenigstens zwei Lichtquellen voneinander unabhängig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine Störung der einen Lichtquelle nicht die andere Lichtquelle betrifft und dadurch bei der Auswertung des Sensors festgestellt wird. Es stehen damit mindestens zwei unabhängige Messwertkanäle zur Verfügung. Thus, the at least two light sources can be formed independently of each other. This has the advantage that a disturbance of one light source does not affect the other light source and is thereby detected in the evaluation of the sensor. There are thus at least two independent measured value channels available.

Um die Auswertung der Lichtsignale besonders einfach auszugestalten, können die Lichtquellen zur Erzeugung von Licht mit zueinander unterschiedlichen Frequenzen oder unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung detektiert dafür das Licht der vorbestimmten wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen oder Wellenlängen, um zwei unabhängige Messsignale zu erhalten. Dafür kann die Auswerteeinrichtung für eine mehrkanalige Signalauswertung für das unterschiedliche Licht der Lichtquellen ausgebildet sein. Mit mindestens zwei Messkanälen kann eine kontinuierliche Überwachung der Messwerte vorgenommen werden. So können Einzelfehler erkannt werden und es kann eine entsprechende Fehlerreaktion erfolgen, wie z. B. ein Alarmsignal und/oder eine Messung mit ungenauerem Fehlermodell. Durch den mehrkanaligen Ansatz mit unabhängigen Messkanälen kann der Sensor signaltechnisch sicher aufgebaut werden. In order to design the evaluation of the light signals in a particularly simple manner, the light sources can be designed to generate light with mutually different frequencies or different wavelengths. For this purpose, the evaluation device detects the light of the predetermined at least two different frequencies or wavelengths in order to obtain two independent measurement signals. For this purpose, the evaluation device can be designed for a multi-channel signal evaluation for the different light of the light sources. With at least two measuring channels, continuous monitoring of the measured values can be carried out. Thus, individual errors can be detected and it can be a corresponding error response, such. As an alarm signal and / or a measurement with less accurate error model. Thanks to the multi-channel approach with independent measuring channels, the sensor can be safely set up in terms of signal technology.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sensor als ein Gyrosensor ausgebildet sein. Da bei einem Gyrosensor ein sehr langer Lichtwellenleiter in Form einer Faserspule verwendet wird, ist die Materialeinsparung besonders hoch und daher vorteilhaft. In a particularly advantageous embodiment, the sensor may be designed as a gyrosensor. Since a very long optical fiber in the form of a fiber coil is used in a gyro sensor, the material saving is particularly high and therefore advantageous.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sicherungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein schienengebundenes Fahrzeug. Um die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung signaltechnisch sicher und trotzdem kostengünstig auszugestalten, umfasst sie erfindungsgemäß eine Messeinrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsform. The invention further relates to a securing device for a vehicle, in particular a rail-bound vehicle. In order to configure the safety device according to the invention in a safe and yet cost-effective manner, according to the invention it comprises a measuring device according to one of the previously described embodiments.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Alarmsignal ausgegeben werden, wenn aus dem Licht der wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedliche Werte ermittelt werden. Die Werte können eine Drehgeschwindigkeit und/oder eine Drehrate sein. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, an alarm signal can be output if different values are determined from the light of the at least two light sources. The values may be a rotation speed and / or a rotation rate.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In the following the invention will be explained with reference to the attached drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Messeinrichtung; 1 a schematic representation of an exemplary measuring device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Messeinrichtung aus 1. 2 a schematic representation of a portion of the measuring device according to the invention 1 ,

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Messeinrichtung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform in den 1 und 2 beschrieben. In the following, the measuring device according to the invention with reference to the exemplary embodiment in the 1 and 2 described.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung 1 umfasst einen faseroptischen Gyrosensor 2. Der Gyrosensor 2 weist eine Faserspule 3, zwei Lichtquellen 4 und eine Auswerteeinrichtung 5 auf. The measuring device according to the invention 1 includes a fiber optic gyrosensor 2 , The gyrosensor 2 has a fiber coil 3 , two light sources 4 and an evaluation device 5 on.

