DE102012108203A1 - Device for detecting metallic objects in the region of an inductive charging device for electric vehicles - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen im Bereich einer induktiven Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge (20), umfassend mindestens eine Lichtquelle (3, 13), mindestens einen Lichtleiter (1, 12), in den von der mindestens einen Lichtquelle (3, 13) ausgehendes Licht eingekoppelt werden kann, sowie Auswertemittel zur Auswertung des aus dem mindestens einen Lichtleiter (1, 12) ausgekoppelten Lichts, wobei die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass die Auswertemittel zwar das Vorhandensein einer lokalen Temperaturerhöhung des mindestens einen Lichtleiters (1, 12), nicht jedoch deren Position bestimmen oder bestimmen können.Device for the detection of metallic objects in the area of an inductive charging device for electric vehicles (20), comprising at least one light source (3, 13), at least one light guide (1, 12) into the light coming from the at least one light source (3, 13) can be coupled in, as well as evaluation means for evaluating the light coupled out of the at least one light guide (1, 12), the device being designed in such a way that the evaluation means does not, however, indicate the presence of a local temperature increase in the at least one light guide (1, 12) determine or be able to determine their position.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen im Bereich einer induktiven Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge sowie eine induktive Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge mit einer derartigen Vorrichtung.The present invention relates to a device for detecting metallic objects in the region of an inductive charging device for electric vehicles and to an inductive charging device for electric vehicles with such a device.
Definitionen: Wenn im Folgenden die Begriffe Licht, optische Strahlung oder optisches Signal verwendet werden, ist damit elektromagnetische Strahlung im optischen Spektralbereich, insbesondere vom XUV bis zum FIR, gemeint.Definitions: When the terms light, optical radiation or optical signal are used, it means electromagnetic radiation in the optical spectral range, in particular from XUV to FIR.
Beim Laden von Elektrofahrzeugen an induktiven Ladevorrichtungen besteht das Problem, dass metallische Gegenstände zwischen den Spulen aufgeheizt werden können. Die teilweise recht kleinen heißen Gegenstände wie beispielsweise Münzen sollen auf größeren Flächen (einige dm2 bis einige m2) zuverlässig und rasch erkannt werden. Dabei dürfen keine metallischen Sensoren verwendet werden. Die Lösung soll kostengünstig sein. Ein Erkennen der genauen Position des Gegenstands ist nicht wichtig.When charging electric vehicles to inductive charging devices, there is the problem that metallic objects can be heated between the coils. The sometimes quite small hot objects such as coins should be reliably and quickly detected on larger areas (some dm 2 to several m 2 ). In doing so, no metallic sensors may be used. The solution should be cost-effective. Recognizing the exact location of the item is not important.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist somit die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die kostengünstig ist und/oder mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Erkennung von metallischen Gegenständen im Bereich einer Ladevorrichtung von Elektrofahrzeugen ermöglicht. Weiterhin soll eine Ladevorrichtung der eingangs genannten Art angegeben werden.The problem underlying the present invention is thus to provide a device of the type mentioned, which is inexpensive and / or allows a simple detection of metallic objects in the range of a charging device of electric vehicles. Furthermore, a loading device of the type mentioned is to be specified.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine induktive Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.This is inventively achieved by a device having the features of
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine Lichtquelle, mindestens einen Lichtleiter, in den von der mindestens einen Lichtquelle ausgehendes Licht eingekoppelt werden kann, sowie Auswertemittel zur Auswertung des aus dem mindestens einen Lichtleiter ausgekoppelten Lichts umfasst, wobei die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass die Auswertemittel zwar das Vorhandensein einer lokalen Temperaturerhöhung des mindestens einen Lichtleiters, nicht jedoch deren Position bestimmen oder bestimmen können. Durch diese Gestaltung kann die Vorrichtung einfach aufgebaut sein und damit kostengünstig hergestellt werden. Die Verwendung eines Lichtleiters als Sensormittel gewährleistet, dass der Sensor im Bereich der induktiven Ladevorrichtung als nichtmetallischer Sensor ausgebildet sein kann.According to
Es besteht die Möglichkeit, dass der mindestens eine Lichtleiter eine Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern (FGB) aufweist. Die Vorrichtung kann somit ein faseroptisches Sensorsystem sein, das Faser-Bragg-Gitter verwendet, also optische Gitter, die sich im Kern eines Lichtleiters befinden.There is the possibility that the at least one light guide has a plurality of fiber Bragg gratings (FGB). The device may thus be a fiber optic sensor system using fiber Bragg gratings, that is, optical gratings located in the core of a light guide.
