DD240428A1 - FIBER OPTIC REFLEX BUTTON - Google Patents

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DD240428A1
DD240428A1 DD27979385A DD27979385A DD240428A1 DD 240428 A1 DD240428 A1 DD 240428A1 DD 27979385 A DD27979385 A DD 27979385A DD 27979385 A DD27979385 A DD 27979385A DD 240428 A1 DD240428 A1 DD 240428A1
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fibers
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optical fibers
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DD27979385A
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Stephan Loesche
Rolf-Gerd Pfeiffer
Guenter Schwotzer
Reinhardt Willsch
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Akad Wissenschaften Ddr
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Reflextaster, der fuer Positions- und Kraftmessungen Verwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung einen derartigen Reflextaster hoher Empfindlichkeit unter Verwendung wenigstens zweier parallel gefuehrter Lichtleitfaser anzugeben, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass eine reflektierende Flaeche starr mit einem Tastkoerper verbunden ist, der in Richtung der Normalen der reflektierenden Flaeche in einer Fuehrung gelagert ist und die Lichtleitfasern loesbar an diese Fuehrung derart angebracht sind, dass die den Lichtaus- bzw. -eintritt ermoeglichenden Endabschnitte der Lichtleitfasern wenigstens um ein Zwanzigfaches ihres Faserdurchmessers von ihrem Polymermantel befreit und diese Abschnitte mit einem seitlich an den Fasern Lichtein- bzw. -austritt verhindernden duennen reflektierenden Metallueberzug versehen sind und die Lichtleitfasern nebeneinander parallel gefuehrt in einer Halterung fixiert sind und diese mittels einer BNC-Steckverbindung mit der die reflektierende Flaeche tragenden Fuehrung loesbar verbunden ist.The invention relates to a fiber optic reflex sensor, which is used for position and force measurements. The object of the invention to provide such a high-sensitivity reflex sensor using at least two parallel-guided optical fiber is achieved according to the invention in that a reflective surface is rigidly connected to a probe, which is mounted in a guide in the direction of the normal of the reflective surface and the optical fibers Loesbar are attached to this leadership such that the Lichtaus- or -intritt ermoeglichenden end portions of the optical fibers liberated at least by twenty times their fiber diameter of their polymer jacket and these sections with a laterally on the fibers Lichtein- or -austritt preventing thin reflective Metallueberzug are provided and the fibers are guided side by side in parallel guided in a holder and this is connected by means of a BNC connector with the reflective surface carrying guide loesbar.

Description

Ausführungsbeispiel *Exemplary embodiment

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel zur näheren Erläuterung der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß besteht der faseroptische Reflextaster hoher Empfindlichkeit aus zwei Lichtleitfasern 1, wobei eine Lichtleitfaser als Sendefaser und die andere als Empfangsfaser dient. Im Ausführungsbeispiel sind Fasern, bestehend aus einem Quarzglaskern und einem Polymermantel, gewählt. Beide Lichtleitfasern sind auf einem wenigstens das Zwanzigfache ihres Kerndurchmessers betragenden Endabschnitt 2 von ihrem den Lichtem- und -austritt ermöglichenden Endflächen 3 von ihren Polymermänteln befreit und mit je einem dünnen den seitlichen Lichtein- bzw. -austritt verhindernden reflektierenden Metallüberzug versehen und in einem Lichtleitfasertastkopf 4 mittels Epoxidharz ais Vergußmasse so fixiert, daß die Lichtleitfasern im Bereich ihrer mit dem Metallüberzug versehenen Endabschnitten unmittelbar parallel nebeneinander geführt sind und ihre Endflächen bündig mit dem Lichtleitfasertastkopf abschließen. Der Metallüberzug entlang der Endabschnitte besteht aus einer wenigstens 100nm Kupferschicht. Der Lichtleitfasertastkopf 4 ist weiterhin in eine Halterung 5 in Richtung seiner Längsachse verschiebbar und fixierbar angeordnet, die gestattet, eine lösbare Verbindung mit einer anderen Halterung 6 derart herzustellen, daß diese andere Halterung einen Tastkörper 7 