CH643062A5 - Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel und verwendung des messgeraetes. - Google Patents

Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel und verwendung des messgeraetes. Download PDF

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CH643062A5
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Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des Messgerätes. Ein solches Messgerät arbeitet auf der Basis der Spektralanalyse.
Es sind Messgeräte zum Messen von physikalischen Grössen bekannt, bei denen durch die zu messende Grösse in einem Raum eine mechanische Anordnung bewegt wird, deren Lage auf optischem Weg durch Zu- und Ableitung von Licht mittels optischer Fasern abgetastet wird. Die mechanische Anordnung weist dabei beispielsweise eine Abschirmung auf, durch welche ein auf die Abschirmung gerichteter Lichtstrahl in Abhängigkeit von der zu messenden Grösse moduliert wird. Der modulierte Lichtstrahl dient nach seiner Auswertung zur Anzeige der gemessenen Grösse.
Bei einem solchen bekannten Messgerät ist die Auflösung durch die geometrisch-optische Konstruktion begrenzt, wodurch die Verwendbarkeit eines solchen Messgerätes beim Abtasten sehr kleiner Bewegungen eingeschränkt ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät zum Messen von physikalischen Grössen mittels optischer Mittel zu schaffen, bei welchem die Auflösung auch sehr kleiner Bewegungen möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei einem solchen Messgerät verändert sich der Bandabstand, wenn das Material des Modulators einer Kraft ausgesetzt wird, wodurch sich eine Verschiebung des Lichtabsorptionsspektrums ergibt. Die Veränderung des Absorptionsspektrums im Verhältnis zum Lichtspektrum der verwendeten Lichtquelle ist dabei ein Mass für die zu messende Grösse.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Messgerät für dynamische Messungen,
Fig. 2 die Funktion des Modulators,
Fig. 3-5 die Funktion dotierter Modulatoren,
Fig. 6 ein Messgerät für sowohl statische wie dynamische Messungen,
Fig. 7 die Funktion des Messgerätes nach Figur 6, Fig. 8 eine Variante des Gebers nach Figur 6,
Fig. 9 einen Geber zur Dehnungsmessung,
Fig. 10 einen temperaturkompensierten Geber,
Fig. 11 die Funktion des temperaturkompensierten Gebers,
Fig. 12 einen anderen temperaturkompensierten Geber, Fig. 13 die Funktion des Gebers nach Figur 12, Fig. 14 einen weiteren temperaturkompensierten Geber und
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Fig. 15 die Funktion des Messgerätes an einer Lichtquelle mit breitem Spektrum und bei der Anwendung eines optischen Filters.
Figur 1 zeigt ein faseroptisches Akzelerometer, in dem die Bewegung einer Gravitationsmasse 9 mit Hilfe eines druckempfindlichen Modulators 5 erfasst wird. Licht von einer Lichtquelle 1 wird über eine optische Faser 2, eine Faserverzweigung 3 und eine Faser 4 an den optischen Modulator 5 gesandt. Hinter dem Modulator befindet sich eine spiegelnde Fläche 6. Das Licht, das den Modulator 5 passiert hat, gegen die Fläche 6 reflektiert wurde, den Modulator nochmals passiert hat und in die Faser 4 hineingekommen ist, wird von dieser zur Verzweigung 3 geleitet, wo ein Teil des reflektierten Lichtes in eine Faser 7 hineingeleitet wird.
Die Masse 9 und der Modulator 5 gehören zu einem Geber, der generell mit G bezeichnet und mit einem Gehäuse 11 versehen ist, das auf einer Unterlage 12 ruht. Eine Akzeleration der Unterlage 12 in Richtung des Pfeils 13 wird über das Gehäuse 11 auf den Modulator 5 und die Masse 9 überführt, die von einer Feder 10 gegen den Modulator gedrückt wird. Die Masse 9 und der Modulator 5 stellen ein mechanisches Schwingungssystem zweiter Ordnung dar, und für Akzelerationen der Unterlage 12 bei Frequenzen, die unter der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems liegen, wird die Kraft, mit der die Masse 9 den Modulator 5 beeinflusst, der Akzeleration der Unterlage 12 proportional sein. Dadurch wird die Lichttransmission im Modulator 5 auf der Akzeleration der Unterlage beruhen, und die Lichtvariationen in der Faser 7 können auf die Akzeleration der Unterlage 12 kalibriert werden, die man auch Messobjekt nennen kann.