Es ist aus anderen Anwendungsgebieten bekannt, einzelne Faser-Bragg-Gitter oder Ketten von Faser-Bragg-Gittern zur Messung einer Temperatur (oder einer Dehnung) an einzelnen oder mehreren Positionen einzusetzen. Dabei wird mit einem spektroskopischen Verfahren die Position des Reflexionspeaks des oder der Faser-Bragg-Gitter bestimmt und aus den Veränderungen der Position die Temperatur oder die Dehnung bestimmt. Für die Messung mehrerer Faser-Bragg-Gitter werden spektrale oder zeitliche Multiplexverfahren eingesetzt. Das Multiplexen ist teilweise recht aufwändig beziehungsweise beschränkt auch die Zahl der nutzbaren Faser-Bragg-Gitter und/oder die Ortsauflösung. So werden beispielsweise durchstimmbare Laser mit einem Durchstimmbereich von ca. 80 nm eingesetzt und Faser-Bragg-Gitter mit jeweils um 5 nm unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt. Der Abstand von etwa 5 nm ist erforderlich für einen nicht überlappenden Betrieb der Faser-Bragg-Gitter im gesamten Temperatur- und Dehnungsbereich. Kleinere Abstände sind möglich für eingeschränkte Messbereiche. Trotzdem ist die Gesamtzahl der Faser-Bragg-Gitter in einem Messkanal sehr beschränkt, beispielsweise auf typisch 16 Stück mit den genannten Werten. Größere FBG-Zahlen erfordern den Einsatz mehrerer Messkanäle oder des zeitlichen Multiplexen. Zeitliches Multiplexen mit sehr kleinen Abständen (im cm-Bereich) erfordert aber eine komplexe Messtechnik mit hohen Messfrequenzen (GHz-Bereich). Dies ist für die vorliegende Aufgabenstellung zu aufwändig. Außerdem sind die für die vorliegende Aufgabenstellung unter Umständen erforderlichen Zahlen von Messstellen (einige 100 bis einige 10000) mit den bekannten Verfahren nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren.It is known from other fields of application to employ individual fiber Bragg gratings or chains of fiber Bragg gratings to measure a temperature (or strain) at single or multiple positions. In this case, the position of the reflection peak of the fiber or Bragg gratings is determined by a spectroscopic method and determined from the changes in position, the temperature or strain. For the measurement of several fiber Bragg gratings spectral or temporal multiplexing methods are used. The multiplexing is sometimes quite complex or limited also the number of usable fiber Bragg gratings and / or the spatial resolution. For example, tunable lasers with a tuning range of about 80 nm are used and fiber Bragg gratings with wavelengths different by 5 nm are used. The distance of about 5 nm is required for non-overlapping operation of the fiber Bragg gratings throughout the temperature and strain range. Smaller distances are possible for limited measuring ranges. Nevertheless, the total number of fiber Bragg gratings in a measuring channel is very limited, for example to typically 16 pieces with the stated values. Larger FBG numbers require the use of multiple measurement channels or temporal multiplexing. However, temporal multiplexing with very small distances (in the cm range) requires a complex measurement technique with high measurement frequencies (GHz range). This is too costly for the present task. In addition, the required for the present task under certain circumstances numbers of measuring points (some 100 to several 10000) with the known methods can not be realized or only with great effort.
