DE102012108203A1 - Device for detecting metallic objects in the region of an inductive charging device for electric vehicles - Google Patents

Device for detecting metallic objects in the region of an inductive charging device for electric vehicles Download PDF

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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 claim 1 and by an inductive charging device having the features of claim 10. The subclaims relate to preferred embodiments of the invention.

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 claim 1, provision is made for the device to comprise at least one light source, at least one light guide, into which light emanating from the at least one light source and evaluation means for evaluating the light coupled out of the at least one light guide, the device being designed in this way in that the evaluation means can determine or determine the presence of a local temperature increase of the at least one light guide, but not their position. By this design, the device can be simple and thus manufactured inexpensively. The use of a light guide as a sensor means ensures that the sensor in the region of the inductive charging device can be designed as a non-metallic sensor.

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.Claim 10 provides that an inductive charging device according to the invention for electric vehicles comprises a device according to the invention. The inductive charging device may in particular comprise a primary coil, which may be arranged, for example, in a roadway. Furthermore, a secondary coil may be provided or included by the inductive charging device, which is accommodated in particular in a vehicle.

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

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 1 a schematic view of a first embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 2 a schematic view of a second embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 3 a schematic view of a third embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 4 a schematic view of a fourth embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 5 a schematic view of a fifth embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

6 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 6 a schematic view of a sixth embodiment of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

7 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen induktiven Ladevorrichtung; 7 a schematic side view of a first embodiment of an inductive charging device according to the invention;

8 eine schematische Draufsicht auf die induktive Ladevorrichtung gemäß 7; 8th a schematic plan view of the inductive charging device according to 7 ;

9 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen induktiven Ladevorrichtung; 9 a schematic side view of a second embodiment of an inductive charging device according to the invention;

10a ein erstes Verlegungsbeispiel für den mindestens einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 10a a first installation example of the at least one optical fiber of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

10b ein zweites Verlegungsbeispiel für den mindestens einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 10b a second Verlegungsbeispiel for the at least one optical fiber of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

10c ein drittes Verlegungsbeispiel für den mindestens einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 10c a third Verlegungsbeispiel for the at least one optical fiber of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

10d ein viertes Verlegungsbeispiel für den mindestens einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen; 10d A fourth Verlegungsungsbeispiel for the at least one optical fiber of a device according to the invention for the detection of metallic objects;

10e ein fünftes Verlegungsbeispiel für den mindestens einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von metallischen Gegenständen. 10e a fifth installation example of the at least one optical fiber of a device according to the invention for the detection of metallic objects.

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.

1 bis 3 stellen Beispiele einer Vorrichtung dar, die mindestens einen Lichtleiter 1 mit einer Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern 2 umfasst. Die Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern 2 weist möglichst exakt die gleiche Reflexionswellenlänge auf. Insbesondere unterscheiden sich die Reflexionswellenlängen der einzelnen Faser-Bragg-Gittern 2 um weniger als 1,0 nm, vorzugsweise um weniger als 0,5 nm, insbesondere um weniger als 0,1 nm voneinander. 1 to 3 represent examples of a device, the at least one light guide 1 with a plurality of fiber Bragg gratings 2 includes. The majority of fiber Bragg gratings 2 has as exactly as possible the same reflection wavelength. In particular, the reflection wavelengths of the individual fiber Bragg gratings differ 2 less than 1.0 nm, preferably less than 0.5 nm, in particular less than 0.1 nm from each other.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich bei einem anorganischen beziehungsweise mineralischen Lichtleiter 1 die Reflexionswellenlängen der einzelnen Faser-Bragg-Gittern 2 um weniger als 0,1 nm voneinander unterscheiden. Dagegen kann bei einem polymeroptischen Lichtleiter 1 vorgesehen sein, dass sich die Reflexionswellenlängen der einzelnen Faser-Bragg-Gittern 2 um weniger als 1,0 nm voneinander unterscheiden.In this case, it may be provided, in particular, that in the case of an inorganic or mineral optical waveguide 1 the reflection wavelengths of the individual fiber Bragg gratings 2 differ by less than 0.1 nm. In contrast, in a polymer optical fiber 1 be provided that the reflection wavelengths of the individual fiber Bragg gratings 2 differ by less than 1.0 nm.