Das Licht von dem Lichtleiter 7 wird von dem Fotodetektor 8 erfasst, dessen Fotostrom in einem Verstärker 14 verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers passiert ein Tiefpassfilter 15, und das Ausgangssignal des Filters wird in einem Subtraktionsglied 16 mit einem Sollwertsignal Vref verglichen. Das hierbei erhaltene Fehlersignal steuert einen Regler 17, der das Speiseglied 18 der Leuchtdiode 1 auf solche Weise steuert, dass das Ausgangssignal vom Filter 15 gleich Vref wird. Auf diese Weise erhält man durch die Elektronik eine Kompensation für Instabilitäten der Leuchtdiode, der Fasern und der Fotodiode. Das Ausgangssignal des Verstärkers 14 wird einem Hochpassfilter 19 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem Instrument 20 als Messsignal des Messgerätes zugeführt wird. Dadurch, dass das Messsystem mit Hilfe von niederfrequenten Signalen stabilisiert wird,
kann das Messgerät nicht zum Messen von Akzelerationen mit auf Null heruntergehenden Frequenzen verwendet werden.
Die Funktion des druckempfindlichen optischen Modulators soll mit Hilfe von Figur 2 erklärt werden, die teils das Transmissionsspektrum 21 für den Modulator, wenn dieser einem Druck PI ausgesetzt wird, teils dasselbe Transmissionsspektrum 22, wenn der Modulator einem anderen Druck P2 ausgesetzt wird, und teils das Lichtspektrum 23 für die Lichtquelle 1 zeigt.
Der Modulator 5 besteht in diesem Fall aus einem Halbleiter mit einem Bandabstand entsprechend hvi, wo h die Plancksche Konstante und vi die Frequenz des verwendeten Lichtes ist. Wenn der Druck, der auf den Modulator wirkt, von PI aus P2 heruntergeht, wird der Bandabstand geringer (etwa 10-2 eV/kbar) mit dem Ergebnis, dass die Transmissionskante in der Figur nach links verschoben und die Überschneidung mit der Spektralverteilungskurve 23 der Lichtquelle von hvi nach hv2 verschoben wird, was bedeutet, dass weniger Licht durch den Modulator 5 transmittiert wird. Als Beispiel für Halbleitermaterial kann Galliumarsenid genannt werden. Hier ist jedoch zu beachten, dass die Lichtquelle zur
Erreichung einer guten Stabilität temperaturstabilisiert werden muss.
Durch Dotierung des Halbleiters im Modulator 5, so dass im Bandabstand ein Störniveau entsteht, erhält man im Transmissionsspektrum ein Plateau zwischen hv3 und hv4, wodurch der Geber eine Zone mit niedrigerer Empfindlichkeit bekommt. Dieses wird in Figur 3 für den Fall gezeigt,
dass der Druck von PI auf P2 abfällt, wobei die Überschneidung zwischen dem Spektrum 23 der Lichtquelle und dem Transmissionsspektrum des Modulators konstant bei hvo liegt. Diese Möglichkeit, den Halbleiter zu dotieren, kann zur Konstruktion eines Gebers mit einem grossen Linearitätsbe-reich benutzt werden, was in Figur 4 gezeigt ist. Durch Dotierung des Modulators mit einer Anzahl von Verunreinigungen, die verschiedenen Störniveaus im Bandabstand entpsrechen, und durch Steuerung der Dotierungskonzentrationen kann man einen linearen Zusammenhang zwischen der Messgrösse und dem Licht erreichen, das von dem optischen Modulator transmittiert wird. Die wellige Kurvenform des Transmissionsspektrums entsprechend Figur 4 kann aufgrund der Ausbreitung der Störniveaus bereits bei einigen wenigen Störniveaus zu einer geraden Linie ausgeglichen werden, wie es in Figur 5 gezeigt ist. Wenn dabei eine schmalbandige Lichtquelle benutzt wird, kann man einen linearen Zusammenhang zwischen der Verschiebung der Absorptionskante und der Intensität des Lichtes, das den Modulator passiert hat, bekommen.
