DE102006029020B3 - Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102006029020B3 DE102006029020B3 DE102006029020A DE102006029020A DE102006029020B3 DE 102006029020 B3 DE102006029020 B3 DE 102006029020B3 DE 102006029020 A DE102006029020 A DE 102006029020A DE 102006029020 A DE102006029020 A DE 102006029020A DE 102006029020 B3 DE102006029020 B3 DE 102006029020B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fiber
- sensor
- sections
- sensor fiber
- bending
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 179
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 41
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
- G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—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
- G01D5/26—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
- G01D5/32—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35338—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35341—Sensor working in transmission
- G01D5/35345—Sensor working in transmission using Amplitude variations to detect the measured quantity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Sensorfaser (12) mit einer biegesensitiven Zone (19), die erfindungsgemäß aus einem unbehandelten Faserabschnitt besteht. Dieser ist durch oberflächenbehandelte Faserabschnitte (18a, 18b) eingerahmt, wodurch es möglich wird, eine biegungsabhängige Mischung von Lichtmoden im unbehandelten Faserabschitt (19) messtechnisch festzustellen. Hierdurch wird vorteilhaft eine sehr genaue Messung der Biegung in der Sensorfaser ermöglicht. Ebenfalls unter Schutz gestellt ist ein Sensor mit einer Laserdiode (16) und einer Fotodiode (17), in der das erfindungsgemäße Sensorband (12) verwendet wird und ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorbandes.
Description
- Die Erfindung betrifft eine optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, welche mit oberflächenbehandelten Faserabschnitten ausgestattet ist, in denen die optische Dämpfung im Vergleich zu dem unbehandelten Rest der Sensorfaser erhöht ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen optischen Sensor mit einer Sensorfaser der eingangs angegebenen Art, an deren einem Ende eine Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode zur Einkopplung von Messlicht in die Sensorfaser vorgesehen ist und an deren anderem Ende ein Messwandler, insbesondere eine Fotodiode für das aus der Sensorfaser ausgekoppelte Messlicht angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorfaser der eingangs angegebenen Art.
- Eine Sensorfaser der eingangs angegebenen Art bzw. ein optischer Sensor mit einer solchen Sensorfaser bzw. ein Verfahren zu deren Herstellung ist beispielsweise in der
CA 2 424 708 A1 beschrieben. Diese Sensorfaser kann beispielsweise zu einem Sensorband verarbeitet werden, wobei mehrere Sensorfasern in diesem Band parallel verlaufend angeordnet sind. Die Sensorfasern in dem Sensorband werden mit einer Lichtquelle und einem Messwandler versehen, um einerseits Messlicht in die Sensorfasern einkoppeln zu können und andererseits das ausgekoppelte Messlicht beispielsweise in ein elektrisches Sensorsignal umwandeln zu können. Hierdurch lässt sich gemäß derCA 2 424 708 A1 beispielsweise ein Biegesensor für den Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs realisieren, der den Aufprall eines Fußgängers durch ein bestimmtes Ver formungsmuster des Biegesensors feststellt und an eine Steuereinrichtung weitergibt, die geeignete Maßnahmen zum Schutz des Fußgängers auslöst. - Zur Erzeugung bestimmter Verformungsmuster ist es notwendig, die Sensorfaser mit einer abschnittsweisen Oberflächenbehandlung zu versehen, die in diesen Bereichen die Dämpfungseigenschaften der Sensorfasern in Abhängigkeit von der vorliegenden Biegung vergrößert. Eine solche Oberflächenbehandlung kann aus einer mechanischen Behandlung, insbesondere Aufrauung der Oberfläche bestehen. Dies wird beispielsweise durch einen Sandstrahlvorgang der Oberfläche oder auch einen Heißprägevorgang bewirkt, mit der Folge, dass im Bereich des oberflächenbehandelten Faserabschnittes verglichen zu unbehandelten Faserabschnitten bei einer gerade verlaufenden Sensorfaser ein größerer Betrag des durch die Sensorfaser durchgeleiteten Lichtes verloren geht, d. h. eine höhere Dämpfung der Sensorfaser hervorgerufen wird. Der Betrag des im Bereich des oberflächenbehandelten Faserabschnittes verloren gehenden Lichtes ist abhängig von der Biegung der Sensorfaser in diesem Bereich. Hierdurch entsteht eine biegesensitive Zone, wobei für den Fall, dass der oberflächenbehandelte Faserabschnitt konkav gebogen wird, die Dämpfung verringert wird und für den Fall, dass der oberflächenbehandelte Faserabschnitt konvex gebogen wird, die Dämpfung vergrößert wird. Durch Auswertung des Betrages des ausgekoppelten Messlichtes am Ende der Sensorfaser ist daher ein Rückschluss auf den Verformungszustand der Sensorfaser und damit des optischen Sensors möglich.
