DE19504758A1 - Optischer Sensor zur Erfassung physikalischer Größen, die räumlich in drei Richtungen x,y und z wirken - Google Patents

Description

Der optische Sensor dient zur Erfassung physikalischer Größen, wie Schwingungen, Beschleunigungen oder Verzögerungen und Stöße etc., die räumlich aus beliebigen Richtungen- x, y und/oder z auf ein Bauelement wirken, und Größen, wie Zug- und Druckkräfte bzw. analoge Größen, die als Meß-, Steuer- oder Regelgrößen mittels eines Lichtwellenleiters übertragen werden.

Die Übertragung von Meß-, Steuer- oder Regelgrößen mittels Lichtwellenleiters, abgekürzt (LWL), ist allgemein bekannt. Die LWL bestehen aus einem Bündel von flexiblen Lichtleitfasern, die zu einem Fiberkabel zusammengefaßt sind und aus einem oder aus mehreren optisch voneinander getrennten Kabelsträngen bestehen können. Da die LWL nicht elektrisch leitend sind, werden diese bevorzugt für die Übertragung von Signalen von einem hohen elektrischen Potential auf Erdpotential bzw. einem anderen elektrischen Potential eingesetzt. Dazu müssen die zu erfassenden Größen von einem Sensor in ein optisches Signal umgewandelt werden.

Derartige optische Sensoren können als sogenannte aktive Elemente ausgebildet sein, die für die Umwandlung der zu erfassenden Größen in ein optisches Signal einer zusätzlichen Stromversorgung bedürfen. Die Stromversorgung eines solchen Sensors auf hohem Potential stellt jedoch ein sehr aufwendiges Problem dar. So ist u. a. aufgrund der starken elektrischen Felder ein sehr hoher Aufwand für die Abschirmung erforderlich. Sofern die Energie nicht aus dem Hochspannungsstromkreis ausgekoppelt werden kann, bedarf es eines eigenen Energiespeichers.

Zur Erfassung physikalischer Größen, wie Temperaturen, Drücke oder Bewegungsvorgänge, sind passive Sensoren bekannt, die für die Umwandlung der zu erfassenden Größen in ein optisches Signal keiner zusätzlichen Energieform auf dem Hochspannungspotential bedürfen.

In der DE OS 2906280 ist ein Verfahren zur optischen Erfassung und Übertragung des Meßwertes einer Temperatur, eines Druckes oder eines Bewegungsvorganges beschrieben. Danach wird von einem Meßwertgeber ein in einem LWL geführter Lichtstrahl in einer optischen Strecke, hier als Transmissionszelle definiert oder verallgemeinert, in einem optischen Sensor durch eine sprunghafte Veränderung der Lichtdurchlässigkeit beeinflußt. Ein Lichtsender, d. h. eine entsprechende Lichtquelle, und ein Lichtempfänger sind auf Erdpotential angeordnet. Das auf diese Weise erzeugte optische Signal kann direkt verwertet oder einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden. Die Übertragung des Meßwertes kann über zwei getrennte LWL, für den Lichteingang und den Lichtausgang, erfolgen. Hierbei können sich die LWL entweder auf gegenüberliegenden Seiten oder auf der gleichen Seite in dem optischen Sensor befinden. Im letzteren Fall ist ein zusätzlicher Reflektor vorgesehen.

Es kann aber auch für den von dem Sender ankommenden und von dem Sensor abgehenden Lichtstrahl ein und derselbe LWL dienen, in dem das reflektierte Licht auf Erdpotential aus dem LWL ausgekoppelt und einer Meßvorrichtung oder einer Datenverarbeitung zugeführt wird. Im weiteren sind einige Anordnungen mit verschiedenen Meßwertgebern beschrieben, die so gestaltet sind, daß nur einige diskrete Punkte oder vorgegebene kritische Schwellwerte erfaßt werden. Eine kontinuierliche Meßwerterfassung ist nicht vorgesehen.