Für Messungen von langsam variierenden Verläufen ist die Stabilisierungsmethode nach Figur 1 nicht anwendbar. Figur 6 zeigt ein für solche Messungen geeignetes Messgerät. Zwei Oszillatoren 49, 51, die bei unterschiedlichen Frequenzen fl, f2 arbeiten, steuern über zwei Speiseglieder 50 bzw.52 jeweils eine Leuchtdiode 25 bzw. 26, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen X 1 bzw. X 2 durch ihre jeweilige Faser 27 bzw. 28 aussenden. Nach einer Verzweigung 29, welche die Fasern 27 und 28 zu einer gemeinsamen Faser 30 verbindet, erhält man in dieser Faser zwei Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen und verschiedenen Modulationsfrequenzen. Diese Lichtkomponenten werden über eine Verzweigung 31 und eine Faser 32 zu einem druckempfindlichen Modulator 33 geleitet und von einem Spiegel 34 auf die Faser 32 zurückreflektiert. Das Licht, das dabei in die Faser 32 eindringt, wird hierin zur Verzweigung 31 zurückgeleitet, wo ein Teil des Lichtes über eine Faser 38 zu einem Fotodetektor 39 geleitet wird, dessen Fotostrom in einem Verstärker 40 verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird von zwei Bandpassfiltern 41, 45 in die den Leuchtdioden 25 und 26 entsprechenden Komponenten aufgeteilt. Diese Komponenten mit den Modulationsfrequenzen fl bzw. f2 werden von den Gleichrichtern 42 bzw. 46 und den Tiefpassfiltern 43 bzw. 47 demoduliert. Die dabei erhaltenen Signale werden einem Quotientenbildner 44 zugeführt, an dessen Ausgang man den Quotienten zwischen den von den Lichtquellen 25 bzw. 26 herrührenden Signalen erhält. Der Wert dieses Quotienten wird nicht von Instabilitäten in der Faseroptik beeinflusst und ist der Transmission durch den optischen Modulator proportional betreffend das Licht von der Lichtquelle 25 und stellt den Messwert des Messgerätes dar, der dem Instrument 48 zugeführt wird, bei dem es sich beispielsweise um ein registrierendes Instrument handeln kann. Etwas weiter unten in der Beschreibung wird auf die in dem gestrichelten Quadrat 53 gezeigte Elektronik und Faseroptik hingewiesen.
Es wird angenommen, dass es sich bei dem Geber selbst in diesem Fall um ein Kraftgeber handelt, der aus einem Gebergehäuse 35 besteht, das auf einer Unterlage 54 ruht. Die Kraft F, die gemessen werden soll, wirkt auf einen mit einer Membran 36 versehenen krafteinleitenden Block 37, der die Kraft auf den optischen Modulator 33 überführt, dessen
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Transmissionsfähigkeit mit der aufgelegten Kraft verändert wird.
Die Funktion des Lichtmodulators 33 geht aus Figur 7 hervor, in der die Transmissionskurve des Modulators bei der aufgelegten Kraft Fl mit 55 und die entsprechende Kurve für die geringere Kraft F2 mit 56 bezeichnet ist. Auf gleiche Weise, wie es im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wurde, wird der Schnittpunkt zwischen der Spektralkurve 57 der Lichtquelle 25 und der Transmissionskurve des Modulators bei einer Veränderung der aufgelegten Kraft F verschoben. Dies resultiert darin, dass das Licht von der Lichtquelle 25 mit der Wellenlänge XI und der Energie hvi von der aufgelegten Kraft F moduliert wird.
Damit man ein Sollwertsignal bekommt, ist die Frequenz Ï2 der Lichtquelle 26 so gewählt worden, dass eine Spektralverteilung entsprechend der Kurve 58 zustandekommt, die in dem aktuellen Kraftbereich ganz nach links von der Transmissionskante 55 des Modulators fällt. Hierdurch wird die Lichtkomponente, die von der Lichtquelle 26 erzeugt wird, im wesentlichen von der variierenden Transmission der Faseroptik und nicht in genauso grossem Masse von der variierenden Transmission im Geber aufgrund der einwirkenden Kraft beeinflusst. Wenn ein optisches Interferenzfilter zwischen dem Faserende und dem Modulator angebracht wird, so wird, bei geeigneter Filterwahl, das Sollwertlicht hV2 reflektiert und das Messlicht hvi transmittiert, was die Forderungen an das Transmissionsspektrum des Modulators um hv2 verringert.