- Die
CA 2 424 708 A1 beschäftigt sich weiterhin mit möglichen Ausgestaltungen der biegesensitiven Zonen mit dem Ziel, dass sich die für einen Fußgängeraufprall charakteristischen Verformungen durch Erzielen eines definierten Sensorergebnisses möglichst eindeutig von anderen Verformungszuständen des biegesensitiven Sensors, beispielsweise einem Frontalaufprall, unterscheiden. Hierbei hat es sich gezeigt, dass unabhängig von der Gestaltung der biegesensitiven Zone die Messergebnisse einer gewissen Schwankungsbreite unterliegen, die in Extremfällen auch die Eindeutigkeit des Messergebnisses gefährden können. - Gemäß der
US 5,633,494 A wird vorgeschlagen, dass ein Sensorband der oben angegebenen Art mit einer vergleichsweise lange biegesensitiven Zone versehen werden kann, wenn diese in kurze Streckenabschnitte geteilt wird, die sich mit unbehandelten Streckenabschnitten abwechseln. Hiermit wird die Biegesensitivität der behandelten Streckenabschnitte über eine größere Länge der Sensorfaser verteilt, wobei hierfür Voraussetzung ist, dass die zu messenden Biegungen einen genügend großen Radius aufweisen, dass die jeweils unbehandelten Streckenabschnitte überbrückt werden. Gemäß der WO 00/68645 A1 kann in einem Sensorband auch ein Paar von Sensorfasern angeordnet werden, die mit ihren oberflächenbehandelten Abschnitten derart optisch miteinander kommunizieren, dass eine biegungsabhängige Übertragung von Licht von der einen Sensorfaser in die andere Sensorfaser erfolgt. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optische Sensorfaser bzw. einen optischen Sensor mit einer solchen Sensorfaser bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sensorfaser anzugeben, wobei die Sensorfaser vergleichsweise gut vorhersagbare Ergebnisse für einen ausgewählten Verformungsfall liefern soll.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die eingangs genannte optische Sensorfaser dadurch gelöst, dass die biegesensitive Zone durch einen unbehandelten Faserabschnitt gebildet ist, der sich zwischen zwei der oberflächenbehandelten Faserabschnitte erstreckt, wobei die Sensorfaser eine Multimode-Faser ist. Die Erfindung beruht also mit anderen Worten auf der konstruktiven Maßnahme, die unbehandelten Faserabschnitte zwischen jeweils zwei behandelten Faserabschnitten als biegesensitive Zone zu berücksichtigen, d. h. nicht die behandelten Faserabschnitte in den Bereichen anzuordnen, in denen eine Biegung der Sensorfaser ausgewertet werden soll, sondern gerade die unbehandelten Faserabschnitte zwischen den behandelten Faserabschnitten. Dabei sind die behandelten Faserabschnitte außerhalb der biegesensitiven Zone angeordnet. Als biegesensitive Zone im Sinne der Erfindung wird derjenige Abschnitt der optischen Sensorfaser verstanden, in dem eine Veränderung der Biegung der Sensorfaser aufgrund des vorliegenden Anwendungsfalls festgestellt werden soll. Im Falle eines Stoßstangen-Sensors für ein Kraftfahrzeug ist dies derjenige Bereich innerhalb des Stoßfängers, in dem der Aufprall der Beine eines Fußgängers eine Schutzmaßnahme im Kraftfahrzeug auslösen soll.