Für die Erfassung einer Bewegung ist ein so genanntes Bewegungselement vorgesehen, womit die Lage und der Bewegungsablauf eines Bauteils bestimmt bzw. überwacht werden soll. Das Bewegungselement ist als längliches Bauteil mit einem rasterartigen Streifenmuster ausgebildet, welches abwechselnd aufeinanderfolgende Absorptions- und Reflexionsbereiche enthält. Senkrecht zur Ebene dieses Musters sind zwei LWL angeordnet, die jeweils mit je um 90° phasenverschobenen optischen Signalen beaufschlagt werden. Mit dieser Anordnung sollen die Stellung, die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit der Bewegung sowie die daraus abgeleiteten Größen, wie Beschleunigung und Beschleunigungsänderung, bestimmt werden. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Lösung ist das Bewegungselement mit einem mehrzeiligen Streifenmuster versehen, wobei die einzelnen Streifen in Bewegungsrichtung eine nach einem Binärcode aufgebaute unterschiedliche Breite besitzen. Jeder Zeile ist ein LWL- Strang zugeordnet, so daß entsprechend der Zeilenzahl und der Anzahl der unterschiedlich breiten Streifen die jeweiligen Positionen in Binärcode übermittelt werden können. Neben der bereits erwähnten Einschränkung, daß mit dem bekannten optischen Sensor keine kontinuierliche Meßwerterfassung möglich ist, können hiermit nur Bewegungen in einer Ebene erfaßt werden.

Sollen mechanische Größen, wie Schwingungen, Beschleunigungen, Stöße, Zug- und Druckkräfte erfaßt werden, die in beliebiger Richtung auf einen Körper wirken wie das u. a. bei Stromabnehmern von elektrischbetriebenen Fahrzeugen der Fall ist, so ist dafür ein solcher Sensor nicht geeignet.

Nach dem DE Gebrauchsmuster G 9016102.5 ist eine faseroptische Sensorvorrichtung bekannt, die, wie hier beschrieben, zur Messung von Meß-, Steuer- bzw. Stellgrößen vorgesehen ist.

Die Sensorvorrichtung besteht aus einer Unterbrechungsstelle eines LWL oder mehrerer optisch voneinander getrennter LWL-Faserstränge, deren Endbereiche gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen den Enden ein Spalt gebildet wird. Nach einer Ausführungsvariante wird eine Blende als Meßwertgeber in den Spalt bewegt, wodurch der Lichtstrom mehr oder weniger stark unterbrochen wird. Die Blende kann je nach Anwendungsfall verschiebbar, verschwenkbar oder rotierbar angeordnet sein.

Mit diesem Sensor können verschiedenartige physikalische Größen kontinuierlich erfaßt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante, ist ein Ende eines der sich stirnseitig gegenüberliegenden LWL in einer x- und/oder y- Ebene biegsam angeordnet, so daß dessen Stirnfläche ganz oder nur teilweise ausgelenkt werden kann. Der Lichtstrom, der auf die gegenüberliegende Stirnfläche trifft, wird entsprechend der Auslenkung mehr oder weniger geschwächt oder unterbrochen, was ein Maß für die Kraft ist, die auf den auslenkbaren LWL wirkt. Zur Vergrößerung des Auslenkbereiches wurde vorgeschlagen, den feststehenden LWL in eine Vielzahl LWL-Faserstränge aufzuteilen, deren Stirnflächen nebeneinander angeordnet sind. Die Anordnung der einzelnen Stirnflächen der LWL-Faserstränge ist von der Bewegungsebene des auslenkbaren LWL abhängig. Soll in x- und y- Ebene gemessen werden, so sind die LWL-Faserstränge vorteilhaft kreisförmig bzw. in einem Teilkreis angeordnet.

Sofern die einzelnen Stränge optisch voneinander isoliert sind, läßt sich die genaue Auslenkung in digitaler Form angeben.

Der auslenkbare LWL ist zweckmäßig durch einen biegsamen Träger abzustützen, wodurch eine bessere Anpassung an die Meßgröße erfolgen kann. Dies kann weiter dadurch verbessert werden, daß zusätzlich eine kleine Masse auf dem Biegearm aufgebracht ist.

