DE19649877C2 - Process for processing an interferometric signal to measure a force - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung eines interferometrischen Signals zur Messung einer Kraft mit Hilfe der Doppelbrechung, die durch Kraft einwirkung in eine Lichtleiter induziert wird.The invention relates to a method for Processing an interferometric signal for measurement a force with the help of birefringence, which is through force action is induced in a light guide.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ver kehrsüberwachung und insbesondere auf das Wiegen fahrender Fahrzeuge.The invention relates generally to the Ver traffic monitoring and especially on the weighing of moving vehicles Vehicles.
Das Prinzip der Messung einer Kraft mit Hilfe der durch Krafteinwirkung auf einen Lichtleiter oder eine Mono mode-Lichtleitfaser induzierten Doppelbrechung ist bekannt. Fig. 1 zeigt sehr schematisch die verschiedenen Elemente einer piezo-optischen Meßsonde, die gemäß diesem Prinzip eine Kraft mißt. Ein Lichtstrahl mit Polarisierung entlang einer Geraden Ei, der von einer Laserdiode 1 erzeugt wird, wird in die Lichtleitfaser 2 über einen Polarisationssepara tor 3 injiziert, der diesen Lichtstrahl in zwei Wellen zer legt, deren Polarisationen in Quadratur liegen, und zwar die eine Ev in der (senkrechten) Richtung, in der auf die Licht leitfaser die zu messende Kraft einwirkt und die andere Eh in dazu lotrechter Richtung. Da bei Monomode-Ausbreitung die Polarisation erhalten bleibt, breiten sich beiden Welle un abhängig und in Abhängigkeit vom der Polarisationsrichtung entsprechenden optischen Index aus. Der Unterschied der op tischen Strecken der beiden Wellen hängt also vom Unter schied der gerichteten Kräfte entlang der Strecke ab. Eine Veränderung der Doppelbrechung der Lichtleitfaser aufgrund einer dynamischen Kraft wie z. B. des Reifens 4 eines Fahr zeugs, das über die Lichtleitfaser fährt, bewirkt somit eine relative Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen (wo bei diese Phasenverschiebung mit der Kraft ansteigt, sich dann auf einem bestimmten Niveau einpendelt, wenn die Kraft in senkrechter Richtung ihren Höchstwert hat, und schließ lich abnimmt, je weiter die Kraft abnimmt, d. h. wenn der Reifen die Lichtleitfaser verläßt). Beim Aufbau gemäß Fig. 1 wird der einfallende Lichtstrahl von einem Spiegel 5 re flektiert, der am Ende der Lichtleitfaser angeordnet ist, und dann über den Polarisationsseparator 3 von einer Erfas sungs-Fotodiode 6 aufgefangen. Das aus der additiven Rekom bination der beiden Wellen in Höhe der Erfassungs-Fotodiode 6 entstehende interferometrische elektrische Signal S hat einen augenblicklichen Amplitudenpegel, der sich in Abhän gigkeit von der augenblicklichen relativen Phasenverschie bung zwischen den beiden Wellen Ev und Eh verändert.The principle of measuring a force with the aid of the birefringence induced by the action of force on an optical fiber or a mono-mode optical fiber is known. Fig. 1 shows very schematically the various elements of a piezo-optical measuring probe, which measures a force according to this principle. A light beam with polarization along a straight line egg, which is generated by a laser diode 1 , is injected into the optical fiber 2 via a polarization separator 3 , which separates this light beam into two waves, the polarizations of which are in quadrature, namely an Ev in the (vertical) direction in which the force to be measured acts on the optical fiber and the other direction in the direction perpendicular to it. Since the polarization is retained in the case of monomode propagation, both waves propagate independently and as a function of the optical index corresponding to the direction of polarization. The difference in the optical sections of the two waves therefore depends on the difference in the directional forces along the section. A change in the birefringence of the optical fiber due to a dynamic force such as. B. the tire 4 of a vehicle that drives over the optical fiber, thus causes a relative phase shift between the two waves (where this phase shift increases with the force, then settles at a certain level when the force in the vertical direction is at its maximum has, and finally decreases, the further the force decreases, ie when the tire leaves the optical fiber). In the construction of FIG. 1 is flexed, the incident light beam from a mirror 5 re, which is arranged at the end of the optical fiber, and then collected on the polarization 3 of a Erfas sung photo diode 6. The interferometric electrical signal S resulting from the additive recombination of the two waves at the level of the detection photodiode 6 has an instantaneous amplitude level, which changes as a function of the instantaneous relative phase shift between the two waves Ev and Eh.
