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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Kraft- und/oder Momentenmessung, ein Verfahren zur Kraft- und/oder Momentenmessung sowie ein System zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt, beispielsweise an einem Gerät für minimal-invasive Chirurgie.
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Bei Sensoren zur Kraft- und/oder Momentenmessung ist beispielsweise der Einsatz von Faser-Bragg-Gitter (FBG) bekannt. Dabei wird über das von den Faser-Bragg-Gittern reflektierte Licht die Dehnung des Faser-Bragg-Gitters und somit die Dehnung des Objektes, auf dem der Sensor angeordnet ist, bestimmt. Über die Dehnung kann dann eine Kraft und/oder ein Moment, das auf das Objekt einwirkt, bestimmt werden.
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Bei derartigen Messungen ist das Messergebnis jedoch stark von der Temperatur abhängig, da sich das Objekt und somit das Faser-Bragg-Gitter in Abhängigkeit von der Temperatur und abhängig von der einwirkenden Kraft oder dem einwirkenden Moment dehnt und sich auch das Reflektionsverhalten des Faser-Bragg-Gitters aufgrund der thermo-optischen Koeffizienten der Faser, in dem das Faser-Bragg-Gitter eingebracht ist, ändert. Aus der gemessenen Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters kann nachträglich nicht ermittelt werden, welcher Anteil aus der Temperaturänderung und welcher Anteil aus der Dehnungsänderung resultiert.
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Eine bekannte Möglichkeit zur Kompensation besteht darin, beispielsweise über ein weiteres Faser-Bragg-Gitter, die Temperatur an einer Stelle des Objektes mit einem Sensor zu messen und rechnerisch den Anteil der Temperaturänderung aus dem Sensorsignal zu kompensieren. Dabei muss allerdings das zusätzliche Faser-Bragg-Gitter dehnungsisoliert angebracht werden. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass von einer gleichmäßigen Temperatur über den gesamten Sensorkörper ausgegangen wird. Wird ein derartiger Sensor beispielsweise an einem minimal-invasiven Instrument in der Chirurgie eingesetzt, kann nicht von einer bestimmten Temperatur des gesamten Sensors ausgegangen werden, da zum Beispiel Spüllösungen oder der Kontakt mit Organen zu einer inhomogenen Temperaturverteilung des Instrumentes führen können. Der Einsatz von mehreren Messstellen zur Temperaturmessung ist jedoch häufig aus Platzgründen schlecht oder nicht möglich, wobei auch durch zusätzliche Temperatursensoren die gesamte Sensorcharakteristik verändert werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor, ein Verfahren und ein System zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt zu schaffen, bei denen Temperatureinflüsse zumindest weitestgehend kompensiert sind. Dabei soll der Platzbedarf des Sensors möglichst gering gehalten werden.
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Zur Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1, 10 und 17.
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Erfindungsgemäß ist bei einem Sensor zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung einer Dehnung des Objektes in eine Raumrichtung, aus der eine Kraft und/oder ein Moment bestimmbar ist, wobei das Sensorelement eine Lichtleitfaser mit einem Sensorbereich aufweist, in dem ein Faser-Bragg-Gitter eingebracht ist, und das Faser-Bragg-Gitter mit einem vorzugsweise breitbandigem Licht zur Erzeugung eines Reflektionslichtes mit einer Peakwellenlänge beleuchtbar ist, vorgesehen, dass die Lichtleitfaser in dem Sensorbereich mit einem fluoreszierenden Material dotiert ist und das fluoreszierenden Material mit einer Anregungsstrahlung zur Erzeugung einer Fluoreszenzstrahlung mit mindestens einer Hauptemissionswellenlänge bestrahlbar ist, wobei das fluoreszierenden Material eine Anregungsstrahlung und eine Fluoreszenzstrahlung mit Hauptemissionswellenlängen in Wellenlängenbereichen besitzt, die unterschiedlich von dem Wellenlängenbereich der Peakwellenlänge des Reflektionslichtes des Faser-Bragg-Gitters sind.
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Durch die Peakwellenlänge des Reflektionslichtes des Faser-Bragg-Gitters lässt sich die Dehnung des Faser-Bragg-Gitters bzw. des Objektes, an dem der Sensor und somit das Faser-Bragg-Gitter angeordnet ist, bestimmen, wobei die Dehnung aus einem Dehnungsanteil besteht, der durch die auf das Objekt einwirkende Kraft bzw. das auf das Objekt einwirkende Moment hervorgerufen ist und einem Dehnungsanteil, der durch die Temperatur des Objektes entsteht. Ferner wird durch die Temperatur auch der thermo-optische Koeffizient der Lichtleitfaser und somit die Peakwellenlänge des Reflektionslichtes beeinflusst.
