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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Lichtleistungsregelvorrichtung mit Folienmischer
sowie eine Testvorrichtung für
Lichtwellenleiter umfassend eine Lichtleistungsregelvorrichtung
mit Folienmischer.
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Technisches
Gebiet
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Der
Einsatz von Lichtwellenleitern findet zunehmende Verbreitung. Insbesondere
im Fahrzeugbau werden zunehmend Lichtwelleleiter eingesetzt. Um
im Rahmen einer Serienfertigung die Qualität der eingesetzten Lichtwellenleiter überprüfen zu können, müssen Testsysteme
für diese
Leitungen entwickelt und eingesetzt werden. Hohe Qualitätsstandards
bestehen nicht nur in der Automobilindustrie sondern auch in anderen
Industriezweigen, wie z.B. der Luftfahrtindustrie.
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Als
entscheidendes Qualitätskriterium
für Lichtwellenleiter
gilt die Dämpfung
des Lichtes, welche der Leiter verursacht. Aus diesen Gründen wird mit
geeigneten Testsystemen die Dämpfung
von Lichtwellenleitern bestimmt, um die in einer Serienfertigung
geeigneten Lichtwellenleiter zu identifizieren.
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Als
Sender von Präzisionsmesssystemen
für Lichtwellenleiter
wird in der Regel eine LED (Light-Emitting-Diode) eingesetzt. Bei
dem Einsatz einer mit Konstantstrom betriebenen LED tritt allerdings
die Schwierigkeit auf, dass deren Sendeleistung eine Funktion der
Umgebungstemperatur ist. Die Sendeleistung nimmt hierbei mit steigender
Umgebungstemperatur ab. Um somit präzise Messergebnisse in einer
Präzisions-Messeinrichtung
für Lichtwellenleiter
sicherstellen zu können,
muss die abgegebene Lichtleistung konstant gehalten werden.
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In
der
DE 41 19 204 wird
eine Schaltung erläutert,
um die Beleuchtungsstärke
von Elektroluminiszenz-Platten für
Beleuchtungszwecke konstant zu halten. Dies rührt daher, dass als Funktion
der Betriebszeit die Beleuchtungsstärke von Elektroluminiszenz-Platten
veränderlich
ist. Die vorgeschlagene Ansteuerschaltung dient dazu, die Lichtintensität auch bei
störenden
elektrischen Einflüssen
wie kapazitiv eingekoppeltem Rauschen zu erreichen.
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Die
DE 199 52 420 C2 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Durchgängigkeit
eines Lichtwellenleiters zu überprüfen. Ein
von einem Sender ausgesandtes Signal an einem Ende des Lichtwellenleiters
wird am zweiten Ende des Lichtwellenleiters von einem Empfänger aufgenommen, mit
einem Sollwert verglichen und durch einen Rechner ausgewertet. Durch
den Empfänger
oder eine zusätzliche
Empfängereinrichtung
im Zusammenwirken mit dem angeschlossenen Rechner kann eine vom Lichtwellenleiter
unabhängige
Schwächung
des ausgesandten Signals erkannt und danach die Leistung des Senders
entsprechend erhöht
oder der Sollwert entsprechend angepasst werden. Das System in der
DE 199 52 420 C2 stellt
ein separat vorzusehendes Testsystem dar.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lichtleistungsregelvorrichtung
mit mehreren Funktionalitäten
auszustatten.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lichtleistungsregelvorrichtung mit Folienmischer
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung folgen aus den übrigen
Ansprüchen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Lichtleistungsregelvorrichtung
mit dem im Präzisions-Lichtwellenleiter-Messsystem
integrierten Bauteil "Folienmischer" zu kombinieren.
Dieses Kombinationsbauteil kann als Lichtleistungsregelung mit Modenmischer
in Form eines Folienmischers synchron mit beiden Funktionalitäten oder
nur als Lichtleistungsregler betrieben werden. Ein Betrieb nur als Lichtleistungsregler
findet dann statt, wenn sich keine Spezialfolie im Bauteil befindet.