Fig. 2 zeigt die allgemeine Form eines interferome trischen Signals S. Dieses Signal hat einen Amplitudenpegel, der über eine Interferenzperiode T, die dem Einfluß der Kraft entspricht, eine Folge von Maxima und Minima aufweist, die polarimetrische Linien definieren. Man sieht in dieser Figur ausgehend vom Ursprung der Zeit t eine erste Folge von polarimetrischen Linien, die der winkelmäßigen Zunahme der Phasenverschiebung entspricht, dann eine zentrale polarime trische Linie, die einem maximalen Winkel der Phasenver schiebung entspricht, dann eine zweite Folge von polarime trischen Linien, die der winkelmäßigen Abnahme der Phasen verschiebung entspricht. Fig. 2 shows the general form of an interferometric signal S. This signal has an amplitude level which, over an interference period T, which corresponds to the influence of the force, has a sequence of maxima and minima which define polarimetric lines. One can see in this figure, starting from the origin of the time t, a first sequence of polarimetric lines, which corresponds to the angular increase in the phase shift, then a central polarimetric line, which corresponds to a maximum angle of the phase shift, then a second sequence of polarimetric lines , which corresponds to the angular decrease in the phase shift.
In der Druckschrift EP-0 153 997 wurde bereits vor geschlagen, die Anzahl der polarimetrischen Linien zu zäh len, die in einem interferometrischen Signal vorhanden sind, um eine Kraft gemäß dem oben angegebenen Prinzip zu messen. Eine solche Methode hat jedoch eine Genauigkeit, die für das Messen von fahrenden Fahrzeugen nicht geeignet ist. Ein ein faches Zählen von polarimetrischen Linien hat per Definition nämlich nur eine auf ±0,5 Linien begrenzte Genauigkeit, wobei die Ungewißheit der Präzision einige Prozent der zu messenden Kraft darstellen kann.In the document EP-0 153 997 was already before struck, the number of polarimetric lines too tough len that are present in an interferometric signal to measure a force according to the principle given above. However, such a method has an accuracy that is necessary for the Measuring moving vehicles is not suitable. A one counting polarimetric lines by definition has namely only an accuracy limited to ± 0.5 lines, the uncertainty of precision being a few percent of the measuring force can represent.
Ziel der Erfindung ist es, ein anderes Verfahren zur Verarbeitung des interferometrischen Signals vorzuschlagen, um eine Kraft, insbesondere eine dynamische Last, genauer zu messen.The aim of the invention is to provide another method for Propose processing of the interferometric signal, by a force, especially a dynamic load measure up.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung eines interferometrischen Signals zur Messung einer Kraft mit Hilfe der durch Belastung in einen Lichtlei ter induzierten Doppelbrechung zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte aufweist: For this purpose, the invention has a method for Processing an interferometric signal for measurement a force with the help of loading into a light line ter induced birefringence to the subject, which thereby is characterized by the following steps:
- - Digitalisierung des interferometrischen Signals, um eine chronologische Folge von Amplitudenextremwerten in di gitaler Form zu entnehmen,- Digitization of the interferometric signal in order a chronological sequence of extreme amplitude values in di gital form,
- - Verarbeitung dieser Folge von Extremwerten, um eine entsprechende chronologische Folge von ersten Daten zu er halten, die für ein zeitliches Profil einer Phasendrehung repräsentativ sind,- Processing this sequence of extreme values in order to corresponding chronological sequence of first data on it consider that a temporal profile of a phase shift are representative,
- - Verarbeitung dieser Folge von ersten Daten, ausge hend von einem physikalischen Modell, das die Phasendrehung mit der Kraft in Verbindung setzt, so daß man eine entspre chende chronologische Folge von zweiten Daten erhält, die für ein zeitliches Profil der Kraft repräsentativ sind.- Processing of this sequence of first data based on a physical model that is the phase shift in connection with the force, so that one corresponds appropriate chronological sequence of second data that are representative of a temporal profile of the force.
Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß der Ausdruck
der Phasenverschiebung Φ zwischen den Wellen Ev und Eh, die
aus dem Anlegen einer gerichteten Druckbeanspruchung P über
eine Länge L einer Lichtleitfaser einer piezo-optischen Meß
sonde entsteht, die Form aufweist:
The invention makes use of the fact that the expression of the phase shift Φ between the waves Ev and Eh, which arises from the application of a directional compressive stress P over a length L of an optical fiber of a piezo-optical measuring probe, has the form:
Φ = KPαL (1)
Φ = KP α L (1)
wobei K und α Konstante sind, die von den Eigenschaften der piezo-optischen Meßsonde abhängen (Geometrie der Lichtleit faser, Elastizität des Siliziumoxids, Wellenlänge der Laser quelle usw.). Diese Konstanten können durch eine Kalibrie rung der piezo-optischen Meßsonde erhalten werden, die mit bekannten Gewichten durchgeführt wird.where K and α are constants that depend on the properties of the depend on the piezo-optical measuring probe (geometry of the light guide fiber, elasticity of silicon oxide, wavelength of the laser source, etc.). These constants can be calibrated tion of the piezo-optical probe can be obtained with known weights is performed.
Außerdem hat der augenblickliche Amplitudenpegel I(t)
des interferometrischen Signals die Form
In addition, the instantaneous amplitude level I (t) of the interferometric signal has the form
I(t) = A + BcosΦ(t) (2)
I (t) = A + BcosΦ (t) (2)
wobei Φ die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen Ev und Eh darstellt und A und B Konstante sind (A und B werden ausgehend von den Gleichungen A = (Imax + Imin)/2 und B = (Imax- Imin)/2 berechnet, in denen Imax und Imin der maximale Mit telwert bzw. der minimale Mittelwert des interferometrischen Signals über eine Periode interferentieller Aktivität ist). Diese Phasenverschiebung entspricht tatsächlich einer Pha sendrehung in Gegenuhrzeigerrichtung, solange die Last an steigt, und wieder in Uhrzeigerrichtung, sobald die Last abnimmt. Indem man den Ausdruck (2) nach der Zeit ableitet, sieht man, daß die relativen Extremwerte des Signals I(t) entweder einem Überschreiten einer Winkelbestimmung (Φ = kΠ) oder einem Extremwert der Phasendrehung (dΦ/dt = o) entspre chen.where Φ represents the phase shift between the two waves Ev and Eh and A and B are constants (A and B are calculated from the equations A = (Imax + Imin) / 2 and B = (Imax-Imin) / 2, in which Imax and Imin is the maximum mean or the minimum mean of the interferometric signal over a period of interferential activity). This phase shift actually corresponds to a phase rotation in the counterclockwise direction as long as the load increases, and again in the clockwise direction as soon as the load decreases. By deriving the expression ( 2 ) over time, one can see that the relative extreme values of the signal I (t) correspond either to exceeding an angle determination (Φ = kΠ) or to an extreme value of the phase rotation (dΦ / dt = o).
Auf der Basis der Gleichungen (1) und (2) sieht man folglich, daß ein Zeitprofil einer dynamischen Kraft (defi niert durch verschiedene Werte von P in Abhängigkeit von der Zeit) vom Zeitprofil einer Phasendrehung entsprechend der Phasenverschiebung Φ abgeleitet werden kann, wobei dieses Zeitprofil der Phasendrehung einfach für die Extremwerte des interferometrischen Signals bestimmt wird.One can see on the basis of equations (1) and (2) consequently, that a time profile of a dynamic force (defi nated by different values of P depending on the Time) from the time profile of a phase shift corresponding to the Phase shift Φ can be derived, this Time profile of the phase shift simply for the extreme values of the interferometric signal is determined.
Gemäß einer Besonderheit des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht die Verarbeitung der Extremwerte darin, ab wechselnd einen Extremwert am Anfang der Folge von Extrem werten und einen Extremwert am Ende dieser Folge von Extrem werten zu berücksichtigen, indem man bei jedem Wechsel zur Mitte dieser Folge von Extremwerten weiterschreitet, um die Folge der ersten Daten zu erhalten, die für ein Zeitprofil der Phasendrehung repräsentativ sind.According to a special feature of the Ver driving, the processing of the extreme values consists of alternating an extreme value at the beginning of the sequence of extreme values and an extreme value at the end of this sequence of extreme values to be taken into account by switching to Middle of this sequence of extreme values continues to the Follow the first data to get that for a time profile the phase rotation are representative.
