DE102008011583A1 - Light guide i.e. infrared guide, arrangement for use in measuring system, has protection element surrounding light guide, where guide is rotatably mounted in plug and/or at connection element and is movable inside protection element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtleiteranordnung sowie ein Messsystem.The The invention relates to a light guide arrangement and a measuring system.
Lichtleiter werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Neben Anwendungen in der Informationstechnologie, wo optische Signale zur Übertragung digitaler Datenströme genutzt werden, finden Lichtleiter in der Mess- und Analysetechnik Anwendung. Hierbei soll Licht, dessen Intensität, spektrale Zusammensetzung und/oder Polarisation Aufschluss über ein zu untersuchendes Objekt gibt, in einem entsprechenden Messgerät analysiert werden. Da die zur Analyse benötigten Lichtintensitäten oft sehr schwach sind und durch Absorptionen in der Atmosphäre (insbesondere CO2 und Wasserdampf) geschwächt werden könnten, ist es nötig, das Analysenlicht möglichst nahe an das Untersuchungsobjekt heran zu bringen und auch dort wieder aufzunehmen.Fiber optic cables are used for various applications. In addition to applications in information technology, where optical signals are used to transmit digital data streams, optical fibers are used in measurement and analysis technology. In this case, light whose intensity, spectral composition and / or polarization provides information about an object to be examined is to be analyzed in a corresponding measuring device. Since the light intensities required for the analysis are often very weak and could be weakened by absorptions in the atmosphere (in particular CO 2 and water vapor), it is necessary to bring the analysis light as close as possible to the examination subject and to take it up again there.
Die verwendeten Messgeräte, wie z. B. Spektrometer, können jedoch auf Grund ihrer Dimensionen in der Regel nicht an das Objekt herangeführt werden und auch ein Heranführen oder Einbringen des Untersuchungsobjekts an bzw. in das Messgerät ist oft unpraktisch oder unmöglich. Daher ist es in vielen Fällen nötig, das Licht in der Nähe des Untersuchungsobjekts aufzunehmen und zum Messgerät zu leiten. Hierfür werden Lichtleiter verwendet, die üblicherweise langgestreckt mit gleichbleibendem Querschnitt (z. B. Kreisquerschnitt) aufgebaut sind. Der oder die Lichtleiter sind hierbei üblicherweise an einem Ende mit einer Sondeneinheit verbunden, die an das Untersuchungsobjekt herangeführt werden kann, und am anderen Ende mittels eines Steckers an eine entsprechende Buchse am Messgerät anschließbar, über die die Lichtsignale in das Gerät eingekoppelt werden.The used measuring devices, such. B. spectrometer can however, due to their dimensions usually not to the object be introduced and also a lead or Introducing the examination object to or in the meter is often impractical or impossible. Therefore it is in many Cases necessary, the light near the To record the examination object and guide it to the measuring device. For this purpose, optical fibers are used, which are usually elongated with constant cross section (eg circular cross section) are constructed. The one or more light guides are common connected at one end to a probe unit which is adjacent to the object under examination can be introduced, and at the other end by means of a Plug can be connected to a corresponding socket on the meter, via the light signals are coupled into the device.
Es gibt passive Systeme, bei denen ein einzelner Lichtleiter verwendet wird, der Lichtemissionen aufnimmt und zum Messgerät leitet. Daneben existieren aber auch aktive Messsysteme mit zwei Lichtleitern. Hierbei dient der eine Leiter, der Beleuchtungsleiter, zur Lichtübertragung vom Messgerät zum Untersuchungsobjekt. Das hiermit übertragene „Erre ger”-Licht wird vom Objekt teilweise absorbiert (z. B. durch abgeschwächte Totalreflexion), teilweise transmittiert, teilweise reflektiert, es können auch Prozesse wie Fluoreszenz eine Rolle spielen. In jedem Fall erlaubt ein Vergleich des eingestrahlten Lichts mit dem durch den zweiten Lichtleiter, den Beobachtungsleiter, empfangenen Licht Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des bestrahlten Objekts.It There are passive systems where a single optical fiber is used which picks up light emissions and routes them to the meter. In addition, there are also active measuring systems with two light guides. Here, the one conductor, the lighting conductor, serves to transmit light from the measuring device to the examination object. The hereby transmitted "Erre ger" light is partially absorbed by the object (eg due to weakened Total reflection), partially transmitted, partially reflected, It may also be processes such as fluorescence play a role. In any case, allows a comparison of the incident light with the one received by the second optical fiber, the observation conductor Light conclusions on the condition of the irradiated object.
Aufgrund der Abmessungen (Querabmessung im Bereich von wenigen Millimetern oder weniger) und der verwendeten Materialien, die eine Weiterleitung des Lichts im Leiter gewährleisten müssen, sind die Lichtleiter im Vergleich zu elektrischen Leitern aus Metall relativ empfindlich gegen mechanische Beanspruchungen. Aufgrund dessen sind verschiedene Maßnahmen getroffen worden, um die Leiter vor derartigen Beanspruchungen zu schützen.by virtue of the dimensions (transverse dimension in the range of a few millimeters or less) and the materials used, a forwarding of the light in the conductor are the light guides compared to electrical conductors made of metal relatively sensitive to mechanical stress. by virtue of of which various measures have been taken to to protect the conductors from such stresses.