Der beschriebene optische Sensor eignet sich insbesondere für die Erfassung von physikalischen Größen, wie die Beschleunigung oder die Verzögerung eines Bewegungsablaufes von einem Bauelement, oder Stöße, die auf ein Bauelement wirken etc. Als Nachteil hat sich herausgestellt, daß mit dem Sensor nur solche Größen erfaßt werden können, die in einer x- und/oder y- Ebene wirken. Es ist nicht möglich mit dem Sensor Größen, wie Beschleunigungen, Verzögerungen, Schwingungen, Impulse, etc. zu erfassen, die aus beliebigen Raumrichtungen x, y und/oder z auf ein Bauelement wirken, wie das bei Stromabnehmern von elektrischbetriebenen Fahrzeugen im Fahrbetrieb der Fall ist, und gleichzeitig weitere Größen mit aufzunehmen, wie den Anpreßdruck eines Stromabnehmers oder dessen Erwärmung im Fahrbetrieb. Dieser Mangel soll durch die erfindungsgemäße Lösung mit einem geringen Aufwand behoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor mit einem als Biegearm 4 schwingbaren LWL anzugeben, mit dem physikalische Größen, wie Beschleunigungen oder Verzögerungen, Schwingungen und Impulse bzw. analoge Größen erfaßt werden können, die aus einer beliebigen Raumrichtung - x-, y- und/oder z auf ein Bauelement wirken- oder solche Größen, wie Zug- und Druckkräfte oder Temperaturen, und die als Meß-, Steuer oder Regelgrößen, vorzugsweise von einem elektrisch hohen Potential auf Erdpotential, übertragen werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Sensor der genannten Art dadurch gelöst, daß ein als Biegearm in an sich bekannter Weise radialschwingbar gelagerter LWL zugleich axialschwingbar ausgebildet ist oder parallel zu dem radialschwingbar gelagerten LWL ein axialschwingbarer LWL angeordnet ist. Der Biegearm, über den von einem Sender ein Lichtstrahl zugeführt wird, steht innerhalb eines Gehäuses mit seiner Stirnfläche in Spaltbreite einem LWL-Abgang, der mit einem Empfänger verbunden ist, gegenüber. Der LWL-Abgang besteht vorzugsweise aus mehreren optisch voneinander getrennten Fasersträngen, die mit ihren Stirnflächen auf einer hohlkugelförmig gewölbten Fläche in Form einer Kugelkappe oder eines Kugeldreiecks angeordnet sind. Hierbei beschreibt der Biegearm, der in dem Krümmungsmittelpunkt der gewölbten Fläche angelenkt ist, einen Krümmungsradius mit gleichbleibender Spaltbreite zu der hohlkugelförmigen Wölbung. Auf diese Weise ist bei jeder Auslenkung des Biegearmes über die x/y-Ebene die Summe der von den einzelnen Fasersträngen des LWL-Abganges aufgenommenen Lichtmenge annähernd gleich.

Abweichungen, die durch die Schnittstellen zwischen den einzelnen Fasersträngen des LWL- Abganges auftreten, werden bei einer elektronischen Auswertung berücksichtigt. Die einzelnen Faserstränge, die einen unterschiedlichen Querschnitt und/oder eine unterschiedliche Querschnittsform besitzen können, zeigen den jeweiligen Auslenkwinkel des Biegearmes über die x/y-Ebene an. Kommt eine Axialbewegung des Biegearmes hinzu, so erfolgt eine graduelle Schwächung (Dämpfung) des Lichtstrahls, die ein Maß für die axial wirkende Größe bildet.

Ein gleiches Ergebnis wird erreicht, wenn der Biegearm nur radialbeweglich ist und zu diesem der axialbewegliche LWL parallel angeordnet ist.

Der Biegearm ist vorteilhaft durch eine Schraubenfeder oder einem anderen radial- und axialelastischen Element abgestützt.