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Über die Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung des fluoreszierenden Material lässt sich, beispielsweise über die Fluoreszenzlebensdauer, ein Signal, das von der Dehnung und der Temperatur der Lichtleitfaser und somit des Objektes abhängig ist, bestimmen. Durch das Vorsehen von zwei Messmethoden, dessen Ergebnis sowohl die Dehnung des Objektes als auch die Temperatur des Objektes beinhalten, lässt sich eine Dehnung des Objektes berechnen, bei der die Temperatureinflüsse kompensiert sind. Somit ist die Dehnung des Objektes bestimmbar, die allein durch den Kraft- und/oder Momenteneinfluss auf das Objekt hervorgerufen wird.
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Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht dieses Verfahren, da mit diesem sowohl die Peakwellenlänge eines Reflektionslichtes eines Faser-Bragg-Gitters als auch eine Fluoreszenzstrahlung mit Hauptemissionswellenlänge erzeugbar ist. Dabei ist der Sensor besonders kompakt ausgeführt, da das fluoreszierende Material in der Lichtleitfaser, in der das Faser-Bragg-Gitter eingebracht ist, angeordnet ist. Der Platzbedarf des Sensors ist somit nicht größer als der Platzbedarf eines herkömmlichen Sensors, der auf Faser-Bragg-Gittern beruht, wobei jedoch eine Temperaturkompensation der Messdaten möglich ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensorbereich größer als das Faser-Bragg-Gitter ist. Da der Sensorbereich lediglich mit dem fluoreszierenden Material dotiert ist, besitzt die Fluoreszenzstrahlung eine relativ geringe Signalstärke, sodass durch das Vorsehen eines größeren Sensorbereiches und somit eines größeren Bereiches, der mit fluoreszierendem Material dotiert ist, eine höhere Signalstärke der Fluoreszenzstrahlung bewirkt werden kann. Die Größe des Sensors wird durch diese Maßnahme nicht beeinflusst, da auch das Sensorelement nicht vergrößert werden muss. Es wird lediglich ein weiterer Teil der Lichtleitfaser des Sensorelementes als Sensorbereich genutzt, in dem dieser mit fluoreszierendem Material dotiert ist.
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Das fluoreszierende Material kann beispielsweise ein Seltenerdmetall, vorzugsweise Ytterbium sein. Dieses Material hat sich in Versuchen als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieses Material zur Fluoreszenz bei einer Wellenlänge von 980 nm angeregt werden kann und die Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenz Strahlung in einem Bereich um 1040 nm liegt. Mit diesem Material kann dann ein Faser-Bragg-Gitter verwendet werden, dass im Bereich von 1520 nm–1560 nm Peakwellenlängen besitzt.
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Der Wellenlängenbereich der Anregungsstrahlung liegt somit im Bereich um 980 nm und der Wellenlängenbereich der Hauptemissionswellenlänge liegt um 1040 nm.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, ein anderes fluoreszierendes Material, wie beispielsweise Chrom zu verwenden.
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Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass der Sensorbereich aus einer Singlemodefaser besteht.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensorbereich aus einer polarisationserhaltenen Faser besteht und jedes Sensorelement die Dehnung des Objektes in zwei Raumrichtungen erfasst, wobei die Dehnung des Objektes in die zwei Raumrichtungen über die schnelle Achse der polarisationserhaltenen Faser und die langsamen Achse der polarisationserhaltenen Faser ermittelbar ist. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Sensor besonders klein gehalten werden, da mit einem Sensorelement zwei Dehnungswerte ermittelt werden können. Für einen Sensor, der beispielsweise sechs Dehnungen des Objektes zur Bestimmung von Kräften und Momenten in jeweils drei Raumrichtungen erfassen kann, können beispielsweise nur drei Sensorelemente vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere Sensorelemente zur Bestimmung der Dehnungen vorgesehen sind. Dadurch ist ein Sensor von besonders geringen Abmaßen möglich.