Die Lichtleistungsregelvorrichtung mit Folienmischer umfasst eine
Lichtquelle, eine erste Faser, die von einer Lichtquelle ausgeht,
und eine zweite Faser, die zu einem Anschlusselement führt. Die
erste Faser und die zweite Faser sind mit ihren einander zugewandten Endflächen in
einem Gehäuse
eines Folienmischers angeordnet. Eine optische Empfangseinrichtung
zur Erfassung der Lichtintensität
ist im Bereich des Gehäuses
des Folienmischers vorhanden, wobei die optische Empfangsvorrichtung
die erfasste Lichtintensität
in eine elektrische Größe umwandelt,
welche einem Regler für
die Leistungsversorgung der Lichtquelle zuführbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lichtleistungsregelvorrichtung
mit Folienmischer lässt
sich eine konstante und stabile Sendeleistung bei unterschiedlichen
Lichtsendeelementen erreichen. Insbesondere bei der Verwendung von
mit Gleichstrom betriebenen LEDs lässt sich eine Messverfälschung durch
die Temperaturabhängigkeit
der Sendeleistung der LED aufheben. Durch diese Maßnahme muss
der optische Sender nicht zusätzlich
temperiert werden, um die optische Ausgangsleistung stabil zu halten.
Wie oben erwähnt
wurde, kann je nach eingesetztem Messverfahren die Lichtleistungsregelung
mit Folienmischer bei Bedarf synchron mit beiden Funktionalitäten (Modenmischung
und Leistungsregelung) oder nur als Rückkoppelung zur Regelung der
Lichtleistung betrieben werden. Durch die Kombination der beiden
Funktionen in einem Bauteil kann eine unkomplizierte und kompakte
Bauweise der Lichtleistungsregelung erzielt werden. Darüber hinaus
ist die Montage einfach durchzuführen,
da nur wenige, einfach herzustellende Teile benötigt werden, wodurch ein niedriges
Gewicht resultiert und die Herstellkosten der Lichtleistungsregelvorrichtung
gering gehalten werden. Die Lichtleistungsregelung mit Folienmischer
kann als separates Bauteil je nach Variante direkt auf der Elektronik
oder an fast beliebiger Position eines Präzisions-Lichtwellenleiter-Messsystems
eingesetzt werden. Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
für verschiedene
optische Sender und optische Empfänger eingesetzt werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung erfasst die optische Empfangseinrichtung das von der Lichtquelle
erzeugte Streulicht. Dieses Streulicht wird von der optischen Empfangseinrichtung
als optische Leistung erfasst und als elektrische Größe der Mess-
bzw. Steuerelektronik wieder zugeführt. Es entsteht ein geschlossener
Regelkreis, der für
die Aufrechterhaltung eines konstanten Sendeniveaus sorgt. Je nach
der optischen Leistung des Sensors wird der erzeugte Istwert mit
dem Sollwert verglichen und die optische Leistung der Lichtquelle nachgeregelt.
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Vorzugsweise
sind die erste Faser und die zweite Faser in das Gehäuse des
Folienmischers eingeführt.
Darüber
hinaus stehen die Endflächen der
ersten Faser und zweiten Faser so relativ zueinander, dass eine
Folie zwischen den einander zugewandten Endflächen angeordnet werden kann.
Es kann somit die Spezialfolie eines Folienmischers im Übertragungsgang
zwischen der ersten Faser und der zweiten Faser angeordnet werden
und die Lichtleistungsregelung mit Modenmischung betrieben werden.
Alternativ kann aber auch die Spezialfolie entnommen sein, so dass
nur die Funktion als Lichtleistungsregler vorhanden ist.
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Die
zweite Faser kann als Lichtwellenleiter mit oder ohne Vorlauffaser
ausgestaltet sein. Weiterhin können
die Lichtwellenleiter so ausgestaltet sein, dass ein Ende stufenweise
abisoliert ist.