Das elastische Element ist austauschbar angeordnet, wodurch eine Anpassung an die zu erfassenden Größen möglich ist. Auf dem Biegearm ist verstellbar eine kleine Schwungmasse angebracht, wodurch eine Feinanpassung erfolgen kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der LWL-Zu- und -Abgang über den Biegearm, der mit seiner Stirnfläche in Spaltbreite einer hohlkugelförmig gewölbten Spiegelfläche gegenüber steht, die in Form einer Kugelkappe oder eines Kugeldreiecks ausgebildet ist. Auf der Spiegelfläche ist in an sich bekannter Weise nach einem Code ein Rastermuster aufgebracht, das ein Maß für den Auslenkwinkel des Biegearmes über die x/y-Ebene bildet. Bei einer hinzukommenden Axialbewegung erfolgt wiederum, entsprechend der axial wirkenden Größe, durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltbreite, eine graduelle Schwächung des Lichtstrahls.

Der Biegearm kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung aus mindestens zwei optisch voneinander getrennten Fasersträngen bestehen, wobei der LWL-Zugang und der LWL-Abgang über getrennte Faserstränge erfolgt. In diesem Fall ist der Biegearm zweckmäßig zu der hohlkugelförmig gewölbten Spiegelfläche außermittig angeordnet, so daß bei einem Ausschwingen des Biegearmes sich die Spaltbreite stetig verändert. In gleicher Weise verändert sich auch der Winkel zwischen der Spiegelfläche und dem auftreffenden Lichtstrahl stetig. Die Spiegelkrümmung ist so bemessen, daß der reflektierte Lichtstrahl entsprechend der Auslenkung von dem LWL-Abgang aufgenommen wird. Besteht der LWL- Abgang aus einer Vielzahl optisch voneinander getrennter Stränge, so ist das von den einzelnen Strängen aufgenommene Licht ein Maß für die Größe und Richtung der Kraftwirkung in der x/y-Ebene. Erfolgt ein Kraftimpuls in axialer Richtung des Biegearmes, so verändert sich in der jeweiligen Winkelstellung des Biegearmes zusätzlich die Spaltbreite, wodurch eine Dämpfung des Lichtstrahls erfolgt. Die Größe der zusätzlichen Dämpfung bildet ein Maß für den Kraftimpuls in der z-Richtung. Ein gleiches Ergebnis wird bei den genannten Ausgestaltungen wiederum dadurch erreicht, sofern parallel zu dem Biegearm der axialbewegliche LWL angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung erfolgt dadurch, daß parallel zu dem Biegearm ein feststehender LWL angeordnet ist, dem ein axialbeweglicher LWL gegenüber steht. Der axialbewegliche LWL kann mit einer weiteren Größe, wie Druck- oder Zugkräfte, bzw. in Druck- oder Zugkräfte umgewandelte Größen, beauflagt werden.

In Abwandlung dieser Lösung kann auch über den Biegearm und den dazu parallel angeordneten feststehenden LWL jeweils der LWL-Zugang und der LWL-Abgang erfolgen. In diesem Fall stehen der Biegearm und der feststehende LWL einer hohlkugelförmig gewölbten Spiegelfläche gegenüber, deren Wölbung durch Einwirken einer weiteren Größe veränderlich ist. Hierbei erfolgt zur Erfassung der einzelnen Größen in dem Empfänger eine Differenzmessung des über beide LWL rückgeführten Lichtes.

Der radiale Schwingbereich des Biegearmes wird bei allen Varianten durch die Gehäusewandung oder durch Dämpfungselemente begrenzt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine zusätzliche Dämpfung dadurch erreicht, daß das Sensorgehäuse mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllt ist.

Mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor können physikalische Größen, wie Schwingungen, Beschleunigungen und Verzögerungen und Stöße, die in beliebiger Richtung x, y und z auf ein Bauelement wirken, sowie Zug- und Druckkräfte und daraus abgeleitete Größen, wie beispielsweise Temperaturen, erfaßt werden.

Die Erfassung der Größen kann kontinuierlich oder in vorgegebenen Stufen erfolgen. Der optische Sensor ist besonders geeignet für eine Übertragung von Meß-, Steuer- oder Regelgrößen von einem hohen elektrischen Potential auf Erd- oder einem anderen Potential. Bei der Anordnung eines zweiten, nur axialbeweglichen LWL, kann die Empfangseinrichtung einfacher gestaltet sein.

