DE102009013795A1 - Measuring device, particularly optical measuring device, for detecting mechanical stress for detecting mechanical stress, has light source designed to emit variable optical primary radiation in wavelength - Google Patents

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Abstract

The measuring device (100) has a light source (101) designed to emit a variable optical primary radiation (407) in a wavelength. The sensor elements (301,302,303) are connected to the mechanical stress (409). An optical transmission device (200) is designed to transfer the radiation emitted from the light source. An independent claim is also included for a measuring method for detecting a mechanical stress.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Erfassung von mechanischen Messgrößen wie beispielsweise Kräften, mechanischen Spannungen, Dehnungen, etc. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Messvorrichtung basierend auf optischen Wellenleitern und ein entsprechendes faseroptisches Messverfahren.The The present invention relates to a measuring device for detection of mechanical parameters such as for example, forces, mechanical stresses, strains, etc. In particular, the concerns The present invention relates to an optical measuring device based on optical waveguides and a corresponding fiber optic measuring method.

In vielen Bereichen der Technik finden faseroptische Sensoren weit verbreitete Anwendung. Vorteile optischer Sensoren liegen u. a. in der nicht-galvanischen Verbindung zwischen Messvorrichtung und Messobjekt, einer hohen Messgeschwindigkeit, einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung und einer Störungsunempfindlichkeit. Von einer Lichtquelle emittierte optische Primärstrahlung wird an einem Sensorelement modifiziert, wobei die modifizierte optische Primärstrahlung als optische Sekundärstrahlung detektierbar und analysierbar ist.In In many fields of technology, fiber optic sensors are far reaching common application. Advantages of optical sensors are u. a. in the non-galvanic connection between measuring device and Measuring object, a high measuring speed, a high spatial and temporal resolution and a noise immunity. Optical primary radiation emitted by a light source is applied to a sensor element modified, wherein the modified optical primary radiation as optical secondary radiation detectable and analyzable.

Derartige Sensoren für mechanische Größen sind zunehmend miniaturisierbar ausgelegt, wobei ferner eine große Anzahl an Sensoren gleichzeitig abgefragt werden. Derartige Multisensorsysteme lassen sich insbesondere durch die Verwendung von Lichtwellenleitern als optisches Ausbreitungsmedium effizient einsetzen.such Sensors for mechanical sizes are increasingly miniaturized designed, and also a large number be queried on sensors at the same time. Let such multi-sensor systems in particular by the use of optical fibers as Use optical propagation medium efficiently.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Zur Erfassung mechanischer Größen wie etwa Dehnungen werden typischerweise Dehnungsmessstreifen eingesetzt, welche auf das zu untersuchende Messobjekt mittels Klebemittel aufgebracht sind. Derartige Dehnungsmessstreifen sind beispielsweise aus Ohmschen Widerstandsmaterialien, aus Halbleitern oder Konstantan-Folien bereitgestellt, wobei sich der von außen messbare elektrische Widerstand derartiger Dehnungsmessstreifen mit der auf den Dehnungsmessstreifen wirkenden mechanischen Dehnung ändert.to Capture of mechanical variables such as Strains are typically used for strain gages, which are applied to the test object to be examined by means of adhesive. Such strain gauges are made of ohms, for example Resistive materials provided by semiconductors or constantan films, being the outside measurable electrical resistance of such strain gauges changes with the mechanical strain acting on the strain gauge.

Ein optisches Äquivalent zu den oben beschriebenen Widerstands-Dehnungsmessstreifen stellen in Lichtwellenleiter eingeprägte bzw. eingeschriebene Faser-Bragg-Gitter dar. Hierbei wird Licht in einen optischen Wellenleiter bzw. eine Lichtleitfaser eingekoppelt, die an mindestens einer lokalen Stelle ein derartiges Faser-Bragg-Gitter aufweist.One optical equivalent to the resistance strain gauges described above imprinted in optical waveguides or inscribed fiber Bragg gratings. In this case, light is in an optical waveguide or an optical fiber coupled, at at least one local location such a fiber Bragg grating having.

Üblicherweise entsteht ein optischer Interferenz-Effekt in dem Faser-Bragg-Gitter dadurch, dass eine Brechungsindex-Variation des Lichtwellenleiterkerns im Bereich des Faser-Bragg-Gitters periodisch moduliert ist. Eine derartige Periode bzw. Periodenlänge (Modulationslänge) ist abhängig von einer mechanischen Dehnung bzw. mechanischen Spannung der Lichtwellenleiterfaser, beispielsweise entlang ihrer Achse. Wird eine Periodenlänge einer derartigen Brechungsindex-Modulation variiert, wird folglich auch eine Filterfunktion des Faser-Bragg-Gitters verändert.Usually an optical interference effect arises in the fiber Bragg grating in that a refractive index variation of the optical waveguide core in the area of the fiber Bragg grating is periodically modulated. Such period or period length (modulation length) is dependent mechanical strain of the optical fiber, for example, along its axis. Becomes a period length of a such refractive index modulation varies, therefore, also a filter function of the fiber Bragg grating changed.

Aus einem Spektrum des an dem Faser-Bragg-Gitter reflektierten Lichts bzw. des durch das Faser-Bragg-Gitter transmittierten Lichts lässt sich auf eine Dehnung der Lichtwellenleiterfaser im Bereich des Faser-Bragg-Gitters rückschließen.Out a spectrum of the light reflected at the fiber Bragg grating or the transmitted through the fiber Bragg grating light can be on an elongation of the optical fiber in the fiber Bragg grating draw conclusions.

Eine derartige spektrale Abtastung am Ausgang der Lichtwellenleiterfaser, d. h. nach einer Reflexion bzw. nach einer Transmission an bzw. durch das Faser-Bragg-Gitter, ist in nachteiliger Weise zeitaufwändig und kompliziert. D. h., eine spektrale Analyse des reflektierten bzw. transmittierten Lichts erfordert entweder eine spektroskopische Anordnung oder eine Abtastung des detektierten Lichts als Funktion der Wellenlänge. Ferner wird an einem Faser-Bragg-Gitter nur ein geringer Teil der einfallenden Lichtleistung reflektiert bzw. wird die einfallende Lichtleistung, im Falle der Transmission, durch das Faser-Bragg-Gitter nur geringfügig verändert.A such spectral sampling at the output of the optical fiber, d. H. after a reflection or after a transmission or through the fiber Bragg grating is disadvantageously time consuming and complicated. D. h., A spectral analysis of the reflected or transmitted light requires either a spectroscopic Arrangement or a scan of the detected light as a function the wavelength. Furthermore, on a fiber Bragg grating only a small part of the incident light power reflects or becomes the incident light power, in the case of transmission, changed only slightly by the fiber Bragg grating.

Hierdurch ergibt sich der Nachteil herkömmlicher, auf Faser-Bragg-Gittern beruhender optischer Messsysteme dadurch, dass eine hohe primäre Lichtleistung bereitgestellt werden muss, wobei nur geringe Intensitätsänderungen in der reflektierten bzw. transmittierten sekundären Lichtleistung detektierbar sind.hereby there is the disadvantage of conventional, on fiber Bragg gratings based optical measuring systems characterized by having a high primary light output must be provided, with only small intensity changes Detectable in the reflected or transmitted secondary light output are.

Wenn zudem mehrere Faser-Bragg-Gitter mit unterschiedlicher Mittenwellenlänge, die entlang einer optischen Faser angeordnet sind, durch eine einzige Primärlichtquelle angesprochen werden sollen, muss diese Primärlichtquelle eine ausreichend gleichmäßige spektrale Intensität über einen breiten Wellenlängenbereich aufweisen. Derartige Lichtquellen sind komplex und damit in nachteiliger Weise teuer.If In addition, several fiber Bragg gratings with different center wavelength, the are arranged along an optical fiber, by a single Primary light source to be addressed, this primary light source must have a sufficiently uniform spectral Intensity over one wide wavelength range exhibit. Such light sources are complex and therefore disadvantageous Way expensive.

Ferner ist die Auswertungsseite äußerst aufwändig, da eine spektrale Analyse des an einem oder mehreren Faser-Bragg-Gittern reflektierten Lichts bzw. des durch diese transmittierten Lichts vorgenommen werden muss. Eine derartige, für herkömmliche faseroptische Sensoren erforderliche spektrale Analyseeinheit führt in nachteiliger Weise zu einem komplexen Messsystem, welches störanfällig ist.Further is the evaluation page extremely expensive because a spectral analysis of the reflected at one or more fiber Bragg gratings Light or the light transmitted through these are made got to. Such, for conventional fiber-optic sensors required spectral analysis unit leads in disadvantageous Way to a complex measuring system, which is prone to failure.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten faseroptischen Sensor zur Messung von Kräften und mechanischen Spannungen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Messvorrichtung zur Erfassung einer mechanischen Spannung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object of the present invention is to provide an improved fiber optic sensor for measuring forces and mechanical stresses. He will do this task According to the invention solved by an optical measuring device for detecting a mechanical stress with the features of claim 1.

Ferner wird die obige Aufgabe durch ein in dem nebengeordneten Patentanspruch 12 angegebenes Verfahren gelöst.Further The above object is achieved by a in the independent claim 12 specified method solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Lichtquelle bereitzustellen, welche ausgelegt ist zum Aussenden einer in der Wellenlänge rasch variablen optischen Primärstrahlung. Mit einer derartigen optischen Primärstrahlung wird die Filterfunktion des Sensorelements, beispielsweise eines Faser-Bragg-Gitters, mit hoher Geschwindigkeit abgetastet, wobei ein optischer Detektor das an dem Sensorelement reflektierte Primärlicht bzw. das durch das Sensorelement transmittierte Primärlicht detektiert.One The essential idea of the invention is a light source to be provided, which is designed to send a in the wavelength rapidly variable optical primary radiation. With such an optical primary radiation, the filter function the sensor element, for example a fiber Bragg grating, with scanned at high speed, with an optical detector that at the sensor element reflected primary light or through the sensor element transmitted primary light detected.

In vorteilhafter Weise kann der optische Detektor als eine einfache Photodiode ohne spektrale Auflösung des detektierten Wellenlängenbereichs ausgelegt sein. Der optische Detektor ist insbesondere zur Erfassung einer optischen Sekundärstrahlung aus dem Sensorelement in Abhängigkeit von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung und der mechanischen Spannung ausgelegt.In Advantageously, the optical detector can be used as a simple Photodiode without spectral resolution the detected wavelength range designed be. The optical detector is in particular for detecting a optical secondary radiation from the sensor element in dependence from the irradiated optical primary radiation and the mechanical Voltage designed.

Auf diese Weise können vorteilhaft Kräfte, Momente, mechanische Spannungen, etc. zeitlich hoch aufgelöst erfasst werden. Variationen von beispielsweise einer Lichtquellenintensität oder sonstigen Parametern der optischen Messvorrichtung können durch die schnelle Abtastung eliminiert oder zumindest stark reduziert werden. Ferner können in der Größe und Richtung schnell variierende Kräfte, Dehnungen, Stauchungen, etc. aufgrund der hohen Abtastrate effizient erfasst werden.On this way you can advantageous forces, moments, mechanical stresses, etc. recorded in high temporal resolution become. Variations of, for example, a light source intensity or otherwise Parameters of the optical measuring device can be eliminated by the fast sampling or at least greatly reduced. Further, in size and direction rapidly varying forces, Strains, compressions, etc. due to the high sampling rate efficient be recorded.

Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Messvorrichtung zur Erfassung mindestens einer mechanischen Spannung bereit. Die optische Messvorrichtung umfasst eine Lichtquelle, welche ausgelegt ist zum Aussenden einer in der Wellenlänge variablen optischen Primärstrahlung, und mindestens ein Sensorelement, das mit der mechanischen Spannung beaufschlagbar ist.The The present invention provides an optical measuring device for detection at least one mechanical tension ready. The optical measuring device comprises a light source which is designed to emit a in the wavelength variable optical primary radiation, and at least one sensor element having the mechanical stress can be acted upon.

Eine optische Übertragungseinrichtung ist ausgelegt zur Übertragung der von der Lichtquelle ausgesandten, in der Wellenlänge variablen optischen Primärstrahlung zu dem Sensorelement hin. Ein optischer Detektor ist ausgelegt zur Erfassung mindestens einer optischen Sekundärstrahlung aus dem Sensorelement in Abhängigkeit von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung und der mechanischen Spannung. Eine betriebsmäßig mit dem optischen Detektor verbundene Signalverarbeitungseinrichtung dient zur Bestimmung der mechanischen Spannung aufgrund der detektierten optischen Sekundärstrahlung.A optical transmission device is designed for transmission the emitted from the light source, variable in wavelength optical primary radiation towards the sensor element. An optical detector is designed for Detecting at least one optical secondary radiation from the sensor element dependent on from the irradiated optical primary radiation and the mechanical Tension. One operationally with the signal detector connected to the optical detector is used to determine the mechanical stress due to the detected optical secondary radiation.