- Die erfindungsgemäße Berücksichtigung der nicht behandelten Faserabschnitte zwischen den behandelten Faserabschnitten beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass diese Bereiche das Sensorergebnis abhängig von der dort vorliegenden Biegung ebenfalls beeinflussen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass unter Voraussetzung der Einkopplung von Messlicht unterschiedlicher Moden und unter der Voraussetzung, dass es sich bei der Sensorfaser um eine Multimode-Faser handelt (die eine Durchleitung mehrerer Moden des Messlichtes gestattet), in den oberflächenbehandelten Faserabschnitten bevorzugt das Messlicht höherer Moden (d. h. Messlicht mit steileren Reflektionswinkeln an den Wänden der Sensorfaser) aus dem oberflächenbehandelten Faserabschnitt ausgekoppelt werden. Dies bedeutet aber auch, dass im weiteren Verlauf der Sensorfaser hinter einem oberflächenbehandelten Bereich bevorzugt Messlicht mit geringeren Moden transportiert wird.
- Werden die oberflächenbehandelten Faserabschnitte, wie in der
CA 2 424 708 A1 beschrieben, als biegesensitive Zonen verwendet, wobei diese über die Länge der Sensorfaser in konstanten Abschnitten wiederholt in die Sensorfaser eingebracht werden, so entsteht ein erster Messfehler dadurch, dass nach einmal erfolgter Auskopplung von Messlicht in einem oberflächenbehandelten Faserabschnitt im weiteren Verlauf der Sensorfaser die zur Auskopplung bevorzugten, höheren Lichtmoden nicht oder nur in geringerem Maße zur Verfügung stehen. Deswegen würde bei weiteren oberflächenbehandelten Faserabschnitten bei gleicher Biegung weniger Messlicht ausgekoppelt, so dass aus der daraus resultierenden Nichtlinearität bezüglich des ausgekoppelten Messlichtes im Verhältnis zum Gesamtbetrag der Biegung der Sensorfaser eine Verfälschung des Messergebnisses auftreten würde. - Ein weiterer Messfehler entsteht dadurch, dass in den unbehandelten Bereichen der Sensorfaser biegungsabhängig der so genannte Effekt einer Modenmischung auftritt. Darunter ist im Falle einer ungleichmäßigen Verteilung von Lichtmoden im Messlicht eine Vergleichmäßigung des Anteils der unterschiedlichen Lichtmoden zu verstehen, wobei dieser Effekt mit zunehmender Biegung der Sensorfaser in unbehandelten Bereichen verstärkt auftritt. Dies bedeutet aber, dass, wenn in einem ersten oberflächenbehandelten Faserabschnitt Licht höherer Moden ausgekoppelt wird, die Auskopplung von Messlicht in den weiteren oberflächenbehandelten Faserabschnitten auch abhängig von der Biegung unbehandelter Faserabschnitte ist, weil eine Modenmischung nach erfolgter Auskopplung höherer Moden dazu führt, dass diese biegungsabhängig bei folgenden oberflächenbehandelten Faserabschnitten wieder zur Verfügung stehen.
- Diese Erkenntnis wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der optischen Sensorfaser dadurch ausgenutzt, dass gerade der unbehandelte Faserabschnitt als biegesensitive Zone genutzt wird. Der Effekt, der bei einer Ausgestaltung der Sensorfaser gemäß dem Stand der Technik zu einem Messfehler führt, wird also gemäß der Erfindung zur gezielten Erzeugung des Messergebnisses genutzt. Hierdurch lassen sich vorteilhaft Messergebnisse erzielen, die eine geringere Messungenauigkeit aufweisen und beispielsweise im Falle der Verwendung als Biegesensor im Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs zu eindeutigeren Ergebnissen hinsichtlich der Auswertung eines Fußgängeraufpralls führen.
- Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensorfaser genau zwei oberflächenbehandelte Faserabschnitte aufweist. Die biegesensitive Zone liegt dann genau zwischen den beiden oberflächenbehandelten Faserabschnitten. Anders, als bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik, bei denen die oberflächenbehandelten Faserabschnitte als biegesensitive Zone verwendet werden, kann bei einer Ausbildung des einzigen unbehandelten Faserabschnittes zwischen den behandelten Faserabschnitten die biegesensitive Zone fast beliebig lang ausgeführt werden. Dieser Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Dämpfung des unbehandelten Faserabschnittes sehr gering ist, d. h. sich betragsmäßig in den Bereichen bewegt, die durch den für die Sensorfaser verwendeten Lichtleiter vorgegeben sind. Unabhängig von der Länge der biegesensitiven Zone sind nämlich nur zwei oberflächenbehandelte Faserabschnitte notwendig – anders als bei Sensorfasern gemäß dem Stand der Technik, bei denen wiederholt oberflächenbehandelte Faserabschnitte als biegesensitive Zonen vorgesehen werden müssen.
- Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn die oberflächenbehandelten Faserabschnitte nur in der einen Hälfte der Sensorfaser vorgesehen sind. Dies ist bevorzugt diejenige Hälfte der Sensorfaser, die bezogen auf die Richtung der Durchleitung des Messlichtes die nachgelagerte Hälfte bildet. Die vorgelagerte Hälfte bis hin zum ersten oberflächenbehandelten Faserabschnitt kann dann genutzt werden, um bereits vor einer Auskopplung des Messlichtes eine möglichst weitgehende Modenmischung zu erzielen, wodurch die Auskopplung von Messlicht im ersten oberflächenbehandelten Faserabschnitt genauer vorhergesagt werden kann. Hierdurch lässt sich eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der Messergebnisse erzielen.
- Ein optischer Sensor kann erfindungsgemäß mit der beschriebenen Faser ausgestattet werden. Gemäß einer Ausgestaltung des Sensors ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sensorfaser, die in der ersten Hälfte unbehandelt ist, parallel zur zweiten Hälfte verlaufend angeordnet ist. Die Sensorfaser wird so zu sagen in der Mitte mit einer Wendeschleife versehen. Hierdurch kann die Sensorfaser vorteilhaft Platz sparend angeordnet werden, wobei sowohl die Lichtquelle als auch der Messwandler in einem Gehäuse angeordnet werden können, in das die Sensorfaser mit ihren beiden benachbarten Enden hineingesteckt werden kann. Vorteilhaft ist es auch, wenn die biegesensitive Zone der Sensorfaser in einen elastischen Tragkörper eingebettet ist. Dieser kann einerseits als Schutz der empfindlichen Sensorfaser genutzt werden, da eine Beschädigung der Oberfläche der Sensorfaser, die eine Verfälschung von Messergebnissen zur Folge hätte, verhindert wird. Außerdem lässt sich mittels der elastischen Einbettung der Sensorfaser eine Vergleichmäßigung eingeleiteter Biegebeanspruchungen erzielen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer Sensorfaser muss erfindungsgemäß berücksichtigt werden, dass das Oberflächenbehandeln der Sensorfaser unter Berücksichtigung des Anwendungsfalles vorgenommen wird, dahingehend, dass die oberflächenbehandelten Faserabschnitte an den Enden der zu erzeugenden biegesensitiven Zone liegen. Dabei die oberflächenbehandelten Faserabschnitte außerhalb der biegesensitiven Zone, wodurch ein besonders genaues Messergebnis erzielt werden kann. Die Lage der biegesensitiven Zone im zu erzeugenden Sensorband wird durch den Anwendungsfall dahingehend vorgegeben, dass das Sensorband an die Geometrie des Einbauortes angepasst werden muss.