Die
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zum wirksamen Schutz eines Lichtleiters vor mechanischer Beanspruchung vorzuschlagen.In front In this background, it is the object of the invention to take measures to propose effective protection of a light guide against mechanical stress.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 sowie ein Messsystem nach Anspruch 14. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.The Task is solved by an optical fiber arrangement according to Claim 1 and a measuring system according to claim 14. Dependent Claims relate to preferred embodiments.
Die erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung umfasst mindestens einen ersten Lichtleiter sowie einen Stecker, mit dem der Lichtleiter verbunden ist. Stecker bezeichnet in diesem Zusammenhang jedes Bauteil, dass so ausgebildet ist, dass es form- und/oder kraftschlüs sig mit einem anderen Bauteil, typischerweise einer Buchse an einem Gerät, verbindbar ist, z. B. durch Zusammenstecken, Verklemmen, Verrasten und/oder Verschrauben sowie andere Verbindungsarten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Als Materialien, aus denen der Stecker gefertigt werden kann kommen vornehmlich Metalle, Kunststoffe und/oder Keramik in Frage.The Light guide assembly according to the invention comprises at least a first light guide and a plug, with the the light guide is connected. Plug designates in this context Each component that is designed so that it form and / or kraftschlüs sig with another component, typically a socket on one Device, is connectable, z. B. by mating, jamming, Locking and / or screwing and other types of connections, the are known in the art. As materials from which The plug can be made mainly come metals, plastics and / or ceramic in question.
Der Lichtleiter ist im Bereich seines steckerfernen Endes mit einem Anschlusselement verbunden. Hierunter wird ein Bereich beginnend vom steckerfernen Ende (z. B. der dortigen Stirnfläche) des Lichtleiters verstanden, der maximal 50%, bevorzugt maximal 25% der Gesamtlänge des Lichtleiters in axialer Richtung entspricht. Der Begriff Anschlusselement ist hier sehr weit gefasst und bezeichnet unterschiedlichste Elemente, so z. B. eine am Lichtleiterende befestigte Hülse, einen weiteren Stecker, aber auch komplexere Vorrichtungen wie z. B. eine Messsonde.Of the Optical fiber is in the range of its remote connector end with a Connection element connected. Below this is an area starting from the far end of the plug (eg the face there) of the light guide, the maximum of 50%, preferably a maximum 25% of the total length of the light guide in the axial direction equivalent. The term connecting element is very broad here and denotes a variety of elements, such. B. one at the light guide end attached sleeve, another plug, but also more complex Devices such. B. a measuring probe.
Hierbei ist der erste Lichtleiter im Stecker und/oder am Anschlusselement um seine Längsachse drehbar gelagert. D. h., wenigstens eine der genannten Verbindungen ist als Drehverbindung ausgebildet, ggf. auch beide Verbindungen. Die drehbare Lagerung kann unterschiedlich realisiert werden. Neben gleitender Lagerung ist auch eine Lagerung mittel Kugel- oder Rollenlager denkbar. Falls der Lichtleiter keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist ggf. ein Adapter vorgesehen, dass eine drehbare Lagerung erleichtert. Die Lagerung ist bevorzugt so ausgestaltet, dass der Lichtleiter zwar drehbar, aber axial nicht verschiebbar aufgenommen ist.in this connection is the first light guide in the plug and / or on the connection element rotatably mounted about its longitudinal axis. That is, at least one of said compounds is designed as a rotary joint, possibly also both connections. The rotatable storage may vary will be realized. In addition to sliding storage and storage is medium Ball or roller bearings conceivable. If the light guide is not circular Cross-section, if necessary, an adapter is provided that a rotatable storage facilitates. The storage is preferably designed such that the light guide rotatable, but not axially displaceable is included.
Erfindungsgemäß umfasst die Lichtleiteranordnung weiterhin ein fest mit dem Stecker sowie mit dem Anschlusselement verbundenes, elastisches Schutzelement. Der Begriff „fest verbunden” bezeichnet in diesem Zusammenhang, dass die sich die beiden derart verbundenen Bauteile im Bereich der Verbindungsstelle unter normalen Benutzungsbedingungen nicht gegeneinander verschieben oder drehen können. Hierbei kann wenigstens eine der Verbindungen, insbesondere die zum Anschlusselement, lösbar sein, um Reparatur, Reinigung oder Austausch zu erleichtern. In diesem Fall ist auch die Verbindung zwischen Lichtleiter und dem fraglichen Bauteil lösbar auszugestalten.According to the invention the fiber optic assembly continues to be a solid with the plug as well connected to the connection element, elastic protective element. The term "firmly connected" refers to this Related to that, the two so-connected components in the area of the junction under normal conditions of use can not move or rotate against each other. in this connection can at least one of the compounds, in particular to the connection element, solvable to facilitate repair, cleaning or replacement. In In this case, the connection between the light guide and the to make the component in question detachable.
