DE102018104953A1 - Measuring device and method for determining a physical measurand - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße mit einem optischen Koppler, welcher N (N ≥ 3) Kopplereingänge zum Empfangen jeweils eines Lichtwelleneingangssignals und N Kopplerausgänge zum Ausgeben jeweils eines Lichtwellenausgangssignals aufweist, wobei die Lichtwellenausgangssignale durch Signalverarbeitung im optischen Koppler Koppler-bedingte Phasenverschiebungen zueinander ungleich m·π (mit m ∈
) aufweisen; einem an einem ersten Kopplereingang anliegenden ersten Lichtwellensignal; einem an einem zweiten Kopplereingang anliegenden zweiten Lichtwellensignal, wobei das erste und das zweite Lichtwellensignal interferierbar sind und eine Messgrößen-bedingte Phasenverschiebung aufweisen, die einer physikalischen Messgröße entsprechend ausgebildet ist; einem an einem ersten Kopplerausgang anliegenden ersten optischen Interferenzsignal, welches eine erste Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert; einem an einem zweiten Koppierausgang anliegenden zweiten optischen Interferenzsignal, welches eine zweite Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert, wobei das zweite optische Interferenzsignal gegenüber dem ersten eine Koppler-bedingte Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈
) aufweist; einem ersten optischen Detektor, der eingerichtet ist, an einem ersten Detektoreingang das erste optische Interferenzsignal zu empfangen und an einem ersten Detektorausgang ein erstes elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen; einem zweiten optischen Detektor, der eingerichtet ist, an einem zweiten Detektoreingang das zweite optische Interferenzsignal zu empfangen sowie ein zweites elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen; und einer Auswerteinrichtung zum Bestimmen der physikalischen Messgröße aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ausgangssignal. Weiterhin ist ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße vorgesehen.
The invention relates to a measuring device for determining a physical measurement quantity with an optical coupler having N (N ≥ 3) coupler inputs for receiving in each case a lightwave input signal and N coupler outputs for outputting a respective lightwave output signal, wherein the lightwave output signals by signal processing in the optical coupler coupler-related phase shifts not equal to m · π (with m ∈ ) respectively; a first lightwave signal applied to a first coupler input; a second lightwave signal applied to a second coupler input, wherein the first and second lightwave signals are interferable and have a measurement-related phase shift which is formed corresponding to a physical measurand; a first optical interference signal applied to a first coupler output, which represents a first interference of the first and second lightwave signals; a second optical interference signal applied to a second coupling output, which represents a second interference of the first and the second lightwave signal, wherein the second optical interference signal relative to the first coupler-related phase shift is not equal to m · π (with m ∈ ) having; a first optical detector configured to receive the first optical interference signal at a first detector input and to provide a first electrical output signal at a first detector output; a second optical detector configured to receive, at a second detector input, the second optical interference signal and to provide a second electrical output signal; and an evaluation device for determining the physical quantity from the first and the second electrical output signal. Furthermore, a method for determining a physical measured quantity is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße.The invention relates to a measuring device and a method for determining a physical measured variable.
Hintergrundbackground
Faseroptische Sensoren werden in Technik und Wissenschaft verwendet, um mechanische Verformungen über die Zeit zu erfassen. Etwas spezifischer wird von Schall-, Vibrations- oder Dehnungseffekten gesprochen. Schall und Vibrationen sind periodische Erscheinungen, die zum Beispiel mit akustischen Sensoren (Mikrophonen) erfassen werden können. Hierbei kommen unterschiedliche Wirkprinzipien zum Einsatz, wobei mechanische Schwingungen normalerweise in elektrische Schwingungen gewandelt werden. Beim Kondensatormikrophon wird zum Beispiel die Kapazität einer beweglichen Plattenanordnung gemessen. Beim piezoakustischen Sensor wird genutzt, dass ein piezoelektrischer Kristall bei mechanischer Anregung eine elektrische Spannung erzeugt. Beim Tauchspulenmikrophon wird der Induktionseffekt genutzt.Fiber optic sensors are used in engineering and science to detect mechanical deformations over time. Somewhat more specific is spoken of by sound, vibration or stretching effects. Sound and vibration are periodic phenomena that can be detected, for example, with acoustic sensors (microphones). Here, different principles of action are used, with mechanical vibrations normally being converted into electrical vibrations. For example, in the condenser microphone, the capacity of a movable plate assembly is measured. The piezoacoustic sensor makes use of the fact that a piezoelectric crystal generates an electrical voltage during mechanical excitation. The immersion coil microphone uses the induction effect.
Obwohl Dehnungseffekte sich im Prinzip ähnlich erfassen lassen wie Schall oder Vibrationen, besteht hier das Problem, dass die mechanischen Verformungen oft nicht periodisch sind oder zumindest sehr niederfrequent in Erscheinung treten. Somit kommen nur Sensoren in Frage, die keine Hochpass-Charakteristik aufweisen. So besteht zum Beispiel bei einem Piezosensor die Gefahr, dass die durch sehr langsam einwirkende Kräfte freigesetzten Elektronen abfließen und somit die Spannung nicht mehr der jeweiligen Verformung entspricht. Ein sehr gebräuchlicher Ansatz ist der Einsatz eines Dehnungsmessstreifens, bei dem eine Dehnung zu einer Änderung des elektrischen Widerstands führt, die sich leicht messtechnisch erfassen lässt.Although elongation effects are in principle similar to those of sound or vibration, the problem here is that the mechanical deformations are often not periodic or at least very low-frequency. Thus, only sensors come into question that have no high-pass characteristic. For example, in the case of a piezoelectric sensor, there is a risk that the electrons released by very slowly acting forces will flow out and thus the voltage no longer corresponds to the respective deformation. A very common approach is the use of a strain gauge, in which an elongation leads to a change in the electrical resistance, which can be easily detected metrologically.