Bevorzugt ist der optische Detektor über eine optische Kopplereinheit optisch an die Übertragungseinrichtung gekoppelt. Auf diese Weise ist es möglich, eine von dem Sensorelement reflektierte Sekundärstrahlung effizient zu empfangen.Prefers is the optical detector over an optical coupler unit optically coupled to the transmission device. In this way it is possible to efficiently receive a secondary radiation reflected from the sensor element.

In vorteilhafter Weise umfasst die Lichtquelle, die ausgelegt ist zum Aussenden einer in der Wellenlänge variablen optischen Primärstrahlung, einen in der Wellenlänge verstimmbaren Laser.In Advantageously, the light source, which is designed for Emitting one in the wavelength variable optical primary radiation, one in the wavelength tunable laser.

Der in der Wellenlänge verstimmbare Laser ist vorteilhaft als eine monolithisch verstimmbare Laserdiode bereitgestellt. Eine derartige modulierte verstimmbare Laserdiode weist in vorteilhafter Weise ein Reflektor-Steuerelement zur Variation der Wellenlänge in Abhängigkeit von mindestens einem zugeführten Steuerstrom auf.Of the in the wavelength Tunable laser is advantageous as a monolithically tunable Laser diode provided. Such a modulated tunable Laser diode advantageously has a reflector control for the variation of the wavelength dependent on of at least one supplied Control power on.

Ein derartiger Steuerstrom wird durch eine Stromsteuereinheit, die in der optischen Messvorrichtung bereitgestellt ist, erzeugt.One Such control current is provided by a current control unit incorporated in the optical measuring device is provided generates.

Das mit der mindestens einen mechanischen Spannung beaufschlagbare Sensorelement ist vorteilhaft eines aus der Gruppe eines Faser-Bragg-Gitters, eines Fabry-Perot-Interferometers und eines Dünnschicht-Interferometers.The with the at least one mechanical stress acted upon sensor element is advantageously one of the group of a fiber Bragg grating, a Fabry-Perot interferometer and a thin-layer interferometer.

Vorzugsweise ist die optische Übertragungseinrichtung als ein Lichtwellenleiter bereitgestellt. Ein derartiger Lichtwellenleiter kann einen kreisförmigen oder einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Übertragungseinrichtung als eine faseroptische Leitung bereitgestellt.Preferably is the optical transmission device provided as an optical fiber. Such an optical waveguide can be a circular or a non-circular Have cross-section. In a preferred embodiment, the optical transmission device provided as a fiber optic line.

Vorzugsweise ist die optische Übertragungseinrichtung integral mit dem Sensorelement ausgebildet. Das Sensorelement kann auf effiziente Weise in die optische Übertragungseinrichtung mittels UV-Laserstrahlung eingeschrieben werden, derart, dass zur Messung erforderliche Brechungsindex-Variationen im Bereich des Sensorelements bereitgestellt werden.Preferably is the optical transmission device formed integrally with the sensor element. The sensor element can in an efficient manner in the optical transmission device by means of UV laser radiation are written such that refractive index variations required for measurement be provided in the region of the sensor element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die optische Messvorrichtung ferner einen Referenzdetektor, welcher ausgelegt ist zur Erfassung eines von einer Strahlungsintensität der optischen Primärstrahlung abhängigen Referenzsignals. Auf diese Weise ist es möglich, eine Strahlungsintensität der Primärlichtquelle zu überwachen. Zu diesem Zweck ist eine Referenzsignal-Verarbeitungseinrichtung bereitgestellt, welche ausgelegt ist zur Verarbeitung des Referenzsignals und zu einer entsprechenden Steuerung der Strahlungsintensität der Primärlichtquelle.According to a further preferred embodiment, the optical measuring device further comprises a reference detector which is designed to detect a reference signal dependent on a radiation intensity of the optical primary radiation. In this way it is possible to monitor a radiation intensity of the primary light source. For this purpose, a reference signal processing is processing device, which is designed for processing the reference signal and for a corresponding control of the radiation intensity of the primary light source.

Bevorzugtermaßen kann die optische Messvorrichtung eine Sensoreinrichtung umfassen, welche mindestens zwei Sensorelemente aufweist. Die mindestens zwei Sensorelemente weisen in vorteilhafter Weise voneinander verschiedene Wellenlängen-Ansprechbereiche auf, derart, dass von den Sensorelementen ausgehende, reflektierte oder transmittierte Sekundärstrahlung unterscheidbar ist. Die mindestens zwei Sensorelemente sind in vorteilhafter Weise entlang eines einzigen Lichtwellenleiters einprägbar.Preferred dimensions can the optical measuring device comprise a sensor device, which has at least two sensor elements. The at least two sensor elements advantageously have different wavelength response ranges from each other on, such that from the sensor elements outgoing, reflected or transmitted secondary radiation is distinguishable. The at least two sensor elements are more advantageous Way along a single optical fiber einprägbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die optische Messvorrichtung ferner eine Laufzeit-Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Orts eines Sensorelements entlang der optischen Übertragungseinrichtung bzw. des Lichtwellenleiters auf.According to one further preferred embodiment of the present invention has the optical measuring device further comprises a transit time detection device for determining a location of a sensor element along the optical transmission device or of the optical waveguide.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Messverfahren zum Messen einer mechanischen Spannung, wobei ein optischer Wellenleiter mit mindestens einem optischen Sensorelement, welches einen Wellenlängen-Ansprechbereich aufweist, bereitgestellt wird. Ferner wird eine optische Primärstrahlung in den optischen Wellenleiter eingestrahlt, wobei das optische Sensorelement mit der mechanischen Spannung beaufschlagt wird. Schließlich wird mindestens eine optische Sekundärstrahlung aus dem optischen Wellenleiter in Abhängigkeit von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung und der mechanischen Spannung erfasst, wobei die optische Primärstrahlung während des Einstrahlens innerhalb des Wellenlängen-Ansprechbereichs in der Wellenlänge variiert wird. Das Verfahren erfasst bevorzugt eine optische Sekundärstrahlung, welche einem Teil der an dem optischen Sensorelement reflektierten optischen Primärstrahlung entspricht.The The present invention further relates to a measuring method for measuring a mechanical stress, wherein an optical waveguide with at least one optical sensor element having a wavelength response range is provided. Furthermore, an optical primary radiation irradiated in the optical waveguide, wherein the optical sensor element is subjected to the mechanical stress. Finally, at least an optical secondary radiation from the optical waveguide depending on the irradiated optical primary radiation and the mechanical stress is detected, the primary optical radiation while of irradiation within the wavelength response range in the wavelength is varied. The method preferably detects an optical secondary radiation, which is a part of the optical reflected on the optical sensor element primary radiation equivalent.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die mindestens eine optische Sekundärstrahlung einem Teil der durch das optische Sensorelement transmittierten optischen Primärstrahlung. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise ein Transmissionsspektrum des optischen Sensorelements, welches durch die mechanische Spannung am Sensorelement variiert wird, erfassen.According to one another preferred embodiment the at least one optical secondary radiation corresponds to a part of the optical sensor element transmitted optical primary radiation. Thus lets advantageously a transmission spectrum of the optical Sensor element, which by the mechanical stress on the sensor element varies, capture.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die optische Sekundärstrahlung in der Wellenlänge aufgelöst.In a further preferred embodiment becomes the optical secondary radiation in the wavelength dissolved.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die optische Primärstrahlung über einen Wellenlängen-Abstimmbereich abgestimmt, der größer ist als eine Halbwertsbreite einer Filterfunktion des mindestens einen optischen Sensorelements.In Yet another preferred embodiment, the optical Primary radiation over one Tuned wavelength tuning range, which is bigger as a half width of a filter function of the at least one optical sensor element.

Vorzugsweise erfolgt ein Abstimmen der Wellenlänge der optischen Primärstrahlung über die Halbwertsbreite der Filterfunktion des mindestens einen optischen Sensorelements in einer Zeitdauer in einem Bereich von 10 ns bis 150 ns, vorzugsweise in einem Zeitbereich von 100 ns (Nanosekunden).Preferably Tuning of the wavelength of the optical primary radiation over the half-width the filter function of the at least one optical sensor element in a period of time in a range of 10 ns to 150 ns, preferably in a time range of 100 ns (nanoseconds).

Das mindestens eine optische Sensorelement lässt sich mittels UV-(Ultraviolett-)Laserstrahlung in die optische Übertragungseinrichtung einprägen. Damit ist die optische Übertragungseinrichtung vorzugsweise integral mit einem oder mehreren Sensorelementen ausgebildet.The at least one optical sensor element can be by means of UV (ultraviolet) laser radiation in the optical transmission device memorize. Thus, the optical transmission device is preferred formed integrally with one or more sensor elements.

Vorzugsweise werden mindestens zwei Sensorelemente seriell mittels der über eine optische Übertragungseinrichtung übertragenen optischen Primärstrahlung angesprochen.Preferably At least two sensor elements are connected in series by means of a via transmitted optical transmission device optical primary radiation addressed.

In vorteilhafter Weise sind die an den mindestens zwei optischen Sensorelementen reflektierten optischen Primärstrahlungen mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche der mindestens zwei optischen Sensorelemente voneinander unterscheidbar.In Advantageously, the at the at least two optical sensor elements reflected primary optical radiation by means of different wavelength response ranges of at least two optical sensor elements distinguishable from each other.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Messverfahren eine Unterscheidung von durch die mindestens zwei Sensorelemente transmittierten optischen Primärstrahlungen mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche der mindestens zwei Sensorelemente.According to one another preferred embodiment includes the measuring method according to the invention a distinction from the at least two sensor elements transmitted optical primary radiation by means of different wavelength response ranges of at least two Sensor elements.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die aus den mindestens zwei optischen Sensorelementen emittierten optischen Sekundärstrahlungen mittels unterschiedlicher Laufzeiten zwischen entsprechendem Sensorelement und zugehöriger Sende-/Empfangseinheit von einander unterscheidbar.According to one another preferred embodiment of the present invention are from the at least two optical Sensor elements emitted secondary optical radiation by means of different Running times between corresponding sensor element and associated transmitting / receiving unit distinguishable from each other.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 ein schematisches Blockbild einer optischen Messvorrichtung umfassend eine Interrogatoreinrichtung, eine optische Übertragungseinrichtung und eine Sensoreinrichtung; 1 a schematic block diagram of an optical measuring device comprising an interrogator, an optical transmission device and a sensor device;

2 einen Ausschnitt eines optischen Wellenleiters mit einem Sensorelement zur Veranschaulichung des Messverfahrens, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 2 a section of an optical waveguide with a sensor element for viewing tion of the measuring method, according to a preferred embodiment;

3 eine Filterfunktion eines Faser-Bragg-Gitters im Reflexionsmodus, d. h. einen Graphen einer Reflexionsintensität als Funktion der Wellenlänge; 3 a filter function of a fiber Bragg grating in reflection mode, ie a graph of reflection intensity as a function of wavelength;

4 ein Blockbild einer faseroptischen Messvorrichtung mit einer in die optische Übertragungseinrichtung integrierten Kopplereinheit, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 4 a block diagram of a fiber optic measuring device with a built-in optical transmission device coupler unit, according to a preferred embodiment;

5 einen schematischen Aufbau einer Laserlichtquelle, welche ausgelegt ist, über Reflektor-Steuerelemente eine Wellenlänge von emittiertem Laserlicht zu variieren; 5 a schematic structure of a laser light source, which is designed to vary a wavelength of emitted laser light via reflector controls;

6 ein Blockbild einer faseroptischen Messvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 6 a block diagram of a fiber optic measuring device according to a preferred embodiment;

7 ein Blockbild einer Steuereinrichtung für eine Laserlichtquelle für die in 6 dargestellte optische Messvorrichtung, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 7 a block diagram of a control device for a laser light source for in 6 illustrated optical measuring device, according to a preferred embodiment;

8 ein Blockbild einer faseroptischen Messvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich zu dem in 6 dargestellten Messsystem ein Referenzdetektor und eine Referenzsignal-Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung eines Referenzsignals bereitgestellt sind, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; 8th a block diagram of a fiber optic measuring device according to a preferred embodiment, wherein in addition to the in 6 illustrated measuring system, a reference detector and a reference signal processing means are provided for detecting a reference signal, according to a further preferred embodiment;

9 ein Blockbild zur Verdeutlichung einer Abfrage mehrerer in der Sensoreinrichtung angeordneten Sensorelemente durch die Interrogatoreinrichtung mittels eines Laufzeitverfahrens; und 9 a block diagram for illustrating a query of a plurality of sensor elements arranged in the sensor device by the interrogator device by means of a transit time method; and

10 ein Flussdiagramm, welches ein optisches Messverfahren zum Messen einer mechanischen Spannung veranschaulicht, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 10 a flow chart illustrating an optical measuring method for measuring a mechanical stress, according to a preferred embodiment of the present invention.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In In the drawings, like reference characters designate the same or the same function Components or steps.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS TO PERFORM THE INVENTION

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.in the Below are embodiments of the present invention described in more detail.