Das Schutzelement ist so ausgebildet, das es den Lichtleiter umgibt, wo bei dieser inner halb des Schutzelements beweglich ist. Zwischen dem steckerfernen Ende und dem Stecker ist der erste Lichtleiter innerhalb des Schutzelements beweglich. Dies bedeutet, dass in dem genannten Bereich auf den Lichtleiter – von Reibungskräften abgesehen – bezogen auf seine Längsachse allenfalls radiale, jedoch keine axialen oder tangentialen Kräfte wirken. Vorzugsweise gibt es keinerlei direkte Verbindung zwischen Lichtleiter und Schutzelement, sondern lediglich indirekte Verbindungen über den Stecker bzw. das Anschlusselement. Es ist aber auch denkbar, dass beispielsweise das Schutzelement innen wenigstens ein Kugellager o. Ä. aufweist, mittels dessen der Lichtleiter lokal verbunden ist. Ein solches Lager gewährleistet auch die erforderliche Beweglichkeit.The Protective element is designed so that it surrounds the light guide, where in this inner half of the protective element is movable. Between the remote end and the plug is the first light guide movable within the protective element. This means that in the said area on the light guide - of frictional forces apart - at most on its longitudinal axis radial, but no axial or tangential forces Act. Preferably, there is no direct connection between Optical fiber and protective element, but only indirect connections via the plug or the connection element. But it is also conceivable that For example, the protective element inside at least one ball bearing o. Ä. has, by means of which the optical fiber connected locally is. Such a bearing also ensures the required Agility.
Auch ist wenigstens eine feste, direkte Verbindung zwischen dem Schutzelement und dem Lichtleiter erfindungsgemäß denkbar, sofern diese höchstens 15%, bevorzugt höchstens 10% der Gesamtlänge des Schutzelements von einem von dessen Enden entfernt ist. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass sich eine solche feste Verbindung nicht in der Nähe einer der Drehverbindungen befinden sollte, da hierdurch deren Wirkung zunichte gemacht würde. Falls also z. B. die Verbindung des Lichtleiters mit dem Stecker drehbar ausgebildet ist, darf sich eine feste, direkte Verbindung zwischen Lichtleiter und Schutzelement nicht in der Nähe des Steckers befinden, da sonst die bestimmungsgemäße Funktion der Drehverbindung gestört wäre. Im Fall einer direkten, festen Verbindung zwischen Schutzelement und Lichtleiter ist es auch möglich, dass Lichtleiter und Anschlusselement indirekt über das Schutzelement verbunden sind. Die eine feste, direkte Verbindung zwischen Schutzelement und Lichtleiter kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen ausgebildet sein. Die Art der Verbindung kann vom Fachmann, insbesondere in Abhängigkeit vom Material des Schutzelements, geeignet gewählt werden.Also is at least one strong, direct connection between the protective element and the light guide according to the invention conceivable, provided this maximum 15%, preferably at most 10% of Total length of the protective element from one of its ends is removed. It is obvious to the skilled person that Such a firm connection is not near one the rotary joints should be, as a result of their effect would be nullified. So if z. B. the connection the light guide is rotatably formed with the plug, may a strong, direct connection between the light guide and the protective element not near the plug, otherwise the intended Function of the rotary connection would be disturbed. In the case of one direct, firm connection between protective element and optical fiber It is also possible that light guide and connection element are indirectly connected via the protective element. The one fixed, direct connection between the protective element and the light guide can be formed positive, positive and / or cohesive. The type of connection can be made by a person skilled in the art, in particular depending on of the material of the protective element, are suitably selected.
Die Elastizität des Schutzelements soll insbesondere in Bezug auf Zug-, Biege- und Torsionskräfte gelten. Hierbei ist Elastizität so zu verstehen, dass das Schutzelement unter Krafteinwirkung (ggf. geringfügig) verformt wird, hierbei jedoch eine Rückstellkraft entwickelt, durch die nach dem Ende der Krafteinwirkung die Verformung wieder aufgehoben wird.The Elasticity of the protective element should in particular in relation apply to tensile, bending and torsional forces. Here is Elasticity to be understood so that the protective element under Force (possibly slightly) is deformed, this However, a restoring force developed by the after End of the force the deformation is canceled again.
Das Schutzelement kann verschieden ausgestaltet sein, wobei durch die Anforderung, mit dem Stecker sowie mit dem Anschlusselement verbunden zu sein, eine Mindestausdeh nung des Schutzelements vorgegeben ist. Um die notwendige Elastizität, d. h. Verformbarkeit unter Entstehung einer Rückstellkraft, zu gewährleisten, kann das Schutzelement aus Kunststoff, Hartgummi und/oder Metall gefertigt sein. Es kann rohr- oder schlauchförmig ausgebildet sein, mit runden, ovalen oder polygonalem Querschnitt auch ein abschnittsweise veränderlicher Querschnitt ist möglich. Weiterhin kann es außen oder innen rippenartige Strukturen zur strukturellen Versteifung aufweisen. Es kann geschlossen oder durchbrochen (z. B. nach Art eines Gewebes oder Gitters) ausgebildet sein. Insbesondere ist auch ein Aufbau aus mehreren Materialien, z. B. als Schichtaufbau, denkbar.The Protective element may be configured differently, wherein by the Requirement to connect to the plug as well as to the connector be, a Mindestausdeh voltage of the protective element is specified. To the necessary elasticity, d. H. Deformability below Emergence of a restoring force, to ensure the protective element can be made of plastic, hard rubber and / or metal be made. It may be tubular or tubular, with round, oval or polygonal cross section also in sections variable cross section is possible. Farther can it outside or inside rib-like structures for structural stiffening exhibit. It can be closed or broken (eg according to Art a fabric or grid). In particular, too a structure of several materials, eg. B. as a layer structure, conceivable.