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In einem Sensor, der mehrere Sensorelemente besitzt, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Sensorbereiche jedes Sensorelementes jeweils mit einem fluoreszierenden Material dotiert sind, das von dem fluoreszierenden Material der Sensorbereiche der anderen Sensorelemente unterschiedlich ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass für jeden einzelnen Sensorbereich Messwerte aus der Fluoreszenzstrahlung erhalten werden, da aufgrund des unterschiedlichen fluoreszierenden Material unterschiedliche Hauptemissionswellenlängen der Fluoreszenzstrahlung vorliegen, sodass diese gut voneinander unterschieden und somit einzelnen Sensorelementen zugeordnet werden können.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Sensorbereiche von mehreren Sensorelementen mit dem gleichen fluoreszierenden Material dotiert sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das fluoreszierende Material jedes Sensorelementes eines erfindungsgemäßen Sensors eine Anregungsstrahlung und eine Fluoreszenzstrahlung mit Hauptemissionswellenlängen in Wellenlängenbereichen besitzt, die unterschiedlich von dem Wellenlängenbereich der Peakwellenlängen des Reflektionslichtes aller Faser-Bragg-Gitter sind. Dadurch kann das Signal der Fluoreszenzstrahlung in vorteilhafter Weise von den Signalen der Faser-Bragg-Gitter unterschieden werden.
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Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt vor, wobei die Dehnung des Objektes über eine Lichtleitfaser mit einem Faser-Bragg-Gitter bestimmt und über die Dehnung des Objektes die Kraft und/oder das Moment bestimmt wird, wobei das Faser-Bragg-Gitter mit einem vorzugsweise breitbandigem Licht beleuchtet wird und eine Peakwellenlänge eines Reflektionslichtes erfasst wird. Die Lichtleitfaser ist im Bereich des Faser-Bragg-Gitters mit einem fluoreszierenden Material dotiert und das fluoreszierende Material wird mit einer Anregungsstrahlung zur Erzeugung einer Fluoreszenzstrahlung des fluoreszierenden Materials bestrahlt. Mindestens eine Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung wird detektiert, wobei vorzugsweise die Fluoreszenzlebensdauer der Fluoreszenzstrahlung bestimmt wird. Über die Detektierung der mindestens einen Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung und die Peakwellenlänge des Reflektionslichtes wird die Dehnung des Objektes ohne Temperatureinflüsse bestimmt.
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Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass die Dehnung des Objektes über zwei unterschiedliche Verfahren gemessen wird, sodass die Temperatureinflüsse auf die Messung und die Dehnung des Objektes kompensiert werden können. Dadurch ist eine sehr genaue Messung der Dehnung des Objektes und somit der auf das Objekt einwirkenden Kräfte und/oder Momente möglich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass sich die Anregungsstrahlung und die Hauptemissionswellenlängen der Fluoreszenzstrahlung des fluoreszierenden Materials in Wellenlängenbereichen befinden, die unterschiedlich von dem Wellenlängenbereich der Peakwellenlänge des Reflektionslichtes des Faser-Bragg-Gitters sind. Dadurch wird vermieden, dass sich die Anregungsstrahlung, die Fluoreszenzstrahlung und die Peakwellenlänge des Reflektionslichtes überschneiden, sodass die Signale klar voneinander getrennt sind und sich nicht beeinflussen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere Vorgesehen, dass ein erfindungsgemäßer Sensor verwendet wird.
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Das Verfahren sieht in vorteilhafter Weise vor, dass die Dehnung des Objektes an mehreren Messstellen des Objektes über mehrere Faser-Bragg-Gitter bestimmt wird, wobei für vorzugsweise jede Messstelle über die Detektierung mindestens eine Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung, vorzugsweise über eine Fluoreszenzlebensdauerbestimmung, die Temperatureinflüsse kompensiert werden.
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Da das Objekt an den unterschiedlichen Messstellen unterschiedliche Temperaturen aufweisen kann, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, dass für jede Messstelle die Temperatureinflüsse separat kompensiert werden, sodass eine besonders genaue Messung möglich ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Anregungsstrahlung periodisch ist und die Fluoreszenzlebensdauer über eine Phasenverschiebung zwischen der Anregungsstrahlung und der Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung bestimmt wird. Über die Phasenverschiebung ist die Fluoreszenzlebensdauer auf besonders vorteilhafte Weise bestimmbar.