Die in 1 abgebildete erste Ausführungsform umfasst eine als Laser ausgebildete Lichtquelle 3, von der das zur Messung verwendete Licht ausgeht und beispielsweise über einen optionalen Stecker 4 in den zur Messung verwendeten Lichtleiter 1 eingekoppelt wird. Der Lichtleiter 1 ist an seinem von der Lichtquelle 3 abgewandten Ende mit einer Terminierung 5 versehen.In the 1 The illustrated first embodiment comprises a laser light source 3 from which the light used for measurement goes out and, for example, via an optional plug 4 in the optical fiber used for the measurement 1 is coupled. The light guide 1 is at his from the light source 3 opposite end with a termination 5 Mistake.

Die Terminierung 5 sollte so gestaltet sein, dass am Ende des Lichtleiters eine möglichst geringe Reflexion auftritt, weil das Reflexionssignal die Signale der Faser-Bragg-Gitter 2 überlagern könnte. Hierzu kann das Lichtleiterende beispielsweise eng aufgerollt, schräg abgeschnitten und/oder in ein Material mit ähnlichem Brechungsindex eingebettet werden.The termination 5 should be designed so that the least possible reflection occurs at the end of the light guide, because the reflection signal, the signals of the fiber Bragg gratings 2 could overlap. For this purpose, the optical fiber end, for example, tight rolled up, cut off obliquely and / or embedded in a material with a similar refractive index.

Das von den Faser-Bragg-Gittern 2 zurückreflektierte Licht wird über den Stecker 4 aus dem Lichtleiter 1 ausgekoppelt und einem Empfänger 6 zugeführt. Der Empfänger 6 ist mit einer Auswerteelektronik 7 verbunden, die wiederum mit einer Schnittstelle 8 oder entsprechenden Ausgängen verbunden sein kann.That of the fiber Bragg grids 2 back reflected light is over the plug 4 from the light guide 1 decoupled and a receiver 6 fed. The recipient 6 is with an evaluation electronics 7 connected, in turn, with an interface 8th or corresponding outputs can be connected.

Mit den Bezugszeichen 25 sind in 1 bis 3 faseroptische Kopplungselemente, wie beispielsweise Lichtteiler, Kombinierer, Spektralteiler und Zirkulatoren, bezeichnet. With the reference numerals 25 are in 1 to 3 fiber optic coupling elements, such as light splitters, combiners, spectral splitters and circulators.

Die von dem Empfänger 7 und der Auswerteelektronik 8 und gegebenenfalls Filtern 9 (siehe 2) gebildeten Auswertemittel können so gestaltet sein, dass von dem reflektierten Licht nur Anteile mit einem vorgegebenen Wellenlängenversatz gegenüber der Reflexionswellenlänge der Faser-Bragg-Gitter 2 erfasst oder verarbeitet werden. Auf diese Weise kann die Änderung der Temperatur oder die Dehnung eines Faser-Bragg-Gitters 2 um einen bestimmten Wert oder oberhalb einer bestimmten Schwelle an einem Signal in den Auswertemitteln erkannt werden. Es lässt sich dann zwar nicht feststellen, welches Faser-Bragg-Gitter 2 das Signal erzeugt, das ist aber für die gewünschte Detektion von metallischen Gegenständen im Bereich einer induktiven Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge auch nicht erforderlich.The one from the receiver 7 and the transmitter 8th and optionally filtering 9 (please refer 2 ) formed evaluation means can be designed so that of the reflected light only portions with a predetermined wavelength offset relative to the reflection wavelength of the fiber Bragg gratings 2 be captured or processed. In this way, the change in temperature or the elongation of a fiber Bragg grating 2 be detected by a certain value or above a certain threshold on a signal in the evaluation means. It is then not possible to determine which fiber Bragg grating 2 The signal generated, but this is not required for the desired detection of metallic objects in the field of inductive charging device for electric vehicles.