Daher kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern jeweils die gleiche Reflexionswellenlänge aufweisen oder dass die Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern Reflexionswellenlängen aufweisen, die sich um weniger als 1,0 nm, vorzugsweise um weniger als 0,5 nm, insbesondere um weniger als 0,1 nm voneinander unterscheiden. Diese Maßnahme kann die Auswertung der Messsignale beträchtlich vereinfachen.Therefore, in particular, it may be provided that the plurality of fiber Bragg gratings each have the same reflection wavelength or that the plurality of fiber Bragg gratings have reflection wavelengths that are less than 1.0 nm, preferably less than 0.5 nm, in particular by less than 0.1 nm from each other. This measure can considerably simplify the evaluation of the measurement signals.
Die Vorrichtung kann insbesondere so gestaltet sein, dass von dem durch die Faser-Bragg-Gitter reflektierten Licht nur Anteile mit einem vorgegebenen Wellenlängenversatz gegenüber der Reflexionswellenlänge der Faser-Bragg-Gitter erfasst oder verarbeitet werden. Auf diese Weise kann die Änderung der Temperatur oder die Dehnung eines Faser-Bragg-Gitters um einen bestimmten Wert oder oberhalb einer bestimmten Schwelle an einem Signal in der Messanordnung erkannt werden. Es lässt sich dann zwar nicht feststellen, welches Faser-Bragg-Gitter das Signal erzeugt. Das ist aber für die gewünschte Detektion von metallischen Gegenständen im Bereich einer induktiven Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge auch nicht erforderlich. Es ergibt sich somit eine einfache und kostengünstige Vorrichtung, die trotzdem den an sie gestellten Anforderungen genügt.In particular, the device may be designed so that only components with a predetermined wavelength offset relative to the reflection wavelength of the fiber Bragg gratings are detected or processed by the light reflected by the fiber Bragg gratings. In this way, the Changing the temperature or the elongation of a fiber Bragg grating to be detected by a certain value or above a certain threshold on a signal in the measuring arrangement. It is then not possible to determine which fiber Bragg grating generates the signal. However, this is also not necessary for the desired detection of metallic objects in the region of an inductive charging device for electric vehicles. This results in a simple and inexpensive device that still satisfies the demands placed on it.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass die Auswertemittel durch spontane oder stimulierte Brillouin-Streuung in dem mindestens einen Lichtleiter erzeugtes Licht zur Messung einer Temperatur auswerten können. Dabei können im Unterschied zur FBG-Technik Standard-Lichtleiter, wie beispielsweise Single-Mode-Fasern ähnlich denen aus der Telekommunikation, eingesetzt werden, wodurch der Kostenanteil des Sensorkabels vergleichsweise gering ausfallen kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer hohen Zahl von zu erfassenden Messpunkten beziehungsweise bei großen Lichtleiterlängen.According to an alternative embodiment, there is the possibility that the device is designed such that the evaluation means can evaluate light generated by spontaneous or stimulated Brillouin scattering in the at least one light guide for measuring a temperature. In contrast to the FBG technique, standard optical fibers, such as, for example, single-mode fibers similar to those from telecommunications, can be used, whereby the cost portion of the sensor cable can be comparatively low. This is particularly advantageous for a high number of measuring points to be detected or for large optical fiber lengths.