starr mit der reflektierenden Fläche 8 verbunden und eine axiälwirkende Führung 9 mit Rückstellfeder 10 zur Lagerung des Tastkörpers enthält, daß weiterhin nach Herstellen der lösbaren Verbindung mittels der Verriegelung 11 zwischen beiden Halterungen Lichtleitfaserenden 3 und reflektierende Fläche 8 parallel mit einer Abweichung von weniger als einem halben Winkelgrad einander gegenüber so angeordnet positioniert sind, daß die Entfernungen zwischen beiden dem empfindlichen Bereich des Reflextasters in einen Abstand unter 2 mm entspricht. Weiterhin beinhaltet das Ausführungsbeispiel, daß die Halterungen 5 und 6 einschließlich der Verriegelung 11 durch feine BNC-Steckverbindung gebildet sind. In Fig. 1, an embodiment for further explanation of the invention is shown. According to the invention, the high-sensitivity fiber-optic reflex sensor consists of two optical fibers 1, one optical fiber serving as transmitting fiber and the other as receiving fiber. In the exemplary embodiment, fibers consisting of a quartz glass core and a polymer sheath are selected. Both optical fibers are freed on their at least twenty times their core diameter amount end portion 2 of their Lichtem- and -austritt enabling end surfaces 3 of their polymer shells and each provided with a thin the lateral Lichtein- or -austritt preventing reflective metal coating and in a Lichtleitfasertastkopf 4th fixed by means of epoxy as casting compound so that the optical fibers in the region of their provided with the metal coating end portions are guided directly parallel to each other and complete their end faces flush with the Lichtleitfasertastkopf. The metal coating along the end portions consists of an at least 100nm copper layer. The optical fiber probe 4 is further slidably and fixably arranged in a holder 5 in the direction of its longitudinal axis, which allows to produce a detachable connection with another holder 6 such that this other holder a probe 7 rigidly connected to the reflective surface 8 and a axiälwirkende leadership 9 with return spring 10 for supporting the probe contains that are further positioned after making the releasable connection by means of the latch 11 between the two holders optical fiber ends 3 and reflective surface 8 parallel to a deviation of less than half an angular degree opposite each other so arranged that the distances between the two corresponds to the sensitive area of the reflex switch at a distance of less than 2 mm. Furthermore, the embodiment includes that the brackets 5 and 6 including the lock 11 are formed by fine BNC connector.

Claims (4)

Patentanspruch:Claim: 1. Faseroptische Reflextaster hoher Empfindlichkeit wenigstens zwei Lichtleitfasern und eine den Faserendflächen zugewandte reflektierende Fläche enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche starr mit einem Tastkörper verbunden ist, der in Richtung der Normalen der reflektierenden Fläche in einer Führung gelagert ist und die Lichtleitfasern lösbar an diese Führung derart angebracht sind, daß die den Lichtaus- bzw. -eintritt ermöglichenden Endabschnitte der . Lichtleitfasern wenigstens um ein Zwanzigfaches ihres Faserdurchmessers von ihrem Polymermantel befreit und diese Abschnitte mit einem seitlich aus den Fasern Lichtein- bzw. -austritt verhindernden dünnen reflektierenden Metallüberzug versehen sind und die Lichtleitfasern unmittelbar parallel nebeneinander geführt in einer Halterung derart fixiert sind, daß die den jeweiligen Lichtaus- bzw. -eintritt ermöglichenden Lichtleitfaserendflächen bündig mit diser Halterung abschließen und wenigstens bis auf ein halbes Winkelgrad genau in bezug auf die Normale der reflektierenden Fläche in einem Abstand unter1. fiber optic reflex sensor high sensitivity at least two optical fibers and the fiber end surfaces facing reflective surface containing, characterized in that the reflective surface is rigidly connected to a probe, which is mounted in the direction of the normal of the reflective surface in a guide and the optical fibers releasably this guide are mounted in such a way that the Lichtaus- or -intritt enabling end portions of. At least one twenty times their fiber diameter liberated from their polymer cladding fibers and these sections are provided with a laterally from the fibers Lichtein- or -austritt preventing thin reflective metal coating and the fibers are immediately parallel next to each other out in a holder fixed such that the respective Lichtaus- or entry permit optical fiber end faces flush with this holder and at least to a half angle degree with respect to the normal of the reflecting surface at a distance below * 2mm von der reflektierenden Fläche nach Befestigung der lösbaren Verbindung positioniert entfernt sind.