Ein Faser-Bragg-Gitter 2 in einem anorganischen Glaslichtleiter ändert die Reflexionswellenlänge typischerweise um 0,001%/°C. Das heißt, um eine Temperaturänderung von 50°C gegenüber der Referenztemperatur zu erkennen, muss der spektrale Versatz zwischen Faser-Bragg-Gitter 2 und den Auswertemitteln etwa 0,05% betragen, beispielsweise 0,5 nm bei einer Wellenlänge von 1 μm. Mit einem polymeroptischen Lichtleiter (polymer optical fibre POF) ist die Wellenlängenänderung gegebenenfalls größer (bis zu ca. 20 nm/50°C) und einfacher zu messen. Allerdings muss hier die Abhängigkeit der Reflexionswellenlänge von Feuchte berücksichtigt beziehungsweise ausgeschlossen werden.A fiber Bragg grating 2 in an inorganic glass optical fiber, the reflection wavelength typically changes by 0.001% / ° C. That is, to detect a temperature change of 50 ° C relative to the reference temperature, the spectral offset between fiber Bragg gratings 2 and the evaluation means are about 0.05%, for example, 0.5 nm at a wavelength of 1 micron. With a polymer optical fiber (POF), the wavelength change may be larger (up to about 20 nm / 50 ° C) and easier to measure. However, the dependence of the reflection wavelength of moisture must be considered or excluded here.

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 1 in ein Röhrchen 9 (siehe 1), das beispielsweise einen Durchmesser von 1 mm bis 5 mm aufweisen kann. Dabei ist eine gewisse Überlänge des Lichtleiters 1 gegenüber dem Röhrchen 9 sinnvoll, um spannungsfreie thermische Ausdehnungen zu ermöglichen. Das Röhrchen 9 besteht insbesondere aus Kunststoff.For temperature measurements, the optical fiber should be mechanically decoupled from the environment such that strains are not transmitted. This is preferably done by loose introduction of the light guide 1 in a tube 9 (please refer 1 ), which may for example have a diameter of 1 mm to 5 mm. There is a certain excess length of the light guide 1 opposite the tube 9 useful to allow stress-free thermal expansion. The tube 9 consists in particular of plastic.

Das Röhrchen 9 bietet gleichzeitig einen mechanischen Schutz für den Lichtleiter 1. Ein den Lichtleiter 1 und das Röhrchen 9 umfassendes Sensorkabel 10 (siehe 7) kann weitere Komponenten zum Schutz des Lichtleiters 1 enthalten, die diesen beispielsweise gegen Zug, Druck, chemische und biologische Einflüsse schützen. Gegebenenfalls kann bei Verwendung von POF auf die mechanische Entkopplung verzichtet werden, weil hier der Temperatureffekt größer als der mechanische Effekt sein kann. Für Dehnungsmessungen ist der Lichtleiter 1 nicht zu entkoppeln, sondern mechanisch gut an den zu messenden Gegenstand anzukoppeln, um eine entsprechende Übertragung der Dehnung zu ermöglichen.The tube 9 at the same time provides mechanical protection for the light guide 1 , A the light guide 1 and the tube 9 comprehensive sensor cable 10 (please refer 7 ) may contain other components to protect the light guide 1 contain, for example, against tensile, pressure, chemical and biological influences. Optionally, when using POF on the mechanical decoupling can be omitted, because here the temperature effect can be greater than the mechanical effect. For strain measurements, the light guide is 1 not to decouple, but mechanically good to be coupled to the object to be measured in order to allow a corresponding transmission of the strain.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine oder mehrere fasergekoppelte Lichtquelle(n) 3 und eine Nachweisvorrichtung, die ebenfalls an den Lichtleiter 1 angeschlossen ist. Beispielsweise umfasst die Vorrichtung gemäß 3 drei Lichtquellen 3. Die mindestens eine Lichtquelle 3 kann schmal- (Bandbreite etwa < 1 nm) oder breitbandig (> 1 nm) sein.A device according to the invention comprises one or more fiber-coupled light source (s) 3 and a detection device, also to the optical fiber 1 connected. For example, the device according to 3 three light sources 3 , The at least one light source 3 may be narrow (bandwidth about <1 nm) or broadband (> 1 nm).