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Auch ist es möglich, dass das fluoreszierende Material in unterschiedlichen Wellenlängen Licht imitiert, sodass mehrere Hauptemissionswellenlängen vorliegen. Die Auswertung der Messwerte über die Fluoreszenzstrahlung kann dann auch über das Verhältnis der Intensitäten der Hauptemissionswellenlängen erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass die Frequenz der Fassung der Peakwellenlänge des Reflektionslichtes des Faser-Bragg-Gitters höher ist als die Frequenz der Detektierung der Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung. Da über die Fluoreszenzstrahlung im Wesentlichen die Temperatur des Sensors bzw. des Objektes ermittelt wird und die Dehnungsänderungen im Vergleich zu den Temperaturänderungen des Objektes wesentlich schneller sind, ist es ausreichend, wenn die Detektierung der Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung mit einer geringeren Abtastrate erfolgt als die Erfassung der Peakwellenlänge des Reflektionslichtes.
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Die Erfindung sieht ferner ein System zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt vor mit mindestens einem Sensor mit mindestens einem Faser-Bragg-Gitter mit einer ersten Lichtquelle zum Erzeugen eines vorzugsweise breitbandigen Lichtes, das zur Beleuchtung des mindestens einem Faser-Bragg-Gitters mit dem mindestens einem Sensor verbunden ist und mit einem ersten Detektor, vorzugsweise einem Spektrometer, zur Erfassung des von dem Faser-Bragg-Gitters erzeugten Reflektionslichtes und zur Bestimmung einer Peakwellenlänge des Reflektionslichtes. Die Erfindung sieht dabei vor, dass mindestens ein Sensor ein erfindungsgemäßer Sensor ist und dass eine zweite Lichtquelle zur Erzeugung der Anregungsstrahlung für das fluoreszierende Material eines oder mehrerer Sensorelemente und ein zweiter Detektor zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung des fluoreszierenden Materials und Bestimmung mindestens einer Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung mit dem mindestens einem Sensor verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße System ermöglicht auf vorteilhafte Weise die Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt, indem über den erfindungsgemäßen Sensor das Signal aus dem Reflektionslicht des Faser-Bragg-Gitters und das Signal aus der Fluoreszenzstrahlung des fluoreszierenden Materials ausgewertet werden und somit eine Dehnung, bei der Temperatureinflüsse kompensiert sind, bestimmt wird. Auf diese Weise können Kräfte und/oder Momente, die auf das Objekt einwirken, in vorteilhafter Weise und sehr genau bestimmt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sensor, dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System ist es von Vorteil bzw. teilweise notwendig, dass der Sensor kalibriert wird.
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Das erfindungsgemäße System sieht in vorteilhafter Weise vor, dass die zweite Lichtquelle über einen Splitter mit einem dritten Detektor zum detektieren eines Referenzsignals der Anregungsstrahlung verbunden ist. Auf diese Weise ist in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass eine Phasenverschiebung zwischen der Anregungsstrahlung und der Hauptemissionswelle des der Fluoreszenzstrahlung gemessen wird, da die Anregungsstrahlung über den dritten Detektor in Form eines Referenzsignals erfasst wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen System kann die erste Lichtquelle eine ASE-Lichtquelle (Amplified Spontaneous Emission), eine SLED (Superlumineszenzdiode), eine LED (Light Emitting Diode) oder eine EE-LED (Edge Emitting-Light Emitting Diode) sein. Die zweite Lichtquelle kann eine SLED, eine LED oder eine Laserdiode sein.
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Derartige Lichtquellen haben sich als besonders vorteilhaft zur Erzeugung des Lichts zum Beleuchten des Faser-Bragg-Gitters und zur Erzeugung der Anregungsstrahlung herausgestellt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems ist die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle, der erste Detektor und/oder der zweite Detektor über mindestens einen Wellenlängen-abhängigen Koppler (Wavelength Division Multiplexer) mit dem Sensor verbunden. Über einen Wellenlängen-abhängigen Koppler ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass Licht der beiden Lichtquellen in den Sensor zu leiten bzw. von dem Sensor die Fluoreszenzstrahlung und das Reflektionslicht zu den entsprechenden Detektoren zu leiten.
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Bei den erfindungsgemäßen Sensoren, beim erfindungsgemäßen Verfahren oder einem erfindungsgemäßen System, bei dem mehrere Faser-Bragg-Gitter zum Einsatz kommen, kann auch vorgesehen sein, dass die Faser-Bragg-Gitter unterschiedliche Gitterperioden aufweisen, sodass die Peakwellenlängen des Reflektionslichtes der Faser-Bragg-Gitter bei gleicher Dehnung unterschiedlich und somit voneinander unterscheidbar sind. Dadurch wird ermöglicht, dass auf eine einfache Art und Weise die Signale der unterschiedlichen Faser-Bragg-Gitter voneinander unterschieden und einzeln ausgewertet werden können.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur die Erfindung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt schematisch das erfindungsgemäße System 1 zur Kraft- und/oder Momentenmessung an einem Objekt. Das Objekt ist in der Figur nicht dargestellt.