Die aufgezählten Sensoren kommen wegen ihrer Empfindlichkeit und Größe in vielen Anwendungen zum Einsatz - nicht zuletzt auch deshalb, weil sie im Allgemeinen sehr kostengünstig sind. Sie lassen sich jedoch schlecht in rauen Umgebungen einsetzen, zum Beispiel in Bereichen in denen hohe Temperaturen herrschen oder in Bereichen, in denen chemisch aggressive Substanzen existieren. Problematisch sind auch Einsatzfelder mit hohen Feldstärken, wie zum Beispiel in der Nähe von Hochspannungskabeln oder in Schaltanlagen. Hier spielen faseroptische Messprinzipien ihre Stärken aus. Eine Glasfaser kann hohe Temperaturen aushalten, kommt mit vielen chemischen Substanzen klar und ist nicht leitfähig. Allerdings sind die Kosten für den faseroptischen Sensor und vor allem für die Messtechnik höher als bei den konventionellen Sensoren.The listed sensors are used in many applications because of their sensitivity and size - not least because they are generally very cost-effective. However, they are difficult to use in harsh environments, for example, in areas where high temperatures prevail or in areas where chemically aggressive substances exist. Fields of application with high field strengths, such as in the vicinity of high-voltage cables or in switchgear, are also problematic. Here, fiber optic measurement principles are showing their strengths. A glass fiber can withstand high temperatures, gets along with many chemical substances and is not conductive. However, the costs for the fiber optic sensor and especially for the measurement technology are higher than with the conventional sensors.
Eine weitere Stärke faseroptischer Sensoren zur Messung von akustischen Effekten oder Dehnungseffekten ist, dass die auftretenden Längenänderungen in den Fasern hochgenau gemessen werden können. Zumindest gilt dies für Messprinzipien, in denen die Interferenz von Lichtwellen als Wirkprinzip genutzt wird, wie zum Beispiel beim Mach-Zehnder-Interferometer, beim Michelson-Interferometer oder beim Sagnac-Interferometer.Another strength of fiber optic sensors for the measurement of acoustic effects or elongation effects is that the length changes occurring in the fibers can be measured with high precision. At least, this applies to measuring principles in which the interference of light waves is used as an active principle, such as the Mach-Zehnder interferometer, the Michelson interferometer or the Sagnac interferometer.
Beim Mach-Zehnder-Interferometer wird Licht durch einen 2x2-Koppler zunächst geteilt. Die beiden Lichtwellen durchlaufen anschließend eine Referenzfaser und eine Sensorfaser. Durch mechanische Anregung erfährt die Sensorfaser eine Streckung bzw. Stauchung, was zu einer leicht veränderten Laufzeit des Lichts in der Sensorfaser führt. Wird das Licht durch die Sensorfaser mit dem durch die Referenzfaser zur Interferenz gebracht (wobei erneut ein 2x2-Koppler zum Einsatz kommt), wirken sich die Laufzeitunterschiede als Helligkeitsänderungen im Interferenzsignal aus. Sie werden messtechnisch erfasst und verarbeitet.In the Mach-Zehnder interferometer, light is first split by a 2x2 coupler. The two light waves then pass through a reference fiber and a sensor fiber. By mechanical excitation, the sensor fiber undergoes an extension or compression, which leads to a slightly changed transit time of the light in the sensor fiber. When the light is made to interfere with the reference fiber by the sensor fiber (again using a 2x2 coupler), the skew differences affect brightness changes in the interference signal. They are recorded and processed by measurement.
Das Michelson-Interferometer arbeitet ähnlich dem Mach-Zehnder-Interferometer, nutzt aber nicht zwei, sondern nur einen 2x2-Koppler, der sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zum Einsatz gebracht wird. Genau wie beim Mach-Zehnder-Interferometer dient der 2x2-Koppler zunächst als Strahlteiler. Die Lichtwellen werden anschließend parallel durch die Referenz- und die Sensorfaser geführt. Am Ende beider Fasern befindet sich ein Spiegel, der das Licht durch die Fasern zurück schickt. Wird schließlich der 2×2-Koppler in umgekehrter Richtung durchlaufen, kommt es zur Interferenz. Die weitere Auswertung ist äquivalent zum Mach-Zehnder-Interferometer. Da es fertigungstechnisch schwierig ist, die Faserenden zu verspiegeln, wird das Michelson-Interferometer kaum für faseroptische Messmethoden genutzt.The Michelson interferometer works similarly to the Mach-Zehnder interferometer, but does not use two, but only a 2x2 coupler, which is used in both the forward and the reverse direction. As with the Mach-Zehnder interferometer, the 2x2 coupler initially serves as a beam splitter. The light waves are then guided in parallel through the reference and the sensor fiber. At the end of both fibers is a mirror, which sends the light back through the fibers. Finally, if the 2 × 2 coupler is traversed in the opposite direction, interference will occur. The further evaluation is equivalent to the Mach-Zehnder interferometer. Since it is difficult to mirror the fiber ends in terms of manufacturing technology, the Michelson interferometer is hardly used for fiber-optic measurement methods.
Weiterhin ist das Sagnac-Interferometer bekannt. Es ist eine Anordnung, in der das Licht durch eine Faser geschickt wird, in der asymmetrisch ein faseroptischer Sensor eingebracht ist. Das Licht wird gleichzeitig von beiden Seiten in diese Faser eingespeist. Durch die asymmetrische Anordnung erreichen die beiden Lichtwellen den faseroptischen Sensor zeitlich versetzt. Innerhalb dieser kurzen Differenzzeitspanne bewirkt eine mechanische Verformung des faseroptischen Sensors eine Phasenverschiebung zwischen den sich in der Faser ausbreitenden Lichtstrahlen. Durch Interferenz wird die Phasenverschiebung schließlich erfasst und weiterverarbeitet. Ähnlich dem Michelson-Interferometer nutzt das Sagnac-Interferometer einen einzelnen Koppler zur Strahlteilung und zur Interferenz. Statt eines 2x2-Kopplers kommt jedoch ein 3x3-Koppler zum Einsatz.Furthermore, the Sagnac interferometer is known. It is an arrangement in which the light is passed through a fiber in which a fiber optic sensor is asymmetrically inserted. The light is simultaneously fed into this fiber from both sides. Due to the asymmetrical arrangement, the two light waves reach the fiber optic sensor with a time offset. Within this short time differential period, mechanical deformation of the fiber optic sensor causes a phase shift between the light beams propagating in the fiber. By interference, the phase shift is finally detected and processed. Similar to the Michelson interferometer, the Sagnac interferometer uses a single coupler for beam splitting and interference. Instead of a 2x2 coupler, however, a 3x3 coupler is used.