Je nach Bandbreite der Lichtquelle 3 kann die Vorrichtung Filtermittel 11 zum Herausfiltern der zu messenden Wellenlängen enthalten (siehe beispielsweise die Ausführungsform gemäß 2). Die Filterelemente 11 können sich im Lichtweg vor oder nach dem Sensorkabel befinden. Die Vorrichtung umfasst ein oder mehrere Empfänger 6 für den Nachweis, die auch als Filtermittel wirken können. Es besteht die Möglichkeit, dass Schalt- oder Modulationstechniken benutzt werden, um Nutzsignale von Störsignalen zu trennen.Depending on the bandwidth of the light source 3 the device can filter medium 11 for filtering out the wavelengths to be measured (see for example the embodiment according to FIG 2 ). The filter elements 11 can be in the light path before or after the sensor cable. The device comprises one or more receivers 6 for detection, which can also act as a filter medium. There is a possibility that switching or modulation techniques may be used to isolate payloads from interfering signals.

Die Auswerteelektronik 7 verstärkt und misst die empfangenen Signale, bewertet sie hinsichtlich vorgegebener Kriterien und löst entsprechende Ausgangssignale aus.The evaluation electronics 7 amplifies and measures the received signals, evaluates them with respect to predetermined criteria and triggers corresponding output signals.

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 10 soweit beschränkt sind, dass der Preis des Lichtleiters nicht zu hoch wird.The devices provided with an optical fiber with fiber Bragg gratings can do with simple and inexpensive evaluation means, but require the use of specially prepared light guide with the fiber Bragg gratings. The technique could thus be advantageous if the number of measurement points or the length of the sensor cable 10 are limited so that the price of the light guide is not too high.

Die in 4 und 5 abgebildeten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nutzt die Brillouin-Streuung in einem oder mehreren Lichtleitern 12. Dieser mindestens eine Lichtleiter 12 weist kein Faser-Bragg-Gitter auf. Vielmehr kann er als Standard-Lichtleiter, beispielsweise als Single-Mode-Faser ähnlich denen aus der Telekommunikation ausgebildet sein.In the 4 and 5 Illustrated embodiments of a device according to the invention uses the Brillouin scattering in one or more light guides 12 , This at least one light guide 12 does not have a fiber Bragg grating. Rather, it can be designed as a standard optical fiber, for example as a single-mode fiber similar to those from telecommunications.

Bei der Ausführungsform gemäß 4 wird die spontane Brillouin-Streuung gemessen. Die Lichtquelle 3 kann als schmalbandiger Laser (Bandbreite beispielsweise 10 MHz oder kleiner) ausgebildet sein. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der Laser mit einem Temperatur- beziehungsweise Stromregler 13 verbunden. Der Empfänger 6 ist mit einem vorgesetzten schmalbandigen Filter 11 versehen. Der beispielsweise als Fabry-Perot ausgebildete Filter sollte einen spektralen Versatz gegenüber der Laserwellenlänge aufweisen, der der Brillouin-Verschiebung bei der zu messenden Temperatur entspricht. Dann lässt sich das Erreichen der Temperatur durch ein entsprechendes Messsignal nachweisen.In the embodiment according to 4 the spontaneous Brillouin scattering is measured. The light source 3 can be designed as a narrow-band laser (bandwidth, for example, 10 MHz or smaller). In the illustrated embodiment, the laser with a temperature or current regulator 13 connected. The recipient 6 is with a superior narrowband filter 11 Mistake. For example, the filter formed as a Fabry-Perot should have a spectral offset from the laser wavelength corresponding to the Brillouin shift at the temperature to be measured. Then reaching the temperature can be detected by a corresponding measurement signal.