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Biegeempfindlichkeit der Sensorfaser durch Variation mindestens eines der folgenden Parameter eingestellt wird: Wahl des Faserwerkstoffes, Art der Oberflächenbehandlung und Geometrie der oberflächenbehandelten Faserabschnitte. Die Wahl des Faserwerkstoffes beeinflusst in erster Linie das Maß der Modenmischung, die in der sensitiven Zone biegeabhängig erreicht werden kann. Die Art der Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine Laserablation, oder ein Heißprägen nimmt. in erster Linie Einfluss auf das modenabhängige Auskopplungsverhalten der oberflächenbehandelten Faserabschnitte. Die Geometrie der oberflächenbehandelten Faserabschnitte kann variiert werden, um vorrangig die Biegeabhängigkeit einer Auskopplung von Messlicht zu beeinflussen. Wird beispielsweise die Oberflächenbehandlung des Faserabschnittes über den gesamten Umfang der Faser vorgenommen, so wird eine Biegeabhängigkeit weitgehend eliminiert, wodurch sichergestellt werden kann, dass die biegesensitive Zone sich nicht in die oberflächenbehandelten Faserabschnitte hinein erstreckt. Wird eine Oberflächenbehandlung nur auf einer Seite des Querschnittes der Sensorfaser vorgenommen, so ergibt sich eine starke Biegungsabhängigkeit bei der Auskopplung von Messlicht.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
-
1 schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Sensors mit der erfindungsgemäßen Sensorfaser, wobei auf dieser charakteristische Punkte a bis f gekennzeichnet sind, -
2 prinzipiell mögliche Dämpfungsverläufe von Sensorfasern, wobei die Punkte a bis f gekennzeichnet sind und -
3 eine perspektivische Ansicht eines Sensorbandes, in das drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensorfaser eingebettet sind. - Ein Sensor
11 weist eine Sensorfaser12 auf, welche in einer Schleife verlegt ist, wobei eine erste Hälfte13 der Sensorfaser parallel zu einer zweiten Hälfte14 der Sensorfaser verläuft. Mit den beiden Enden ist die Sensorfaser in einem Gehäuse15 für eine Laserdiode16 zur Einkopplung von Messlicht in die Sensorfaser12 und einer Fotodiode17 zur Auskopplung des durchgeleiteten Messlichtes befestigt. - Das Messlicht durchwandert die erste Hälfte der Sensorfaser
12 von a nach b, wobei durch eine Modenmischung eventuelle Ungleichmäßigkeiten des durch die Laserdiode eingekoppelten Messlichtes ausgeglichen werden. In der zweiten Hälfte14 wird in einem ersten behandelten Faserabschnitt18a Messlicht bevorzugt höherer Moden ausgekoppelt (von c nach d). Von d nach e durchläuft das Messlicht einen unbehandelten Faserab schnitt19 , wobei im dargestellten geraden Verlaufszustand der Sensorfaser nur eine geringe Modenmischung erfolgt. Je stärker die Biegung im unbehandelten Faserabschnitt19 jedoch ist, desto stärker ist auch die Modenmischung, wobei in dem zweiten behandelten Faserabschnitt18b von e nach f abhängig von der im unbehandelten Faserabschnitt19 erfolgten Modenmischung eine stärkere oder geringere Auskopplung von Messlicht erfolgt, da bei einer stärkeren Modenmischung wieder ein höherer Anteil an bevorzugt ausgekoppelten höheren Moden zur Verfügung steht. - In
2 ist die Dämpfung, wie sie in der Sensorfaser12 das Messlicht beeinflusst, schematisch dargestellt, wobei die Punkte a bis f eingezeichnet sind. In der ersten Hälfte13 von a bis b findet aufgrund der Länge des Sensorbandes ebenso wie in der zweiten Hälfte b bis e, die nur unwesentlich kürzer ist, eine gewisse Lichtauskopplung statt, die weitgehend biegungsunabhängig ist. Im Wendebereich b bis c der Sensorfaser12 ist die Dämpfung vernachlässigbar gering, da dieser Bereich im Verhältnis zur Länge der Sensorfaser sehr kurz ist, und der Biegeradius so gewählt wird, dass eine verlustfreie Übertragung des Lichtes in diesem Bereich der Sensorfaser12 ermöglicht wird. Am stärksten ist die Dämpfung in den beiden behandelten Faserabschnitten18a ,18b wobei der Betrag des ausgekoppelten Lichtes in dem behandelten Faserabschnitt18d stark abhängig von der biegungsabhängigen Modenmischung in dem unbehandelten Bereich19 ist. Hieraus ergibt sich abhängig von der effektiven Dämpfung im behandelten Faserabschnitt18b ein Bereich für Messwerte ΔX, der einen Rückschluss auf die im unbehandelten Faserabschnitt19 vorliegende Biegung zulässt. ΔX stellt damit den auswertbaren Messwertbereich dar, wenn der unbehandelte Faserabschnitt19 als biegesensitive Zone20a verwendet wird. - Würden die behandelten Faserabschnitte