In der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 mit dem erfindungsgemäßen Gyrosensor 2 erzeugen die beiden Lichtquellen 4 unabhängig voneinander Licht, das in die Faserspule 3 eingeleitet wird. Die Faserspule 3 besteht aus einem aufgewickelten Lichtwellenleiter, der beispielsweise mehrere Kilometer lang ist. Die beiden Enden 6 des Lichtwellenleiters sind an einem Y-Stück 7 zusammengeführt. Das Licht wird durch das Y-Stück in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt oder führt zwei Lichtstrahlen zusammen. Das Licht der Lichtquellen 4 wird in der beispielhaften Ausführungsform in 1 über einen Koppler 8 und einen Polarysator 9 über das Y-Stück 7 in beide Enden 6 der Faserspule 3 eingeleitet. Nachdem das Licht den gesamten Lichtwellenleiter der Faserspule 3 in beide Richtungen 10 durchflossen hat, gelangt es über das Y-Stück 7, den Polarysator 9, den Koppler 8 zu der Auswerteeinrichtung 5. Die Auswerteeinrichtung 5 besteht aus einem Detektor 11 und einer Auswerteelektronik 12. Der Detektor 11 ermittelt eine gemäß dem Sagnac-Effekt durch eine Drehung der Faserspule 3 entstehende Phasenverschiebung zwischen den aus der Faserspule 3 kommenden Lichtstrahlen. Die Auswerteelektronik 12 ermittelt aus der Phasenverschiebung, die der Detektor 11 registriert hat, eine Drehrate 13. Die Drehrate 13 wird von der Messeinrichtung 1 ausgegeben und beispielsweise an eine erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung für ein schienengebundenes Fahrzeug weitergegeben. In the measuring device according to the invention 1 with the gyrosensor according to the invention 2 generate the two light sources 4 independently of each other light that enters the fiber coil 3 is initiated. The fiber coil 3 consists of a wound optical fiber, which is for example several kilometers long. The two ends 6 of the optical fiber are on a Y-piece 7 merged. The light is split by the Y-piece into two light beams or brings together two light beams. The light of the light sources 4 In the exemplary embodiment, FIG 1 via a coupler 8th and a polarizer 9 over the Y-piece 7 in both ends 6 the fiber coil 3 initiated. After the light the entire optical fiber of the fiber coil 3 in both directions 10 it passes through the Y-piece 7 , the polarizer 9 , the coupler 8th to the evaluation device 5 , The evaluation device 5 consists of a detector 11 and an evaluation 12 , The detector 11 determines one according to the Sagnac effect by a rotation of the fiber coil 3 resulting phase shift between the fiber coil 3 coming rays of light. The evaluation electronics 12 determined from the phase shift that the detector 11 has registered a rate of turn 13 , The rate of rotation 13 is from the measuring device 1 issued and passed, for example, to a safety device according to the invention for a rail vehicle.

Die Lichtquellen 4 sind erfindungsgemäß zur Erzeugung von Licht mit zueinander unterschiedlichen Frequenzen oder Wellenlängen ausgebildet. Dadurch erreicht die Auswerteeinrichtung 5 ebenfalls Licht mit unterschiedlichen Frequenzen oder Wellenlängen, das in einer mehrkanaligen Signalauswertung verarbeitet werden kann. Durch die mehrkanalige Signalauswertung des unterschiedlichen Lichts können zwei unabhängig ermittelte Drehraten 13 bestimmt werden. Durch die unterschiedlich ermittelten Drehraten 13 liegt ein redundantes System vor, das signaltechnisch sicher ausgebildet ist. Falls eine Störung bei einer der Lichtquellen 4 vorliegt, würde sich das Licht dieser Lichtquelle 4 ändern, was zu einer veränderten Drehrate 13 führen würde. Durch die redundante Auslegung der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung 1 würde dieser Fehler aber durch den Vergleich der unabhängig voneinander ermittelten Drehraten 13 erkannt werden. The light sources 4 are inventively designed to generate light with mutually different frequencies or wavelengths. This reaches the evaluation 5 also light with different frequencies or wavelengths, which can be processed in a multi-channel signal evaluation. The multi-channel signal evaluation of the different light allows two independently determined rotation rates 13 be determined. Due to the differently determined rotation rates 13 There is a redundant system, which is formed technically safe. If there is a fault with one of the light sources 4 present, the light would be this light source 4 change, resulting in a changed rate of turn 13 would lead. Due to the redundant design of the safety device according to the invention 1 However, this error would be by comparing the independently determined rotation rates 13 be recognized.

2 zeigt die Faserspule 3 der Messeinrichtung 1 aus 1 in einer schematischen Darstellung. Der Lichtwellenleiter 14 ist in einem Radius R aufgewickelt. 2 shows the fiber coil 3 the measuring device 1 out 1 in a schematic representation. The optical fiber 14 is wound up in a radius R

Claims

Measuring device ( 1 ) with at least one fiber optic sensor, characterized in that the sensor comprises at least two light sources ( 4 ) and at least one for the independent signal evaluation of light of the at least two light sources ( 4 ) evaluation device ( 5 ) having.

Measuring device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least two light sources ( 4 ) are formed independently of each other.

Measuring device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the light sources ( 4 ) are formed for generating light with mutually different frequencies or different wavelengths.

Measuring device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the evaluation device ( 5 ) for a multi-channel signal evaluation for the different light of the light sources ( 4 ) is trained.

Measuring device according to one of the above claims, characterized in that the sensor as a gyrosensor ( 2 ) is trained.

Securing device for a vehicle, in particular a rail-bound vehicle, characterized in that the securing device at least one measuring device ( 1 ) according to one of the above claims.

Method for measuring a movement, in which the movement is controlled by means of at least one fiber-optic sensor ( 2 ), characterized in that the fiber optic sensor ( 2 ) with light from at least two light sources ( 4 ) and the light from the at least two light sources ( 4 ) is evaluated independently.

A method according to claim 7, characterized in that an alarm signal is output, if from the light of at least two light sources ( 4 ) different values are determined.