Bei der Ausführungsform gemäß 5 wird die stimulierten Brillouin-Streuung gemessen. Für die Nutzung der stimulierten Brillouin-Streuung verwendet die Ausführungsform gemäß 5 zwei als schmalbandige Laser ausgebildete Lichtquellen 3, 14, die schmalbandige Lasersignale (Anregungs- und Abfragelaser) mit einer um die zu messende Brillouin-Verschiebung unterschiedlichen Wellenlänge aussenden. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der erste Laser mit einem ersten Temperatur- beziehungsweise Stromregler 13 verbunden. Weiterhin ist der zweite Laser mit einem zweiten Temperatur- beziehungsweise Stromregler 15 verbunden.In the embodiment according to 5 the stimulated Brillouin scattering is measured. For the use of the stimulated Brillouin scattering, the embodiment according to FIG 5 two trained as narrow-band laser light sources 3 . 14 which emit narrow-band laser signals (excitation and interrogation laser) with a wavelength different from the Brillouin shift to be measured. In the illustrated embodiment, the first laser with a first temperature or current regulator 13 connected. Furthermore, the second laser with a second temperature or current regulator 15 connected.

Die von den beiden Lichtquellen 3, 14 ausgehenden Lasersignale werden von entgegengesetzten Enden in den Lichtleiter 12 eingekoppelt. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass der Lichtleiter 12 auf der in 5 rechten Seite um 180° gebogen ist und durch das Röhrchen 9 zurückläuft.The of the two light sources 3 . 14 outgoing laser signals are from opposite ends in the light guide 12 coupled. This happens in particular in that the light guide 12 on the in 5 right side is bent 180 ° and through the tube 9 running back.

An das Ende mit dem Abfragelasersignal werden Auswertemittel mit einem schmalbandigen Filter 11, einem Empfänger 6 und einer Auswerteelektronik 8 angekoppelt. Stimmt nun an einem oder mehreren Orten innerhalb des Lichtleiters 12 die Brillouin-Frequenz aufgrund der Temperatur des Ortes mit dem Wellenlängenunterschied der beiden Lasersignale überein, wird ein „reflektiertes” Signal des Abfragelasers gemessen.At the end with the interrogation laser signal are evaluation means with a narrowband filter 11 , a receiver 6 and an evaluation 8th coupled. Is now true at one or more locations within the light guide 12 the Brillouin frequency due to the temperature of the location with the wavelength difference of the two laser signals, a "reflected" signal of the interrogation laser is measured.

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) 16, die den Strom oder die Temperatur der Laser regelt (siehe dazu 5).The wavelength difference between the two laser signals should be very closely controlled. This happens, for example, through the coupling of two lasers via an optical phase locked loop (phase locked loop). 16 , which regulates the current or the temperature of the lasers (see 5 ).

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 5 mindestens ein polarisationswirksames oder phasenwirksames Element 26 vorzusehen, das in 5 gestrichelt angedeutet ist. Insbesondere für die optimale Wechselwirkung der beiden Lasersignale ist eine passende Polarisation erforderlich.There is an optional possibility in the design according to 5 at least one polarization-effective or phase-effective element 26 to provide in 5 indicated by dashed lines. In particular, for the optimal interaction of the two laser signals a suitable polarization is required.

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 6 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich, die einen interferometrischen Aufbau umfasst, wobei der mindestens eine Lichtleiter 12 Teil dieses interferometrischen Aufbaus ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Lichtleiter 12 auf der in 6 rechten Seite um 180° gebogen und verläuft durch das Röhrchen 9 zurück.Out 6 an embodiment of a device according to the invention can be seen, which comprises an interferometric structure, wherein the at least one light guide 12 Part of this interferometric structure is. Also in this embodiment, the light guide 12 on the in 6 bent right 180 ° and passes through the tube 9 back.