Die Verbindungen des Schutzelements mit dem Stecker sowie mit dem Anschlusselement können hierbei kraft-, form- und/oder stoffschlüssig sein, d. h. sie kann – je nach Materialien – durch Zusammenstecken, Verklemmen, Verschrauben, Verrasten, Verkleben, Verschweißen, Verlöten und/oder andere bekannte Maßnahmen erfolgen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass Schutzelement und Stecker und/oder Anschlusselement wenigstens teilweise aus einem Stück geformt sind. Auch hier kann der Fachmann je nach Material geeignete Verbindungsarten wählen.The Connections of the protective element with the plug and with the connecting element can in this case force, form and / or cohesive be, d. H. it can - depending on the materials - through Mating, jamming, screwing, latching, gluing, Welding, soldering and / or other known Measures take place. Basically it is too conceivable that protective element and plug and / or connecting element at least partially formed from one piece. Also Here the expert can, depending on the material suitable connection types choose.
Durch eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung wird ein umfassender Schutz des Lichtleiters gewährleistet. Zum einen wird der Lichtleiter vor unmittelbarer mechanischer Einwirkung geschützt, da ihn das Schutzelement umgibt. Dies beinhaltet z. B. Schutz vor seitlichen Schlägen oder Quetschungen durch versehentliches Fallenlassen der Lichtleiteranordnung bzw. Fallenlassen anderer Gegenstände auf diese. Weiterhin hat sich gezeigt, dass das elastische Schutzelement den Lichtleiter vor zu starker Krümmung, insbesondere Abknicken schützt. Auch ein Schutz vor Zugkräften, die den Lichtleiter überdehnen könnten, ist gegeben. Schließlich ist der Lichtleiter auch vor größeren Torsionskräften geschützt, da bei einer Torsion des Schutzelementes sich zwar der mit dem Anschlusselement verbundene Teil des Lichtleiters mitdreht, falls es sich um eine feste Verbindung handelt. Dies führt jedoch zu keiner nennenswerten Torsion des Lichtleiters, da in diesem Fall das steckerseitige Ende im Stecker drehbar gelagert ist und der Lichtleiter ansonsten im Schutzelement beweglich ist. Falls der Lichtleiter am Anschlusselement drehbar gelagert ist, wird eine Torsion des Schutzelements ebenfalls nicht auf den Lichtleiter übertragen. Trotzdem ist aufgrund der Verbindung mit dem Schutzelement eine sichere Führung des Lichtleiters gegeben.An inventive light guide arrangement ensures comprehensive protection of the light guide. On the one hand, the light guide is protected against direct mechanical impact, as it surrounds the protective element. This includes z. B. Protection against side impacts or bruises by accidental dropping of the Lichtlei teranordnung or dropping other objects on this. Furthermore, it has been shown that the elastic protective element protects the optical fiber from excessive curvature, in particular kinking. There is also protection against tensile forces that could overstretch the optical fiber. Finally, the light guide is also protected against larger torsional forces, since during a torsion of the protective element, the part of the light guide connected to the connection element also rotates, if it is a fixed connection. However, this leads to no significant torsion of the light guide, since in this case the plug-side end is rotatably mounted in the plug and the light guide is otherwise movable in the protective element. If the light guide is rotatably mounted on the connection element, a torsion of the protection element is likewise not transmitted to the light guide. Nevertheless, a secure guidance of the light guide is given due to the connection with the protective element.
Die genannten Vorteile sind vor allem bei Anwendungen von Bedeutung, bei denen das Anschlusselement frei bewegt wird. Dies gilt insbesondere, aber nicht ausschließlich, im Zusammenhang mit Analysegeräten. Hierbei ist zu beachten, dass bei diesen Geräten unter normalen Nutzungsbedingungen die Lichtleiter innerhalb eines vergleichsweise großen Aktionsradius zum Untersuchungsobjekt hingeführt und nach jeder Benutzung wieder in eine Lagerposition, z. B. am Gerät, zurückgeführt werden. Bei Lichtleiteranordnungen nach dem Stand der Technik stellen die ständig wechselnde Krümmung des Lichtleiters, zu der ggf. noch Torsion kommt, ebenso wie mechanische Einflüsse durch unachtsame Handhabung, z. B. Schläge durch anderes Laborgerät, eine besondere Beanspruchung dar. Für den Benutzer ist es nicht praktikabel, ständig für eine Vermeidung der genannten Einflüsse Sorge zu tragen.The These advantages are of particular importance in applications, where the connection element is moved freely. This is especially true but not exclusively, in the context of analyzers. It should be noted that with these devices under normal conditions of use the light guide within a comparatively large Action radius led to the object under investigation and after each use again in a storage position, eg. On the device, to be led back. For fiber optic arrangements According to the state of the art, the constantly changing Curvature of the light guide, to which possibly still torsion comes, as well how mechanical influences due to careless handling, z. B. beats by other laboratory equipment, a special Stress. It is not practical for the user to constantly for avoiding the mentioned influences To take care.
Eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung kann an ein Analysegerät angeschlossen werden und erlaubt dem Benutzer eine flexible Handhabung bei adäquatem Schutz des empfindlichen Lichtleiters. Hierbei wird zum einen die Lebensdauer des Lichtleiters verlängert, zum anderen wird auch eine erhöhte Dämpfung der übertragenen Lichtwellen, zu der es bei mechanischer Beanspruchung kommen kann, vermieden. Dies stellt insbesondere bei Präzisionsmessungen einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar.A Light guide assembly according to the invention can An analyzer can be connected and allows the user a flexible handling with adequate protection of the sensitive Light guide. Here, on the one hand, the life of the light guide extended, on the other hand is also an increased Attenuation of the transmitted light waves, to the it can come under mechanical stress, avoided. This poses especially for precision measurements a decisive Advantage over the prior art.
Es versteht sich, dass bei der beschriebenen Lichtleiteranordnung grundsätzlich keine Laufrichtung des Lichts vorgegeben ist. Somit kann der Lichtleiter z. B. ebenso als Beleuchtungs- wie als Beobachtungsleiter verwendet werden.It is understood that in the described light guide assembly in principle no direction of the light is given. Thus, the light guide z. B. also used as a lighting as well as observation become.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtleiteranordnung ist der erste Lichtleiter im Stecker drehbar gelagert und im Bereich seines steckerfernen Endes mit dem Anschlusselement fest verbunden. Dies ist für bestimmte Anwendungen, insbesondere, wenn das Anschlusselement (z. B. als Messsonde) einen komplexen Aufbau zeigt, sinnvoll. Bei einer festen Verbindung kann zum einen eine sichere optische, dämpfungsarme Verbindung zwischen Lichtleiter und Anschlusselement gewährleistet werden. Auch kann bei einer festen Verbindung das Anschlusselement leichter und ggf. kleiner gestaltet werden als z. B. bei einer Lagerung mittels Kugellagern. Außerdem hat eine feste Verbindung im Be reich des steckerfernen Endes Vorteile, wenn der Lichtleiter zwischen Schutzelement und Anschlusselement keine Schnittstelle aufweist, da der Lichtleiter dann im Anschlusselement nicht bewegt wird und somit in einer festen Position zum Sondenelement verbleibt. Dies verbessert die Reproduzierbarkeit der Messungen.In a preferred embodiment of the light guide assembly the first light guide is rotatably mounted in the plug and in the area its plug remote end firmly connected to the connection element. This is for certain applications, especially if the connection element (eg as a measuring probe) has a complex structure shows, makes sense. In a fixed connection can on the one hand a safe optical, low-loss connection between optical fibers and connecting element can be ensured. Also can at a solid connection, the connection element easier and possibly smaller be designed as z. B. at a storage by means of ball bearings. In addition, a firm connection in Be rich far away from the plug End benefits if the light guide between protective element and Connecting element has no interface, since the optical fiber then in the connection element is not moved and thus in a fixed Position to the probe element remains. This improves the reproducibility the measurements.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Lichtleiteranordnung einen zweiten Lichtleiter. Dieser ist – entsprechend dem ersten Lichtleiter – mit dem Stecker und im Bereich seines steckerfernen Endes mit dem Anschlusselement verbunden und im Stecker und/oder am Anschlusselement um seine Längsachse drehbar gelagert. Auch der zweite Lichtleiter ist von dem Schutzelement umgeben und innerhalb des Schutzelements beweglich. Diese Weiterbildung ist im Zusammenhang mit aktiven Systemen in der Spektroskopie von Bedeutung. Die Verbindung mit dem Stecker bzw. die mit dem Anschlusselement kann derjenigen des ersten Lichtleiters entsprechen, so dass z. B. beide Lichtleiter fest mit dem Anschlusselement verbunden, aber im Stecker drehbar gelagert sind. Die Verbindungen der beiden Lichtleiter können allerdings auch unterschiedlich sein.In A preferred embodiment comprises the light guide arrangement a second light guide. This is - according to the first light guide - with the plug and in the area of his Plug remote end connected to the connection element and in the plug and / or rotatable on the connection element about its longitudinal axis stored. The second light guide is also from the protective element surrounded and movable within the protective element. This training is related to active systems in spectroscopy Importance. The connection with the plug or with the connection element can correspond to those of the first light guide, so that z. B. both Optical fiber firmly connected to the connector, but in the connector are rotatably mounted. The connections of the two light guides can but also be different.
Hierbei ergibt sich der entscheidende Vorteil, dass die erfindungsgemäße Anordnung bei zwei Lichtleitern auch einen Schutz gegen das Verdrillen der beiden Leiter darstellt. Hierdurch ergäben sich, selbst wenn eine Torsion der einzelnen Leiter unterbunden ist, starke mechanische Beanspruchungen, die sich auf Leistungsfähigkeit und Lebensdauer auswirken würden. Der Schutz ist dadurch bedingt, dass ein Verdrillen der Lichtleiter mit einer Torsion des Schutzelements einhergeht. Da dieses jedoch elastisch bezüglich Torsion ist, also hierbei eine Rückstellkraft entwickelt, wirkt es dem Verdrillen der Lichtleiter entgegen.in this connection results in the decisive advantage that the inventive Arrangement with two light guides also a protection against the twisting of the represents both leaders. This would result, even if a torsion of the individual conductors is prevented, strong mechanical Stresses that affect performance and life would affect. The protection is conditioned by that Twisting the optical fibers with a twist of the protective element accompanied. However, this is elastic with respect to torsion is, so this case developed a restoring force acts it contrary to the twisting of the light guide.