Mit der Anordnung eines feststehenden LWL parallel zu dem Biegearm kann durch eine Differenzmessung eine höhere Meßgenauigkeit erreicht werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit mit einem Sensor neben den Größen aus der x, y und z-Richtung, eine weitere Größe zu erfassen, was z. B. bei Messungen an Stromabnehmern für elektrisch betriebenen Fahrzeugen von großem Vorteil ist, da nicht eine Vielzahl einzelner Sensoren eingesetzt werden müssen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführringsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den optischen Sensor - LWL-Zu- und -Abgang sind gegenüberliegend angeordnet,

Fig. 2 die Kugeldreieckfläche, Schnitt A-A von Fig. 1,

Fig. 3 den optischen Sensor mit einer hohlkugelförmig gewölbten Spiegelfläche,

Fig. 4 die Lichtführung bei einem Biegearm mit zwei optisch voneinander getrennten Fasersträngen und einer Spiegelfläche,

Fig. 5 die Stirnfläche des Biegearmes, Schnitt A-A von Fig. 4,

Fig. 6 den optischen Sensor mit einem parallel zu dem Biegearm feststehenden LWL und einem diesem gegenüber angeordneten axialbeweglichen LWL,

Fig. 7 den optischen Sensor mit einem parallel zu dem Biegearm teststehenden LWL und einer Spiegelfläche mit einer veränderlichen Wölbung.

Fig. 1 zeigt den optischen Sensor 1 mit dem radial und axial schwingbar angeordneten Biegearm 2, der innerhalb des Sensorgehäuses 3 mit seiner Stirnfläche 2a in Spaltbreite dem LWL-Abgang 4 gegenüber steht. Der LWL-Abgang 4 besteht aus mehreren optisch voneinander getrennten Fasersträngen 4′, die, wie in Fig. 2 - Schnitt A-A dargestellt ist, mit ihren Stirnflächen auf einer hohlkugelförmig gewölbten Dreieckfläche 4a angeordnet sind. Der Biegearm 2 beschreibt von dem Krümmungsmittelpunkt Ma der gewölbten Dreieckfläche 4a einen Krümmungsradius mit gleichbleibender Spaltbreite zu den hohlkugelförmig angeordneten LWL-Fasersträngen 4a. Dem Biegearm 2 wird von einem Sender (eine nicht mit dargestellte Lichtquelle) über einem LWL oder einem Richtstrahler ein Lichtstrahl zugeführt und über den LWL-Abgang 4 einem Empfänger (ebenfalls nicht mit dargestellt) zugeleitet. Bei jeder Auslenkung des Biegearmes 2 über die x/y-Ebene ist die Summe der von den einzelnen Fasersträngen 4′ aufgenommenen Lichtmenge annähernd gleich. Abweichungen, die durch die Schnittstellen zwischen den einzelnen Strängen 4′ auftreten, werden bei einer elektronischen Auswertung berücksichtigt. Die einzelnen Faserstränge 4′ zeigen den jeweiligen Auslenkwinkel des Biegearmes 2 über die x/y-Ebene an. Kommt eine Axialbewegung des Biegearmes 2 hinzu, so erfolgt eine graduelle Schwächung (Dämpfung) des Lichtstrahls, die ein Maß für die axial wirkende Größe bildet.

Ein gleiches Ergebnis wird erreicht, wenn der Biegearm 21 nur radialschwingbar gelagert ist und parallel zu diesem der axialbewegliche LWL 5 angeordnet ist
Der Biegearm 2 ist vorteilhaft durch eine Schraubenfeder 6 oder einem anderen radial- und axialelastischen Element abgestützt. Die Schraubenfeder 6 ist durch eine lösbare Befestigung austauschbar angeordnet, wodurch eine Anpassung an die zu erfassenden Größen möglich ist.

Eine kleine verstellbare Schwungmasse 7 auf dem Biegearm 2 ermöglicht eine weitere Anpassung.

Nach Fig. 3 erfolgt der LWL-Zugang und der LWL-Abgang über den Biegearm 2, der mit seiner Stirnfläche 2a in Spaltbreite der Spiegelfläche 8 gegenüber steht, die als eine hohlkugelförmig gewölbte Fläche eines Kugeldreiecks ausgebildet ist. Sofern über die Nullpunktlage des Biegearmes 2 hinaus nach allen Seiten Schwingungen erfaßt werden sollen, so muß die Spiegelfläche 8 als hohlkugelförmig gewölbte Fläche einer Kugelkappe gestaltet sein.