18a ,18b derart ausgeführt, dass die Dämpfung biegungsabhängig ist und lägen diese in der biegesensitiven Zone20b , die von c bis f verläuft, so wäre eine Variation der Messergebnisse entsprechend der zwischen c und d sowie e und f in2 eingezeichneten gestrichelten Linie zu berücksichtigen. Das Messergebnis würde insofern weiterhin um die Beträge ΔY und ΔZ erweitert. -
3 stellt eine mögliche konkrete Ausbildung der Sensorfaser12 dar. Drei der Sensorfasern12 sind in einem elastischen Sensorband als Tragkörper21 eingebettet. Das Sensorband kann beispielsweise aus einem gummielastischen Kunststoff bestehen: Um eine Wendeschleife22 mit genügendem Durchmesser für eine verlustarme Übertragung des Messlichtes in den Sensorfasern12 zu erzeugen, ist ein den Radius der Wendeschleife definierender Einsatz23 in der Wendeschleife vorgesehen. - Eine der Sensorfaser
12 ist teilweise ohne die Ummantelung des Tragkörpers21 dargestellt. Zu erkennen ist die Oberflächenbehandlung im oberflächenbehandelten Faserabschnitt18a . Dieser definiert gleichzeitig den Anfang des unbehandelten Faserabschnittes19 und damit die Lage der biegesensitiven Zone20a . Die weiteren Fasern12 können versetzt angeordnete behandelte Faserabschnitte (nicht dargestellt) aufweisen, so dass durch Auswertung aller Sensorfasern eine Ortsauflösung im Sensorband21 möglich wird.
Claims (8)
- Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, welche mit oberflächenbehandelten Faserabschnitten (
18a ,18b ) ausgestattet ist, in denen die optische Dämpfung im Vergleich zu dem unbehandelten Rest der Sensorfaser (12 ) erhöht ist, wobei die biegesensitive Zone durch einen unbehandelten Faserabschnitt (19 ) gebildet ist, der sich zwischen zwei der oberflächenbehandelten Faserabschnitte (18a ,18b ) erstreckt, wobei die Sensorfaser (12 ) eine Multimode-Faser ist und wobei die oberflächenbehandelten Faserabschnitte (18a ,18b ) außerhalb der biegesensitiven Zone liegen. - Sensorfaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese genau zwei oberflächenbehandelte Faserabschnitte (
18a ,18b ) aufweist. - Sensorfaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenbehandelten Faserabschnitte (
18a ,18b ) nur in der einen Hälfte der Sensorfaser (12 ) vorgesehen sind. - Optischer Sensor mit einer Sensorfaser (
12 ), an deren einem Ende eine Lichtquelle, zur Einkoppelung von Messlicht in die Sensorfaser (12 ) vorgesehen ist und an deren anderem Ende ein Messwandler für das aus der Sensorfaser (12 ) ausgekoppelte Messlicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfaser (12 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgeführt ist. - Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfaser (
12 ) nach Anspruch 4 ausgeführt ist, wobei die beiden Hälften der Sensorfaser (12 ) parallel verlaufend aneinander liegen. - Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesensitive Zone in einen elastischen Tragkörper (
21 ) eingebettet ist. - Verfahren zum Erzeugen einer Sensorfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbehandeln der Sensorfaser (
12 ) unter Berücksichtigung des Anwendungsfalles vorgenommen wird, dahingehend, dass die oberflächenbehandelten Faserabschnitte (18a ,18b ) an den Enden und außerhalb der zu erzeugenden biegesensitiven Zone liegen. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeempfindlichkeit der Sensorfaser (