Eine Temperaturänderung des Lichtleiters 12 bewirkt eine Änderung der optischen Länge des Lichtleiters 12 durch mechanische Längenänderung und/oder Änderung des Brechungsindex beziehungsweise der Gruppengeschwindigkeit. Solch eine Längenänderung kann mit einem interferometrischen Aufbau sehr empfindlich nachwiesen werden. Die optische Längenänderung wird allerdings integral über den gesamten Lichtleiter 12 gemessen. Daher ist eine gute mechanische Entkopplung des Lichtleiters, insbesondere von dem Röhrchen 9 erforderlich.A temperature change of the light guide 12 causes a change in the optical length of the light guide 12 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 design. The optical change in length, however, becomes integral over the entire light guide 12 measured. Therefore, a good mechanical decoupling of the light guide, in particular of the tube 9 required.

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 6 abgebildete Aufbau umfasst eine Lichtquelle 3 mit ausreichender Kohärenzlänge, wie insbesondere einen Laser, entsprechende Strahlteiler und Strahlkombinierer, die zu messende Schleife des Lichtleiters 12, die insbesondere mechanisch entkoppelt ist, sowie den Empfänger 6 und die Auswerteelektronik 7. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, polarisationswirksame Komponenten vorzusehen.The in 6 The illustrated construction includes a light source 3 with sufficient coherence length, such as in particular a laser, corresponding beam splitter and beam combiner, the loop of the light guide to be measured 12 , which in particular is mechanically decoupled, as well as the receiver 6 and the transmitter 7 , There is also the possibility of providing polarization-effective components.

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 9, zu verzichten. Dann wird zwar nicht nur die thermische Ausdehnung (und die Brechungsindexänderung) des Lichtleiters 12, sondern auch eine Ausdehnung der Matrix gemessen. Diese kann aber auch auf einen thermischen Effekt zurückzuführen sein und somit zur Detektion des gewünschten Ereignisses beitragen.There is the possibility in the interferometric measurement on the mechanical decoupling, in particular on the tube 9 , to renounce. Then not only the thermal expansion (and the refractive index change) of the light guide becomes 12 but also measured an extension of the matrix. However, this can also be due to a thermal effect and thus contribute to the detection of the desired event.

Es besteht optional die Möglichkeit, auch bei dem Aufbau gemäß 6 mindestens ein polarisationswirksames oder phasenwirksames Element 26 vorzusehen, das in 6 gestrichelt angedeutet ist. Insbesondere für die optimale Wechselwirkung der beiden Lichtsignale ist eine passende Polarisation erforderlich. Weiterhin kann mit der Änderung der Phase der Arbeitspunkt in der Interferometrie gemäß 6 eingestellt werden.There is an option, also in the structure according to 6 at least one polarization-effective or phase-effective element 26 to provide in 6 indicated by dashed lines. In particular, for the optimal interaction of the two light signals a suitable polarization is required. Furthermore, with the change of phase, the operating point in the interferometry according to 6 be set.

Für Temperaturmessungen mit sämtlichen der Aufbauten gemäß den 1 bis 6 sollte das mit dem Lichtleiter 1, 12 versehene Sensorkabel 10 in thermischem Kontakt mit dem zu messenden Gegenstand stehen. Dies kann durch Einbringen des Sensorkabels 10 in den Gegenstand (beispielsweise durch Einbau, Einbetonnieren oder Vergießen) oder durch äußere Anbindung beziehungsweise räumlich benachbarte Platzierung erfolgen.For temperature measurements with all the superstructures according to 1 to 6 should that be with the light guide 1 . 12 provided sensor cable 10 in thermal contact with the object to be measured. This can be done by inserting the sensor cable 10 into the object (for example, by installation, concreting or casting) or by external connection or spatially adjacent placement.

Die induktive Ladevorrichtungen gemäß den 7 bis 9 umfassen jeweils eine Primärspule 17, die in eine Fahrbahn 18 eingebaut ist. Weiterhin ist eine Sekundärspule 19 vorgesehen, die in ein Fahrzeug 20 eingebaut ist.The inductive charging devices according to the 7 to 9 each comprise a primary coil 17 in a lane 18 is installed. Furthermore, a secondary coil 19 provided in a vehicle 20 is installed.