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Das erfindungsgemäße System 1 weist mindestens einen Sensor 2, eine erste Lichtquelle 3, eine zweite Lichtquelle 4, einen ersten Detektor 5 und einen zweiten Detektor 6 auf.
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Der Sensor 2 besteht aus einer Lichtleitfaser, die einen Sensorbereich 8 aufweist. In dem Sensorbereich 8 ist ein Faser-Bragg-Gitter 10 angeordnet. In dem Sensorbereich 8 ist die Lichtleitfaser 7 mit einem fluoreszierenden Material dotiert, das in der Figur nicht dargestellt ist.
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Die erste Lichtquelle 3 und die zweite Lichtquelle 4 sind über Lichtleiter 11, 11a, 11b und Kopplerelemente 12a, 12b mit dem Sensor 2 verbunden. Ebenfalls über Lichtleiter 11, 11a, 11b sind auch der erste Detektor 5 und der zweite Detektor 6 mit dem Sensor 2 verbunden.
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Die erste Lichtquelle 3 erzeugt vorzugsweise ein breitbandiges Licht, das über Lichtleiter 11, 11a und einen ersten Koppler 12a in den Sensor 2 geleitet wird. Dort wird das Licht von dem Faser-Bragg-Gitter 10 als Reflektionslicht reflektiert. Das Reflektionslicht besitzt dabei eine Peakwellenlänge. Das Reflektionslicht wird über den Lichtleiter 11 und den ersten Koppler 12a zu dem ersten Detektor 5 geleitet, der das Reflektionslicht und gegebenenfalls das Spektrum des Reflektionslichtes detektiert, woraus die Peakwellenlänge ermittelbar ist. Der erste Detektor 5 kann beispielsweise ein Spektrometer sein.
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Wird das in der Figur nicht dargestellte Objekt und somit der auf dem Objekt angeordnete Sensor 2 gedehnt, wird eine Reflexionslicht mit einer anderen Peakwellenlänge reflektiert, sodass über die Änderung der Peakwellenlänge auf die Dehnung des Sensors 2 und somit auf die Dehnung des Objektes geschlossen werden kann. Die Dehnung des Objektes entsteht jedoch aufgrund von Kraft- und/oder Momenteneinflüssen auf das Objekt und aufgrund von Temperatureinflüssen auf das Objekt. Ferner wird der Sensor 2 durch die Temperatur ebenfalls beeinflusst, da der thermo-optische Koeffizient der Faser sich ändern kann.
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Um die Temperatureinflüsse zu kompensieren, wird von der zweiten Lichtquelle 4 eine Anregungsstrahlung für das fluorzierende Material über die Lichtleiter 11, 11b, den zweiten Koppler 12b und den ersten Koppler 12a zu dem Sensor 2 geleitet. Die Anregungsstrahlung regt das fluoreszierende Material zu einer Fluoreszenzstrahlung an und die Fluoreszenzstrahlung wird über die Lichtleiter 11, 11b, den ersten Koppler 12a und den zweiten Koppler 12b zu dem zweiten Detektor 6 geleitet. Der zweite Detektor 6 detektiert die Fluoreszenzstrahlung und eine Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung. Die Anregungsstrahlung wird von dem der zweiten Lichtquelle 4 über einen Splitter 14 gesplittet und an einen dritten Detektor 15 geleitet, der ein Referenzsignal der Anregungsstrahlung detektiert. Über einen Vergleich des Referenzsignals der Anregungsstrahlung und der Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung lässt sich eine Phasenverschiebung und somit die Fluoreszenzlebensdauer des Fluoreszenzlichtes berechnen. Die Fluoreszenzlebensdauer ist ein Maß für die Dehnung des Sensorelementes und die Temperatur des Sensorelementes und erlaubt somit Rückschlüsse auf die Temperatur des Objektes. Mit Hilfe der Messwerte aus der Peakwellenlänge des Reflektionslichtes des Faser-Bragg-Gitters und der Phasenverschiebung zwischen Fluoreszenzstrahlung und Anregungsstrahlung lässt sich die Temperatur des Sensorelementes und somit des Objektes bestimmen, wodurch sich die Dehnung des Objektes mit kompensierten Temperatureinflüssen errechnen lässt. Über diese Dehnung kann dann die auf das Objekt ausgeübte Kraft bzw. das auf das Objekt ausgeübte Moment bestimmt werden.