Es wird eine Messvorrichtung zur Erfassung mindestens einer mechanischen Spannung bereitgestellt, welche eine Lichtquelle, mindestens ein Sensorelement, eine optische Übertragungseinrichtung und einen optischen Detektor einschließt. Eine von der Lichtquelle ausgesandte optische Primärstrahlung wird während eines Einstrahlens innerhalb eines Wellenlängen-Ansprechbereichs des Sensorelements variiert.It is a measuring device for detecting at least one mechanical Voltage provided, which is a light source, at least one Sensor element, an optical transmission device and includes an optical detector. One from the light source emitted optical primary radiation is during an irradiation within a wavelength response range of the sensor element varied.

1 zeigt eine optische Messvorrichtung 100, welche aus drei Untereinheiten besteht, d. h. einer Interrogatoreinrichtung 105, in welcher im Wesentlichen Sende-, Empfangs- und Auswertekomponenten enthalten sind, einer optischen Übertragungseinrichtung 200 zur Übertragung optischer Strahlung und einer Sensoreinrichtung 300 zur Erfassung mechanischer Spannungen 409. Die Sensoreinrichtung 300 weist mindestens ein Sensorelement 301 auf, welches mit der zu messenden mechanischen Spannung 409 beaufschlagbar ist. 1 shows an optical measuring device 100 which consists of three subunits, ie an interrogator device 105 , in which essentially transmit, receive and evaluation components are included, an optical transmission device 200 for transmitting optical radiation and a sensor device 300 for the detection of mechanical stresses 409 , The sensor device 300 has at least one sensor element 301 on, which with the measured mechanical stress 409 can be acted upon.

In der in 1 dargestellten Sensoreinrichtung 300 sind drei Sensorelemente, d. h. ein erstes Sensorelement 301, ein zweites Sensorelement 302 und ein n-tes Sensorelement 303 gezeigt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Sensorelementen in einer Anzahl n in der Sensoreinrichtung 300 bereitgestellt sein kann.In the in 1 shown sensor device 300 are three sensor elements, ie a first sensor element 301 , a second sensor element 302 and an nth sensor element 303 shown. It should be noted here that a plurality of sensor elements in a number n in the sensor device 300 can be provided.

Die optische Messvorrichtung 100 weist elektronische Komponenten auf, die im Wesentlichen in der Interrogatoreinrichtung 105 enthalten sind. Die übrigen Komponenten, d. h. die Übertragungseinrichtung 200 und die Sensoreinrichtung 300, arbeiten auf optischer Basis, d. h. Licht, welches in die Übertragungseinrichtung 200 eingestrahlt wird, wird zu der Sensoreinrichtung 300 bzw. den Sensorelementen 301, 302, 303 weitergeleitet und wird dort durch die mechanische Spannung 409 verändert, bevor es zurück geleitet wird.The optical measuring device 100 has electronic components that are essentially in the Interrogatoreinrichtung 105 are included. The remaining components, ie the transmission device 200 and the sensor device 300 , operate on an optical basis, ie light, which is in the transmission device 200 is irradiated, becomes the sensor device 300 or the sensor elements 301 . 302 . 303 passed on and is there by the mechanical tension 409 changed before it is redirected.

Das aus den Sensorelementen 301, 302, 303 emittierte, veränderte Primärlicht wird somit über die Übertragungseinrichtung 200 zurück zu der Interrogatoreinrichtung 105 geleitet. Die mechanische Spannung 409, die auf ein Sensorelement 301, 302, 303 wirkt, ist unten stehend unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert.That from the sensor elements 301 . 302 . 303 emitted, changed primary light is thus transmitted through the transmission device 200 back to the interrogator device 105 directed. The mechanical tension 409 pointing to a sensor element 301 . 302 . 303 is below with reference to 2 explained in more detail.

Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, sei hier darauf hingewiesen, dass die optische Übertragungseinrichtung 200 nicht auf einen einzelnen Lichtwellenleiter beschränkt ist, d. h. es können zwei oder mehrere Lichtwellenleiter bereitgestellt sein. Unten stehend wird beispielsweise unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, dass ein einzelner Lichtwellenleiter zu einem Sensorelement 301 dann vorteilhaft ist, wenn eine optische Kopplereinheit eingesetzt wird.Although this in 1 is not shown, it should be noted that the optical transmission device 200 is not limited to a single optical waveguide, that is, it can be provided two or more optical waveguides. Below, for example, with reference to 4 described that a single optical fiber to a sensor element 301 is advantageous when an optical coupler unit is used.

Im Folgenden wird die Interrogatoreinrichtung 105 zur Abfrage des in den Sensorelementen 301, 302, 303 der Sensoreinrichtung 300 veränderten Primärlichts näher beschrieben. Die Interrogatoreinrichtung 105 weist eine Lichtquelle 101 auf, welche eine optische Primärstrahlung 407 zu dem Eingang der optischen Übertragungseinrichtung 200 aussendet. Aus der optischen Übertragungseinrichtung, beispielsweise von den Sensorelementen 301, 302, 303 rückreflektiertes Primärlicht wird aus der Übertragungseinrichtung 200 als eine optische Sekundärstrahlung 408 ausgegeben und von einem optischen Detektor 102 erfasst.In the following, the interrogator device 105 to query the in the sensor elements 301 . 302 . 303 the sensor device 300 modified primary light described in more detail. The interrogator Facility 105 has a light source 101 on which an optical primary radiation 407 to the input of the optical transmission device 200 sending out. From the optical transmission device, for example from the sensor elements 301 . 302 . 303 Reflected primary light is from the transmission device 200 as an optical secondary radiation 408 output and from an optical detector 102 detected.

Eine zentrale Steuereinrichtung 103 steuert die optische Lichtquelle 101 und den optischen Detektor 102. Der optische Detektor 102 kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine einfache Photodiode zur Lichtintensitätsmessung bereitgestellt werden. Auf diese Weise ist eine schnelle optische Datenerfassung ermöglicht. Die optische Lichtquelle, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als ein Laser bereitgestellt sein kann, wird unten stehend unter Bezugnahme auf 5 näher beschrieben. So dient die Steuereinrichtung 103 u. a. einer Steuerung der Emissionswellenlänge der Lichtquelle 101.A central control device 103 controls the optical light source 101 and the optical detector 102 , The optical detector 102 For example, according to a preferred embodiment of the present invention, it may be provided as a simple photodiode for light intensity measurement. In this way, a fast optical data acquisition is possible. The optical light source, which may be provided as a laser according to a preferred embodiment, will be described below with reference to FIG 5 described in more detail. So serves the controller 103 including a control of the emission wavelength of the light source 101 ,

Die Steuereinrichtung 103 ist innerhalb der Interrogatoreinrichtung 105 mit einer Eingabe-Ausgabeeinheit 104 verbunden, über welche ein der mechanischen Spannung 409 entsprechendes Messsignal 406 ausgegeben werden kann bzw. über welche Steuerbefehle 410 eingegeben werden können.The control device 103 is within the interrogator device 105 with an input-output unit 104 connected, over which one of the mechanical tension 409 corresponding measurement signal 406 can be issued or via which control commands 410 can be entered.

Die Interrogatoreinrichtung 105 weist ferner eine Laufzeit-Erfassungseinrichtung 113 auf, welche mit der Steuereinrichtung 103 zusammenwirkt. Die Laufzeit-Erfassungseinrichtung 113 dient einer Erfassung einer Laufzeit eines Lichtsignals von der Interrogatoreinrichtung 105 zu einem individuellen Sensorelement 301, 302, 303 und zurück, um eine Ortsposition des individuellen Sensorelements über eine Laufzeitmessung zu bestimmen. Das Verfahren zur Laufzeitmessung wird unten stehend unter Bezugnahme auf 9 näher erläutert.The interrogator device 105 further comprises a transit time detection device 113 on, which with the control device 103 interacts. The transit time acquisition device 113 serves to detect a transit time of a light signal from the interrogator 105 to an individual sensor element 301 . 302 . 303 and back to determine a location position of the individual sensor element over a transit time measurement. The time-of-flight measurement method will be described below with reference to FIG 9 explained in more detail.

Eine derartige Laufzeiterfassung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die optische Primärstrahlung gepulst ist und/oder wenn eine Phasenbeziehung zwischen Lichtwellen von optischer Primärstrahlung und optischer Sekundärstrahlung bestimmbar ist.A Such term acquisition is particularly advantageous if the optical primary radiation is pulsed and / or if a phase relationship between light waves of optical primary radiation and secondary optical radiation is determinable.

Die optische Übertragungseinrichtung 200 zur Übertragung optischer Strahlung zwischen der Interrogatoreinrichtung 105 und der Sensoreinrichtung 300 ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als ein Lichtwellenleiter bereitgestellt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Lichtwellenleiter 200, der, wie unten stehend beschrieben wird, das mindestens eine Sensorelement 301, 302, 303 integral einschließen kann, nicht beschränkt ist auf einen Lichtwellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt.The optical transmission device 200 for transmitting optical radiation between the interrogator device 105 and the sensor device 300 is provided as an optical waveguide according to a preferred embodiment of the present invention. It should be noted here that the optical waveguide 200 which, as described below, comprises the at least one sensor element 301 . 302 . 303 may include, but is not limited to, an optical waveguide having a circular cross-section.

Eine als Lichtwellenleiter ausgebildete optische Übertragungseinrichtung 200 kann vielmehr einen beliebigen Querschnitt, wie beispielsweise einen elliptischen Querschnitt, einen Rechteck-Querschnitt, einen Dreieck-Querschnitt, etc. aufweisen.An optical transmission device designed as an optical waveguide 200 Rather, it may have any cross section, such as an elliptical cross section, a rectangular cross section, a triangular cross section, etc.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die optische Übertragungseinrichtung 200 einzeln oder die optische Übertragungseinrichtung 200 zusammen mit mindestens einem Sensorelement 301, 302, 303 als eine optische Faser, vorzugsweise eine optische Glasfaser, ausgebildet. Ferner ist es möglich, die optische Übertragungseinrichtung mit oder ohne Sensorelement als einen Polymer-Lichtwellenleiter bereitzustellen.According to a preferred embodiment of the present invention, the optical transmission device 200 individually or the optical transmission device 200 together with at least one sensor element 301 . 302 . 303 as an optical fiber, preferably an optical fiber. Furthermore, it is possible to provide the optical transmission device with or without sensor element as a polymer optical waveguide.

Das mindestens eine Sensorelement 301, 302, 303, das die Sensoreinrichtung 300 ausbildet, ist mindestens eines aus der Gruppe eines Faser-Bragg-Gitters, eines Fabry-Perot-Interferometers und eines Dünnschicht-Interferometers. Derartige optische Messvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt, so dass hier, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, auf derartige optische Sensorelemente nicht näher eingegangen wird. Ferner ist es möglich, die optische Übertragungseinrichtung 200, wie erwähnt, integral mit mindestens einem optischen Sensorelement 301, 302, 303 auszubilden.The at least one sensor element 301 . 302 . 303 that the sensor device 300 is at least one of the group of a fiber Bragg grating, a Fabry-Perot interferometer and a thin-layer interferometer. Such optical measuring devices are known to those skilled in the art, so that in order to avoid a redundant description, such optical sensor elements will not be discussed in more detail here. Furthermore, it is possible to use the optical transmission device 200 as mentioned, integral with at least one optical sensor element 301 . 302 . 303 train.

Somit ist der Lichtwellenleiter, der die optische Übertragungseinrichtung 200 bildet, gleichzeitig Träger des mindestens einen Sensorelements 301, 302, 303, wie es in 2 gezeigt ist, und Übertragungseinrichtung.Thus, the optical waveguide, which is the optical transmission device 200 forms, at the same time carrier of the at least one sensor element 301 . 302 . 303 as it is in 2 is shown, and transmission means.

Ist nun mehr als ein Sensorelement 301, 302, 303 in den optischen Wellenleiter 200 integriert, lassen sich die an den mindestens zwei optischen Sensorelementen 301, 302, 303 reflektierten optischen Primärstrahlungen mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 (siehe 3) voneinander unterscheiden.Is now more than one sensor element 301 . 302 . 303 in the optical waveguide 200 integrated, can be at the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 reflected primary optical radiation by means of different wavelength response ranges 706 (please refer 3 ) differ from each other.

Ferner ist es möglich, obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, dass Strahlung durch die Sensorelemente 301, 302, 303 transmittiert wird, wobei dann die durch die Sensorelemente 301, 302, 303 transmittierten optischen Primärstrahlungen mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 (siehe 3) der mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 voneinander unterscheidbar sind.Furthermore, although it is possible in 1 not shown is radiation through the sensor elements 301 . 302 . 303 is transmitted, in which case the through the sensor elements 301 . 302 . 303 transmitted optical primary radiation by means of different wavelength response ranges 706 (please refer 3 ) of the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 distinguishable from each other.