7 und 8 zeigen schematisch eine Ladevorrichtung, bei der das Sensorkabel 10 in die Fahrbahn 18 eingebaut ist. Die Primärspule 17 ist mit einer Stromversorgung 21 und einer Steuerung 22 verbunden. Das Sensorkabel 10 ist mit einem Messgerät 23 verbunden, das die im Zusammenhang mit den 1 bis 6 beschriebenen Komponenten wie mindestens eine Lichtquelle 3, 14 und Auswertemittel umfasst. 7 and 8th show schematically a charging device in which the sensor cable 10 in the roadway 18 is installed. The primary coil 17 is with a power supply 21 and a controller 22 connected. The sensor cable 10 is with a measuring device 23 connected, which in connection with the 1 to 6 described components such as at least one light source 3 . 14 and evaluation means.

Das Sensorkabel 10 befindet sich nahe an der oberen Oberfläche der Fahrbahn 18, um eine ausreichende thermische Kopplung an die zu messenden Gegenstände zu erreichen. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung durch direkten Kontakt mit der Oberfläche der Fahrbahn.The sensor cable 10 is located close to the upper surface of the roadway 18 in order to achieve a sufficient thermal coupling to the objects to be measured. The heat transfer takes place by direct contact with the surface of the roadway.

In der Fahrbahn 18 könnte das Sensorkabel 10 in Schlitze im Fahrbahnbelag (Beton, Asphalt) eingelegt und dann fixiert werden, beispielsweise durch Vergießen. Das Sensorkabel 10 kann aber auch in eine Kunststoffabdeckung einer als Primärspule 17 dienenden Induktionsspule eingebaut werden. Beispielsweise könnte das Sensorkabel bei der Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit in die Matrix eingebaut und beim Einbringen der zweiten (flüssigen, aushärtenden) Komponente im Material fixiert werden.In the roadway 18 could be the sensor cable 10 inserted in slots in the road surface (concrete, asphalt) and then fixed, for example, by potting. The sensor cable 10 But also in a plastic cover as a primary coil 17 serving induction coil. For example, in the manufacture of a composite material, the sensor cable could be incorporated into the matrix and fixed in the material upon introduction of the second (liquid, curing) component.

9 zeigt schematisch eine Ladevorrichtung, bei der das Sensorkabel 10 in das Fahrzeug 20 eingebaut ist. Das Sensorkabel 10 befindet sich auch bei dieser Ausführungsform nahe an der unteren Oberfläche, um eine ausreichende thermische Kopplung an die zu messenden Gegenstände zu erreichen. Dabei wird die Wärme durch aufsteigende warme Luft auf das nahe der Unterseite des Fahrzeugs angeordnete Sensorkabel 10 übertragen. 9 schematically shows a charging device, wherein the sensor cable 10 in the vehicle 20 is installed. The sensor cable 10 is also in this embodiment close to the lower surface to achieve sufficient thermal coupling to the objects to be measured. The heat is transferred to the sensor cable near the underside of the vehicle by rising warm air 10 transfer.

Zur Erfassung von Temperaturereignissen auf Oberflächen ist das Sensorkabel 10 so zu verlegen, dass die gesamte Fläche abgedeckt wird. Hierfür eignen sich beispielsweise mäander-, ring- oder spiralförmige Verlegungen. Die 10a bis 10e zeigen verschiedene Beispiele derartiger Verlegungen.The sensor cable is used to record temperature events on surfaces 10 to be laid so that the entire surface is covered. Meandering, ring or spiral laying, for example, are suitable for this purpose. The 10a to 10e show various examples of such linings.