Die beschriebene Anordnung kann grundsätzlich auch auf mehr als zwei Lichtleiter erweitert werden. Auch hierbei bietet das Schutzelement einen Schutz gegen ein Verdrillen der Lichtleiter.The described arrangement can basically also on more be extended as two light guides. Again, the protective element provides a protection against twisting of the light guides.
In jedem Fall ist es bevorzugt, dass die kleinste Innen-Querabmessung (z. B. Innendurchmesser bei rundem Querschnitt) des Schutzelements um wenigstens 10%, weiter bevorzugt um wenigstens 30% größer als die Summe der größten Querabmessungen der Lichtleiter (bzw. bei einem Lichtleiter: dessen größte Querabmessung) ist. Hierdurch wird eine optimale Beweglichkeit der Lichtleiter gewährleistet.In any case, it is preferable that the smallest inner transverse dimension (eg, inner diameter at round cross section) of the protective element by at least 10%, more preferably by at least 30% greater than the sum of the largest transverse dimensions of the optical fibers (or in the case of a light guide: its largest transverse dimension). As a result, optimum mobility of the light guide is ensured.
Zur drehbaren Lagerung des bzw. der Lichtleiter sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Obwohl eine gleitende Lagerung bereits weitgehend für ein Unterbinden von Torsion ausreicht, ist eine Lagerung mittels Kugellagern weitaus effektiver. Hierbei treten im Lager nur minimale Reibungskräfte auf, weshalb sich der Lichtleiter praktisch ungehindert drehen kann. Daher ist diese Variante bevorzugt.to rotatable mounting of the or the light guide are different ways where. Although a sliding bearing is already largely for one Torsion is sufficient, is a storage by means of ball bearings far more effective. In this case, only minimal frictional forces occur in the bearing on why the optical fiber can rotate virtually unhindered. Therefore, this variant is preferred.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtleiteranordnung, insbesondere für Anwendungen im Bereich der Mess- und Analysetechnik, ist das Anschlusselement, entsprechend dem Stand der Technik, als Sondenelement ausgebildet. In diesem Fall sind der oder die Lichtleiter und das Schutzelement am steckerfernen Ende mit dem Sondenelement fest verbunden. Typischerweise umfasst das Sondenelement eine optische Anordnung, die den Lichteintritt in bzw. Lichtaustritt aus einem Lichtleiter optimiert. Für viele Anforderungen hat sich ein stabförmiges Sondenelement als zweckmäßig erwiesen, da es eine sichere Handhabung ermöglicht und der Benutzer das Ende, an dem Lichtein- bzw. -austritt erfolgen, an das Untersuchungsobjekt heranführen kann, während er selbst mit seinen Hand Abstand vom Untersuchungsobjekt hält. Der oder die Lichtleiter können auch im Sondenelement weitergeführt sein. Bevorzugt umfasst das Sondenelement ein ATR-Element, eine Transmissions- oder eine Reflexionszelle.In a preferred embodiment of the light guide arrangement, especially for applications in the field of measurement and analysis technology, is the connecting element, according to the prior art, as Probe element formed. In this case, the one or more light guides and the protective element at the remote connector end with the probe element firmly connected. Typically, the probe element comprises an optical Arrangement, the light entering or out of a light Optical fiber optimized. For many requirements has become a rod-shaped probe element as appropriate proven, as it allows safe handling and the user the end, at the light entrance or exit, can lead to the object under investigation while he himself with his hand keeps distance from the object to be examined. The one or more light guides can also be continued in the probe element. Preferably, the probe element comprises an ATR element, a transmission or a reflection cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schutzelement als Metall-Spiralschlauch ausgebildet. Es hat sich erwiesen, dass hierdurch eine für die Handhabung ausreichende Flexibilität gegeben ist, während zu starke Krümmungen, Dehnungen oder Torsionen wirksam vermieden werden können. Weiterhin ist der Querschnitt eines Metall-Spiralschlauchs stabil gegenüber seitlich einwirkenden Kräften, so dass ein Quetschen eines darin angeordneten Lichtleiters bei normaler Benutzung, z. B. im Labor, ausgeschlossen ist.In a preferred embodiment of the invention is that Protective element designed as a metal spiral hose. It has proved that thereby a sufficient flexibility for handling is given while too much curvature, stretching or torsions can be effectively avoided. Farther the cross-section of a metal spiral hose is stable towards laterally acting forces, causing a squeezing of a arranged therein light guide during normal use, for. In the Laboratory is excluded.