Figur 8 zeigt einen Geber, bei dem die Kraft F, die gemessen werden soll, den optischen Modulator parallel mit dem Strahlengang durch den Modulator hindurch beeinflussen kann. Das Gebergehäuse 59 ist auf einer Unterlage 65 angeordnet, die ein Loch für die Faser 32 hat. Auf gleiche Weise, wie es in Figur 6 gezeigt ist, wirkt die Kraft F über einen Klotz 61, der in einer Membran 60 aufgehängt ist, auf einen optischen Modulator 63, der von der Kraft F gegen eine transparente Scheibe 64 gepresst wird, die im Gebergehäuse auf derselben Seite wie die Faser 32 befestigt ist. Eine spiegelnde Fläche 62 ist zwischen dem Modulator 63 und dem Klotz 61 angebracht, um das Licht von der Faser 32 in dieselbe zurückzureflektieren.
Figur 9 zeigt, wie der optische Modulator in einem Dehnungsgeber angewendet werden kann. Der Modulator 66 mit einem Spiegelbelag 67 ist mit Leim 69 auf dem Körper 68 befestigt, dessen Dehnung gemessen werden soll. Eine Dehnung AL der Messstrecke L verursacht eine innere Spannung im Modulator, welche die Transmission des Lichtes beeinflusst, das durch den Modulator 66 hindurchgeht. Dieses Licht wird durch eine Faser 32, die keinen mechanischen Kontakt mit dem Modulator zu haben braucht, zugeführt und fortgeleitet. Mit Hilfe eines solchen Gebers kann daher eine Dehnungsmessung berührungsfrei an beispielsweise rotierenden oder schwingenden Messobjekten durchgeführt werden.
Der in Figur 9 gezeigte Geber zur Messung von Dehnungen kann natürlich in den meisten Messgeräten verwendet werden, wo man konventionelle Drahtdehnungsgeber benutzt, wie beispielweise für Kraftgeber, Drehmomentgeber, Druckgeber und Akzelerationsgeber.
Ein Problem bei der Anwendung von Druckabhängigkeit beim Bandabstand des Materials ist, dass der Bandabstand auch temperaturabhängig ist. Wenn der Geber zur Messung mit grosser Genauigkeit innerhalb eines grossen Temperaturbereichs verwendet werden soll, ist daher die Durchführung einer Temperaturstabilisierung erforderlich. Die Figuren 10a und 10b, von denen Figur 10b ein Schnitt längs der Linie x-x in Figur 10a ist, zeigen einen Geber mit einem zusätzlichen Modulator 92, der nicht von der Messgrösse beeinflusst wird. Gemäss Figur 10b wird das Licht von der Faser 32 in zwei
Teile geteilt, von denen der rechte Teil gemäss der Figur durch ein optisches Filter 90 und den von der Kraft F beein-flussten Modulator 33 hindurchgeht, während der linke Teil durch eine identische Anordnung mit einem optischen Filter 91 und dem von der Messgrösse nicht beeinflussten Modulator 92 hindurchgeht. Nach der Reflexion auf den Spiegel 34 geht ein Teil der beiden Teile des Lichtes durch die Modulatoren und Filter zurück und in die Faser 32 hinein.
Die Funktion der Geberanordnung geht aus Figur 11 hervor, wo die Spektralverteilung für das Licht, das durch die Faser 32 herauskommt, mit 93 bezeichnet ist, und wo 94 und 95 die Transmissionsspektra für die beiden Filter 90 und 91 bezeichnen. Das Transmissionsspektrum für die Modulatoren 33 und 92 ist mit 96 bezeichnet und kann für beide identisch sein. Bei einem Anstieg der Temperatur verschiebt sich die Transmissionskurve für die Modulatoren nach links entsprechend der Kurve 97. Hierdurch kommt mehr Licht in die Faser zurück von dem Teil des Gebers, der das Filter 90 hat, während weniger Licht von dem Teil des Gebers zurückkommt, der das Filter 91 hat. Bei geeigneter Wahl von Filtern und Modulatoren kann man dadurch eine Temperaturkompensation erreichen.
Statt einer breitbandigen Lichtquelle mit der Verteilungskurve 93 können zwei schmalbandige Lichtquellen verwendet werden, welche die Verteilungskurven 94 und 95 haben.
Wenn zwei verschiedene Lichtquellen verwendet werden, wie es in Figur 6 gezeigt ist, kann eine einfachere Geberanordnung verwendet werden, so wie es in Figur 12 gezeigt wird. Das Licht von der Faser 32 passiert einen «Dummy»-Modu-lator 98, der nicht der Beeinflussung von der Messgrösse ausgesetzt wird, sowie den Modulator 33.