Diese Verarbeitung nutzt die Tatsache, daß das Zeit profil der Phasendrehung von einem Ruhewert ausgeht und dorthin nach einem Durchgang durch einen entsprechenden Ma ximalwert zurückkehrt, der typisch dem Extremwert der Mitte der Folge im einfachen Fall eines Zeitprofils in Form einer glockenförmigen Kurve entspricht. This processing takes advantage of the fact that the time profile of the phase shift is based on a rest value and there after going through a corresponding measure ximal value returns, which is typically the extreme value of the middle in the simple case of a time profile in the form of a bell-shaped curve.
Bei einem komplexeren Profil der Phasendrehung in Form eines Sattels entspricht das Maximum der Phasendrehung nicht unbedingt dem zentralen Extremwert der Folge von Am plituden-Extremwerten des interferometrischen Signals, und man muß jeden Extremwert als einer Überschreitung einer Win kelbestimmung oder einem Maximum der Phasendrehung entspre chend identifizieren. Diese Zweideutigkeit kann jedoch ein fach behoben werden, indem festgestellt wird, daß eine Über schreitung der Winkelbestimmung einem Extremwert nahe den Grenzwerten (A + B) oder (A-B) entspricht. Umgekehrt ent spricht ein Maximum der Phasendrehung im allgemeinen einem beobachteten Extremwert, der weit außerhalb dieser Grenzwer te liegt.With a more complex phase shift profile in The shape of a saddle corresponds to the maximum of the phase rotation not necessarily the central extreme of the sequence of Am extreme values of the interferometric signal, and one must consider every extreme value as exceeding a win kel determination or a maximum of the phase rotation correspond identify accordingly. However, this ambiguity can be a can be eliminated by determining that an over the angle determination exceeds an extreme value close to the Limits (A + B) or (A-B). Conversely ent generally speaks a maximum of phase rotation observed extreme, which is far outside of this limit te lies.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt schematisch eine piezo-optische Meßson de. Fig. 1 shows schematically a piezo-optical Messson de.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines interferometrischen Signals. Fig. 2 shows an example of an interferometric signal.
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das die hauptsächli chen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Fig. 3 is a flowchart illustrating the main steps of the inventive method.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines interfero metrischen Signals. Fig. 4 shows another example of an interferometric signal.
Fig. 5 zeigt in Kurvenform das für das Signal der Fig. 4 erhaltene Zeitprofil der Phasendrehung. FIG. 5 shows in a curve the time profile of the phase rotation obtained for the signal of FIG. 4.
Fig. 6 ist ein detailliertes Flußdiagramm des Schritts der Bildung des Zeitprofils der Phasendrehung. Fig. 6 is a detailed flow chart of the step of forming the time profile of the phase rotation.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung einer Kraft, insbesondere einer dynamischen Kraft, bildet man ein Zeitprofil dieser Last ausgehend von einem Zeitpro fil einer Phasendrehung, das selbst ausgehend von Amplitu den-Extremwerten des interferometrischen Signals abgeleitet wird. Im Vergleich mit einem einfachen Zählen der polarime trischen Linien kommt man zu einer wesentlich höheren Meß genauigkeit in der Größenordnung von 0,01 Linien. Im Rahmen der Anwendung auf das Wiegen von fahrenden Fahrzeugen ermög licht das Zeitprofil der dynamischen Last außerdem, genauer auf den Wert der statischen Kraft zu schließen, da ein sol ches Profil die dynamischen Wirkungen der Federungen, der Beschleunigung usw. aufzeigt, die dann für die Bestimmung der statischen Kraft berücksichtigt werden können.According to the measurement method according to the invention a force, especially a dynamic force a time profile of this load based on a time pro fil of a phase shift that itself based on amplitude the extreme values of the interferometric signal becomes. Compared to a simple polarime counting tric lines you get to a much higher measurement accuracy on the order of 0.01 lines. As part of the application to the weighing of moving vehicles also illuminates the time profile of the dynamic load, more precisely to infer the value of the static force, since a sol ches the dynamic effects of the suspension, the Shows acceleration etc., which is then used for the determination the static force can be taken into account.
Gemäß Fig. 3 beginnt das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung eines interferometrischen Signals S mit einem Schritt 30 der Digitalisierung dieses Signals.Referring to FIG. 3, the inventive method begins processing an interferometric signal S with a step 30, the digitization of the signal.
Auf den Schritt 30 folgt vorzugsweise ein Schritt einer digitalen Filterung 31, die eine Reduktion der Störsi gnale durch ein Glätten des digitalen interferometrischen Signals ermöglicht.Step 30 is preferably followed by a step of digital filtering 31 , which enables a reduction of the interference signals by smoothing the digital interferometric signal.