Es ist aus anderen Anwendungsgebieten bekannt, die stimulierte oder spontane Brillouin-Streuung in Lichtleitern zur Messung von Temperatur und Dehnung in Lichtleitern einzusetzen. Leider ist die aus anderen Anwendungsgebieten bekannte Technik für die Brillouin-Messungen sehr aufwändig. In Anbetracht der vorliegenden Aufgabenstellung wird berücksichtigt, dass nur die Existenz einer heißen oder kalten Stelle gemessen werden soll, nicht aber deren Position. Dadurch lässt sich aber auch hier eine deutliche Vereinfachung erzielen. Es zeigt sich, dass auf aufwändige technische Komponenten zur Modulation, Demodulation und zeitaufgelösten Messung, die allein der Ortsbestimmung dienen, verzichtet werden kann.It is known from other fields of application to use stimulated or spontaneous Brillouin scattering in optical fibers for measuring temperature and strain in optical fibers. Unfortunately, the technique known from other fields of application for the Brillouin measurements is very expensive. In view of the present task, it is taken into account that only the existence of a hot or cold spot should be measured, but not their position. As a result, however, a clear simplification can be achieved here as well. It turns out that complex technical components for modulation, demodulation and time-resolved measurement, which are used solely for location determination, can be dispensed with.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Lichtquelle Licht mit einer ersten Wellenlänge aussenden kann und dass die Auswertemittel einen spektralen Filter aufweisen, der Licht mit einer zweiten Wellenlänge durchlässt, wobei die Differenz der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge der Brillouin-Verschiebung bei der zu messenden Temperatur entspricht. Auf diese Weise lässt sich das Erreichen der zu messenden Temperatur durch ein entsprechendes Messsignal aufgrund spontaner Brillouin-Streuung nachweisen. Die zu messende Temperatur kann beispielsweise eine Temperatur sein, bei der von dem Vorhandensein eines durch den Ladevorgang aufgeheizten Gegenstands ausgegangen werden kann.It can be provided that the at least one light source can emit light with a first wavelength and that the evaluation means comprise a spectral filter which transmits light with a second wavelength, wherein the difference of the first wavelength and the second wavelength of the Brillouin shift in the corresponds to the temperature to be measured. In this way, the achievement of the temperature to be measured can be detected by a corresponding measurement signal due to spontaneous Brillouin scattering. The temperature to be measured may be, for example, a temperature at which the presence of an object heated by the charging process can be assumed.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung entweder zwei als Laser ausgebildete Lichtquellen umfasst, die ein erstes Lasersignal mit einer ersten Wellenlänge und ein zweites Lasersignal mit einer zweiten Wellenlänge aussenden können, oder dass die mindestens eine Lichtquelle so ausgebildet ist, dass sie ein erstes Lasersignal mit einer ersten Wellenlänge und ein zweites Lasersignal mit einer zweiten Wellenlänge aussenden kann, wobei die Differenz der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge der Brillouin-Verschiebung bei der zu messenden Temperatur entspricht. Auf diese Weise kann die stimulierten Brillouin-Streuung genutzt werden. Die beiden Lasersignale können dabei von entgegengesetzten Enden in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Stimmt nun an einem oder mehreren Orten innerhalb des Lichtleiters die Brillouin-Frequenz mit dem Wellenlängenunterschied der beiden Lasersignale überein, wird ein „reflektiertes” Signal des Abfragelasers gemessen.It can be provided that the device comprises either two laser sources designed as lasers, which can emit a first laser signal with a first wavelength and a second laser signal with a second wavelength, or that the at least one light source is designed such that it generates a first laser signal with a first wavelength and a second laser signal having a second wavelength, wherein the difference of the first wavelength and the second wavelength corresponds to the Brillouin shift at the temperature to be measured. In this way, the stimulated Brillouin scattering can be used. The two laser signals can be coupled from opposite ends in the light guide. If the Brillouin frequency now coincides with the wavelength difference of the two laser signals at one or more locations within the light guide, a "reflected" signal of the interrogation laser is measured.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung einen interferometrischen Aufbau umfasst, wobei der mindestens eine Lichtleiter Teil dieses interferometrischen Aufbaus ist. Eine Temperaturänderung eines Lichtleiters bewirkt eine Änderung der optischen Länge des Lichtleiters durch mechanische Längenänderung und/oder Änderung des Brechungsindex beziehungsweise der Gruppengeschwindigkeit. Solch eine Längenänderung kann mit einem interferometrischen Aufbau sehr empfindlich nachgewiesen werden.According to an alternative embodiment, there is the possibility that the device comprises an interferometric structure, wherein the at least one light guide is part of this interferometric structure. A temperature change of a light guide causes a change in the optical length of the light guide by mechanical change in length and / or change in the refractive index or the group velocity. Such a change in length can be detected very sensitively with an interferometric structure.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Röhrchen umfasst, das den mindestens einen Lichtleiter derart umgibt, dass er sich bei thermischen Ausdehnungen relativ zu dem Röhrchen bewegen kann. Auf diese Weise wird eine mechanische Entkopplung des mindestens einen Lichtleiters von seiner Umgebung erreicht, so dass die Messungen im Wesentlichen durch die insbesondere lokale Erwärmung des Lichtleiters beeinflusst werden.It can be provided that the device comprises a tube which surrounds the at least one light guide in such a way that it can move relative to the tube during thermal expansion. In this way, a mechanical decoupling of the at least one light guide from its surroundings is achieved, so that the measurements are influenced essentially by the particular local heating of the light guide.