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In
Bezug auf den Regler bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann der für die Sende-Leistungsregelung
verwendete Regler alternativ als elektronische Schaltung oder als
ein programmierbares Bauelement mit entsprechender Software, z.B.
als Mikrocontroller, realisiert werden. Wenn es sich bei dem Regler
um einen Mikrocontroller handelt, können bewährte Regelalgorithmen eingesetzt
werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Lichtleistungsregelvorrichtung mit Folienmischer
weiterhin einen lichtleitfähigen
Kunststoffkern, der in dem Gehäuse
des Folienmischers angeordnet ist. Der lichtleitfähige Kunststoffkern
dient dazu, das angefallene Streulicht aufzunehmen und auf die gesamte
Fläche
des optischen Empfängers
zu verteilen. Hierdurch wird es möglich, ein Maximum des Streulichts
zur Rückkoppelung
zu nutzen und die Genauigkeit der Regelung zu erhöhen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Lichtquelle im Gehäuse des Folienmischers angeordnet.
Auf diese Weise lässt
sich eine besonders kompakte Bauform erzielen und das gemessene
Streulicht kann direkt von der Lichtquelle abgenommen werden. Dies
bedingt auch, dass die erste Faser vollständig im Gehäuse des Folienmischers angeordnet
ist und erheblich verkürzt
ausgeführt
sein kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Gehäuse des Folienmischers mehrteilig
auszuführen.
Durch eine mehrteilige Ausführung
kann auf einen lichtleitfähigen
Kunststoffkern verzichtet werden, weil die erste Faser und die zweite
Faser bei einer geeigneten Teilung des Gehäuses zwischen diesen Bauteilen
zusammengeführt
werden können.
Wenn sich optional zwischen erster und zweiter Faser die Spezialfolie
des Folienmischer befindet, können
erste und zweite Faser in Kontakt zur Spezialfolie gebracht werden.
Wenn hingegen keine Spezialfolie in den Folienmischer eingesetzt
ist, könnten
die beiden Gehäusehälften bei
entsprechender Gestaltung auch so aufeinander zu geschoben werden,
dass die Endflächen
der ersten Faser und zweiten Faser einander berühren. Ein geteiltes Gehäuse besitzt
schließlich
den Vorteil, dass die Spezialfolie oder Lichtwellenleiter bei Bedarf
einfach und schnell separat ausgetauscht werden können.
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Bei
Betrieb einer Testvorrichtung für
Lichtwellenleiter umfassend die erfindungsgemäße Lichtleistungsregelvorrichtung
mit Folienmischer ist der zu testende Lichtwellenleiter am Anschlusselement
anschließbar.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen
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1 eine
schematische Ansicht einer Lichtleistungsregelung mit Folienmischer
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, wobei die Einzelteile zum besseren Verständnis in
einer Explosionsdarstellung getrennt dargestellt sind;
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2 eine
Vorrichtung nach 1 in montiertem Zustand zeigt;
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3 schematisch
den Regelkreis erläutert;
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4 eine
Lichtleistungsregelung mit Folienmischer gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung zeigt, die in analoger Weise zu 1 als schematische
Explosionsdarstellung gezeigt ist; und
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5 die
in 4 dargestellte Vorrichtung in montiertem Zustand
darstellt.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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In
den nachfolgenden Figuren werden einander entsprechende Elemente
jeweils mit denselben Referenzziffern bezeichnet.
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1 zeigt
eine Lichtleistungsregelung mit Folienmischer 11 mit einem
einteiligen Gehäuse 10, das
als mechanische Fixiervorrichtung die nachfolgend näher beschriebenen
Bauteile aufnimmt, in korrekte geometrische Beziehungen zueinander
setzt und darüber
hinaus eine wirksame Abschirmung gegen Fremdlichteinflüsse darstellt.