In Figur 13 wird die Funktion eines solchen Gebers gezeigt, wo 99 und 100 das Transmissionsspektrum für den Mess- beziehungsweise Dummy-Modulator markieren, während 102 beziehungsweise 101 das Lichtspektrum für das Mess- beziehungsweise Sollwertlicht bezeichnen. Bei einem Anstieg der Gebertemperatur werden die Absorptionskanten von sowohl 99 wie 100 in der Figur nach links verschoben, und als Ergebnis hiervon wird die Intensität des vom Modulator beeinflussten Lichtes sowohl im Hinblick auf das Licht von der Lichtquelle entsprechend der Kurve 102 wie von der Lichtquelle entsprechend der Kurve 101 weniger. Bei der Quotienten- und Differenzbildung aus den beiden Lichtkomponenten, die in die Faser 32 zurückreflektiert werden, kann daher der Einfluss der Temperatur kompensiert werden.
Somit kann auch in diesem Fall das Messgerät nach Figur 6 angewendet werden, wenn nur die Wellenlängenbereiche der Lichtquellen 25 und 26 so gewählt werden, dass diese mit den Absorptionskanten der beiden Modulatoren gemäss Figur 13 zusammenfallen.
Figur 14 zeigt einen alternativen Geber mit Temperaturkompensation. In diesem Fall ist das Gebergehäuse 74 in zwei Etagen aufgeteilt, wobei der von der Kraft F beeinflusste Messmodulator 75 in der oberen Etage und der nicht von der Kraft F beeinflusste Dummy-Modulator 76 in der unteren Etage angeordnet ist. Die Transmission durch die beiden Modulatoren wird mit zwei ganz gleichen Systemen mit Lichtleitern 80 bzw. 81 und Elektronikeinheiten 82 bzw. 83 gemessen. Den Elektronikeinheiten entsprechen die gestrichelten Quadrate in Figur 6. Licht wird zwischen der Einheit 82 und dem Modulator 75 in die Faser 80 und zwischen der Einheit 83 und dem Modulator 76 in die Faser 81 geleitet. Der Unterschied zwischen den Signalen von den Einheiten 82 und 83 wird in einem Subtraktionsglied 84 bestimmt, und dessen Ausgangssignal ist ein temperaturkompensiertes Messsignal, das einem registrierenden Instrument 85 zugeführt werden kann. Zum Unterschied von der in Figur 10 gezeigten Kompensation können hier Modulatoren mit demselben
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Bandabstand verwendet werden. Ein Anstieg der Temperatur wird in beiden Modulatoren eine Verringerung der Transmission in gleichem Umfang zur Folge haben. Das vom Subtraktionsglied 84 kommende Differenzsignal ist daher nicht von der Temperatur beeinflusst. 5
Figur 15 zeigt die Geberfunktion für den Fall, dass eine Lichtquelle mit breitem Spektrum 88 verwendet wird. Wenn die Lichtquelle eine konstante Intensität über einen Wellenlängenbereich hat, der grösser ist als der Wellenlängenbereich für die Absorptionskante 86 des Modulators, wird man einen 10 linearen Zusammenhang zwischen der Verschiebung der Absorptionskante und der Lichtintensität des Lichtes erhalten, das den Modulator passiert hat. Um auch einen linearen Zusammenhang zwischen der Messgrösse und der genannten Lichtintensität zu bekommen, kann eine zweckmässig 15
gewählte Lichtquelle, die eventuell mit einem Filter kombiniert ist, verwendet werden. In Figur 15 ist auch die Kennlinie 89 für ein optisches Filter eingezeichnet. Mit der gezeigten Transmissionskurve erhält man dann einen Geber mit derselben Funktion, wie in Figur 2 gezeigt. Das Filter kann im Strahlengang an jeder beliebigen Stelle zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor im Messgerät nach den Figuren 1 oder 6 eingesetzt werden. Um die Verhältnisse zu erhalten, die in Figur 7 gezeigt sind, können zwei Filter mit Transmissionsspektra gemäss den Kurven 57 und 58 in Figur 7 verwendet werden. Insgesamt gibt es vier Möglichkeiten, die spektralen Eigenschaften des Messgerätes zu beeinflussen, nämlich durch Wahl der Lichtquelle, des Filters im Strahlengang, des Modulators und des Fotodetektors.