Anspruch 10 sieht vor, dass eine erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Die induktive Ladevorrichtung kann insbesondere eine Primärspule umfassen, die beispielsweise in einer Fahrbahn angeordnet sein kann. Weiterhin kann eine Sekundärspule vorgesehen oder von der induktiven Ladevorrichtung umfasst sein, die insbesondere in einem Fahrzeug untergebracht ist.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Ladevorrichtung eine Platte oder eine Bodenabschnitt umfasst, in dem der mindestens eine Lichtleiter angeordnet ist. Alternativ kann der Lichtleiter auch in dem Fahrzeug angeordnet sein. Das den Lichtleiter umfassende Sensorkabel sollte sich in beiden Fällen nahe an der Oberfläche befinden, um eine ausreichende thermische Kopplung an die zu messenden Gegenstände zu erreichen.There is the possibility that the loading device comprises a plate or a bottom section, in which the at least one light guide is arranged. Alternatively, the light guide can also be arranged in the vehicle. In both cases, the sensor cable should be close to the surface of the fiber optic cable to achieve sufficient thermal coupling to the objects to be measured.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it
In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich bei einem anorganischen beziehungsweise mineralischen Lichtleiter
Die in
Die Terminierung
Das von den Faser-Bragg-Gittern
Mit den Bezugszeichen
Die von dem Empfänger
Ein Faser-Bragg-Gitter
Für die Funktion einer Vorrichtung auf Basis eines Lichtleiters mit Faser-Bragg-Gitter sind folgende Punkte wichtig:
Alle Faser-Bragg-Gitter müssen bei gleicher Temperatur beziehungsweise Dehnung möglichst genau die gleiche Reflexionswellenlänge aufweisen. Dies ist durch ein spezielles Herstellungsverfahren des Lichtleiters zu gewährleisten, bei dem Temperatur und Dehnung der Faser beim Einbringen (Schreiben) der Faser-Bragg-Gitter präzise kontrolliert werden. Auch andere, eventuell für die Gitterperiode wichtige Prozessparameter (Wellenlänge des schreibenden Lasers, Interferometerwinkel, Vortriebsgeschwindigkeit und ähnlich) sind präzise zu kontrollieren. Die Faser-Bragg-Gitter können kontinuierlich oder in kleinen Abständen (beispielsweise 1 cm) in den Lichtleiter eingebracht werden.The following points are important for the function of a device based on a light guide with fiber Bragg gratings:
All fiber Bragg gratings must have as closely as possible the same reflection wavelength at the same temperature or elongation. This is to be ensured by a special manufacturing method of the light guide, in which the temperature and elongation of the fiber during insertion (writing) of the fiber Bragg gratings are precisely controlled. Other process parameters that may be important for the grating period (wavelength of the writing laser, interferometer angle, advancing speed and the like) must also be precisely controlled. The fiber Bragg gratings can be introduced into the light guide continuously or at small intervals (for example 1 cm).
Als Verfahren für das kontinuierliche Einbringen von Faser-Bragg-Gittern eignet sich vorzugsweise ein Kurzpuls-Laser (beispielsweise ein Femtosekunden-Laser), der mit konstanter Wiederholrate Pulse auf den mit konstanter Geschwindigkeit geführten Lichtleiter einstrahlt. Bei entsprechender Fokussierung ändert der Laser die optischen Eigenschaften (Brechungsindex) des Lichtleiters im Kern periodisch und erzeugt somit ein Gitter. Vorteile sind, dass das Faser-Bragg-Gitter kontinuierlich geschrieben werden kann, dass durch den Mantel des Lichtleiters hindurchgeschrieben werden kann und dass die für eine konstante Gitterperiode entscheidenden Parameter (Temperatur, Dehnung, Lichtleiter-Vortriebsgeschwindigkeit und Wiederholrate des Lasers) sehr genau kontrolliert werden können.As a method for the continuous introduction of fiber Bragg gratings is preferably a short-pulse laser (for example, a femtosecond laser), which irradiates pulses at a constant repetition rate on the guided at a constant speed light guide. With appropriate focusing, the laser periodically alters the optical properties (refractive index) of the optical fiber in the core and thus creates a grating. Advantages are that the fiber Bragg grating can be written continuously, that can be written through the cladding of the light guide, and that the parameters decisive for a constant grating period (temperature, strain, optical fiber propulsion speed, and laser repetition rate) are very precisely controlled can.