2 zeigt einen Abschnitt eines optischen Wellenleiters 304, welcher ein als ein Faser-Bragg-Gitter ausgebildetes Sensorelement 301 einschließt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der optische Wellenleiter 304 der optischen Übertragungseinrichtung 200 entsprechen kann, d. h. dass es möglich ist, das Sensorelement 301 integral mit der optischen Übertragungseinrichtung 200 (siehe 1) auszubilden. Wie durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 409 angezeigt, wirkt eine mechanische Spannung beispielsweise in der Richtung einer optischen Achse 505 des optischen Wellenleiters 304. 2 shows a portion of an optical waveguide 304 which is a sensor element designed as a fiber Bragg grating 301 includes. It should be noted here that the optical waveguide 304 the optical transmission supply device 200 can correspond, ie that it is possible, the sensor element 301 integral with the optical transmission device 200 (please refer 1 ) train. As indicated by a double arrow with the reference numeral 409 indicated, a mechanical stress acts, for example, in the direction of an optical axis 505 of the optical waveguide 304 ,

Auf diese Weise wird das als Faser-Bragg-Gitter ausgebildete Sensorelement 301 in Richtung der optischer. Achse 505 gedehnt bzw. gestaucht. Ferner ist es möglich, eine Lichtausbreitung innerhalb des Bereichs des optischen Sensorelements 301 durch Kräfte, Momente und mechanische Spannungen zu beeinflussen, die in Richtungen unterschiedlich zur optischen Achse 505 des Lichtwellenleiters 304 wirken. Da eine Anlegung derartiger mechanischer Spannungen, die nicht in der optischen Achse 505 des Lichtwellenleiters 304 wirken, für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht relevant sind, wird auf eine Beschreibung dieser Effekte hier nicht eingegangen.In this way, the trained as a fiber Bragg grating sensor element 301 in the direction of the optical. axis 505 stretched or compressed. Further, it is possible to propagate light within the area of the optical sensor element 301 by forces, moments and mechanical stresses that affect directions different from the optical axis 505 of the optical fiber 304 Act. As an application of such mechanical stresses that are not in the optical axis 505 of the optical fiber 304 are not relevant to the understanding of the present invention, a description of these effects will not be discussed here.

Das optische Sensorelement 301 kann in den optischen Lichtwellenleiter 304 beispielsweise mittels Laserstrahlung im Ultraviolett-Spektralbereich eingeschrieben werden. Eine derartige Einprägung eines Faser-Bragg-Gitters kann durch eine durch UV-Strahlung hervorgerufene Brechungsindex-Änderung im Bereich des Sensorelements bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck wird ein in 2 nicht gezeigter UV-Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, welche unter einem vorgebbaren Winkel im Sensorort-Volumen gekreuzt werden. Ein resultierendes Interferenzmuster, das durch die gekreuzten UV-Laserstrahlen hervorgerufen wird, entspricht dann ungefähr dem in 2 gezeigten modulierten Brechungsindex-Verlauf im Bereich des Sensorelements 301.The optical sensor element 301 can in the optical fiber 304 For example, be inscribed by means of laser radiation in the ultraviolet spectral range. Such an embossing of a fiber Bragg grating can be provided by a refractive index change caused by UV radiation in the region of the sensor element. For this purpose, an in 2 not shown UV laser beam split into two sub-beams, which are crossed at a predetermined angle in the sensor location volume. A resulting interference pattern caused by the crossed UV laser beams is then approximately equal to that in FIG 2 shown modulated refractive index curve in the region of the sensor element 301 ,

Wie in 2 gezeigt, wird eine einfallende Lichtwelle 501 von links in den optischen Wellenleiter 304 eingekoppelt, wobei sich die einfallende Lichtwelle 501 in dem optischen Wellenleiter 304 ausbreitet und auch den Bereich des optischen Sensorelements 301 erreicht. In einem durch die Modulationsperiode des Faser-Bragg-Gitters des Sensorelements 301 vorgegebenen Wellenlängenbereich kann nunmehr eine reflektierte Lichtwelle 502 hervorgerufen werden, welche zur Einkoppelstelle der einfallenden Lichtwelle 501 rückreflektiert wird.As in 2 shown, becomes an incident light wave 501 from the left into the optical waveguide 304 coupled, wherein the incident light wave 501 in the optical waveguide 304 spreads and also the area of the optical sensor element 301 reached. In one by the modulation period of the fiber Bragg grating of the sensor element 301 predetermined wavelength range can now be a reflected light wave 502 be caused, which to Einkoppelstelle the incident light wave 501 is reflected back.

Ferner ist es möglich, dass eine transmittierte Lichtwelle 503 durch das Faser-Bragg-Gitter des Sensorelements 301 hindurchgestrahlt wird. Die Intensität der reflektierten Lichtwelle 502 als Funktion der Wellenlänge, d. h. der Verlauf einer Filterfunktion 700 des optischen Sensorelements 301, wird unten stehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.Furthermore, it is possible that a transmitted light wave 503 through the fiber Bragg grating of the sensor element 301 is blasted through. The intensity of the reflected light wave 502 as a function of the wavelength, ie the course of a filter function 700 of the optical sensor element 301 , will be referred to below with reference to 3 described.

In dem Bereich des Sensorelements 301, in welchem ein optischer Interferenz-Effekt innerhalb des optischen Wellenleiters 304 entsteht, ist typischerweise die Periode des Brechungsindex des Faserkerns moduliert. Eine derartige Modulationsperiode kann durch die mechanische Spannung 409 entlang der optischen Achse 505 verändert werden, d. h. eine derartige Modulationsperiode wird bei einer mechanischen Stauchung der optischen Faser verkürzt und wird entsprechend bei einer mechanischen Dehnung des optischen Wellenleiters 304 vergrößert.In the area of the sensor element 301 in which there is an optical interference effect within the optical waveguide 304 is formed, typically the period of the refractive index of the fiber core is modulated. Such a modulation period can be due to the mechanical stress 409 along the optical axis 505 that is, such a modulation period is shortened at a mechanical compression of the optical fiber and accordingly at a mechanical elongation of the optical waveguide 304 increased.

Ferner kann durch die Beaufschlagung des Sensorelements 301 in der optischen Faser 304 mit einer mechanischen Spannung 409 der Brechungsindex im Bereich des Faser-Bragg-Gitters verändert werden, was ebenfalls eine Änderung der Modulationsperiode zur Folge hat. Eine Dehnung des optischen Wellenleiters 304 hat somit auch eine Dehnung des Faser-Bragg-Gitters zur Folge. Eine Wellenlänge der reflektierten Lichtwelle 502 ändert sich somit ebenfalls in Abhängigkeit eines Gitterabstands des Faser-Bragg-Gitters.Furthermore, by the application of the sensor element 301 in the optical fiber 304 with a mechanical tension 409 the refractive index in the region of the fiber Bragg grating be changed, which also has a change in the modulation period result. An elongation of the optical waveguide 304 thus also has an elongation of the fiber Bragg grating result. A wavelength of the reflected light wave 502 thus also changes depending on a grid spacing of the fiber Bragg grating.

Wie anhand der Sensoreinrichtung 300 der 1 veranschaulicht, kann ein optischer Wellenleiter mehrere in Reihe angeordnete Sensorelemente aufweisen. Wenn mehrere Faser-Bragg-Gitter in einen optischen Wellenleiter integriert sind, wird vorzugsweise eine Modulationsperiode der einzelnen Gitter unterschiedlich ausgelegt.As with the sensor device 300 of the 1 As illustrated, an optical waveguide may include a plurality of sensor elements arranged in series. When multiple fiber Bragg gratings are integrated into an optical waveguide, it is preferable to design a modulation period of the individual gratings differently.

Auf diese Weise lassen sich bestimmte Spektralbereiche entsprechender Gitter und somit entsprechende Positionen innerhalb des optischen Wellenleiters einem Sensorort eines individuellen Sensorelements 301, 302, 303 zuordnen. Derartige Sensorelemente 301, 302, 303 (1) sind also spektral codiert, so dass in den einzelnen Sensorelementen 301, 302, 303 reflektierte Lichtwellen 502 unterschiedliche spektrale Verteilungen aufweisen, derart, dass sich die einzelnen von den einzelnen Sensorelementen 301, 302, 303 herrührenden Sensorsignale spektral unterscheiden lassen.In this way, certain spectral ranges of corresponding grating and thus corresponding positions within the optical waveguide can be a sensor location of an individual sensor element 301 . 302 . 303 assign. Such sensor elements 301 . 302 . 303 ( 1 ) So spectrally encoded, so that in the individual sensor elements 301 . 302 . 303 reflected light waves 502 have different spectral distributions, such that the individual of the individual sensor elements 301 . 302 . 303 spectrally distinguish originating sensor signals.

Es sei hier darauf hingewiesen, dass, obgleich in der vorliegenden Beschreibung von Lichtwellen bzw. optischen Wellen die Rede ist, der Spektralbereich derartiger optischer Strahlung neben dem optisch sichtbaren Bereich auch den nahen und fernen Infrarotbereich sowie den nahen und fernen Ultraviolettbereich umfassen kann.It It should be noted here that, although in the present Description of light waves or optical waves is the speech, the spectral range of such optical radiation next to the optical visible area also the near and far infrared area as well may include the near and far ultraviolet range.

Die mindestens eine optische Sekundärstrahlung kann sowohl einem Teil der an dem optischen Sensorelement reflektierten optischen Primärstrahlung als auch einem Teil der durch das optische Sensorelement transmittierten optischen Primärstrahlung entsprechen. D. h., die transmittierte Lichtwelle 503 und die reflektierte Lichtwelle 502 können sowohl von der einfallenden Lichtwelle 501 als auch von der Beaufschlagung durch die mechanische Spannung 409 in ihrer Intensität und ihrem Wellenlängen-Ansprechbereich 706 (3) variiert werden.The at least one optical secondary radiation can correspond both to a part of the optical primary radiation reflected at the optical sensor element and also to a part of the optical primary radiation transmitted through the optical sensor element. That is, the transmitted light wave 503 and the reflected light wave 502 can both from the incident light wave 501 as well as the application of the mechanical stress 409 in their intensity and their wavelength response range 706 ( 3 ) can be varied.

Wenn mindestens zwei optische Sensorelemente 301, 302, 303 seriell mittels der über die optische Übertragungseinrichtung 200 übertragenen optischen Primärstrahlung 407 (1) angesprochen werden, können die an den mindestens zwei optischen Sensorelementen 301, 302, 303 reflektierten optischen Primärstrahlungen 407 mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 der mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 voneinander unterschieden werden.If at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 serially by means of the optical transmission device 200 transmitted optical primary radiation 407 ( 1 ), which can be addressed to the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 reflected primary optical radiation 407 by means of different wavelength response ranges 706 the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 be differentiated from each other.

Ebenso können die durch die mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 transmittierten optischen Primärstrahlungen 407 mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 der mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 voneinander unterschieden werden.Likewise, the through the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 transmitted optical primary radiation 407 by means of different wavelength response ranges 706 the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 be differentiated from each other.

3 zeigt eine Filterfunktion 700 eines als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten Sensorelements 301, 302, 303 (siehe 1). Die Filterfunktion beschreibt in typischer Weise eine Reflexionsintensität 702 von an dem Faser-Bragg-Gitter reflektierter optischer Strahlung als Funktion der Wellenlänge 701 (λ). 3 shows a filter function 700 a trained as a fiber Bragg grating sensor element 301 . 302 . 303 (please refer 1 ). The filter function typically describes a reflection intensity 702 of optical radiation reflected at the fiber Bragg grating as a function of wavelength 701 (Λ).

Wie in 3 gezeigt, weist die Filterfunktion 700 des Faser-Bragg-Gitters eine um eine Mittenwellenlänge 703 symmetrische Form auf, in dem in 3 gezeigten Fall ein so genanntes Gauß-Profil. Ein derartiges Gauß-Profil besitzt eine Halbwertsbreite (FWHM, Full Width at Half Maximum), welche mit dem Bezugszeichen 704 bezeichnet ist.As in 3 shown, assigns the filter function 700 of the fiber Bragg grating one by one center wavelength 703 symmetrical shape in which in 3 Case shown a so-called Gaussian profile. Such a Gaussian profile has a full width at half maximum (FWHM), which is denoted by the reference numeral 704 is designated.

Einzelne Abtastpunkte 705 sind entlang der Filterfunktion 700 durch vertikale Linien an unterschiedlichen Wellenlängen-Positionen gekennzeichnet. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die in 3 gezeigte Filterfunktion 700 dem Verlauf einer Intensität entspricht, die eine an dem Faser-Bragg-Gitter reflektierte optische Primärstrahlung aufweist. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine optische Gitteranordnung, die dem Faser-Bragg-Gitter entspricht, eine gaußförmige Filterfunktion 700 aufweist.Individual sampling points 705 are along the filter function 700 characterized by vertical lines at different wavelength positions. It should be noted here that the in 3 shown filter function 700 corresponds to the course of an intensity having an optical primary radiation reflected at the fiber Bragg grating. It is known to the person skilled in the art that an optical grating arrangement which corresponds to the fiber Bragg grating has a Gaussian filter function 700 having.