Bei der interferometrischen Messung kann es sinnvoll sein, mehrere Schleifen 24 in die Oberfläche zu legen und einzeln zu messen, um eine Lokalisierung zu ermöglichen oder um Untergrundeffekte wie beispielsweise die Erwärmung der Matrix beim Ladebetrieb zu erfassen beziehungsweise zu kompensieren (siehe 10e).In interferometric measurement, it may be useful to have multiple loops 24 to lay in the surface and measure individually to allow localization or to detect or compensate for background effects such as the heating of the matrix during charging operation (see 10e ).

Claims (11)

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, – 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 detecting metallic objects in the region 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 which at least one light source ( 3 . 13 ) outgoing light can be coupled in, - evaluation means for the evaluation of the at least one light guide ( 1 . 12 ) coupled out, wherein the device is designed such that the evaluation means, although the presence of a local temperature increase of at least one light guide ( 1 . 12 ), but not their position can be determined or determined. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtleiter (1) eine Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern (2) aufweist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one optical fiber ( 1 ) a plurality of fiber Bragg gratings ( 2 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern (2) jeweils die gleiche Reflexionswellenlänge aufweisen oder dass die Mehrzahl von Faser-Bragg-Gittern (2) 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.Apparatus according to claim 2, characterized in that the plurality of fiber Bragg gratings ( 2 ) each have the same reflection wavelength or that the plurality of fiber Bragg gratings ( 2 ) Have reflection wavelengths which differ from one another by less than 1.0 nm, preferably by less than 0.5 nm, in particular by less than 0.1 nm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so gestaltet ist, dass von dem durch die Faser-Bragg-Gitter (2) reflektierten Licht nur Anteile mit einem vorgegebenen Wellenlängenversatz gegenüber der Reflexionswellenlänge der Faser-Bragg-Gitter (2) erfasst oder verarbeitet werden.Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the device is designed so that from the through the fiber Bragg gratings ( 2 ) reflect only portions of a predetermined wavelength offset from the reflection wavelength of the fiber Bragg gratings ( 2 ) or processed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass die Auswertemittel durch spontane oder stimulierte Brillouin-Streuung in dem mindestens einen Lichtleiter (12) erzeugtes Licht zur Messung einer Temperatur auswerten können.Apparatus according to claim 1, characterized in that the device is designed such that the evaluation means by spontaneous or stimulated Brillouin scattering in the at least one optical fiber ( 12 ) can evaluate the light generated to measure a temperature. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (3, 13) 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.Apparatus according to claim 5, characterized in that the at least one light source ( 3 . 13 ) Can emit light at a first wavelength and that the evaluation means comprise a spectral filter which transmits light at a second wavelength, the difference of the first wavelength and the second wavelength corresponding to the Brillouin shift at the temperature to be measured. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung entweder zwei als Laser ausgebildete Lichtquellen (3, 13) 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 (3, 13) 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.Device according to claim 5, characterized in that the device either comprises two light sources ( 3 . 13 ), 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 ( 3 . 13 ) is adapted to emit a first laser signal having a first wavelength and a second laser signal having a second wavelength, the difference of the first wavelength and the second wavelength corresponding to the Brillouin shift at the temperature to be measured. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen interferometrischen Aufbau umfasst, wobei der mindestens eine Lichtleiter (12) Teil dieses interferometrischen Aufbaus ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises an interferometric structure, wherein the at least one optical fiber ( 12 ) Is part of this interferometric design. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Röhrchen (9) umfasst, das den mindestens einen Lichtleiter (1, 12) derart umgibt, dass er sich bei thermischen Ausdehnungen relativ zu dem Röhrchen (9) bewegen kann.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the device a tube ( 9 ) comprising the at least one optical fiber ( 1 . 12 ) surrounds itself in thermal expansion relative to the tube (FIG. 9 ) can move. Induktive Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.An inductive charging device for electric vehicles, comprising a device according to one of claims 1 to 9. Induktive Ladevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung eine Platte oder eine Bodenabschnitt umfasst, in dem der mindestens eine Lichtleiter (1, 12) angeordnet ist.Inductive charging device according to claim 10, characterized in that the charging device comprises a plate or a bottom portion, in which the at least one optical fiber ( 1 . 12 ) is arranged.
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