Besondere Bedeutung kommt der vorliegenden Erfindung im Bereich der Infrarot-Spektroskopie zu. Aufgrund der sehr geringen Strahlungsleistung im infraroten Spektralbereich gegenüber dem sichtbaren Spektralbereich müssen die hier verwendeten Lichtleiter einen relativ großen Querschnitt besitzen. Hierdurch besitzen sie eine geringere Flexibilität als dünnere Leiter. Unterschreitet der Krümmungsradius des Lichtleiters einen Wert, der je nach Material unterschiedlich ist, größenordnungsmäßig für Silberhalogenidlichtleiter aber beim 10-fachen der größten Querabmessung des Lichtleiters liegt, kommt es zu Beschädigungen. Hieraus ergibt sich dass die Vorzüge der Erfindung insbesondere bei Infrarotleitern zum Tragen kommen, die typischerweise eine Querabmessung von bis zu 2 mm aufweisen.Special Importance of the present invention in the field of infrared spectroscopy. Due to the very low radiation power in the infrared spectral range over the visible spectral range The light guides used here have a relatively large cross-section have. As a result, they have less flexibility as a thinner ladder. If the radius of curvature of the Optical fiber has a value that varies depending on the material, order of magnitude for Silver halide light guide but at 10 times the largest transverse dimension the light guide is, it comes to damage. From this it follows that the benefits of the invention in particular with infrared conductors, which typically have a transverse dimension of up to 2 mm.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass über den Wicklungsabstand des Spiralschlauchs ein minimaler Biegeradius desselben eingestellt werden kann. Hierbei ist der minimale Biegeradius umso größer, je kleiner der Wicklungsabstand ist. Um eine Beschädigung eines Lichtleiters zu verhindern ist es bevorzugt, dass bei Verwendung eines Metall-Spiralschlauchs als Schutzelement dieser einen Wicklungsabstand aufweist, der die Unterschreitung eines Biegeradius, der dem 10-fachen einer größten Querabmessung des oder der Lichtleiter entspricht, verhindert. Bei mehreren verschiedenartigen Lichtleitern ist derjenige mit der größten Querabmessung maßgeblich. Die Beschränkung des Biegeradius ist in Bezug auf normale Belastung, also die üblichen manuellen Kräfte, die z. B. bei der Handhabung im Labor auftreten, zu verstehen.It is known in the art that over the winding distance the spiral tube set a minimum bending radius of the same can be. Here, the minimum bending radius is greater, the smaller the winding distance is. To damage of a light guide, it is preferable that when used a metal spiral tube as a protective element of this one winding pitch that falls below a bending radius of 10 times a largest transverse dimension of the or the light guide corresponds, prevents. For several different types of light guides the one with the largest transverse dimension decisively. The limitation of the bending radius is relative to normal Load, so the usual manual forces, the z. B. occur during handling in the laboratory to understand.
Um einen wirksamen Schutz der Lichtleiter zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass das Schutzelement bei einem einwirkenden Torsionsmoment von 20 Nm eine Torsion von höchstens 360°, bevorzugt höchstens 270°, weiter bevorzugt höchstens 200°, besonders bevorzugt höchstens 180° zeigt. Bei normaler Handhabung auftretende Torsionsmomente liegen unter dem genannten Wert, so dass auf diese Weise das Verdrillen von Lichtleitern beschränkt bzw. verhindert wird. Liegt die Torsion bei höchstens 180°, so tritt bei zwei Lichtleitern kein Verdrillen auf. Insbesondere werden mechanische Überbeanspruchungen wirksam vermieden, wenn die Länge des Schutzelements mindestens dem 150-fachen seiner größten Querabmessung (typischerweise seines Durchmessers) entspricht.Around to ensure effective protection of the light guides it is preferred that the protective element in an acting Torsional moment of 20 Nm a torsion of at most 360 °, preferably at most 270 °, more preferably at most 200 °, more preferably at most 180 °. At normal Handling occurring torsional moments are below that Value, thus limiting the twisting of optical fibers in this way or prevented. If the torsion is at most 180 °, so Twisting occurs in two optical fibers no twisting. In particular, be mechanical overstress effectively avoided when the length of the protective element at least 150 times its largest transverse dimension (typically its Diameter) corresponds.
Die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtleiter sind vorzugsweise vergleichsweise dick. So beträgt typischerweise die kleinste Querabmessung, die einer der Lichtleiter aufweist, wenigstens 0,2 mm, bevorzugt wenigstens 0,3 mm, weiter bevorzugt wenigstens 0,5 mm, besonders bevorzugt wenigstens 1,0 mm. Derartige Dimensionen sind insbesondere für Infrarot-Leiter charakteristisch. Die größte sinnvolle Querabmessung beträgt z. B. für Silberhalogenidlichtleiter höchstens 2 mm, bevorzugt höchs tens 1,5 mm. Bei größeren Querabmessungen ist der Lichtleiter nicht mehr als flexibel zu bezeichnen.The optical fibers used in conjunction with the present invention are preferably comparatively thick. This is typically the smallest transverse dimension that one of the light guides has, at least 0.2 mm, preferably at least 0.3 mm, more preferably at least 0.5 mm, more preferably at least 1.0 mm. such Dimensions are characteristic in particular for infrared conductors. The largest reasonable transverse dimension is z. B. for silver halide light guide at most 2 mm, preferably at most 1.5 mm. For larger transverse dimensions the fiber optic cable is no longer flexible.