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4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

643 062 PATENTANSPRÜCHE
1. Messgerät zum Messen von physikalischen Grössen, insbesondere Druck, Kraft, Drehmoment, Dehnung, Niveau oder Beschleunigung, mittels optischer Mittel, mit einem Geber (G), der einen zur Umwandlung der zu messenden Grösse in eine mechanische Spannung bestimmten optischen Modulator (5, 33, 63, 66, 75, 92) aufweist, welcher aus einem Material besteht, dessen optische Eigenschaften von mechanischen Beanspruchungen abhängig sind, sowie mit einer Anordnung zur Auswertung der optischen Eigenschaften mittels von mindestens einer Lichtquelle (1 ; 25,26) erzeugtem Licht, das über optischen Fasern (2, 4, 7 ; 27, 28, 30, 32, 38) dem Geber (G) zugeführt und von diesem abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Modulators als optische Eigenschaften eine Druckabhängigkeit mindestens einer Absorptionskante im Lichtabsorptions-Spektrum aufweist.
2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein kristallines oder amorphes Material ist.
3. Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Halbleiter ist.
4. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandabstand des Materials des Modulators eine Absorptionskante in demselben Wellenlängenbereich wie das zur Messung verwendete Licht ergibt.
5. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Modulator dotiertest.
6. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtquellen (25, 26) zur Erzeugung verschiedener Lichtspektra (57, 58) vorgesehen sind, dass das Lichtspektrum für die eine Lichtquelle wenigstens zum Teil mit dem Wellenlängenbereich für die Absorptionskante des Modulatormaterials zusammenfällt und dass das Lichtspektrum der anderen Lichtquelle wenigstens zum Teil in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem die Lichtabsorption des Materials des Modulators nicht von der Messgrösse beeinflussbar und/oder konstant ist.
7. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator aus zwei Körpern (33, 92) besteht, von denen nur der eine (33) von der zu messenden Grösse beeinflussbar ist, während der andere (92) zur Temperaturkompensation bestimmt ist.
8. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber zwei Modulatorkörper (75,76) aufweist, von denen nur der eine von der zu messenden Grösse beeinflussbar ist, und dass Anordnungen (80, 82; 81,83) zum Messen der Lichttransmission in jedem der beiden Körper sowie eine Anordnung (84) zur Bestimmung des Unterschiedes oder des Quotienten zwischen den beiden Transmissionen vorgesehen sind.
9. Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1 ; 25,26) und der Modulator aus demselben Material bestehen, beispielsweise aus Galliumarsenid.
10. Messgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Geber zugeführte Licht in diesem in zwei Anteile aufteilbar ist, von denen der eine Anteil über ein erstes optisches Filter geleitet ist, welches Wellenlängen hin-durchlässt, die einer Absorptionskante des von der zu messenden Grösse beeinflussbaren Modulatorkörpers entsprechen, während der andere Anteil des zugeführten Lichtes durch ein zweites optisches Filter geleitet ist, welches Wellenlängen hindurchlässt, die einer anderen Absorptionskante des anderen Modulatorkörpers entsprechen, der von der zu messenden Grösse unbeeinflussbar ist.
11. Messgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Geber zugeführte Licht zwei Komponenten mit unterschiedlichen Lichtspektra aufweist, wobei das Lichtspektrum der einen Komponente wenigstens zum Teil mit der
Absorptionskante des von der zu messenden Grösse beeinflussbaren Modulatorkörpers zusammenfällt, und das Lichtspektrum der anderen Komponente in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem das Absorptionsspektrum für den messenden Modulatorkörper nicht von der Messgrösse beeinflussbar ist und wobei der von der Messgrösse unbeeinfluss-bare Modulatorkörper eine Absorptionskante aufweist und die beiden Lichtkomponenten beide Modulatorkörper passieren.
12. Messgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtquellen (25, 26) temperaturstabilisiert sind.
13. Verwendung des Messgerätes nach Anspruch 1 zum Messen von Dehnungen eines Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (66) am Körper (68) befestigt wird, welcher dem Einfluss der zu messenden Grösse ausgesetzt ist.
CH725279A 1978-09-15 1979-08-08 Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel und verwendung des messgeraetes. CH643062A5 (de)

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CH725279A CH643062A5 (de) 1978-09-15 1979-08-08 Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel und verwendung des messgeraetes.