Während die Halbwertsbreite 704 der Filterfunktion 700 u. a. von der Anzahl der Durchbrechungsindex-Schwankungen entlang der von der optischen Faser 304 hervorgerufenen Reflexionszonen abhängt, ist die Zentralwellenlänge bzw. die Mittenwellenlänge 703 eines Faser-Bragg-Gitters durch die oben erwähnte Modulationsperiode Λ gegeben. Eine so genannte Bragg-Wellenlänge λB ergibt sich durch die folgende Beziehung: λB = 2·nk·Λ While the half width 704 the filter function 700 among other things, the number of Durchbrechungsindex fluctuations along that of the optical fiber 304 evoked reflection zones is the central wavelength or the center wavelength 703 of a fiber Bragg grating given by the above-mentioned modulation period Λ. A so-called Bragg wavelength λ B is given by the following relationship: λ B = 2 · n k · Λ

Hierbei ist nk die effektive Brechzahl des Grundmodus des Kerns der Lichtfaser und Λ die (räumliche) Gitterperiode (Modulationsperiode) des Faser-Bragg-Gitters. Die spektrale Breite, die durch die Halbwertsbreite 704 der Filterfunktion gegeben ist, hängt von der Ausdehnung des Faser-Bragg-Gitters in Richtung der optischen Achse und der Größe der Brechzahländerung ab. Optische Primärstrahlung, deren Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Ansprechbereichs 706 liegt, wird reflektiert, derart, dass sich der in 3 gezeigte Intensitätsverlauf 702 über der Wellenlänge 701 ergibt.Here, n k is the effective refractive index of the fundamental mode of the core of the optical fiber and Λ the (spatial) grating period (modulation period) of the fiber Bragg grating. The spectral width, by the half width 704 the filter function depends on the extent of the fiber Bragg grating in the direction of the optical axis and the size of the refractive index change. Optical primary radiation whose wavelength is within the wavelength response range 706 is reflected, in such a way that the in 3 shown intensity curve 702 over the wavelength 701 results.

Ferner zeigt 3 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Messverfahrens eine Laserlinie 308, welche im Vergleich zu der Halbwertsbreite 704 der Filterfunktion 700 eine vernachlässigbare Halbwertsbreite aufweist, d. h. die Laserlinie, die beispielsweise durch eine wie in 5 gezeigte Lichtquelle erzeugt wird, ist spektral äußerst schmalbandig im Vergleich zu der Halbwertsbreite des Faser-Bragg-Gitters.Further shows 3 to illustrate the measuring method according to the invention, a laser line 308 , which compared to the half width 704 the filter function 700 has a negligible half-width, ie the laser line, for example, by a as in 5 is shown spectrally extremely narrow band compared to the half-width of the fiber Bragg grating.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird nunmehr die in den optischen Wellenleiter 304 eingestrahlte und zu dem Sensorelement 301 (2) geleitete optische Primärstrahlung während des Einstrahlens über den Wellenlängen-Ansprechbereich 706 der Filterfunktion 700 geschoben, d. h. die Wellenlänge der Laserstrahlung wird mindestens über den durch das Bezugszeichen 706 gekennzeichneten Wellenlängenbereich abgetastet (gescannt).According to the measuring method according to the invention now in the optical waveguide 304 irradiated and to the sensor element 301 ( 2 ) guided optical primary radiation during the irradiation over the wavelength response range 706 the filter function 700 pushed, ie the wavelength of the laser radiation is at least over the reference numeral 706 marked wavelength range is scanned (scanned).

Einzelne Abtastpunkte 705, die der optische Detektor 102 der Interrogatoreinrichtung 105 (1) entsprechend seiner Abtastrate abtastet, sind ebenfalls in 3 durch Kreise entlang der gaußförmigen Filterfunktion 700 gekennzeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 3 dargestellten Intensitäten bei einer Reflexion an dem Faser-Bragg-Gitter auftreten, d. h. es wird die reflektierte Lichtwelle 502 als Teil der einfallenden Lichtwelle (Laserlichtwelle) 501 detektiert, wie in 2 veranschaulicht. D. h., nur innerhalb des Wellenlängen-Ansprechbereichs 706 kann eine Reflexionsintensität entsprechend der gezeigten Filterfunktion 700 am Eingang des optischen Wellenleiters 304 erhalten werden.Individual sampling points 705 which is the optical detector 102 the interrogator device 105 ( 1 ) are sampled according to its sampling rate, are also in 3 by circles along the Gaussian filter function 700 characterized. It should be noted that the in 3 shown intensities in a reflection at the fiber Bragg grating occur, ie it is the reflected light wave 502 as part of the incident light wave (laser light wave) 501 detected as in 2 illustrated. That is, only within the wavelength response range 706 can be a reflection intensity according to the filter function shown 700 at the entrance of the optical waveguide 304 to be obtained.

In bestimmten Anwendungsfällen wird, obwohl dies in den Figuren der vorliegenden Beschreibung nicht gezeigt ist, auch eine durch eine Faser-Bragg-Gitter transmittierte Intensität detektierbar. In diesem Fall würde bei einem Abtasten der Filterfunktion 700 mittels der Laserlinie 708 in einer in 3 gezeigten Abtastrichtung 707 nur außerhalb des Wellenlängen-Ansprechbereichs 706 transmittiert, während die transmittierte Intensität in der Nähe der Mittenwellenlänge 703 einen minimalen Wert aufweisen würde, d. h. die in 3 gezeigte Funktion wäre invertiert.In certain applications, although not shown in the figures of the present specification, an intensity transmitted through a fiber Bragg grating is also detectable. In this case, would be in a sampling of the filter function 700 by means of the laser line 708 in an in 3 shown scanning direction 707 only outside the wavelength response range 706 transmitted while the transmitted intensity is near the center wavelength 703 would have a minimum value, ie the in 3 shown function would be inverted.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Abtastung der Filterfunktion 700 durch die Laserlinie 708 unter Verwendung einer wie in 5 gezeigten Lichtquelle mit derart hoher Geschwindigkeit, dass in vorteilhafter Weise thermische Effekte vernachlässigt werden können. Auf diese Weise werden Störungen bei der Messung mechanischer Spannungen unterdrückt. Obwohl in 3 lediglich eine Filterfunktion 700 eines einzigen Sensorelements 301 gezeigt ist, können in dem optischen Wellenleiter 304 (2) mehrere Sensorelemente 301, 302, 303 (1) hintereinander angeordnet sein.According to a preferred embodiment of the present invention, a sampling of the filter function is performed 700 through the laser line 708 using a like in 5 shown light source with such high speed that advantageously thermal effects can be neglected. In this way, disturbances in the measurement of mechanical stresses are suppressed. Although in 3 only a filter function 700 a single sensor element 301 can be shown in the optical waveguide 304 ( 2 ) several sensor elements 301 . 302 . 303 ( 1 ) can be arranged one behind the other.

Vorzugsweise weisen die einzelnen, hintereinander angeordneten Sensorelemente 301, 302, 303 jeweilige Filterfunktionen 700 auf, deren Mittenwellenlängen 703 sich unterscheiden. Auf diese Weise ist eine spektrale Unterscheidung der einzelnen, von den einzelnen Sensorelementen 301, 302, 303 rückreflektierten optischen Primärstrahlungen möglich. Ein Abstimmen der Wellenlänge der optischen Primärstrahlung über die Halbwertsbreite der Filterfunktion 700, beispielsweise in der durch ein Bezugszeichen 707 in der in 3 angezeigten Richtung, erfolgt dabei vorzugsweise in einer sehr kurzen Zeitdauer in einem Bereich von einigen zehn Nanosekunden (ns) bis etwa 150 ns, vorzugsweise in einer Zeitdauer von etwa 100 ns.Preferably, the individual, successively arranged sensor elements 301 . 302 . 303 respective filter functions 700 on, their center wavelengths 703 differ. In this way, a spectral distinction of the individual, from the individual sensor elements 301 . 302 . 303 back-reflected optical primary radiation possible. Tuning the wavelength of the optical primary radiation over the half width of the filter function 700 For example, in the by a reference numeral 707 in the in 3 indicated direction, preferably takes place in a very short period of time in a range of a few tens of nanoseconds (ns) to about 150 ns, preferably in a period of about 100 ns.

Eine Abstimmung der Laserlinie 708 erfolgt dabei in einer Abstimmrichtung 707 über den Wellenlängen-Abstimmbereich, welcher größer sein kann als die Halbwertsbreite 704 der Filterfunktion 700. Ferner ist es möglich, die in Reflexion oder Transmission erhaltene optische Sekundärstrahlung selbst in der Wellenlänge aufzulösen. Eine derartige Wellenlängenauflösung der optischen Sekundärstrahlung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Halbwertsbreite der einstrahlenden Laserlinie nicht klein im Vergleich zu der Halbwertsbreite 704 der Filterfunktion 700 ist.A vote of the laser line 708 takes place in a tuning direction 707 over the wavelength tuning range, which may be greater than the half width 704 the filter function 700 , Furthermore, it is possible to resolve the received in reflection or transmission optical secondary radiation even in the wavelength. Such a wavelength resolution of the optical secondary radiation can be particularly advantageous if the half-width of the irradiating laser line is not small in comparison to the half-width 704 the filter function 700 is.

Vorzugsweise werden die an mindestens zwei optischen Sensorelementen 301, 302, 303 reflektierten optischen Primärstrahlungen mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 der mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 spektral voneinander unterscheidbar. Die gleichen Unterscheidungsmöglichkeiten gelten für einen Betrieb des als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten Sensorelements bzw. der Vielzahl von Sensorelementen in Transmission.Preferably, the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 reflected primary optical radiation by means of different wavelength response ranges 706 the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 spectrally distinguishable from each other. The same differentiation possibilities apply to an operation of the sensor element designed as a fiber Bragg grating or of the multiplicity of sensor elements in transmission.

Wenn mindestens zwei optische Sensorelemente 301, 302, 303 in Transmission betrieben werden, weisen die durch die mindestens zwei optischen Sensorelemente 301, 302, 303 transmittierten optischen Primärstrahlungen durch unterschiedliche Wellenlängen-Ansprechbereiche 706 der entsprechenden Filterfunktionen 700 ein unterschiedliches spektrales Verhalten auf, wodurch die optischen Sekundärstrahlungen voneinander unterscheidbar sind.If at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 are operated in transmission, which by the at least two optical sensor elements 301 . 302 . 303 transmitted optical primary radiation through different wavelength response ranges 706 the corresponding filter functions 700 a different spectral behavior, whereby the secondary optical radiations are distinguishable from each other.

4 ist ein Blockbild zur Veranschaulichung einer optischen Messvorrichtung 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die beispielsweise als Laser ausgebildete Lichtquelle 101 sendet eine optische Primärstrahlung 407 über eine optische Übertragungseinrichtung 200 zu einer Kopplereinheit 201. Die Kopplereinheit 201 kann als ein 3-dB-Koppler ausgelegt sein, d. h. eine Lichtintensität, die an einem Eingang des Kopplerelements eingestrahlt wird, teilt sich im Verhältnis 50:50 auf gegenüberliegende Ausgänge der Kopplereinheit 201 auf. 4 Fig. 10 is a block diagram illustrating an optical measuring apparatus 100 according to a preferred embodiment. The example formed as a laser light source 101 sends an optical primary radiation 407 via an optical transmission device 200 to a coupler unit 201 , The coupler unit 201 can be designed as a 3 dB coupler, ie a light intensity which is irradiated at an input of the coupler element divides in the ratio 50:50 on opposite outputs of the coupler unit 201 on.

Somit ist es möglich, über eine einzige Übertragungseinrichtung 200, welche eine integral angeordnete Kopplereinheit 201 aufweist, sowohl die optische Primärstrahlung 407 zu dem mindestens einen Sensorelement 301 zu führen als auch von dem Sensorelement 301 ausgehende optische Sekundärstrahlung zu dem optischen Detektor 102 zu leiten, welcher ebenfalls an einem Ausgang der Kopplereinheit 201 angeschlossen ist.Thus, it is possible via a single transmission device 200 , which is an integrally arranged coupler unit 201 has, both the optical primary radiation 407 to the at least one sensor element 301 lead as well as the sensor element 301 outgoing optical secondary radiation to the optical detector 102 which is also at an output of the coupler unit 201 connected.

Die Kopplereinheit 201 ist über eine weitere optische Übertragungseinrichtung 200 mit dem optischen Detektor 102 verbunden, derart, dass ein Messsignal 406 als Funktion der optischen Primärstrahlung 407 und einer auf das Sensorelement 301 aufgebrachten mechanischen Spannung 409 erhalten wird. Da die erfindungsgemäße Messvorrichtung darauf beruht, die Wellenlänge der (Laser-)Lichtquelle 101 zu variieren, kann eine einfache Empfangs-Photodiode als optischer Detektor 102 dienen.The coupler unit 201 is about another optical transmission device 200 with the optical detector 102 connected, such that a measurement signal 406 as a function of the optical primary radiation 407 and one on the sensor element 301 applied mechanical stress 409 is obtained. Since the measuring device according to the invention is based on the wavelength of the (laser) light source 101 To vary, a simple receiving photodiode can be used as the optical detector 102 serve.