Neben den interferometrisch arbeitenden Methoden existieren andere Techniken, mit denen sich Schall, Vibrationen und Dehnungseffekte faseroptisch messen lassen. Zu nennen ist zum Beispiel das Faser-Bragg-Gitter, bei dem eine Mikrostruktur in eine Faser geprägt ist. Diese ist örtlich begrenzt, wiederholt sich jedoch periodisch. Abhängig von den vorgesehenen Zwischenräumen reflektiert die Faser an der Mikrostruktur eine bestimmte Wellenlänge des einfallenden Lichts. Werden durch Streckung oder Stauchung die Abstände in der Mikrostruktur verändert, reflektiert die Mikrostruktur andere Wellenlängen, was sich schließlich messtechnisch erfassen lässt. In addition to interferometric methods, there are other techniques that can be used to measure the sound, vibration and elongation effects of fiber optics. One example is the fiber Bragg grating, in which a microstructure is embossed into a fiber. This is local, but repeats periodically. Depending on the spaces provided, the fiber on the microstructure reflects a certain wavelength of the incident light. If the distances in the microstructure are changed by stretching or compression, the microstructure reflects other wavelengths, which can finally be measured.
Andere nicht interferometrisch arbeitende Techniken basieren zum Beispiel auf akustischen Empfindlichkeiten von Hohlräumen („hollow-core photonic bandgap fibers“) oder nutzen einen Faser-Kollimator zur Detektion von Druckeinflüssen als Winkelabweichung.Other non-interferometric techniques rely on, for example, hollow-core photonic bandgap fibers or use a fiber collimator to detect pressure effects as angular deviation.
ZusammenfassungSummary
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße anzugeben, mit denen verschiedene physikalische Messgrößen in unterschiedlichen Anwendungen mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.The object of the invention is to specify a measuring device and a method for determining a physical measured variable with which different physical measured variables can be measured with high accuracy in different applications.
Zur Lösung sind eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.As a solution, a measuring device and a method for determining a physical measurand according to
Nach einem Aspekt ist eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße geschaffen. Die Messvorrichtung weist Folgendes auf:
- - einen optischen Koppler mit N (N ≥ 3) Kopplereingängen, die eingerichtet sind, jeweils ein Lichtwelleneingangssignal zu empfangen, und N Kopplerausgängen, die eingerichtet sind, jeweils ein Lichtwellenausgangssignal auszugeben, wobei die Lichtwellenausgangssignale durch Signalverarbeitung im optischen Koppler jeweils verschiedene Phasen mit einer Koppler-bedingten Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweisen;
- - ein erstes Lichtwellensignal, welches an einen ersten der Kopplereingänge angelegt ist;
- - ein zweites Lichtwellensignal, welches an einen zweiten der Kopplereingänge angelegt ist, wobei das erste und das zweite Lichtwellensignal interferierbar sind und eine Messgrößen bedingte Phasenverschiebung aufweisen, die eine physikalische Messgröße entsprechend ausgebildet ist;
- - ein erstes optisches Interferenzsignal, welches eine erste Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert und an einem ersten der Kopplerausgänge anliegt;
- - ein zweites optisches Interferenzsignal, welches eine zweite Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert und an einem zweiten der Kopplerausgänge anliegt, wobei das zweite optische Interferenzsignal gegenüber dem ersten optischen Interferenzsignal eine Koppler-bedingte Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweist;
- - einen ersten optischen Detektor, der eingerichtet ist, an einem ersten Detektoreingang das erste optische Interferenzsignal zu empfangen und an einem ersten Detektorausgang ein erstes elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen;
- - einen zweiten optischen Detektor, der eingerichtet ist, an einem zweiten Detektoreingang das zweite optische Interferenzsignal zu empfangen und an einem zweiten Detektorausgang ein zweites elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen; und
- - eine Auswerteinrichtung, die eingerichtet ist, aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ausgangssignal die physikalische Messgröße zu bestimmen.
- an optical coupler having N (N ≥ 3) coupler inputs arranged to receive a lightwave input signal, respectively, and N coupler outputs adapted to output a lightwave output signal respectively, the lightwave output signals having different phases with a coupler by signal processing in the optical coupler conditional phase shift unequal to m · π (with m ∈ ) respectively;
- a first lightwave signal applied to a first one of the coupler inputs;
- - A second lightwave signal, which is applied to a second of the coupler inputs, wherein the first and the second lightwave signal are interferable and have a measurement-related phase shift, which is designed according to a physical measurement variable;
- a first optical interference signal, which is a first interference of the represents first and second lightwave signals and is applied to a first one of the coupler outputs;
- a second optical interference signal representing a second interference of the first and second lightwave signals and applied to a second one of the coupler outputs, wherein the second optical interference signal has a coupler-related phase shift not equal to m · π (with m ∈ ) having;
- a first optical detector configured to receive the first optical interference signal at a first detector input and to provide a first electrical output signal at a first detector output;
- a second optical detector arranged to receive the second optical interference signal at a second detector input and to provide a second electrical output signal at a second detector output; and
- - An evaluation device which is adapted to determine from the first and the second electrical output signal, the physical measured variable.
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße geschaffen, welches Folgendes aufweist:
- - Bereitstellen eines optischen Kopplers, welcher N (N ≥ 3) Kopplereingänge, die eingerichtet sind, jeweils ein Lichtwelleneingangssignal zu empfangen, und N Kopplerausgänge aufweist, die eingerichtet sind, jeweils ein Lichtwellenausgangssignal auszugeben, wobei die Lichtwellenausgangssignale aufgrund einer Signalverarbeitung im optischen Koppler jeweils eine verschiedene Phase mit einer Koppler-bedingten Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweisen;
- - Anlegen eines ersten Lichtwellensignals an einen ersten der Kopplereingänge;
- - Anlegen eines zweiten Lichtwellensignals an einen zweiten der Kopplereingänge, wobei das erste und das zweite Lichtwellensignal interferierbar sind und eine Messgrößen bedingte Phasenverschiebung aufweisen, die eine physikalische Messgröße entsprechend ausgebildet ist;
- - Bereitstellen eines ersten optischen Interferenzsignals, welches eine erste Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert, an einem ersten der Kopplerausgänge;
- - Bereitstellen eines zweiten optischen Interferenzsignals, welches eine zweite Interferenz des ersten und des zweiten Lichtwellensignals repräsentiert, an einem zweiten der Kopplerausgänge, wobei das zweite optische Interferenzsignal gegenüber dem ersten optischen Interferenzsignal eine Koppler-bedingte Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweist;
- - Empfangen des ersten optischen Interferenzsignals an einem ersten Detektoreingang eines ersten optischen Detektors, und Bereitstellen eines ersten elektrischen Ausgangssignals an einem ersten Detektorausgang des ersten optischen Detektors;
- - Empfangen des zweiten optischen Interferenzsignals an einem zweiten Detektoreingang eines zweiten optischen Detektors, und Bereitstellen eines zweiten elektrischen Ausgangssignals an einem zweiten Detektorausgang des zweiten optischen Detektors; und
- - Bestimmen der physikalischen Messgröße mittels einer Auswerteinrichtung aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ausgangssignal.