12 ) durch Variation mindestens eines der folgenden Parameter eingestellt wird: – Wahl des Faserwerkstoffes – Art der Oberflächenbehandlung – Geometrie der oberflächenbehandelten Faserabschnitte.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006029020A DE102006029020B3 (de) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung |
PCT/EP2007/055773 WO2007144350A1 (de) | 2006-06-14 | 2007-06-12 | Optische sensorfaser mit einer biegesensitiven zone, sensor mit einer solchen sensorfaser und verfahren zu deren herstellung |
EP07730095A EP2029971A1 (de) | 2006-06-14 | 2007-06-12 | Optische sensorfaser mit einer biegesensitiven zone, sensor mit einer solchen sensorfaser und verfahren zu deren herstellung |
US12/308,422 US20100195950A1 (en) | 2006-06-14 | 2007-06-12 | Optical Sensor Fiber Having Zone Which is Sensitive to Bending, Sensor Having Such Sensor Fiber, and Method for Producing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006029020A DE102006029020B3 (de) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006029020B3 true DE102006029020B3 (de) | 2007-07-19 |
Family
ID=38190276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006029020A Expired - Fee Related DE102006029020B3 (de) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100195950A1 (de) |
EP (1) | EP2029971A1 (de) |
DE (1) | DE102006029020B3 (de) |
WO (1) | WO2007144350A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008027114A1 (de) | 2008-06-06 | 2009-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Positionsgebers, sowie Verwendung der Vorrichtung |
DE102010014006B3 (de) * | 2010-03-30 | 2011-09-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Optische Sensoranordnung mit mehreren optischen Sensorfasern |
DE102013019774A1 (de) | 2013-11-23 | 2015-05-28 | Westsächsische Hochschule Zwickau | Optische Anordnung zur Bestimmung von Lageänderungen, Positionen, Verformung, Bewegungen, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5633494A (en) * | 1991-07-31 | 1997-05-27 | Danisch; Lee | Fiber optic bending and positioning sensor with selected curved light emission surfaces |
WO2000068645A1 (en) * | 1999-05-11 | 2000-11-16 | Danisch Lee A | Fiber optic curvature sensor |
US20060017295A1 (en) * | 2003-04-08 | 2006-01-26 | Danisch Lee A | Method and apparatus for sensing impact between a vehicle and an object |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5694497A (en) * | 1995-06-19 | 1997-12-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Intrinsically self deforming fiber optic microbend pressure and strain sensor |
US5818982A (en) | 1996-04-01 | 1998-10-06 | Voss; Karl Friedrich | Fiber optic sensor based upon buckling of a freely suspended length of fiber |
US6563969B2 (en) * | 2001-10-15 | 2003-05-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multiplexed fiber laser sensor system |
US6728431B2 (en) * | 2001-10-15 | 2004-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic curvature sensor for towed hydrophone arrays |
US6854327B2 (en) * | 2002-11-06 | 2005-02-15 | Shell Oil Company | Apparatus and method for monitoring compaction |
DE102004059931A1 (de) * | 2004-12-09 | 2006-06-14 | Siemens Ag | Jeweils stückweise sensitiv ausgebildetes Sensorband und Halbzeug zu dessen Herstellung |
CA2604152A1 (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-12 | Agency For Science, Technology And Research | Fiber bragg grating sensor |
-
2006
- 2006-06-14 DE DE102006029020A patent/DE102006029020B3/de not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-06-12 WO PCT/EP2007/055773 patent/WO2007144350A1/de active Application Filing
- 2007-06-12 EP EP07730095A patent/EP2029971A1/de not_active Withdrawn
- 2007-06-12 US US12/308,422 patent/US20100195950A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5633494A (en) * | 1991-07-31 | 1997-05-27 | Danisch; Lee | Fiber optic bending and positioning sensor with selected curved light emission surfaces |
WO2000068645A1 (en) * | 1999-05-11 | 2000-11-16 | Danisch Lee A | Fiber optic curvature sensor |