5 veranschaulicht schematisch eine als Laser ausgebildete Lichtquelle 600 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Laserlichtquelle 600 weist ein Laserlichtaustrittsfenster 605 auf, durch welche emittiertes Laserlicht 607 austritt und als optische Primärstrahlung 407 zur Messung herangezogen werden kann (4). Die Laserlichtquelle 600 schließt ferner einen Laserkoppler 604 auf, welcher den internen Laserstrahl (Intra-Cavity) zu einem ersten Laserreflektor 601 und einem zweiten Laserreflektor 602 leitet. 5 schematically illustrates a trained as a laser light source 600 for carrying out the method according to the invention. The laser light source 600 has a laser light exit window 605 on, by which emitted laser light 607 exit and as optical primary radiation 407 can be used for the measurement ( 4 ). The laser light source 600 also includes a laser coupler 604 which turns the internal laser beam (intra-cavity) into a first laser reflector 601 and a second laser reflector 602 passes.

Beide Laserreflektoren weisen jeweils Reflektor-Steuerelemente auf, d. h. der erste Laserreflektor 601 wird durch ein erstes Reflektor-Steuerelement 608 gesteuert, während der zweite Laserreflektor 602 durch ein zweites Reflektor-Steuerelement 609 gesteuert wird. Die Reflektor-Steuerelemente 608, 609 werden durch entsprechende Steuerströme 403, 404, d. h. einen ersten Wellenlängen-Steuerstrom 403 und einen zweiten Wellenlängen-Steuerstrom 404 gesteuert. Die ersten und zweiten Wellenlängen-Steuerströme 403, 404 werden durch eine unten stehende, unter Bezugnahme auf 7 erläuterte Stromsteuereinheit bereitgestellt.Both laser reflectors each have reflector controls, ie the first laser reflector 601 is through a first reflector control 608 controlled while the second laser reflector 602 through a second reflector control 609 is controlled. The reflector controls 608 . 609 be through appropriate control currents 403 . 404 ie a first wavelength control current 403 and a second wavelength control current 404 controlled. The first and second wavelength control currents 403 . 404 Be by one below, with reference to 7 explained power control unit provided.

Ein in den entsprechenden Laserreflektoren 601, 602 vorherrschender, dem Fachmann bekannter elektrooptischer Effekt sorgt dafür, dass sich ein Brechungsindex in den ersten und zweiten Laserreflektoren 601, 602 in Abhängigkeit von dem zugeführten Wellenlängen-Steuerstrom 403 bzw. 404 ändert. Eine derartige Änderung des Brechungsindex innerhalb eines Laser-Resonators führt dazu, dass eine Emissionswellenlänge des emittierten Laserlichts 607 variiert wird.One in the corresponding laser reflectors 601 . 602 The predominant electro-optical effect known to those skilled in the art ensures that there is a refractive index in the first and second laser reflectors 601 . 602 depending on the supplied wavelength control current 403 respectively. 404 changes. Such a change in the refractive index within a laser resonator causes an emission wavelength of the emitted laser light 607 is varied.

Ein wie in 5 gezeigter, monolithisch aufgebauter Laser ermöglicht eine sehr rasche Verstimmung der Wellenlänge des emittierten Laserlichts über beispielsweise einen unter Bezugnahme auf 3 gezeigten Wellenlängen-Ansprechbereich 706, so dass thermische Effekte, die ebenfalls zu einer Wellenlängen-Variation des emittierten Laserlichts 607 führen können, keine Rolle spielen. Durch Verwendung der in 5 gezeigten Laserlichtquelle 600 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es somit möglich, optische Primärstrahlung mit einer hohen Wellenlängenstabilität und einer schnellen Wellenlängen-Variationsmöglichkeit bereitzustellen.A like in 5 shown, monolithic constructed laser allows a very rapid detuning of the wavelength of the emitted laser light over, for example, with reference to 3 shown wavelength response range 706 , so that thermal effects, which also cause a wavelength variation of the emitted laser light 607 can not play a role. By using the in 5 shown laser light source 600 Thus, according to a preferred embodiment, it is possible to provide primary optical radiation with high wavelength stability and fast wavelength variation capability.

6 zeigt ein Blockbild einer optischen Messvorrichtung 100, wobei zusätzlich zu den in 4 gezeigten Blockbildkomponenten der Interrogatoreinrichtung 105 (1) eine Treibereinrichtung 106, eine Signalverarbeitungseinrichtung 107 und eine Datenverarbeitungseinheit 108 dargestellt sind. 6 shows a block diagram of an optical measuring device 100 , in addition to the in 4 shown block image components of the interrogator 105 ( 1 ) a driver device 106 , a signal processing device 107 and a data processing unit 108 are shown.

Die optische Lichtquelle (Laserlichtquelle) 101 wird durch vorbestimmte Lichtquellen-Betriebsparameter 401 eingestellt. Derartige Lichtquellen bzw. Betriebsparameter umfassen die Einstellung eines Betriebsstroms, einer Betriebstemperatur, etc. Die Treibereinrichtung 106, welche die Lichtquellen-Betriebsparameter 401 bereitstellt, wird von der Steuereinrichtung 103 angesteuert.The optical light source (laser light source) 101 is determined by predetermined light source operating parameters 401 set. Such light sources or operating parameters include the setting of an operating current, an operating temperature, etc. The driver device 106 indicating the light source operating parameters 401 is provided by the controller 103 driven.

Wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert, ist die Steuereinrichtung 103 mit der Eingabe-Ausgabeeinheit 104 der Interrogatoreinrichtung 105 verbunden. Die Eingabe-Ausgabeeinheit 104 kann beispielsweise, wie in dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, mit einer Datenverarbeitungseinheit 108 bzw. einem PC verbunden sein, in welchem eine Datenverarbeitung durchgeführt werden kann.As already with reference to 1 explained, is the control device 103 with the input-output unit 104 the interrogator device 105 connected. The input-output unit 104 For example, as in the in 6 shown embodiment, with a data processing unit 108 or be connected to a PC, in which a data processing can be performed.

Der optische Detektor 102, welcher über die optische Übertragungseinrichtung 200 das Messsignal 406 empfängt und in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzt, ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung 107 verbunden, welche entsprechend einer Abtastung der Laserlinie über die Filterfunktion 700 (siehe oben) ein entsprechendes Intensitätssignal ausgibt.The optical detector 102 , which via the optical transmission device 200 the measuring signal 406 receives and converts into an electrical output signal is with the signal processing means 107 connected corresponding to a scan of the laser line via the filter function 700 (see above) outputs a corresponding intensity signal.

Dieses Intensitätssignal wird zu der Steuereinrichtung 103 und über die Eingabe-Ausgabeeinheit 109 zu der Datenverarbeitungseinheit 108 weitergeleitet. Die optische Kopplereinheit 201 ist optisch an die Übertragungseinrichtungen 200 gekoppelt und derart ausgelegt, eine von dem Sensorelement 301 reflektierte Sekundärstrahlung zu empfangen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Signalverarbeitungseinrichtung 107 als eine Abtasteinheit ausgelegt werden kann, welche Intensitätswerte synchron zu der Variation einer Emissionswellenlänge der Laserlichtquelle 101 bestimmt.This intensity signal becomes the control device 103 and via the input-output unit 109 to the data processing unit 108 forwarded. The optical coupler unit 201 is optically to the transmission equipment 200 coupled and configured one of the sensor element 301 to receive reflected secondary radiation. It should also be noted that the signal processing device 107 can be designed as a scanning unit, which intensity values in synchronism with the variation of an emission wavelength of the laser light source 101 certainly.

7 veranschaulicht ein Blockbild von Komponenten, die geeignet sind zur Ansteuerung der Laserlichtquelle 101. Die Laserlichtquelle 101 erhält gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Signal, welches allgemeine Lichtquellen-Betriebsparameter 401 repräsentiert, sowie ein weiteres Signal, welches einen Wellenlängen-Steuerstrom 402 bereitstellt. 7 illustrates a block diagram of components that are suitable for driving the laser light source 101 , The laser light source 101 according to a preferred embodiment of the present invention receives a signal which general light source operating parameters 401 and another signal representing a wavelength control current 402 provides.

Die Lichtquellen-Betriebsparameter 401 werden, wie bereits oben stehend unter Bezugnahme auf die 1 und 6 erwähnt, von der Treibereinrichtung 106 bereitgestellt. Die Treibereinrichtung 106 erhält ein Treibersteuersignal von einer in der Steuereinrichtung 103 enthaltenen Treibersteuereinheit 112. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 103 nun derart ausgelegt, dass neben der Treibersteuereinheit 112 eine Stromsteuereinheit 111 bereitgestellt ist, welche in der Lage ist, einen Wellenlängen-Steuerstrom 402 bereitzustellen, und welche ferner in der Lage ist, diesen Wellenlängen-Steuerstrom 402 in kurzer Zeit zu variieren. In Abhängigkeit von einer Variation des Wellenlängen-Steuerstroms 402 wird eine Emissionswellenlänge des emittierten Laserlichts 607 im Nanosekundenbereich variierbar. Durch die in 7 gezeigte Anordnung ist es möglich, die Laserlinie 708, wie in 3 gezeigt, über den Wellenlängen-Ansprechbereich 706 des Faser-Bragg-Gitters bzw. der Filterfunktion 700 zu scannen.The light source operating parameters 401 be, as already above with reference to the 1 and 6 mentioned by the driver device 106 provided. The driver device 106 receives a driver control signal from one in the controller 103 included driver control unit 112 , According to the invention, the control device 103 now designed such that in addition to the driver control unit 112 a power control unit 111 which is capable of providing a wavelength control current 402 and which is further capable of this wavelength control current 402 to vary in a short time. Depending on a variation of the wavelength control current 402 becomes an emission wavelength of the emitted laser light 607 variable in the nanosecond range. By the in 7 As shown, it is possible to use the laser line 708 , as in 3 shown over the wavelength response range 706 the fiber Bragg grating or the filter function 700 to scan.

Insbesondere ist die in 5 gezeigte Laserlichtquelle (monolithisch verstimmbare Laserdiode) 600 dazu geeignet, eine schnelle Verstimmung der Emissionswellenlänge des emittierten Laserlichts 607 bereitzustellen. Durch eine geeignete Stromsteuerung ist es somit möglich, die Emissionswellenlänge der Laserlichtquelle (d. h. des monolithisch verstimmbaren Lasers bzw. der monolithisch verstimmbaren Laserdiode) schnell zu verändern (d. h. in einem Bereich von einige zehn Nanosekunden), um damit in kurzer Zeit das Reflexions- bzw. Transmissionsspektrum eines als Faser-Bragg-Gitter ausgelegten Sensorelements abzufragen. Ein derartiges Interrogator- bzw. Abfrageverfahren weist dabei den Vorteil auf, dass bei einem Durchstimmen einer derartigen Laserdiode eventuell auftretende thermische Einflüsse vernachlässigbar sind.In particular, the in 5 shown laser light source (monolithically tunable laser diode) 600 suitable for quickly detuning the emission wavelength of the emitted laser light 607 provide. By a suitable current control, it is thus possible to change the emission wavelength of the laser light source (ie, the monolithically tunable laser or the monolithically tunable laser diode) quickly (ie in egg a range of a few tens of nanoseconds) in order to query in a short time the reflection or transmission spectrum of a sensor element designed as a fiber Bragg grating. Such an interrogator or interrogation method has the advantage that, if a laser diode of this kind is tuned through, any thermal influences which may occur are negligible.

Der monolithisch verstimmbare Laser kann einen Satz von diskreten Wellenlängen emittieren, wenn ein vorher festgelegter Satz von Wellenlängen-Steuerströmen 402 bereitgestellt wird. Die Abhängigkeit der Laser-Emissionswellenlänge von dem Satz von Wellenlängen-Steuerströmen kann in einer Messung vorab festgelegt und bestimmt werden. Um einen vorgegebenen spektralen Bereich bzw. einen Wellenlängen-Ansprechbereich des optischen Sensorelements 301, 302, 303 abzufragen, werden eine Vielzahl von bekannten, diskreten Wellenlängen durch die Laserlichtquelle 101 erzeugt.The monolithically tunable laser can emit a set of discrete wavelengths when a predetermined set of wavelength control currents 402 provided. The dependence of the laser emission wavelength on the set of wavelength control currents can be predetermined and determined in one measurement. To a predetermined spectral range or a wavelength response range of the optical sensor element 301 . 302 . 303 interrogate, a variety of known, discrete wavelengths by the laser light source 101 generated.