- Providing an optical coupler having N (N ≥ 3) coupler inputs arranged to receive a lightwave input signal, respectively, and having N coupler outputs arranged to output a lightwave output signal, the lightwave output signals being respectively one due to signal processing in the optical coupler different phase with a coupler-related phase shift not equal to m · π (with m ∈ ) respectively;
- - applying a first lightwave signal to a first one of the coupler inputs;
- - Applying a second lightwave signal to a second of the coupler inputs, wherein the first and the second lightwave signal are interferable and have a measurement-related phase shift, which is formed according to a physical measurement variable;
- Providing a first optical interference signal representing a first interference of the first and second lightwave signals at a first one of the coupler outputs;
- Providing a second optical interference signal representing a second interference of the first and second lightwave signals at a second of the coupler outputs, wherein the second optical interference signal has a coupler-related phase shift different from m.pi. (With m ∈ ) having;
- - receiving the first optical interference signal at a first detector input of a first optical detector, and providing a first electrical output signal at a first detector output of the first optical detector;
- Receiving the second optical interference signal at a second detector input of a second optical detector, and providing a second electrical output signal at a second detector output of the second optical detector; and
- - Determining the physical quantity by means of an evaluation device from the first and the second electrical output signal.
Der optische Koppler kann ein 3x3-Koppler sein.The optical coupler may be a 3x3 coupler.
Die Auswerteinrichtung kann Folgendes aufweisen: eine erste Verstärkereinrichtung, die eingerichtet ist, an einem ersten Verstärkereingang das erste elektrische Ausgangssignal des optischen Kopplers zu empfangen und an einem ersten Verstärkerausgang ein erstes verstärktes Ausgangssignal bereitzustellen; und eine zweite Verstärkereinrichtung, die eingerichtet ist, an einem zweiten Verstärkereingang das zweite elektrische Ausgangssignal des optischen Detektors zu empfangen und an einem zweiten Verstärkerausgang ein zweites verstärktes Ausgangssignal bereitzustellen.The evaluation device may include: a first amplifier device configured to receive, at a first amplifier input, the first electrical output signal of the optical coupler and to provide a first amplified output signal at a first amplifier output; and second amplifier means arranged to receive at a second amplifier input the second electrical output signal of the optical detector and to provide at a second amplifier output a second amplified output signal.
Die Verstärkereinrichtung kann ein Transimpedanzverstärker sein.The amplifier device may be a transimpedance amplifier.
Die Auswerteinrichtung kann Folgendes aufweisen: eine erste Filtereinrichtung, die eingerichtet ist, an einem ersten Filtereingang das erste elektrische Ausgangssignal zu empfangen und an einem ersten Filterausgang ein erstes gefiltertes Ausgangssignal bereitzustellen; und eine zweite Filtereinrichtung, die eingerichtet ist, an einem zweiten Filtereingang das zweite elektrische Ausgangssignal zu empfangen und an einem zweiten Filterausgang ein zweites gefiltertes Ausgangssignal bereitzustellen. Mit Hilfe der Filtereinrichtungen kann jeweils eine elektrische Signalglättung ausgeführt werden.The evaluation device may include: a first filter device configured to receive the first electrical output signal at a first filter input and to provide a first filtered output signal at a first filter output; and a second filter means arranged to receive, at a second filter input, the second electrical output signal and to provide a second filtered output signal at a second filter output. With the aid of the filter devices, in each case an electrical signal smoothing can be carried out.
Die erste Filtereinrichtung kann einen ersten Anti-Aliasing-Filter und die zweite Filtereinrichtung kann einen zweiten Anti-Aliasing-Filter aufweisen.The first filter means may comprise a first anti-aliasing filter and the second filter means may comprise a second anti-aliasing filter.
Die erste Filtereinrichtung kann einen ersten Hochpassfilter, und die zweite Filtereinrichtung kann einen zweiten Hochpassfilter aufweisen. Der Hochpassfilter kann dazu dienen, einen möglichen Gleichanteil aus den Signalen zu entfernen.The first filter device may comprise a first high-pass filter, and the second filter device may comprise a second high-pass filter. The high pass filter can be used to remove a possible DC component from the signals.
Die Auswerteinrichtung kann weiterhin Folgendes aufweisen: einen ersten Komparator, der eingerichtet ist, an einem ersten Komparatoreingang das erste gefilterte Ausgangssignal zu empfangen und an einem ersten Komparatorausgang ein erstes digitales Ausgangssignal bereitzustellen; und einen zweiten Komparator, der eingerichtet ist, an einem zweiten Komparatoreingang das zweite gefilterte Ausgangssignal zu empfangen und an einem zweiten Komparatorausgang ein zweites digitales Ausgangssignal bereitzustellen.The evaluation device may further comprise: a first comparator configured to receive at a first comparator input the first filtered output signal and to provide a first digital output signal at a first comparator output; and a second comparator configured to receive at a second comparator input the second filtered output signal and to provide a second digital output signal at a second comparator output.
Der erste und / oder der zweite Komparator können eine Hysterese aufweisen. Hierdurch kann eine Schmitt-Trigger-Funktion bereitgestellt sein, so dass der oder die Komparatoren als Schmitt-Trigger ausgeführt sind.The first and / or the second comparator may have a hysteresis. As a result, a Schmitt trigger function can be provided, so that the one or more comparators are designed as Schmitt triggers.