Auf der Spiegelfläche 8 ist in bekannter Weise nach einem Code ein Rastermuster aufgebracht (in der Zeichnung nicht dargestellt), das ein Maß für den Auslenkwinkel des Biegearmes 2 über die x/y-Ebene bildet. Bei einer hinzukommenden Axialbewegung, erfolgt entsprechend der axialwirkenden Größe, durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltbreite eine graduelle Schwächung des Lichtstrahls.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung des Biegearmes 2 zu der hohlkugelförmigen Spiegelfläche 8. Der Biegearm 2 besteht, wie der Schnitt A-A von Fig. 4 zeigt, aus mehreren optisch voneinander getrennten Fasersträngen 2′ und 2′′. Hierbei erfolgt der LWL-Zugang und der LWL-Abgang über die optisch getrennten Stränge. Nach der Darstellung in Fig. 4 erfolgt der LWL-Zugang über den Faserstrang 2′ und der LWL-Abgang über den Faserstrang 2′′. Der Biegearm 2 ist zu der hohlkugelförmig gewölbten Spiegelfläche außermittig angeordnet. Ma stellt den Mittelpunkt für die Wölbung der Spiegelfläche 8 und Mb den Mittelpunkt für den Schwenkradius des Biegearmes 2 dar. Bei einem Ausschwingen des Biegearmes 2 verändert sich die Spaltbreite zwischen der Stirnfläche des Biegearmes 2 und der Spiegelfläche 8 stetig. In gleicher Weise verändert sich auch der Reflexionswinkel α, der zwischen den auf die Spiegelfläche 8 auftreffenden Lichtstrahl 9 und den reflektierten Lichtstrahl 9′ entsteht. Die Spiegelkrümmung ist so bemessen, daß der reflektierte Lichtstrahl 9′ bei der Auslenkung von dem Faserstrang 2′′ für den LWL-Abgang aufgenommen wird. Besteht der LWL-Abgang aus einer größeren Zahl optisch voneinander getrennter Stränge 2′′, so ist das von den einzelnen Strängen jeweils aufgenommene Licht ein Maß für die Größe und Richtung der Kraftwirkung in der x,y-Ebene. Erfolgt ein Kraftimpuls in axialer Richtung des Biegearmes 2, so verändert sich in der jeweiligen Winkelstellung α zusätzlich die Spaltbreite, wodurch der Lichtstrahl 9/9′ gedämpft wird. Die Größe der Dämpfung bildet ein Maß für den Kraftimpuls in der z- Richtung. Ein gleiches Ergebnis wird bei den dargestellten Ausgestaltungen wiederum dadurch erreicht, in dem parallel zu dem Biegearm 2 der axialbewegliche LWL 5 angeordnet wird.

In Fig. 6 ist ein optischer Sensor mit einem parallel zu dem Biegearm 2 feststehenden LWL 10 dargestellt. Dem feststehenden LWL 10 steht ein axialbeweglicher LWL 11 gegenüber. Der axialbewegliche LWL 11 kann mit einer Größe P, wie Druck- oder Zugkräfte, bzw. in Druck- oder Zugkräfte umgewandelte Größen, beauflagt werden.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltung nach Fig. 6. Über den Biegearm 2 und den parallel zu diesem angeordneten feststehenden LWL 10 erfolgt jeweils der LWL-Zugang und der LWL-Abgang. Beiden LWL, dem Biegearm 2 und dem feststehende LWL 10, steht die hohlkugelförmig gewölbte Spiegelfläche 81 gegenüber, deren Wölbung durch Einwirken einer weiteren Größe P veränderlich ist. Hierbei erfolgt zur Erfassung der einzelnen Größen in dem 5 Empfänger eine Differenzmessung des über beide LWL 2 und 10 rückgeführten Lichtes 9′. Der radiale Schwingbereich des Biegearmes 2 wird in vorteilhafter Weise durch das Sensorgehäuse 3 begrenzt.

Eine zusätzliche Dämpfung wird dadurch erreicht, daß das Sensorgehäuse 3 mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllt ist.