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US (1) US4270050A (de)
JP (1) JPS5542097A (de)
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SE (1) SE413555B (de)

Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4572669A (en) * 1979-01-22 1986-02-25 Rockwell International Corporation Method and apparatus for a Fabry-Perot multiple beam fringe sensor
SE417137B (sv) * 1979-05-31 1981-02-23 Asea Ab Optiskt metdon for metning av magnetiska och elektriska felt
SE420130B (sv) * 1980-01-24 1981-09-14 Asea Ab Optiskt metdon for metning av kraft eller tryck
DE3017309A1 (de) * 1980-05-06 1981-11-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Stellungsgeberanordnung mit mehreren stellungsgebern und einer mit diesen verbundenen steuereinheit
SE422111B (sv) * 1980-06-23 1982-02-15 Asea Ab Fiberoptiskt kopplat metdon
US4321831A (en) * 1980-09-26 1982-03-30 United Technologies Corporation Digitally compatible optical pressure measurement
US4368645A (en) * 1980-09-26 1983-01-18 United Technologies Corporation Optical pressure sensor
SE423752B (sv) * 1980-09-29 1982-05-24 Asea Ab Optiskt sensorelement
SE8006827L (sv) * 1980-09-30 1982-03-31 Asea Ab Fiberoptiskt metdon med kompensation for reflexioner i fiberoptiken och med mojlighet till samtidig metning av flera metstorheter
US4799756A (en) * 1980-10-06 1989-01-24 The Regents Of The University Of California Remote multi-position information gathering system and method
US4626693A (en) * 1980-10-06 1986-12-02 The Regents Of The University Of California Remote multi-position information gathering system and method
SE424022B (sv) * 1980-10-21 1982-06-21 Asea Ab Fiberoptiskt metdon for spektralanalys
SE424773B (sv) * 1980-12-01 1982-08-09 Asea Ab Optiskt fibermetdon med reflexundertryckning
JPS6219937Y2 (de) * 1981-01-20 1987-05-21
EP0184270A3 (de) * 1981-09-10 1987-04-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Verlagerungsumwandler bestehend aus einem optischen Faserkoppler
AU556459B2 (en) * 1981-11-23 1986-11-06 Dennis William Burt Optical fibre remote sensing
SE435966B (sv) * 1982-02-02 1984-10-29 Asea Ab Fiberoptiskt metdon
SE435967B (sv) * 1982-04-01 1984-10-29 Asea Ab Fiberoptiskt luminiscensmetdon
SE435760B (sv) * 1982-04-21 1984-10-15 Asea Ab Fiberoptisk legesgivare
GB2124757A (en) * 1982-05-21 1984-02-22 Marconi Avionics Measuring displacements optically
SE430825B (sv) * 1982-05-27 1983-12-12 Asea Ab Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser
EP0107374B1 (de) * 1982-09-25 1987-11-11 Renishaw plc Wegmesseinrichtung
US4599901A (en) * 1982-09-30 1986-07-15 University Of California Pressure-sensitive optrode
US4509370A (en) * 1982-09-30 1985-04-09 Regents Of The University Of California Pressure-sensitive optrode
US4495819A (en) * 1982-12-23 1985-01-29 Gould Inc. Optical pressure sensor
SE435761B (sv) * 1983-03-24 1984-10-15 Asea Ab Fiberoptiskt luminiscensmetdon
US4897541A (en) * 1984-05-18 1990-01-30 Luxtron Corporation Sensors for detecting electromagnetic parameters utilizing resonating elements
US4678905A (en) * 1984-05-18 1987-07-07 Luxtron Corporation Optical sensors for detecting physical parameters utilizing vibrating piezoelectric elements
WO1985005447A1 (en) * 1984-05-24 1985-12-05 Thalmond Anstalt Device for measuring a physical magnitude
US4678904A (en) * 1984-07-06 1987-07-07 Technology Dynamics, Inc. Optical measuring device using a spectral modulation sensor having an optically resonant structure
US4945230A (en) * 1984-07-06 1990-07-31 Metricor, Inc. Optical measuring device using a spectral modulation sensor having an optically resonant structure
FR2578645B1 (fr) * 1985-03-07 1987-03-20 Sopha Praxis Dispositif optique de detection d'effort, procede de mesure d'effort au moyen dudit dispositif et leur application a une balance
US4683421A (en) * 1985-03-29 1987-07-28 Westinghouse Electric Corp. Drift compensation technique for a magneto-optic current sensor
US4689483A (en) * 1985-04-25 1987-08-25 Advanced Fiberoptic Technologies Corporation Fiber optical temperature measuring apparatus
DE3534990A1 (de) * 1985-10-01 1987-04-02 Philips Patentverwaltung Verfahren zur wellenlaengenselektiven messung der in einem optischen uebertragungssystem hervorgerufenen abschwaechung der intensitaet einer optischen strahlung
US4752141A (en) * 1985-10-25 1988-06-21 Luxtron Corporation Fiberoptic sensing of temperature and/or other physical parameters
JPS62127641A (ja) * 1985-11-29 1987-06-09 Ando Electric Co Ltd 光部品測定用光源選択装置
DE3765028D1 (de) * 1986-06-18 1990-10-25 Schmidt Feintechnik Gmbh Beschleunigungssensor.