In dem Gehäuse 10 befindet
sich ein lichtleitfähiger
Kunststoffkern 12, der vorzugsweise weiß-milchig ist und dazu dient, das
angefallene Streulicht aufzunehmen und auf die gesamte Fläche eines
optischen Empfängers 14 zu verteilen.
Auf diese Weise ist es möglich,
ein Maximum des Streulichtes zur Rückkoppelung zu nutzen. Der
lichtleitfähige
Kunststoffkern besitzt einerseits definierte Öffnungen 12a und 12b zum
Einführen
einer Adaptionsfaser 16 sowie einer Vorlauffaser 18 sowie
eine schlitzförmige
Ausnehmung 12c, die für das
Einschieben einer Spezialfolie 20 dient.
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Der
lichtleitfähige
Kunststoffkern 12 befindet sich im Gehäuse 10 und der optische
Empfänger 14, der
z.B. eine Fotodiode sein kann, wird mit Hilfe der Befestigungsschrauben 22 ebenfalls
fest auf das Gehäuse 10 aufgeschraubt.
Hierzu dienen die Gewindeöffnungen 23 im
Gehäuse 10.
Seitlich in das Gehäuse 10 sowie
den darin befindlichen lichtleitfähigen Kunststoffkern 12 werden
die Adaptionsfaser 16 sowie die Vorlauffaser 18 eingesteckt.
Die Vorlauffaser 18 führt
zu einem Adaptionselement 24, die bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtleistungsregelvorrichtung
mit Folienmischer im Rahmen einer Testvorrichtung für Lichtwellenleiter
als Schnittstelle für die
zu testenden Lichtwellenleiter dient. Die Adaptionsfaser wird durch
eine Lichtquelle 26, z.B. eine Sender-LED mit entsprechendem
Umgehäuse
beaufschlagt.
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An
den optischen Übergängen zwischen
der Endfläche
der Adaptionsfaser 16, der Endfläche der Vorlauffaser 18 und
der optional zwischen den Fasern eingesetzten Folie 20 entsteht,
bedingt durch den Übergang
des Lichtes durch verschiedene Medien, eine gewisse Menge an Streulicht,
das durch den lichtleitfähigen
Kunststoffkern 12 aufgenommen und auf die gesamte Fläche des
optischen Empfängers 14 verteilt
wird.
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Die
Vorrichtung mit eingesetzter Folie ist in 2 dargestellt.
Beim Betrieb der Vorrichtung führt die
Adaptionsfaser 16 von der Lichtquelle 26, die
als Senderelement dient, das Licht in den Folienmischer und von
dort aus zu der Vorlauffaser 18 zur Adaptionsvorrichtung 24 eines
Prüflings.
Wird keine Folie in den lichtleitfähigen Kunststoffkern eingesetzt,
liegen sich die Endflächen
der Adaptionsfaser 16 sowie Vorlauffaser 18 durch
einen Lichtspalt voneinander getrennt direkt gegenüber. Je
nach verwendetem Lichtwellenleiter kann das Ende der Leiter stufenweise
abisoliert sein.
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Das
während
der Lichtleistungsübertragung an
den Enden der Leiter (Faser) entstehende Streulicht innerhalb des
Folienmischers wird mit Hilfe des lichtleitfähigen Kunststoffes aufgenommen
und dem optischen Empfänger 14 zugeführt, der
das empfangene Streulicht entsprechend dem verwendeten optischen
Empfänger
in eine elektrische Größe, wie Spannung,
Strom oder Widerstand umwandelt. Diese elektrische Größe wird
dann als Rückkoppelwert in
der Reglereinheit 28 zur Regelung bzw. Konstanthaltung
der Lichtleistung der Lichtquelle 26 verwendet.
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Der
entsprechende Regelkreis ist in 3 dargestellt.