Alternativ lässt sich eine hohe Zahl von Faser-Bragg-Gittern mit gleicher Gitterperiode beziehungsweise Reflexionswellenlänge beim Ziehen des Lichtleiters vor dem Aufbringen des Mantels mit einem UV-Pulslaser in einer Interferenz-Anordnung oder mit einem Mastergitter (Phasengitter) schreiben. Der UV-Laser nutzt photorefraktive Effekte im Faserkern, die bei der Bestrahlung mit den hochenergetischen UV-Photonen im gegebenenfalls speziell zusammengesetzten Material auftreten. Mit jedem Laserpuls wird ein Faser-Bragg-Gitter geschrieben, dessen Periode durch den Interferenz-Aufbau oder den Master bestimmt wird. Auch hier sind Prozessparameter wie Temperatur und Dehnung sehr genau zu kontrollieren, um Faser-Bragg-Gitter mit möglichst gleicher Reflektionswellenlänge bei gleicher Temperatur und Dehnung zu erhalten.Alternatively, a high number of fiber Bragg gratings with the same grating period or reflection wavelength can be written in an interference arrangement or with a master grating (phase grating) when the optical waveguide is pulled before the jacket is applied with a UV pulsed laser. The UV laser uses photorefractive effects in the fiber core, which occur during the irradiation with the high-energy UV photons in possibly specially composed material. With each laser pulse, a fiber Bragg grating is written whose period is determined by the interference structure or the master. Here too, process parameters such as temperature and strain are to be controlled very precisely in order to obtain fiber Bragg gratings with the same reflection wavelength as possible at the same temperature and elongation.
Für Temperaturmessungen sollte der Lichtleiter mechanisch von der Umgebung derart entkoppelt werden, dass Dehnungen nicht übertragen werden. Dies geschieht vorzugsweise durch loses Einbringen des Lichtleiters
Das Röhrchen
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine oder mehrere fasergekoppelte Lichtquelle(n)
Je nach Bandbreite der Lichtquelle
Die Auswerteelektronik
Die mit einem Lichtleiter mit Faser-Bragg-Gitter versehenen Vorrichtungen können mit einfachen und kostengünstigen Auswertemitteln auskommen, setzen aber den Einsatz des speziell präparierten Lichtleiters mit den Faser-Bragg-Gittern voraus. Die Technik könnte somit vorteilhaft sein, wenn die Zahl der Messpunkte beziehungsweise die Länge des Sensorkabels
Die in
Bei der Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Die von den beiden Lichtquellen
An das Ende mit dem Abfragelasersignal werden Auswertemittel mit einem schmalbandigen Filter
Der Wellenlängenunterschied zwischen den beiden Lasersignalen sollte sehr genau kontrolliert werden. Das geschieht beispielsweise durch die Kopplung zweier Laser über eine optische Phasenregelschleife (Phase locked loop)
Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung zweier Lasersignale mit genau kontrolliertem Wellenlängenunterschied ist, einen einzelnen Laser zu verwenden und durch Modulation der Laserstrahlung (beispielsweise mit einem elektro-optischen Modulator) mit einigen GHz das zweite Signal zu erzeugen. Zur Unterscheidung des Nutzsignals von Störsignalen können Modulationsverfahren (beispielsweise vermittels Lock-in-Technik) eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Abtastlaser mit einer bestimmten Frequenz moduliert werden und das Signal schmalbandig bei derselben Frequenz gemessen werden. Gegebenenfalls sind polarisationswirksame Komponenten vorzusehen.Another possibility for generating two laser signals with precisely controlled wavelength difference is to use a single laser and to generate the second signal by modulating the laser radiation (for example with an electro-optical modulator) at a few GHz. To distinguish the useful signal from interference signals, modulation methods (for example by means of lock-in technology) can be used. For example, the scanning laser may be modulated at a particular frequency and the signal narrowband measured at the same frequency. Optionally, polarization-effective components should be provided.