DE3622174A1 (de) * 1986-06-18 1987-12-23 Schmidt Feintechnik Gmbh Beschleunigungssensor
JPS63308531A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Toho Gas Co Ltd 光学式ガス圧力センサ
US4805461A (en) * 1987-10-02 1989-02-21 Washington State University Research Foundation, Inc. Transducer and systems for high speed measurement of shock loads
DE3820912A1 (de) * 1988-06-21 1989-12-28 Bayerische Motoren Werke Ag Fiberoptisches sensorsystem
GB8909593D0 (en) * 1989-04-26 1989-06-14 Unicon Holdings Ltd Optical fibre sensor system
US5152291A (en) * 1990-09-07 1992-10-06 Hewlett-Packard Company Acoustic fiber measurement of intravascular blood
DE4001953A1 (de) * 1990-01-24 1991-07-25 Giese Erhard Drucksensor
US5176882A (en) * 1990-12-06 1993-01-05 Hewlett-Packard Company Dual fiberoptic cell for multiple serum measurements
US5212508A (en) * 1991-06-28 1993-05-18 Eastman Kodak Company Remote photo-electric interface in camera
US5275053A (en) * 1991-08-21 1994-01-04 Fiberoptic Sensor Technologies, Inc. Fiber optic pressure sensor systems
US5270781A (en) * 1992-03-02 1993-12-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of determining shear stress employing a monomer-polymer laminate structure
DE4332807C2 (de) * 1992-10-20 2002-07-18 Schlattl Werner Bavaria Tech Opto-elektrischer Sensor
US5394752A (en) * 1993-03-16 1995-03-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method for determing shear direction using liquid crystal coatings
US5386729A (en) * 1993-09-22 1995-02-07 The Babcock & Wilcox Company Temperature compensated microbend fiber optic differential pressure transducer
US5594240A (en) * 1995-03-20 1997-01-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Strain-optic voltage monitor wherein strain causes a change in the optical absorption of a crystalline material
FR2733057A1 (fr) * 1995-04-14 1996-10-18 Gec Alsthom T D Balteau Accelerometre
US6110130A (en) * 1997-04-21 2000-08-29 Virtual Technologies, Inc. Exoskeleton device for directly measuring fingertip position and inferring finger joint angle
DE19756706A1 (de) * 1997-12-19 1999-06-24 Ifak Inst Fuer Automation Und Vorrichtung und Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern
DE10026330A1 (de) * 2000-05-26 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Verformungssensor
JP2006119098A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Denso Corp 歩行者衝突検出センサ
US20060162984A1 (en) * 2005-01-25 2006-07-27 Trw Automotive U.S. Llc Crash sensor for sensing an impact to a vehicle in response to reduced light intensity and an associated method
US7222534B2 (en) * 2005-03-31 2007-05-29 Pgs Americas, Inc. Optical accelerometer, optical inclinometer and seismic sensor system using such accelerometer and inclinometer
FR3094501B1 (fr) * 2019-03-29 2021-04-02 Oledcomm Système d’éclairage et de communication comportant un émetteur et un récepteur de signaux lumineux modulés

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3462223A (en) * 1965-10-21 1969-08-19 Gen Electric Optical strain gauge
US3578864A (en) * 1968-09-16 1971-05-18 Bell & Howell Co Semiconductor stress transducer
DE2034344A1 (de) * 1970-07-10 1972-01-13 Ulrich H Einrichtung zur Messung physikalischer Großen durch Messung der Intensität eines Lichtstrahlenbundels
FR2105327A5 (en) * 1970-09-01 1972-04-28 Robillard Jean Pressure gauge - esp for blood, using a liquid crystal
DE2231776C3 (de) * 1972-06-29 1987-07-30 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen
US4147977A (en) * 1977-08-15 1979-04-03 Polaris N.V., Inc. Motion analyzing system

Also Published As

Publication number Publication date
GB2034460B (en) 1983-02-09
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US4270050A (en) 1981-05-26

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