Die Auswerteinrichtung kann Folgendes aufweisen: einen ersten AD-Wandler, der eingerichtet ist, an einem ersten AD-Wandlereingang das erste gefilterte Ausgangssignal zu empfangen und an einem ersten AD-Wandlerausgang das erste digitale Ausgangssignal bereitzustellen; und einen zweiten AD-Wandler, der eingerichtet ist, an einem zweiten AD-Wandlereingang das zweite gefilterte Ausgangssignal zu empfangen und an einem zweiten AD-Wandlerausgang das zweite digitale Ausgangssignal bereitzustellen. Die AD-Wandler können alternativ zu den Komparatoren vorgesehen sein.The evaluation device may include: a first AD converter configured to receive the first filtered output signal at a first AD converter input and to provide the first digital output signal at a first AD converter output; and a second AD converter configured to receive the second filtered output signal at a second AD converter input and to provide the second digital output signal at a second AD converter output. The AD converters may be provided as an alternative to the comparators.
Die Auswerteinrichtung kann eine Signalverarbeitung aufweisen, die eingerichtet ist, das erste und das zweite digitale Ausgangssignal zu verarbeiten. Es kann vorgesehen sein, dass die Signalverarbeitung die Ausgangssignale der Komparatoren und / oder der AD-Wandler verarbeitet.The evaluation device may have signal processing that is configured to process the first and the second digital output signal. It can be provided that the signal processing processes the output signals of the comparators and / or the AD converter.
Weiterhin kann Folgendes vorgesehen sein: ein dritter optischer Detektor, der eingerichtet ist, an einem dritten Detektoreingang ein drittes optisches Interferenzsignal von dem optischen Koppler zu empfangen und an einem dritten Detektorausgang ein drittes elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das dritte optische Interferenzsignal gegenüber dem ersten und dem zweiten optischen Interferenzsignal eine Koppler-bedingte Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweist; und die Auswerteinrichtung eingerichtet ist, aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten elektrischen Ausgangssignal die physikalische Messgröße zu bestimmen. Die Verarbeitung des dritten optischen Interferenzsignals kann der Verarbeitung des ersten und des zweiten Interferenzsignals entsprechend ausgeführt werden.Furthermore, a third optical detector configured to receive a third optical interference signal from the optical coupler at a third detector input and to provide a third electrical output signal at a third detector output, wherein the third optical interference signal relative to the first and the second optical interference signal a coupler-related phase shift not equal to m · π (with m ∈ ) having; and the evaluation device is set up to determine the physical measured variable from the first, the second and the third electrical output signal. The processing of the third optical interference signal may be the processing of the first and the second interference signal are executed accordingly.
Bei Verwendung eines optischen Kopplers mit N Kopplereingängen und N Kopplerausgängen (N > 3) können weitere optische Detektoren vorgesehen sein, die eingerichtet sind, an weiteren Detektoreingängen weitere optische Interferenzsignale von dem optischen Koppler zu empfangen und an weiteren Detektorausgängen weitere elektrische Ausgangssignale bereitzustellen, wobei alle optischen Interferenzsignale jeweils paarweise zueinander eine Koppler-bedingte Phasenverschiebung ungleich m·π (mit m ∈ ) aufweisen; und die Auswerteinrichtung eingerichtet ist, aus allen elektrischen Ausgangssignalen die physikalische Messgröße zu bestimmen. Die Verarbeitung der weiteren optischen Interferenzsignale kann der Verarbeitung des ersten und des zweiten Interferenzsignals entsprechend ausgeführt werden.When using an optical coupler with N coupler inputs and N coupler outputs (N> 3) further optical detectors may be provided which are adapted to receive further optical interference signals from the optical coupler at further detector inputs and to provide further electrical output signals at further detector outputs, all of them optical interference signals in pairs to each other a coupler-related phase shift not equal to m · π (with m ∈ ) respectively; and the evaluation device is set up to determine the physical measured variable from all electrical output signals. The processing of the further optical interference signals may be carried out in accordance with the processing of the first and second interference signals.
Die optischen Detektoren können Fotodioden sein.The optical detectors can be photodiodes.
In Verbindung mit dem Verfahren zum Bestimmen einer physikalischen Messgröße können die vorangehend im Zusammenhang mit der Messvorrichtung beschriebene Ausgestaltungen entsprechend vorgesehen sein.In connection with the method for determining a physical measured variable, the embodiments described above in connection with the measuring device can be provided accordingly.