US20060017295A1 (en) * | 2003-04-08 | 2006-01-26 | Danisch Lee A | Method and apparatus for sensing impact between a vehicle and an object |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008027114A1 (de) | 2008-06-06 | 2009-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Positionsgebers, sowie Verwendung der Vorrichtung |
DE102010014006B3 (de) * | 2010-03-30 | 2011-09-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Optische Sensoranordnung mit mehreren optischen Sensorfasern |
DE102013019774A1 (de) | 2013-11-23 | 2015-05-28 | Westsächsische Hochschule Zwickau | Optische Anordnung zur Bestimmung von Lageänderungen, Positionen, Verformung, Bewegungen, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten |
DE102013019774B4 (de) | 2013-11-23 | 2019-05-09 | Westsächsische Hochschule Zwickau | Optische Anordnung zur Bestimmung von Lageänderungen, Positionen, Verformung, Bewegungen, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007144350A1 (de) | 2007-12-21 |
US20100195950A1 (en) | 2010-08-05 |
EP2029971A1 (de) | 2009-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69021543T2 (de) | Umlenkende Bragg-Gitteranordnung in einem optischen Wellenleiter. | |
DE102007044554B3 (de) | Sensorband mit optischer Sensorfaser, Sensor mit diesem Sensorband und Verfahren zum Kalibrieren einer optischen Sensorfaser | |
EP1556255A1 (de) | Sensoreinrichtung und verfahren zur erfassung einer äusseren stossbelastung an einem fahrzeug | |
EP0696782A1 (de) | Optische Druckkrafterfassungsvorrichtung | |
EP2284393A2 (de) | Lastaufnehmeranordnung für Windturbinenflügel | |
WO2008064506A2 (de) | Optischer drucksensor mit mindestens zwei optischen fasern | |
EP3497409A1 (de) | Verfahren zur bestimmung der krümmung und/oder torsion eines lichtwellenleiters | |
DE102006029020B3 (de) | Optische Sensorfaser mit einer biegesensitiven Zone, Sensor mit einer solchen Sensorfaser und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE3630163C2 (de) | Zentriervorrichung zum Zentrieren von Lichtleiter-Fasern während des Schweissens | |
AT504335B1 (de) | Laserzündvorrichtung | |
DE102006046313B3 (de) | Verfahren und Anordnung zum Strukturieren einer lichtleitenden Faser entlang deren Längsachse (longitudinale Strukturierung) basierend auf der nicht-linearen Absorption von Laserstrahlung | |
WO1999037982A1 (de) | Faseroptischer kraftsensor, verwendung zur schliesskantenüberwachung, und herstellungsverfahren | |
EP2274571B1 (de) | Messanordnung mit einem faser-bragg-gitter zur erfassung von dehnungen oder temperaturen | |
WO2006010753A1 (de) | Kraftsensor | |
WO2012152505A1 (de) | Zugentlastungs-/biegeschutzvorrichtung | |
EP2779931B1 (de) | Vorrichtung zur medizinischen behandlung, insbesondere eines gewebes, mittels laserlicht | |
DE102004047498A1 (de) | Lichtleiter mit einer strukturierten Oberfläche und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP0786677A1 (de) | Optische Koppelanordnung aus einem Paar streifenartiger optischer Wellenleiterendabschnitte | |
DE102006006556B4 (de) | Lichtwellenleiter für einen faseroptischen Sensor, faseroptischer Sensor und Kraftfahrzeug | |
DE102008018740A1 (de) | Elektrooptisches Entfernungsmessgerät, optische Leiterplatte zum Leiten von optischen Signalen und optische Kopplungsvorrichtung | |
EP2087311B1 (de) | Verfahren zum herstellen einer sensitiven zone mit einer anzahl an sensitiven einkerbungen eines faseroptischen biegesensors sowie dazugehöriger faseroptischer biegesensor | |
DE102006046778A1 (de) | Faseroptische Sensorvorrichtung | |
DE10122685B4 (de) | Anordnung mit mindestens zwei überkreuzten Lichtwellenleitern | |
DE3003760A1 (de) | Optisches kabel | |
DE102012013025A1 (de) | Vorrichtung zur medizinischen Behandlung, insbesondere eines Gewebes, mittels Laserlicht |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130101 |