Die Sollwertvorgabe 30 erfolgt mit Hilfe einer elektronischen
Schaltung oder eines programmierbaren Bausteins. Die Schaltung oder
der Baustein bilden den Regler 28, der den Sender 26 in Form
der Lichtquelle mit elektrischer Leistung versorgt. Der Sender ist
z.B. eine Leuchtdiode, welche eine optische Leistung ausstrahlt,
die für
die Messung der Dämpfung
eines Prüflings
nötig ist.
Der Block U/P stellt den Folienmischer 11 dar, der das Gehäuse, den
lichtleitfähigen
Kunststoffkern, den Empfängerbaustein
und die darin eingesetzten Lichtwellenleiter bzw. Adaptionsfaser
und Vorlauffaser umfasst. Der Folienmischer 11 wandelt
einen Teil der abgestrahlten optischen Leistung in eine elektrische Größe um, die
dem Regler zugeführt
wird, der die Aufgabe hat, die abgestrahlte optische Leistung konstant
zu halten.
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4 und 5 zeigen
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung. Der prinzipielle Aufbau entspricht dabei dem gemäß 1 und 2,
so dass nur auf die abweichenden Bauelemente bzw. Unterschiede hingewiesen
wird. Bei der Ausführungsform
nach 4 und 5 ist kein lichtleitfähiger Kunststoffkern
vorhanden. Die Lichtquelle 26, z.B. eine speziell geformte
LED befindet sich nach dem Zusammenbau direkt in einem Gehäuseteil 10a des
Gehäuses
für den
Folienmischer 11. Die Adaptionsfaser 16 von der
Lichtquelle 26 zum Übergabepunkt
Folie 20 bzw. Lichtwellenleiter 18 ist erheblich verkürzt und findet
im Gehäuse
des Folienmischers Platz. Das Gehäuse ist in der Ebene der Folie 20 geteilt
und besteht aus den Gehäuseteilen 10a sowie 10b.
Im Gehäuseteil 10a werden
die Lichtquelle 26, die Adaptionsfaser 16 sowie
der optische Empfänger 14 fixiert,
während
im Gehäuseteil 10b der
Lichtwellenleiter 18 mit oder ohne Vorlauffaser fixiert
wird. Durch diese beiden Teile werden somit die Adaptionsfaser und
der Lichtwellenleiter mit oder ohne Vorlauffaser zusammengeführt. Dazwischen
befindet sich optional die Spezialfolie 20 des Folienmischers. Die
Ausführungsform
nach 4 und 5 bietet den Vorteil, dass Folie
oder Lichtwellenleiter 18 bei Bedarf einfach und schnell
separat ausgetauscht werden können.
Ein weiterer Unterschied ergibt sich in der Funktion der Ausführungsform
nach 4 und 5, weil zur Lichtleistungsregelung
das direkt am Sender, d.h. an der Lichtquelle 26 entstandene
Streulicht verwendet wird. Der optische Empfänger 14 nimmt somit
das anfallende Streulicht unmittelbar über die Lichtquelle 26 ab,
weshalb auf den lichtleitfähigen
Kunststoffkern verzichtet werden kann.
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Wie
auch bei der Ausführungsform
nach 1 und 2 kann optional mit oder ohne
Vorlauffaser und Spezialfolie gearbeitet werden.
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Die
Regelung der Beleuchtungsstärke
der Lichtquelle 26 erfolgt entsprechend dem anhand der 3 erläuterten
Regelkreis.
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Durch
die Integration einer Lichtleistungsregelung in einen Folienmischer
ist es möglich
geworden, die Präzision
eines Testsystems für
Lichtwellenleiter zu erhöhen.
Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
synchron mit den Funktionen als Modenmischer und als Lichtleistungsregelung
betrieben werden. Das Bauteil ist unkompliziert und kompakt und
kann je nach Variante direkt auf der Elektronik oder an fast beliebiger
Position eines Präzisions-Lichtwellenleiter-Messsystems
eingesetzt werden.