Die Technologie kann zum Beispiel für Dehnungs-, Vibrations- und Schallmessungen eingesetzt werden.The technology can be used, for example, for strain, vibration and sound measurements.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zum Prinzip eines Sagnac-Interferometers zur Messung von Längenänderungen in einer faseroptischen Spule nach dem Stand der Technik; -
2 eine schematische Darstellung zum Prinzip eines Mach-Zehnder-Interferometers nach dem Stand der Technik; -
3a eine schematische Darstellung zum Verhältnis zweier Lichtwellen bei einer kleinen Längenänderung einer Faserspule bei dem bekannten Mach-Zehnder-Interferometer; -
3b eine schematische Darstellung von Lichtwellen bei einer Verschiebung um mehr als der Periodenlänge des verwendeten Lichts bei dem bekannten Mach-Zehnder-Interferometer; -
4 eine schematische grafische Darstellung zum Rückrechnen eines Phasenwinkels auf Grundlage der detektierten Lichtmenge; -
5a eine schematische grafische Darstellung zum Zusammenhang zwischen Sinuskurve und Zeiger in der komplexen Zahlenebene; -
5b eine schematische grafische Darstellung zur Abgrenzung von Nulldurchgängen bei positiven Phasenwinkeländerungen und Nulldurchgängen bei negativen Phasenwinkeländerungen in der komplexen Zahlenebene; -
5c eine weitere schematische grafische Darstellung zur Abgrenzung von Nulldurchgängen bei positiven Phasenwinkeländerungen und Nulldurchgängen bei negativen Phasenwinkeländerungen in der komplexen Zahlenebene; -
6a eine schematische grafische Darstellung eines Zeigers und eines weiteren Zeigers mit einer konstanten Phasenverschiebung in der komplexen Zahlenebene; -
6b eine schematische grafische Darstellung zur Bestimmung der Drehrichtung eines Zeigers in der komplexen Zahlenebene mittels Einführung eines weiteren Zeigers; -
6c eine weitere schematische grafische Darstellung zur Bestimmung der Drehrichtung eines Zeigers in der komplexen Zahlenebene mittels Einführung eines weiteren Zeigers; -
7a eine schematische grafische Darstellung von zwei Zeigern in der komplexen Zahienebene, die den gleichen Imaginärteil, aber unterschiedliche Phasenwinkel aufweisen; -
7b eine schematische grafische Darstellung zur Bestimmung der Drehrichtung und des Phasenwinkels eines Zeigers in der komplexen Zahlenebene mittels Einführung eines weiteren Zeigers; -
8 eine schematische Darstellung eines 3x3-Kopplers zur Erzeugung dreier phasenverschobener Interferenzsignale; -
9 eine schematische Darstellung eines modifizierten Mach-Zehnder-Interferometers mit einem 3x3-Koppler zur Erzeugung von Interferenzsignalen; -
10 eine schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung zum modifizierten Mach-Zehnder-Interferometer in zwei verschiedenen Implementierungsvarianten; -
11a eine schematische grafische Darstellung des Falls eines ersten digitalen Signals mit aufsteigender Flanke und eines negativen zweiten digitalen Signals; -
11b eine schematische grafische Darstellung des Falls eines ersten digitalen Signals mit absteigender Flanke und eines positiven zweiten digitalen Signals; -
11c eine schematische grafische Darstellung des Falls eines ersten digitalen Signals mit aufsteigender Flanke und eines positiven zweiten digitalen Signals; -
11d eine schematische grafische Darstellung des Falls eines ersten digitalen Signals mit absteigender Flanke und eines negativen zweiten digitalen Signals; -
12a eine schematische grafische Darstellung des Zeitverlaufs zweier ungeglätteter elektrischer Signale; -
12b eine schematische grafische Darstellung des Zeitverlaufs zweier geglätteter Signale; -
12c eine schematische grafische Darstellung des Zeitverlaufs der an der Signalauswertungseinheit eingehenden digitalen Signale; -
13 eine schematische grafische Darstellung der Vibrationsmessung auf Basis des modifizierten Mach-Zehnder-Interferometers; -
14 eine schematische grafische Darstellung zur Auswertung aller Ausgangssignale eines 3x3-Kopplers; -
15 eine schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung zum modifizierten Mach-Zehnder-Interferometer in einer weiteren Implementierungsvariante; -
16a eine schematische grafische Darstellung geglätteter Signale als Eingangssignale für die Berechnung des Phasenwinkels; -
16b eine schematische grafische Darstellung der Signale aus der Berechnung des Phasenwinkels; -
16c eine schematische grafische Darstellung der Signale zur Rauschreduktion der berechneten Phasenwinkelwerte und -
17 eine schematische grafische Darstellung zur genauen Gesamtphasenwinkelbestimmung im Vergleich zur Gesamtphasenwinkelbestimmung mittels Halbwellenzählung.
-
1 a schematic representation of the principle of a Sagnac interferometer for measuring changes in length in a fiber optic coil according to the prior art; -
2 a schematic representation of the principle of a Mach-Zehnder interferometer according to the prior art; -
3a a schematic representation of the ratio of two light waves at a small change in length of a fiber coil in the known Mach-Zehnder interferometer; -
3b a schematic representation of light waves with a shift by more than the period length of the light used in the known Mach-Zehnder interferometer; -
4 a schematic diagram for calculating a phase angle based on the detected amount of light; -
5a a schematic diagram of the relationship between sinusoid and pointer in the complex number plane; -
5b a schematic graph showing the delineation of zero crossings at positive phase angle changes and zero crossings at negative phase angle changes in the complex number plane; -
5c a further schematic diagram for delineation of zero crossings at positive phase angle changes and zero crossings at negative phase angle changes in the complex number plane; -
6a a schematic graphical representation of a pointer and another pointer with a constant phase shift in the complex number plane; -
6b a schematic diagram for determining the direction of rotation of a pointer in the complex number plane by introducing another pointer; -
6c a further schematic diagram for determining the direction of rotation of a pointer in the complex number plane by introducing another pointer; -
7a a schematic graphical representation of two pointers in the complex Zahienebene having the same imaginary part, but different phase angles; -
7b a schematic diagram for determining the direction of rotation and the phase angle of a pointer in the complex number plane by introducing another pointer; -
8th a schematic representation of a 3x3 coupler for generating three phase-shifted interference signals; -
9 a schematic representation of a modified Mach-Zehnder interferometer with a 3x3 coupler for generating interference signals; -
10 a schematic representation of an evaluation device for the modified Mach-Zehnder interferometer in two different implementation variants; -
11a a schematic graphical representation of the case of a first digital signal with rising edge and a negative second digital signal; -
11b a schematic graphical representation of the case of a first digital signal with a rising edge and a positive second digital signal; -
11c a schematic graphical representation of the case of a first digital signal with rising edge and a positive second digital signal; -
11d a schematic graphical representation of the case of a first digital signal with a rising edge and a negative second digital signal; -
12a a schematic graphical representation of the time course of two unsmoothed electrical signals; -
12b a schematic graphical representation of the time course of two smoothed signals; -
12c a schematic graphical representation of the time course of the incoming at the signal processing unit digital signals; -
13 a schematic diagram of the vibration measurement based on the modified Mach-Zehnder interferometer; -
14 a schematic diagram for the evaluation of all output signals of a 3x3 coupler; -
15 a schematic representation of an evaluation device for the modified Mach-Zehnder interferometer in a further implementation variant; -
16a a schematic graphical representation of smoothed signals as input signals for the calculation of the phase angle; -
16b a schematic graphical representation of the signals from the calculation of the phase angle; -
16c a schematic graphical representation of the signals for noise reduction of the calculated phase angle values and -
17 a schematic diagram for the exact total phase angle determination in comparison to the total phase angle determination by means of half-wave counting.