Bezugszeichenliste

1 optischer Sensor
2 radial- und axialschwingbarer Biegearm
21 radialschwingbarer Biegearm
3 Sensorgehäuse
4 LWL-Abgang
6 Schraubenfeder
7 Schwungmasse
8 Spiegelfläche
81 Spiegelfläche mit veränderlicher Wölbung
9 Lichtstrahl
10 feststehender LWL
11 axialbeweglicher LWL
12 Arretierung für den Biegearm
Ma Krümmungsmittelpunkt der Spiegelwölbung
Mb Mittelpunkt vom Schwenkradius des Biegearmes
α Reflexionswinkel
P Kraft
x, y, z Kraftrichtung der physikalischen Größen
2′ und 2′′ Faserstränge der Biegearme 2 und 21
2a Stirnflächen der Biegearme 2 und 21
4′ Faserstränge des LWL Abgangs
4a Faserstränge des LWL Abgangs - hohlkugelförmig gewölbt angeordnet
9′ reflektierter Lichtstrahl

Claims (13)

1. Optischer Sensor zur Erfassung physikalischer Größen, die räumlich in drei Richtungen x, y und z wirken, der einen Lichtstrahl steuert, der über einen als Biegearm schwingbar gelagerten Lichtwellenleiter zugeführt wird (LWL-Zugang), welcher innerhalb eines Gehäuses mit seiner Stirnfläche in Spaltbreite einer oder mehrerer Stirnfläche/-flächen eines Lichtwellenleiters (LWL), über den der Lichtstrahl abgeführt wird (LWL-Abgang), oder einer Spiegelfläche gegenüber steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche/-flächen (4a) des LWL- Abganges (4) bzw. die Spiegelfläche (8) als eine hohlkugelförmig gewölbte Fläche in Form einer Kugelkappe oder eines Kugeldreiecks ausgebildet ist und der Biegearm (2) gegenüber der hohlkugelförmig gewölbten Fläche (4a) bzw. (8) radial- und axialschwingbar angeordnet ist.

2. Optischer Sensor im Oberbegriff nach Anspruch 1, mit der hohlkugelförmig gewölbten Fläche (4a) des LWL-Abganges (4) oder der Spiegelfläche (8), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem nur radialschwingbaren Biegearm (21) ein axial schwingbarer LWL (11) angeordnet ist.

3. Optischer Sensor nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegearm (2) bzw. (21) durch ein elastisches Element, vorzugsweise durch eine Schraubenfeder (6) abgestützt ist.

4. Optischer Sensor nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Biegearm (2) bzw. (21) eine Schwungmasse (7) verstellbar angebracht ist.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegearm (2) bzw. (21) aus mindestens zwei optisch voneinander getrennten Fasersträngen (2′) und (2′′) besteht und der LWL-Zugang und der LWL-Abgang über die getrennten Faserstränge (2′) und (2′′) des Biegearmes (2) bzw. (21) erfolgen.

6. Optischer Sensor nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der LWL-Abgang (4) aus mehreren optisch voneinander getrennten Fasersträngen (4′) besteht.

7. Optischer Sensor nach Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Faserstränge (2′, 2′′ und 4′) des LWL-Zuganges und/oder des LWL-Abganges eine unterschiedliche Stärke und Form besitzen.

8. Optischer Sensor nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (8) in an sich bekannter Weise mit einem Rastermuster versehen ist.

9. Optischer Sensor nach Anspruch 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Biegearm (2) ein feststehender LWL (10) angeordnet ist.

10. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem feststehenden LWL (10) ein durch eine weitere Größe axialbeweglicher LWL (11) gegenübersteht.

11. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Biegearm (2) und dem feststehenden LWL (10) eine hohlkugelförmig gewölbte Spiegelfläche (81) gegenüber­ steht, deren Wölbung durch Einwirken einer weiteren Größe veränderlich ist.

12. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wandung des Sensorgehäuses (3) der radiale Schwingbereich von dem Biegearm (2) bzw. (21) begrenzt ist.

13. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorgehäuse (3) mit einer dämpfenden Flüssigkeit gefüllt ist.