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Das breitbandige Licht der ersten Lichtquelle 3 kann über einen Splitter 13 geleitet werden, der das Licht aufteilt, sodass das Licht in mehrere Sensorelemente 7 oder Sensoren 2 geleitet werden kann, wie schematisch angedeutet ist.
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Der zweite Splitter 14 kann die Anregungsstrahlung der zweiten Lichtquelle 4 ebenfalls weiter aufteilen, sodass die Anregungsstrahlung ebenfalls in weitere Sensorelemente 7 bzw. Sensoren 2 geleitet werden kann.
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Der erste und der zweite Koppler 12a, 12b können Wellenlängen-abhängige Koppler (Wavelength Division Multiplexer) sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist das fluoreszierende Material derart gewählt, dass die Anregungsstrahlung und die Hauptemissionswellenlänge der Fluoreszenzstrahlung in einem Wellenlängenbereich liegen, die von dem Wellenlängenbereich, in dem sich die Peakwellenlängen des Faser-Bragg-Gitters in Abhängigkeit von der Dehnung befinden, unterschiedlich sind. Dadurch ist eine klare Trennung der einzelnen Signale, beispielsweise über den Koppler 12a möglich.
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Der erfindungsgemäße Sensor 2 kann mehrere Sensorelemente 7 aufweisen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Faser-Bragg-Gitter 10 der einzelnen Sensorelemente 7 eine unterschiedliche Gitterperiode haben, sodass bei gleicher Dehnung die einzelnen Faser-Bragg-Gitter 10 ein Reflektionslicht erzeugen, das unterschiedliche Peakwellenlängen besitzt. Auf diese Weise kann mit der gleichen Lichtquelle 3 eine Vielzahl von Faser-Bragg-Gittern 10 bestrahlt werden und ist dennoch eine gute Auswertung des von den mehreren Faser-Bragg-Gittern 10 reflektierten Reflektionslicht möglich. Es ist insbesondere möglich, mehrere Sensorelemente 7 des Sensors 2 in einer einzigen Lichtleitfaser anzuordnen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass bei mehreren Sensorelementen 7 ein unterschiedliches fluoreszierendes Material vorgesehen ist, das die Lichtleitfaser in den Sensorbereichen 8 dotiert. Durch das unterschiedliche fluoreszierende Material ist eine unterschiedliche Anregungsstrahlung und eine unterschiedliche Hauptemissionswellenlänge des Fluoreszenzlichtes möglich, sodass bei der Auswertung der Signale klar zwischen den einzelnen Sensorelementen unterschieden werden kann.
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Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass der erste Detektor 5 und der zweite Detektor 6 für mehrere Messstellen genutzt werden.
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Die erste Lichtquelle kann beispielsweise eine ASE-Quelle (Amplified Spontaneous Emission) eine SLED (Superlumineszenzdiode) eine LED (Light Emitting Diode) oder eine EE-LED (Edge Emitting-Light Emitting Diode) sein.
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Die zweite Lichtquelle kann eine SLED, eine LED oder eine Laserdiode sein.
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Auch ist es möglich, dass die Fluoreszenzlebensdauer durch impulsartige oder rechteckförmige Anregung der Fluoreszenz und anschließender Intensitätsmessung erfolgen, beispielsweise durch Bestimmung der Abfallszeit der Intensität.
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Das fluoreszierende Material kann ein Seltenerdmetall, beispielsweise Ytterbium sein.
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Die zweite Lichtquelle kann auch eine modulierte ASE-Quelle, eine modulierte Superlumineszenzdiode oder eine modulierte LED sein. Die Anregungsstrahlung kann auch durch einen Depolarisator depolarisiert werden, um Polarisationseffekte zu minimieren. Der dritte Detektor 15 kann beispielsweise auch eine Fotodiode, die direkt in der zweiten Lichtquelle 4 angeordnet ist. Auch ist es möglich, über ein Ansteuersignal der zweiten Lichtquelle 2 des Referenzsignales für die Berechnung der Phasenverschiebung zu erhalten.
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Es können mehrere dritte Detektoren vorgesehen sein, die für jede Messstelle die Fluoreszenzstrahlung messen.