Das nachfolgend beschrieben Messverfahren kann zum Beispiel zum Erfassen einer Längenänderung genutzt werden und lässt sich mit unterschiedlichen Sensoren kombinieren. Im Folgenden wird als Beispiel eine einfache Sensorspule betrachtet. Selbstverständlich ist es möglich, andere Sensorprinzipien zu nutzen, wie zum Beispiel eine Fabry-Perot-Konfiguration, bei der zwei Faserenden über einen kleinen Zwischenraum gekoppelt werden. Akustische Effekte verändern den Abstand zwischen den Fasern, was sich interferometrisch detektieren lässt. Da die Sensoren nur beispielhaft für die Arbeitsweise sind, wird auf eine Beschreibung weiterer Sensorkonfigurationen verzichtet.The measuring method described below can, for example, be used to record a change in length and can be combined with different sensors. In the following, a simple sensor coil will be considered as an example. Of course, it is possible to use other sensor principles, such as a Fabry-Perot configuration in which two fiber ends are coupled across a small gap. Acoustic effects change the distance between the fibers, which can be detected interferometrically. Since the sensors are only examples of the operation, will be omitted description of other sensor configurations.
Der Aufbau eines faseroptischen Sensors beeinflusst wesentlich dessen Frequenzgang und Empfindlichkeit. So werden für die Detektion von Teilentladungen zum Beispiel Faserspulen eingesetzt, die mit sehr dünnen Fasern gefertigt werden. Kleinste Schwingungen verursachen in einer Faserspule mechanische Verformungen, die sich gleichzeitig auf alle Wicklungen auswirken und daher entsprechend der Windungszahl verstärkt werden. In der Konsequenz ist eine solche Faserspule in hohem Maße empfindlich und wegen der dünnen Fasern geeignet, sehr hohe Frequenzen aufzunehmen.The structure of a fiber optic sensor significantly affects its frequency response and sensitivity. Thus, for the detection of partial discharges, for example, fiber coils are used, which are manufactured with very thin fibers. Smallest vibrations cause in a fiber coil mechanical deformations, which at the same time affect all windings and are therefore amplified according to the number of turns. As a consequence, such a fiber coil is highly sensitive and, because of the thin fibers, is capable of absorbing very high frequencies.
Auch wenn die beschriebene Faserspule prinzipiell zur Aufnahme von Vibrationsereignissen geeignet ist, bestehen Herausforderungen bezüglich der Übersteuerung der Auswerteelektronik. Zur Messung von Vibrationen werden aus diesem Grund unempfindliche Sensoren verwendet. Im einfachsten Fall wird die Faser direkt auf eine vibrierende Fläche geklebt und verhält sich damit wie ein Dehnungsmessstreifen.Even if the fiber coil described is in principle suitable for recording vibration events, there are challenges with regard to the overloading of the evaluation electronics. To measure vibrations, therefore, insensitive sensors are used. In the simplest case, the fiber is glued directly onto a vibrating surface and behaves like a strain gauge.
Für die parallele Verarbeitung zum Beispiel schwacher Schallemissionen und kräftiger Vibrationen sind mehrere unterschiedliche Sensoren an dem zu überwachenden Messobjekt anzubringen. Dies ist unproblematisch für die Vibrationssensorik, da die schwachen Schallemissionen von den unempfindlichen faseroptischen Vibrationssensoren nicht detektiert werden. Damit auch umgekehrt die für schwache Schallemissionen konzipierte empfindliche Faserspule nicht durch Vibrationen beeinflusst wird, wird die Faserspule differenziell ausgewertet. Statt einer Längenänderung der Faser insgesamt wird hierbei nur die Längenänderung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne gemessen. Langsame mechanische Vorgänge, wie zum Beispiel Vibrationen, wirken sich wenig aus und beeinflussen das Messergebnis dementsprechend kaum.For the parallel processing of, for example, weak acoustic emissions and powerful vibrations, a plurality of different sensors are to be attached to the object to be monitored. This is not a problem for the vibration sensor, since the weak sound emissions are not detected by the insensitive fiber optic vibration sensors. Conversely, to ensure that the sensitive fiber coil designed for weak acoustic emissions is not affected by vibrations, the fiber coil is evaluated differentially. Instead of a change in length of the fiber as a whole, only the change in length is measured within a very short period of time. Slow mechanical processes, such as vibrations, have little effect and therefore hardly influence the measurement result.
Die differentielle Arbeitsweise lässt sich optisch mit Hilfe eines Sagnac-Interferometers realisieren.
Der 3x3-Koppler 3 wird nun erneut in umgekehrter Richtung durchlaufen. Dabei werden die beiden Lichtwellen zur Interferenz gebracht. An der linken Seite des 3x3-Kopplers werden drei Interferenzsignale
Das Sagnac-Interferometer hat den Vorteil, robust gegen Temperaturschwankungen zu sein. Außerdem lässt sich das Frequenzverhalten über die Verzögerungsspule
Im Ruhezustand der Faserspule
Das Verfahren ist abgesehen von den akustischen Eigenschaften der Faserspule prinzipiell frequenzunabhängig und würde den Umgang mit Signalen ermöglichen, die einen großen Dynamikumfang besitzen. Das Mach-Zehnder-Interferometer nach
Wird angenommen, dass eine Rückrechnung des Phasenwinkels
Gesamtphasenwinkel:
Allerdings ist der hier skizzierte Ansatz mit dem Mach-Zehnder-Interferometer entsprechend
Gesamtphasenwinkel:
Offensichtlich ist es mit dem Mach-Zehnder-Interferometer nach
Zur Lösung des Problems ist der Effekt in die komplexe Zahlenebene mit Realteil
Wie sich die Drehrichtung eines Zeigers
Der Fall entspricht dem, der in
Der phasenverschobene zweite Zeiger
Indem zusätzlich ein phasenverschobener Zeiger betrachtet wird, lassen sich die beiden Positionen
Da es nötig ist, mit zwei voneinander phasenverschobenen Zeigern
Die beschriebene Technologie basiert in einem Ausführungsbeispiel auf einem abgewandelten Mach-Zehnder-Interferometer, wobei für das Interferenzsignal ein N×N-Koppler mit N ≥ 3 zum Einsatz kommt. Der Aufbau ist mit einem 3x3-Koppler 90 beispielhaft in
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, welches mit geringem Implementierungsaufwand realisierbar ist.An exemplary embodiment which can be implemented with little implementation effort is explained below.