Es besteht optional die Möglichkeit, bei dem Aufbau gemäß
Das Brillouin-Verfahren ist insbesondere für größere Temperaturunterschiede, wie beispielsweise ab 20°C, geeignet, weil der Brillouin-Peak recht breit ist und somit auch Orte mit einer leicht abweichenden Temperatur zum Signal beitragen. Es besteht die Möglichkeit, die Auflösung dadurch zu verbessern, dass mehrere Brillouin-Verschiebungsfrequenzen gemessen werden und eine Peakanalyse der Amplitudenkurve über der Frequenz durchgeführt wird. The Brillouin method is particularly suitable for larger temperature differences, such as from 20 ° C, because the Brillouin peak is quite wide and thus also contribute to the signal with places with a slightly different temperature. It is possible to improve the resolution by measuring several Brillouin shift frequencies and performing a peak analysis of the amplitude versus frequency curve.
Aus
Eine Temperaturänderung des Lichtleiters
Außerdem ist es erforderlich, den gesuchten Effekt der starken lokalen Erwärmung von anderen Temperaturvariationen zu trennen. Dies ist über das zeitliche Verhalten möglich. Bei der in Frage stehenden Anwendung wird ein metallischer Gegenstand sehr rasch und stark erwärmt. Wenn der Anstieg der optischen Längenänderung relativ zur Zeit betrachtet wird, kann das zu detektierende Ereignis durch die unterschiedlichen Anstiege vor und während des Fließens des Induktionsstroms, erkannt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass unter Umständen auch nach dem Fließen des Induktionsstroms auf das zu detektierende Ereignis geschlossen werden kann.In addition, it is necessary to separate the sought-after effect of strong local heating from other temperature variations. This is possible over the temporal behavior. In the application in question, a metallic object is heated very rapidly and severely. If the increase in the optical length change relative to time is considered, the event to be detected can be detected by the different rises before and during the flow of the induction current. There is the possibility that under certain circumstances, even after the induction current has flowed, the event to be detected can be concluded.
Der in
Bei der interferometrischen Messung ergibt sich je nach Phasenlage der beiden Lichtsignale eine konstruktive oder destruktive Überlagerung. Es können also Änderungen der optischen Weglänge von Bruchteilen der Wellenlänge an Phasenänderungen und somit Änderungen der Signalintensität erkannt werden. Größere Änderungen der optischen Weglänge (mehrfache Wellenlänge des Lichts) können am mehrfachen Durchlaufen von Signalmaxima und -minima erkannt werden.The interferometric measurement results in a constructive or destructive superposition depending on the phase position of the two light signals. It is therefore possible to detect changes in the optical path length of fractions of the wavelength due to phase changes and thus changes in the signal intensity. Larger changes in optical path length (multiple wavelength of light) can be detected by traversing signal maxima and minima multiple times.
Neben Glasfasern können wegen ihrer stärkeren thermischen Dehnung auch polymeroptische Fasern für die interferometrische Messung von Vorteil sein.In addition to glass fibers, because of their greater thermal expansion, polymer optical fibers can also be advantageous for the interferometric measurement.
Es besteht die Möglichkeit, bei der interferometrischen Messung auf die mechanische Entkopplung, insbesondere auf das Röhrchen
Es besteht optional die Möglichkeit, auch bei dem Aufbau gemäß
Für Temperaturmessungen mit sämtlichen der Aufbauten gemäß den
Die induktive Ladevorrichtungen gemäß den
Das Sensorkabel
In der Fahrbahn
Zur Erfassung von Temperaturereignissen auf Oberflächen ist das Sensorkabel
Bei der interferometrischen Messung kann es sinnvoll sein, mehrere Schleifen
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