Um eine schnelle Abfolge der diskreten Wellenlängen bzw. eine schnelle Wellenlängenvariation zu erreichen, werden ausreichend schnelle Digital/Analog-Wandlereinrichtungen in der in 6 gezeigten Signalverarbeitungseinrichtung 107 bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Zeitdauer, in welcher ein Satz von Wellenlängen-Steuerströmen 402 an der Laserlichtquelle 101 anliegt, äußerst kurz. Dadurch wird die Temperatur der Laserlichtquelle und damit andere Parameter, wie Emissionswellenlänge und/oder Emissionsintensität des emittierten Laserlichts 607, nicht verändert, derart, dass sich ein konstanter Intensitätswert bei einer konstanten Wellenlänge ergibt.In order to achieve a fast sequence of the discrete wavelengths or a fast wavelength variation, sufficiently fast digital / analogue converter devices in the in 6 shown signal processing device 107 provided. Preferably, the time duration in which a set of wavelength control currents 402 at the laser light source 101 is present, extremely short. As a result, the temperature of the laser light source and thus other parameters, such as emission wavelength and / or emission intensity of the emitted laser light 607 , not changed, such that a constant intensity value results at a constant wavelength.

8 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer optischen Messvorrichtung 100 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten optischen Messvorrichtung weist die in 8 gezeigte optische Messvorrichtung 100 einen Referenzdetektor 109 auf. Der Referenzdetektor 109 ist über eine weitere optische Übertragungseinrichtung 200 mit einem verbliebenen, vierten Anschluss der optischen Kopplereinheit 201 verbunden. 8th shows a block diagram illustrating an optical measuring device 100 according to a further preferred embodiment. Unlike the in 6 shown optical measuring device has the in 8th shown optical measuring device 100 a reference detector 109 on. The reference detector 109 is about another optical transmission device 200 with a remaining fourth port of the optical coupler unit 201 connected.

Die optische Kopplereinheit 201 gibt an ihrem vierten Anschluss ein optisches Ausgangssignal, das einer Intensität der optischen Primärstrahlung 407 entspricht, d. h. ein Referenzsignal 405. Das Referenzsignal 405 wird durch eine in dem Referenzdetektor 109 bereitgestellte Photodiode in ein elektrisches Signal konvertiert, welches einer Referenzsignal-Verarbeitungseinrichtung 110 zugeführt wird, die betriebsmäßig mit dem Referenzdetektor 109 verbunden ist.The optical coupler unit 201 gives at its fourth port an optical output signal, the intensity of the optical primary radiation 407 corresponds, ie a reference signal 405 , The reference signal 405 is determined by one in the reference detector 109 provided photodiode converted into an electrical signal which a reference signal processing means 110 which is operatively connected to the reference detector 109 connected is.

Eine derartige Referenzsignal-Erfassungseinrichtung, wie sie in 8 gezeigt ist, weist den Vorteil auf, dass eventuelle Schwankungen einer Emissionsintensität der Laserlichtquelle 101 eliminiert oder zumindest reduziert werden können, indem diese Schwankungen separat und unabhängig der von dem optischen Sensorelement 301 emittierten optischen Sekundärstrahlung 408 als Referenzsignal 405 detektierbar sind. Das Ausgangssignal der Referenzsignal- Verarbeitungseinrichtung 110, welche ähnlich ausgelegt sein kann wie die Signalverarbeitungseinrichtung 107, wird der Steuereinrichtung 103 zugeführt. Die übrigen, in 8 gezeigten Komponenten entsprechen denjenigen, die bereits unter Bezugnahme auf 6 gezeigt und beschrieben wurden. Diese Komponenten werden, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, hierin unter Bezugnahme auf 8 nicht erneut erläutert.Such a reference signal detecting device, as in 8th has the advantage that any variations in emission intensity of the laser light source 101 can be eliminated or at least reduced by making these variations separately and independently of those of the optical sensor element 301 emitted secondary optical radiation 408 as a reference signal 405 are detectable. The output signal of the reference signal processing device 110 , which may be configured similar to the signal processing device 107 , becomes the controller 103 fed. The rest, in 8th Components shown correspond to those already with reference to 6 shown and described. These components, to avoid redundant description, are incorporated herein by reference 8th not explained again.

9 ist ein Blockbild einer optischen Messvorrichtung 100 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 dargestellt, ist eine Sensoreinrichtung 300 über eine optische Übertragungseinrichtung 200 mit einer Interrogatoreinrichtung 105 verbunden. Die Interrogatoreinrichtung 105 schließt zahlreiche Komponenten ein, die hierin unter Bezugnahme auf 1, 6 und 9 beschrieben wurden und unter Bezugnahme auf 9, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden, nicht erneut erläutert werden. 9 is a block diagram of an optical measuring device 100 according to another preferred embodiment of the present invention. As in 9 is a sensor device 300 via an optical transmission device 200 with an interrogator device 105 connected. The interrogator device 105 includes numerous components referred to herein with reference to 1 . 6 and 9 have been described and with reference to 9 in order to avoid a redundant description, will not be explained again.

Insbesondere weist die Interrogatoreinrichtung 105, die in 9 dargestellt ist, eine Laufzeit-Erfassungseinrichtung 113 auf, die bereits unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Die Laufzeit-Erfassungseinrichtung 113 erfasst eine Laufzeit einer oder mehrerer Lichtwellen zwischen der Interrogatoreinrichtung 105 und einem Sensorelement 301, 302, 303 der Sensoreinrichtung 300.In particular, the interrogator device 105 , in the 9 is shown, a transit time detection device 113 on, already referring to 1 has been described. The transit time acquisition device 113 detects a transit time of one or more light waves between the interrogator 105 and a sensor element 301 . 302 . 303 the sensor device 300 ,

Wie in 9 gezeigt, sind n Sensorelemente 301, 302, ..., 303 integral mit der optischen Übertragungseinrichtung 200 (optischer Wellenleiter) ausgebildet und seriell entlang der optischen Übertragungseinrichtung 200 angeordnet. Die individuellen Sensorelemente 301, 302, ..., 303 weisen unterschiedliche geometrische Abstände zu der Interrogatoreinrichtung 105 auf, d. h. ein erstes Sensorelement 301 weist einen Abstand d1 auf, ein zweites Sensorelement 302 weist einen Abstand d2 auf und ein n-tes Sensorelement 303 weist einen Abstand d3 auf. Die unterschiedlichen Abstände d1, d2, ..., d3 führen zu unterschiedlichen Laufzeiten des optischen Signals zwischen der Interrogatoreinrichtung 105 und dem jeweiliger. Sensorelement 301, 302, ..., 303.As in 9 are shown, n are sensor elements 301 . 302 , ..., 303 integral with the optical transmission device 200 (Optical waveguide) formed and serially along the optical transmission device 200 arranged. The individual sensor elements 301 . 302 , ..., 303 have different geometric distances to the Interrogatoreinrichtung 105 on, ie a first sensor element 301 has a distance d1, a second sensor element 302 has a distance d2 and an nth sensor element 303 has a distance d3. The different distances d1, d2,..., D3 lead to different transit times of the optical signal between the interrogator device 105 and the respective one. sensor element 301 . 302 , ..., 303 ,

Über eine derartige Laufzeit-Erfassungseinrichtung 113 ist eine Bestimmung eines Sensororts des mindestens einen optischen Sensorelements entlang der optischen Übertragungseinrichtung 200 möglich. Somit sind die aus den mindestens zwei optischen Sensorelementen emittierten optischen Sekundärstrahlungen mittels unterschiedlicher Laufzeiten zwischen jeweiligem optischen Sensorelement und zugehöriger Sende-/Empfangseinheit voneinander unterscheidbar.About such a transit time detection device 113 is a determination of a sensor location of the at least one optical sensor element along the optical transmission device 200 possible. Thus, the optical secondary radiation emitted from the at least two optical sensor elements can be distinguished from one another by means of different transit times between the respective optical sensor element and the associated transmitter / receiver unit.

10 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines optischen Messverfahrens zum Messen einer mechanischen Spannung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in 10 dargestellte Flussdiagramm umfasst im Wesentlichen sechs Schritte S1 bis S6. 10 FIG. 10 is a flow chart illustrating an optical measurement method for measuring a stress according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. This in 10 The flowchart shown essentially comprises six steps S1 to S6.

Die Prozedur startet bei einem Schritt S1 und schreitet fort zu einem Schritt S2, bei dem ein optischer Wellenleiter bereitgestellt wird, der mindestens ein optisches Sensorelement aufweist. Das optische Sensorelement weist einen vorbestimmten und spezifizierbaren Wellenlängen-Abstimmbereich auf.The Procedure starts at a step S1 and proceeds to a Step S2, in which an optical waveguide is provided, having at least one optical sensor element. The optical sensor element has a predetermined and specifiable wavelength tuning range.

In einem nachfolgenden Schritt S3 wird eine optische Primärstrahlung in den optischen Wellenleiter eingestrahlt. Die optische Primärstrahlung erreicht das Sensorelement 301 über den optischen Wellenleiter 304, 200. In einem anschließenden Schritt S4 wird das mindestens eine optische Sensorelement 301, 302, 303 mit einer mechanischen Spannung 409 beaufschlagt.In a subsequent step S3, an optical primary radiation is radiated into the optical waveguide. The optical primary radiation reaches the sensor element 301 over the optical waveguide 304 . 200 , In a subsequent step S4, the at least one optical sensor element 301 . 302 . 303 with a mechanical tension 409 applied.

Schließlich wird, in einem nachfolgenden Schritt S5, mindestens eine optische Sekundärstrahlung aus dem optischen Wellenleiter erfasst. Diese Sekundärstrahlung hängt im Wesentlichen ab von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung und der mechanischen Spannung, die auf das Sensorelement 301, 302, 303 in dem obigen Schritt S4 aufgebracht worden ist.Finally, in a subsequent step S5, at least one optical secondary radiation is detected from the optical waveguide. This secondary radiation essentially depends on the incident primary optical radiation and the mechanical stress on the sensor element 301 . 302 . 303 has been applied in the above step S4.

Die optische Primärstrahlung wird hierbei während des Einstrahlens mindestens innerhalb des Wellenlängen-Ansprechbereichs in der Wellenlänge variiert. Anschließend wird die Prozedur in einem Schritt S6 beendet.The optical primary radiation is doing this during of irradiation at least within the wavelength response range varies in wavelength. Subsequently the procedure is ended in a step S6.

Die Verwendung eines Lasers als eine Lichtquelle 101 weist insbesondere den Vorteil auf, dass Laserstrahlung eine hohe spektrale Leistungsdichte aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Filterfunktion 700 des Faser-Bragg-Gitters eines oder mehrerer Sensorelemente 301, 302, 303 mit hoher Genauigkeit abzutasten.The use of a laser as a light source 101 has the particular advantage that laser radiation has a high spectral power density. In this way it is possible to use the filter function 700 the fiber Bragg grating of one or more sensor elements 301 . 302 . 303 to scan with high accuracy.

Durch das extrem schnelle Scannen der optischen Primärstrahlung während des Einstrahlens über den Wellenlängen-Ansprechbereich des mindestens einen Sensorelements ergibt sich der Vorteil, dass ein sehr schnell messendes optisches Messsystem realisiert werden kann.By the extremely fast scanning of the primary optical radiation during the Radiating over the wavelength response range the at least one sensor element has the advantage that a very fast measuring optical measuring system can be realized can.

Die Verwendung einer monolithisch durchstimmbaren Laserdiode als Lichtquelle 101 in der beschriebenen optischen Messvorrichtung 100 gewährleistet eine Messung ohne den Einfluss störender Vibrationen, thermischer Variationen, Schwankungen in den Betriebsparametern, etc..The use of a monolithically tunable laser diode as a light source 101 in the described optical measuring device 100 ensures a measurement without the influence of disturbing vibrations, thermal variations, fluctuations in the operating parameters, etc ..

Ferner kann ein äußerst kostengünstiges optisches Messsystem realisiert werden, da zur Detektion der aus dem mindestens einen Sensorelement 301, 302, 303 emittierten optischen Sekundärstrahlung lediglich eine schnelle Photodiode erforderlich ist, wobei auf eine spektroskopische Auswertung mittels Spektrometeranordnung verzichtet werden kann.Furthermore, an extremely cost-effective optical measuring system can be realized, since for the detection of the at least one sensor element 301 . 302 . 303 emitted optical secondary radiation only a fast photodiode is required, which can be dispensed spectroscopic evaluation by means of Spektrometeranordnung.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways modifiable.

Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.Also the invention is not limited to the aforementioned applications limited.