Um einen besonders effektiven Schutz des bzw. der Lichtleiter zu gewährleisten, weist die Lichtleiteranordnung in einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens zwei einander konzentrisch umgebende Schutzelemente auf, von denen jedes fest mit dem Stecker und dem Anschlusselement verbunden ist. Daneben kann ggf. auch wenigstens eine direkte Verbindung zwischen zwei Schutzelementen vorhanden sein. Es ist beispielsweise denkbar, ein inneres Schutzelement, bestehend aus Gummi oder Kunststoff vorzusehen, das bezüglich der Lichtleiter eine Art Polsterwirkung hat, während ein äußeres Schutzelement als Metall-Spiralschlauch ausgebildet ist, der zwar optimale Steifigkeit gegenüber äußeren Kräften aufweist, aufgrund seiner Härte unter ungünstigen Umständen den Lichtleiter beschädigen könnte. Weiterhin ist es möglich, durch die Kombination wenigstens zweier Schutzelemente die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Z. B. kann ein besonders zugfestes Element mit einem besonders torsionssteifen Element kombiniert werden.In order to ensure a particularly effective protection of the light guide or the optical fiber arrangement, in a development of the invention, at least two concentrically surrounding each other Protective elements, each of which is firmly connected to the plug and the connection element. In addition, if appropriate, at least one direct connection between two protective elements may also be present. It is conceivable, for example, to provide an inner protective element, consisting of rubber or plastic, which has a kind of cushioning effect with respect to the optical fibers, while an outer protective element is designed as a metal spiral tube, which, although optimal rigidity against external forces, due to its hardness under unfavorable Circumstances could damage the light guide. Furthermore, it is possible to improve the mechanical properties by combining at least two protective elements. For example, a particularly tensile element can be combined with a particularly torsionally rigid element.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung wenigstens einen ummantelten Lichtleiter einzusetzen. Hierbei sind solche Ummantelungen gemeint, die jeweils einen einzelnen Lichtleiter umgeben. Eine derartige Ummantelung ist typischerweise mit dem Lichtleiter über dessen Länge fest verbunden. Aufgrund des durch das Schutzelement gegebenen Abschirmung ist es aber auch möglich, ausschließlich nicht-ummantelte Lichtleiter zu verwenden.As Known from the prior art, it is possible at the light guide assembly according to the invention at least to use a jacketed optical fiber. Here, such sheaths are meant each surrounding a single light guide. Such Sheathing is typically over with the light pipe whose length is firmly connected. Due to the protective element given shielding, it is also possible, exclusively uncoated optical fiber to use.
Neben Lichtleitern mit rundem Querschnitt können auch Lichtleiter mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Bevorzugt sind die Lichtleiter aus einer Silberhalogenidverbindung mit Kern-Mantel Struktur gefertigt.Next Optical fibers with a round cross section can also be light guides be used with rectangular cross section. Preferred are the Light guide made of a silver halide compound with core-shell structure manufactured.
Weiterhin ist es, wie ebenfalls bei Systemen aus dem Stand der Technik bekannt, auch möglich, wenigstens einen Lichtleiter einzusetzen, der als Lichtleiter-Bündel ausgebildet ist. Hierdurch kann gegenüber einem aus einem Stück bestehenden Lichtleiter mit dem gleichem Querschnitt eine bessere Flexibilität erreicht werden. Bei der vorliegenden Lichtleiteranordnung ist dies allerdings als ergänzende Maßnahme zu sehen, da wie bereits geschildert, auch relativ dicke Leiter verwendet werden können.Farther is, as also known in prior art systems, also possible to use at least one light guide, which is designed as a light guide bundle. This can opposite a one-piece optical fiber with the same cross-section a better flexibility be achieved. In the present light guide arrangement this is to be seen as a complementary measure, since As already described, even relatively thick conductors are used can.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigtin the Below, the operation of the invention using an exemplary embodiment explained with reference to the figures. This shows
Die
in
Wie
in
Die
dargestellte Lichtleiteranordnung kann an ein Infrarot-Spektrometer
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel soll in keiner Weise den Bereich der Erfindung einschränken. Es sind zahlreiche Variationen denkbar, insbesondere betreffend
- – andere Abmessungen von Lichtleiter und/oder Schutzelement
- – Verwendung von Lichtleitern mit rechteckigem Querschnitt und/oder nicht-ummantelten Lichtleitern
- – Verwendung eines zweiten, inneren Schutzelements
- – andere Verbindungsarten zwischen den einzelnen Bauelementen
- – andere Materialien für das Schutzelement
- – anderes Material für die Lichtleiter
- – andere Steckerbauformen
- – andere Anschlusselemente, z. B. Stecker
- – Verwendung von mehr oder weniger als zwei Lichtleitern, angepasst an ein anderes Anschlusselement
- - Other dimensions of optical fiber and / or protective element
- - Use of light guides with rectangular cross-section and / or unclad light guides
- - Using a second, inner protective element
- - other types of connection between the individual components
- - other materials for the protective element
- - other material for the light guides
- - other connector types
- - Other connection elements, eg. B. plug
- - Use of more or less than two light guides, adapted to another connection element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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