Reicht es bei einer Messung aus, mit einer Genauigkeit zu arbeiten, die der halben Lichtwellenlänge entspricht, ist es nicht nötig, den Phasenwinkel
Die zur Signalaufbereitung verwendeten Transimpedanzverstärker
Anschließend werden die geglätteten Signale
Die weitere Signalauswertung erfolgt digital in einer Signalauswertungseinheit
Die Implementierungsvariante A wurde für die eingangs erwähnte Vibrationsmessung praktisch erprobt. Sowohl die Antialiasing-Filter
Der berechnete Graph
Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform erläutert, die mit mittlerem Implementierungsaufwand realisierbar ist.Hereinafter, another embodiment is explained, which is feasible with medium implementation effort.
Mit der vorangehend beschriebenen Ausführungsform können Längenänderungen mit einer Auflösung entsprechend der halben Lichtwellenlänge erfasst werden. Dass hierbei die halbe Lichtwellenlänge aufgelöst wird, ist darauf zurückzuführen, dass innerhalb einer Periode des nicht phasenverschobenen Eingangssignals zwei Nulldurchgänge auftreten, nämlich bei der Phasenwinkelstellung
In einer Implementierung mit einem 3x3-Koppler führt dies zu der in
Allgemein gilt, dass die Auflösung bei Verwendung eines NxN-Kopplers abhängig davon ist, ob N gerade oder ungerade ist. Wird die Wellenlänge des Lichts mit λ bezeichnet, so ergibt sich bei einem ungeraden Wert für N eine maximale Auflösung von λ/2N pro Quantisierungsschritt und bei einem geraden Wert für N eine maximale Auflösung mit λ/N. Somit besitzt ein 4x4-Koppler keine höhere Auflösung als ein 3x3-Koppler. Erst mit einem 5×5-Koppler würde wieder eine Verbesserung der Auflösung erzielt werden (bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1550 nm ergibt sich eine Auflösung von 155 nm pro Zählwert). In general, the resolution when using an NxN coupler depends on whether N is even or odd. If the wavelength of the light is denoted by λ, an odd value for N results in a maximum resolution of λ / 2N per quantization step and a straight-line value for N results in a maximum resolution with λ / N. Thus, a 4x4 coupler has no higher resolution than a 3x3 coupler. Only with a 5 × 5 coupler, an improvement of the resolution would again be achieved (at a wavelength of, for example, 1550 nm results in a resolution of 155 nm per count).
Es kann eine weitere Ausführungsform mit höherem Implementierungsaufwand vorgesehen sein.There may be provided a further embodiment with a higher implementation cost.
Vorangehend wurde erläutert, dass innerhalb einer Periode der Phasenwinkel
Die grau hinterlegten Komponenten werden in einer Ausgestaltung nicht benötigt. Sie können in einer weiteren Ausgestaltung zur Rauschreduktion verwendet werden. Das Messprinzip wurde in der dargestellten Weise aufgebaut und für die bereits erwähnte Vibrationsanalyse verwendet. Die Antialiasing-Filter
Dem Problem wird begegnet, indem die Phasenwinkelstellungen beider digitaler Signale
In weiteren Ausführungsformen lassen sich unter Einsatz des optischen Detektors
Wird der berechneten Phasenwinkel
Die vorgeschlagene Technologie hat mehrere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.The proposed technology has several advantages over the prior art.
Dehnungs-, Vibrations- und Schallmessungen sind mit einem herkömmlichen Mach-Zehnder-Interferometer nur in speziellen Situationen realisierbar, da der Messbereich auf die Wellenlänge des verwendeten Lichts beschränkt ist. Aus diesem Grund kommen Mach-Zehnder-Interferometer für entsprechende Anwendungen im Allgemeinen nicht zum Einsatz. Die beschriebene Technologie ist von solchen Einschränkungen nicht betroffen. Im Vergleich zum Sagnac-Interferometer lassen sich das Verfahren und die Messvorrichtung mit einer sehr einfachen Auswerteelektronik realisieren. Dies erhöht die Robustheit und senkt die Kosten. Es können verbesserte Dehnungs-, Vibrations- und Schallmessungen ausgeführt werden.Strain, vibration and sound measurements can only be made with a conventional Mach-Zehnder interferometer in special situations, since the measuring range is limited to the wavelength of the light used. For this reason, Mach-Zehnder interferometers are generally not used for such applications. The described technology is not affected by such restrictions. Compared to the Sagnac interferometer, the method and the measuring device can be realized with a very simple evaluation electronics. This increases the robustness and lowers the costs. Improved strain, vibration and sound measurements can be made.
Im Vergleich zum Sagnac-Interferometer ist der Frequenzgang nach unten (zu niedrigen Frequenzen) nicht beschränkt, und es wird keine lange Ausgleichsspule, sondern nur ein kurzer faseroptischer Referenzstrang benötigt. Dies senkt die Kosten.Compared to the Sagnac interferometer the frequency response down (to low frequencies) is not limited, and it is not a long compensation coil, but only a short fiber optic reference strand needed. This reduces the costs.
Das Verfahren und die Messvorrichtung erlauben es, beliebige Streckungen mikrometergenau zu messen. Ein limitierender Faktor kann hierbei die Faser sein, die bei übermäßiger Streckung brechen kann. Weiterhin erlauben es das Verfahren und die Messvorrichtung, analoge Messdaten mit einem Minimum an analoger Schaltungstechnik aufzunehmen. Insbesondere kann in einer Ausführung zum Beispiel auf Analog-Digital-Wandler verzichtet werden, sodass von einem vollständig digitalen Messsensor gesprochen werden kann.The method and the measuring device make it possible to measure any desired extensions with micrometer precision. A limiting factor here can be the fiber, which can break when excessively stretched. Furthermore, the method and the measuring device allow to record analog measurement data with a minimum of analog circuit technology. In particular, in an embodiment, for example, can be dispensed with analog-to-digital converter, so that can be spoken by a fully digital measuring sensor.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the claims and the drawings may be important both individually and in any combination for the realization of the various embodiments.
Claims (15)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN113406749B (en) * | 2021-06-07 | 2022-05-20 | 华中科技大学 | Reconfigurable optical all-pass filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3762691A1 (en) | 2021-01-13 |
WO2019170194A1 (en) | 2019-09-12 |
DE102018104953B4 (en) | 2022-05-19 |
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