100100
optische Messvorrichtungoptical measuring device
101101
Sendeeinheit/LichtquelleTransmitter unit / light source
102102
Empfangseinheit/DetektorReceiver unit / detector
103103
Steuereinrichtungcontrol device
104104
Eingabe-AusgabeeinheitInput-output unit
105105
InterrogatoreinrichtungInterrogatoreinrichtung
106106
Treibereinrichtungdriving means
107107
SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
108108
Datenverarbeitungseinheit/PCData processing unit / PC
109109
Referenzdetektorreference detector
110110
Referenzsignal-VerarbeitungseinrichtungReference signal-processing device
111111
StromsteuereinheitCurrent control unit
112112
TreibersteuereinheitDrive controller
113113
Laufzeit-ErfassungseinrichtungRun time detecting means
200200
Übertragungseinrichtungtransmission equipment
201201
Kopplereinheitcoupler
300300
Sensoreinrichtungsensor device
301301
(erstes) Sensorelement(First) sensor element
302302
zweites Sensorelementsecond sensor element
303303
n-tes Sensorelementnth sensor element
304304
optischer Wellenleiteroptical waveguides
401401
Lichtquellen-BetriebsparameterLight sources operating parameters
402402
Wellenlängen-SteuerstromWavelength control current
403403
erster Wellenlängen-Steuerstromfirst Wavelength control current
404404
zweiter Wellenlängen-Steuerstromsecond Wavelength control current
405405
Referenzsignalreference signal
406406
Messsignalmeasuring signal
407407
optische Primärstrahlungoptical primary radiation
408408
optische Sekundärstrahlungoptical secondary radiation
409409
mechanische Spannungmechanical tension
410410
Steuerbefehlcommand
501501
einfallende Lichtwelleincident light wave
502502
reflektierte Lichtwellereflected light wave
503503
transmittierte Lichtwelletransmitted light wave
505505
optische Achseoptical axis
600600
LaserlichtquelleLaser light source
601601
erster Laserreflektorfirst laser reflector
602602
zweiter Laserreflektorsecond laser reflector
603603
aktives Lasermediumactive laser medium
604604
Laserkopplerlaser coupler
605605
LaserlichtaustrittsfensterLaser light emission window
606606
Lasergehäuselaser housing
607607
emittiertes Laserlichtemitted laser light
608608
erstes Reflektor-Steuerelementfirst Reflector control
609609
zweites Reflektor-Steuerelementsecond Reflector control
700700
Filterfunktionfilter function
701701
Wellenlängewavelength
702702
Reflexionsintensitätreflection intensity
703703
MittenwellenlängeCenter wavelength
704704
Halbwertsbreite (FWHM)FWHM (FWHM)
705705
Abtastpunktsampling
706706
Wellenlängen-AnsprechbereichWavelength response range
707707
Abtastrichtungscan
708708
Laserlinielaser line

Claims (22)

Messvorrichtung (100) zur Erfassung mindestens einer mechanischen Spannung (409), umfassend: eine Lichtquelle (101), ausgelegt zum Aussenden einer in der Wellenlänge variablen optischen Primärstrahlung (407); mindestens ein Sensorelement (301, 302, 303), das mit der mechanischen Spannung (409) beaufschlagbar ist; eine optische Übertragungseinrichtung (200), ausgelegt zur Übertragung der von der Lichtquelle (101) ausgesandten, in der Wellenlänge variablen optischen Primärstrahlung (407) zu dem Sensorelement (301, 302, 303); einen optischen Detektor (102), ausgelegt zur Erfassung mindestens einer optischen Sekundärstrahlung (408) aus dem Sensorelement (301, 302, 303) in Abhängigkeit von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung (407) und der mechanischen Spannung (409); und eine betriebsmäßig mit dem optischen Detektor (102) verbundene Signalverarbeitungseinrichtung (107) zur Bestimmung der mechanischen Spannung (409).Measuring device ( 100 ) for detecting at least one mechanical stress ( 409 ) comprising: a light source ( 101 ) designed to emit a wavelength-variable optical primary radiation ( 407 ); at least one sensor element ( 301 . 302 . 303 ), with the mechanical tension ( 409 ) can be acted upon; an optical transmission device ( 200 ), designed for transmission from the light source ( 101 ) emitted in the wavelength variable optical primary radiation ( 407 ) to the sensor element ( 301 . 302 . 303 ); an optical detector ( 102 ) designed to detect at least one optical secondary radiation ( 408 ) from the sensor element ( 301 . 302 . 303 ) as a function of the irradiated optical primary radiation ( 407 ) and the mechanical stress ( 409 ); and one operationally with the optical detector ( 102 ) connected signal processing device ( 107 ) for determining the mechanical stress ( 409 ). Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der optische Detektor (102) über eine optische Kopplereinheit (201) optisch an die Übertragungseinrichtung (200) gekoppelt ist und ausgelegt ist, eine von dem Sensorelement (301, 302, 303) reflektierte Sekundärstrahlung (408) zu empfangen.Measuring device ( 100 ) according to claim 1, wherein the optical detector ( 102 ) via an optical coupler unit ( 201 ) visually to the transmission device ( 200 ) and is adapted to receive one of the sensor element ( 301 . 302 . 303 ) reflected secondary radiation ( 408 ) to recieve. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (101) einen in der Wellenlänge verstimmbaren Laser umfasst.Measuring device ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the light source ( 101 ) comprises a wavelength tunable laser. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der in der Wellenlänge verstimmbare Laser als eine monolithisch verstimmbare Laserdiode ausgelegt ist, welche mindestens ein Reflektor-Steuerelement (608, 609) zur Variation der Wellenlänge in Abhängigkeit eines Steuerstroms (402, 403) aufweist.Measuring device ( 100 ) according to claim 3, wherein the wavelength tunable laser is designed as a monolithically tunable laser diode comprising at least one reflector control element ( 608 . 609 ) for varying the wavelength as a function of a control current ( 402 . 403 ) having. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, ferner umfassend eine Stromsteuereinheit zur Bereitstellung des Steuerstroms (402, 403).Measuring device ( 100 ) according to claim 3 or 4, further comprising a current control unit for providing the control current ( 402 . 403 ). Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (301, 302, 303) mindestens eines aus der Gruppe eines Faser-Bragg-Gitters, eines Fabry-Perot-Interferometers, und eines Dünnschichtinterferometers umfasst.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 301 . 302 . 303 ) comprises at least one of a group of a fiber Bragg grating, a Fabry-Perot interferometer, and a thin film interferometer. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die optische Übertragungseinrichtung (200) als ein Lichtwellenleiter (304) bereitgestellt ist.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the optical transmission device ( 200 ) as an optical fiber ( 304 ). Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei optische Übertragungseinrichtung (200) integral mit dem Sensorelement (301, 302, 303) ausgebildet ist.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein optical transmission means ( 200 ) integral with the sensor element ( 301 . 302 . 303 ) is trained. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Referenzdetektor (102), welcher ausgelegt ist zur Erfassung eines von einer Strahlungsintensität der optischen Primärstrahlung (407) abhängigen Referenzsignals (405); und eine Referenzsignal-Verarbeitungseinrichtung (110), welche ausgelegt ist zur Verarbeitung des Referenzsignals (405).Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, further comprising: a reference detector ( 102 ) which is designed to detect one of a radiation intensity of the optical primary radiation ( 407 ) dependent reference signal ( 405 ); and a reference signal processing device ( 110 ) which is designed to process the reference signal ( 405 ). Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Sensoreinrichtung (300), welche mindestens zwei Sensorelemente (301, 302, 303) aufweist, wobei die Sensorelemente (301, 302, 303) voneinander verschiedene Wellenlängen-Ansprechbereiche aufweisen.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, further comprising a sensor device ( 300 ), which at least two sensor elements ( 301 . 302 . 303 ), wherein the sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) have mutually different wavelength response ranges. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Laufzeit-Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Sensororts des mindestens eines optischen Sensorelements entlang der optischen Übertragungseinrichtung (200).Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, further comprising a transit time detection device for determining a sensor location of the at least one optical sensor element along the optical transmission device ( 200 ). Messverfahren zum Messen einer mechanischen Spannung (409), mit den Schritten: Bereitstellen eines optischen Wellenleiters (304) mit mindestens einem optischen Sensorelement (301, 302, 303), das einen Wellenlängen-Ansprechbereich aufweist; Einstrahlen einer optischen Primärstrahlung (407) in den optischen Wellenleiter (304); Beaufschlagen des optischen Sensorelements mit der mechanischen Spannung (409); und Erfassen mindestens einer optischen Sekundärstrahlung (408) aus dem optischen Wellenleiter (304) in Abhängigkeit von der eingestrahlten optischen Primärstrahlung (407) und der mechanischen Spannung (409), wobei die optische Primärstrahlung (407) während des Einstrahlens über den Wellenlängen-Ansprechbereich des Sensorelements in der Wellenlänge variiert wird.Measuring method for measuring a mechanical stress ( 409 ), comprising the steps of: providing an optical waveguide ( 304 ) with at least one optical sensor element ( 301 . 302 . 303 ) having a wavelength response range; Irradiation of an optical primary radiation ( 407 ) in the optical waveguide ( 304 ); Applying the optical sensor element with the mechanical tension ( 409 ); and detecting at least one optical secondary radiation ( 408 ) from the optical waveguide ( 304 ) as a function of the irradiated optical primary radiation ( 407 ) and the mechanical stress ( 409 ), wherein the optical primary radiation ( 407 ) is varied in wavelength during irradiation over the wavelength response range of the sensor element. Messverfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine optische Sekundärstrahlung (408) einem Teil der an dem optischen Sensorelement (301, 302, 303) reflektierten optischen Primärstrahlung (407) entspricht.Measuring method according to claim 12, wherein the at least one optical secondary radiation ( 408 ) a part of the optical sensor element ( 301 . 302 . 303 ) reflected primary optical radiation ( 407 ) corresponds. Messverfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine optische Sekundärstrahlung (408) einem Teil der durch das optische Sensorelement (301, 302, 303) transmittierten optischen Primärstrahlung (407) entspricht.Measuring method according to claim 12, wherein the at least one optical secondary radiation ( 408 ) a part of the through the optical sensor element ( 301 . 302 . 303 ) transmitted optical primary radiation ( 407 ) corresponds. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die optische Sekundärstrahlung (408) in der Wellenlänge aufgelöst wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 14, wherein the secondary optical radiation ( 408 ) is resolved in wavelength. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die optische Primärstrahlung (407) über einen Wellenlängen-Abstimmbereich abgestimmt wird, der größer ist als eine Habwertsbreite einer Filterfunktion des mindestens einen optischen Sensorelements.Measuring method according to at least one of claims 12 to 15, wherein the optical primary radiation ( 407 ) is tuned over a wavelength tuning range which is greater than a Habwertsbreite a filter function of the at least one optical sensor element. Messverfahren nach Anspruch 16, wobei das Abstimmen der Wellenlänge der optischen Primärstrahlung (407) über die Halbwertsbreite der Filterfunktion des mindestens einen optischen Sensorelements in einer Zeitdauer in einem Bereich von 10 ns bis 150 ns, vorzugsweise in etwa 100 ns durchgeführt wird.The measuring method according to claim 16, wherein the tuning of the wavelength of the optical primary radiation ( 407 ) is performed over the half width of the filter function of the at least one optical sensor element in a period in a range of 10 ns to 150 ns, preferably in about 100 ns. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das optische Sensorelement (301, 302, 303) mittels UV-Laserstrahlung in die optische Übertragungseinrichtung (200) eingeprägt wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 17, wherein the optical sensor element ( 301 . 302 . 303 ) by means of UV laser radiation in the optical transmission device ( 200 ) is impressed. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei mindestens zwei optischen Sensorelemente (301, 302, 303) seriell mittels der über eine optische Übertragungseinrichtung (200) übertragenen optischen Primärstrahlung (407) angesprochen werden.Measuring method according to at least one of claims 12 to 18, wherein at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) serially by means of an optical transmission device ( 200 ) transmitted optical primary radiation ( 407 ) be addressed. Messverfahren nach Anspruch 19, wobei die an den mindestens zwei optischen Sensorelementen (301, 302, 303) reflektierten optischen Primärstrahlungen (407) mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche der mindestens zwei optischen Sensorelemente (301, 302, 303) voneinander unterscheidbar sind.The measuring method according to claim 19, wherein the at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) reflected primary optical radiation ( 407 ) by means of different wavelength response ranges of the at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) are distinguishable from each other. Messverfahren nach Anspruch 19, wobei die durch die mindestens zwei optischen Sensorelemente (301, 302, 303) transmittierten optischen Primärstrahlungen (407) mittels unterschiedlicher Wellenlängen-Ansprechbereiche der mindestens zwei optischen Sensorelemente (301, 302, 303) voneinander unterscheidbar sind.The measuring method according to claim 19, wherein the at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) transmitted optical primary radiation ( 407 ) by means of different wavelength response ranges of the at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) are distinguishable from each other. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die aus den mindestens zwei optischen Sensorelementen (301, 302, 303) emittierten optischen Sekundärstrahlungen (408) mittels unterschiedlicher Laufzeiten zwischen jeweiligem optischen Sensorelement (301, 302, 303) und zugehöriger Sende/Empfangseinheit voneinander unterscheidbar sind.Measuring method according to at least one of claims 18 to 21, wherein the at least two optical sensor elements ( 301 . 302 . 303 ) emitted secondary optical radiation ( 408 ) by means of different transit times between the respective optical sensor element ( 301 . 302 . 303 ) and associated transceiver unit are distinguishable from each other.
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