* 2mm are positioned away from the reflective surface after attachment of the detachable connection. 2. Faseroptische Reflextaster nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß der die Lichtleitfasern in ihren Endabschnitten umgebende Metallüberzug aus einer wenigstens 100nm dicken Kupferschicht besteht.2. Fiber Optic Reflex Sensor according to item 1, characterized in that the metal coating surrounding the optical fibers in their end portions consists of a copper layer at least 100nm thick. 3. Faseroptische Reflextaster nach Punkt !.,gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtleitfasern mittels einer Vergußmasse in der sie tragenden Halterung fixiert sind.3. Fiber Optic Reflex Sensor after item!., Characterized in that the optical fibers are fixed by means of a potting compound in the support carrying them. 4. Faseroptische Reflextaster nach Punkt !.,gekennzeichnet dadurch, daß die lösbare Verbindung durch eine BNC-Steckverbindung gebildet ist.4. fiber optic reflex switch according to item!., Characterized in that the detachable connection is formed by a BNC connector. Hierzu eine Seite ZeichnungFor this a page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Reflextaster, der für Positions- und Kraftmessungen Verwendung findet.The invention relates to a fiber optic reflex sensor, which is used for position and force measurements. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Faseroptische Reflextaster werden u.a. zur Positionsmessung bzw. zur Messung von Positionsänderungen von reflektierenden Oberflächen benutzt. Ihre Wirkungsweise beruht allgemein darauf, daß eine Lichtleitfaser als Sendefaser dient und eine andere als Empfangsfaser in der Weise, daß das aus der Sendefaser austretende Licht über eine reflektierende Fläche teilweise in Abhängigkeit von der Entfernung von den Lichtleitfaserenden zu dieser Fläche in die Empfangsfaser zurückreflektiert wird. In praktischen Ausführungen werden die der reflektierenden Fläche zugewandten Faserenden parallel geführt, was einfach ausführbar ist und zu kleinen Abmessungen führt. Der dabei auftretende Nachteil ist die für viele Anwendungen nur erreichbare geringe Empfindlichkeit. In anderen bekanntgewordenen Ausführungen wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß die Faserenden gegeneinander geneigt werden. Das führt aber wiederum zu voluminösen Vorrichtungen und insbesondere zu einer Verringerung des Meßbereiches. Ein weiterer Nachteil der bekannten faseroptischen Reflextaster liegt in dem hohen Aufwand zur Justierung der Faserendflächen gegenüber der reflektierenden Fläche begründet.Fiber optic reflex sensors are u.a. used for position measurement or for measuring changes in position of reflective surfaces. Their operation is generally based on the fact that one optical fiber serves as a transmitting fiber and another as a receiving fiber in such a way that the light emerging from the transmitting fiber is reflected back into the receiving fiber over a reflecting surface partly in dependence on the distance from the optical fiber ends to this surface. In practical embodiments, the reflective surfaces facing the fiber ends are guided in parallel, which is easy to carry out and leads to small dimensions. The disadvantage that occurs is the low sensitivity that can only be achieved for many applications. In other known embodiments of this disadvantage is remedied by the fact that the fiber ends are inclined against each other. However, this in turn leads to bulky devices and in particular to a reduction of the measuring range. Another disadvantage of the known fiber-optic reflex sensor is due to the high cost of adjusting the fiber end faces relative to the reflective surface. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist das Ziel der Erfindung, einen faseroptischen Reflextaster hoher Empfindlichkeit bei gleichzeitig geringen Anforderungen an seinen Aufbau anzugeben.It is the object of the invention to provide a fiber optic reflex sensor high sensitivity with low demands on its structure. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention v Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen faseroptischen Reflextaster hoher Empfindlichkeit unter Verwendung paralleler Lichtleitfaserführung zur reflektierenden Fläche anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die reflektierende Fläche starr mit einem Tastkörper verbunden ist, der in Richtung der Normalen der reflektierenden Fläche in einer Führung gelagert ist und die Lichtleitfasern lösbar an dieser Führung derart angebraht sind, daß die den Lichtaus- bzw. -eintritt ermöglichenden Endabschnitte der Lichtleitfasern wenigstens um ein Zwanzigfaches ihres Faserdurchmessers von ihrem Polymermantel befreit und diese Abschnitte mit einem seitlich aus den Fasern Lichtein-bzw. -austritt verhindernden dünnen reflektierenden Metallüberzug versehen sind und die Lichtleitfasern unmittelbar parallel nebeneinander geführt in einer Halterung derart fixiert sind, daß die den jeweiligen Lichtein- bzw. -austritt ermöglichenden Lichtleitfaserendflächen bündig mit dieser Halterung abschließen und wenigstens bis auf ein halbes Winkelgrad genau in bezug auf die Normale der reflektierenden Fläche in einemAbschnitt unter 2 mm vor der reflektierenden Fläche nach Befestigung der lösbaren Verbindung positioniert entfernt sind. Besonders vorteilhaft im Rahmen der Erfindung ist, daß der erfindungsgemäße Metallüberzug auf den genannten Lichleitfaserendabschnitten aus einer wenigstens 100nm dicken Kupferschicht besteht und diese Enden Γη einer Halterung bündig abschließend mittels einer Vergußmasse fixiert sind und diese Halterung mittels einer BNC-Steckverbindung mit der die reflektierende Fläche beinhaltenden Führung lösbar verbunden ist. Trotz dieses mechanisch relativ einfachen Aufbaus sind mit dem erfindungsgemäßen Reflextaster überraschend hohe Empfindlichkeiten erreichbar, die bei statischen Messungen bfesser als 0,1 pm und bei dynamischen Messungen—: etwa zur Vibrationsüberwachung — im Nanometerbereich und darunterliegen. v The invention has for its object to provide a fiber optic reflex sensor high sensitivity using parallel optical fiber guide to the reflective surface. According to the invention the object is achieved in that the reflective surface is rigidly connected to a probe, which is mounted in the direction of the normal of the reflective surface in a guide and the optical fibers are detachably connected to this guide so wired that the Lichtaus- or eintritts enabling end portions of the optical fibers at least by a twenty-fold of their fiber diameter of their polymer jacket freed and these sections with a side of the fibers Lichtein- or. -austritt preventing thin reflective metal coating are provided and the optical fibers are fixed immediately parallel next to each other in a holder such that the respective Lichtein- or -austritt enabling Lichtvorfaserendflächen flush with this holder and at least up to a half degree with respect to exactly the normal of the reflective surface are located in a portion less than 2 mm in front of the reflective surface after attachment of the releasable connection. Particularly advantageous in the context of the invention is that the metal coating according to the invention consists of said Lichleitfaserendabschnitten of at least 100nm thick copper layer and these ends Γη a holder flush by means of a sealing compound are fixed and this holder by means of a BNC connector with the reflective surface containing Guide is releasably connected. Despite this mechanically relatively simple construction, surprisingly high sensitivities can be achieved with the reflex switch according to the invention, which are less than 0.1 μm in static measurements and less than 0.1 μm in the case of dynamic measurements, for example for vibration monitoring, in the nanometer range and below.
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