Auf den Schritt 31 folgt ein Schritt 32 der Erfassung des Anfangs und des Endes der Periode der Interferenzaktivi tät im interferometrischen Signal in digitaler Form. Die Erfassung des Anfangs und des Endes der Interferenzaktivität kann zum Beispiel auf eine Logik zur Überwachung des augen blicklichen Pegels des digitalen Signals und auf einem Ver gleich dieses augenblicklichen Pegels mit einem mittleren Pegel des digitalen interferometrischen Signals beruhen, das in Abwesenheit einer Kraft gemessen und nach jeder Interfe renzaktivitätsperiode aktualisiert wird.Step 31 is followed by step 32 of detecting the start and end of the period of the interference activity in the interferometric signal in digital form. The detection of the beginning and end of the interference activity can be based, for example, on logic for monitoring the instantaneous level of the digital signal and on comparing this instantaneous level with an average level of the digital interferometric signal, which is measured in the absence of a force and after every interference activity period is updated.
Auf den Schritt 32 folgt ein Schritt 33 der Verarbei tung von Tastproben, die für die Interferenzaktivitätsperi ode des digitalen Signals gebildet wurden, um diejenigen zu erfassen, die Amplituden-Extremwerten entsprechen.Step 32 is followed by a step 33 of processing samples that were formed for the interference activity period of the digital signal in order to detect those that correspond to extreme amplitude values.
Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Amplituden pegels eines interferometrischen Signals. Der Anfang und das Ende der Interferenzperiode sind mit D bzw. F gekennzeich net. Die Amplituden-Extremwerte sind mit Ext[1], . . ., Ext[n] angegeben, wobei Ext einen Vektor bezeichnet, der nach der chronologischen Folge von Amplituden-Extremwerten geordnet ist. In dieser Figur entspricht der Extremwert Ext(j) einem Maximum der Phasendrehung. Fig. 4 shows the time course of the amplitude level of an interferometric signal. The beginning and end of the interference period are marked with D and F respectively. The extreme amplitude values are with Ext [1],. . ., Ext [n], where Ext denotes a vector which is ordered according to the chronological sequence of extreme amplitude values. In this figure, the extreme value Ext (j) corresponds to a maximum of the phase rotation.
Die chronologische Folge von Extremwerten im Vektor Ext wird im Schritt 34 verarbeitet, um eine entsprechende chronologische Folge von Daten zu bestimmen, die für ein Zeitprofil einer Phasendrehung repräsentativ sind. Es ist anzumerken, daß der Schritt 34 es auch erfordert, jedem Ex tremwert seine zeitliche Position in der Interferenzperiode zuzuordnen, um die Zeitprofile der Phasendrehung und der Last zu gewinnen. Aus Gründen der klareren Beschreibung wird nachfolgend die zeitliche Lage der Extremwerte unberücksich tigt gelassen.The chronological sequence of extreme values in the vector Ext is processed in step 34 in order to determine a corresponding chronological sequence of data which are representative of a time profile of a phase shift. It should be noted that step 34 also requires assigning each extreme value its position in time in the interference period in order to obtain the time profiles of the phase rotation and the load. For reasons of a clearer description, the temporal position of the extreme values is not taken into account in the following.
Fig. 6 zeigt die Verarbeitung, die im Schritt 34 stattfindet. In dieser Figur bezeichnet PHI den Vektor, in dem die chronologische Folge von Daten geordnet ist, die für das Zeitprofil der Phasendrehung repräsentativ sind. Der Vektor PHI enthält die verschiedenen Werte der entsprechen den Phasendrehung entsprechend den Extremwerten des Vektors Ext. Die Verarbeitung 34 besteht einfach aus einer Schleife mit Indices ig (die zum Anfang des Vektors Ext zeigen) und id (die zum Ende des Vektors Ext zeigen), die im Schritt 61 auf 1 bzw. n initialisiert werden (wobei n die Anzahl von Extremwerten im Vektor Ext angibt), wobei abwechselnd ein Indexextremwert ig des Vektors Ext, um im Schritt 62 einen diskreten Wert PHI[ig] zu bestimmen, der der Phasendrehung entspricht, und ein Indexextremwert id des Vektors Ext be rücksichtigt wird, um im Schritt 63 einen anderen diskreten Wert PHI[id] der Phasendrehung zu bestimmen. Die Indices id und ig bewegen sich gemeinsam im Schritt 64 zur Mitte des Vektors Ext. Wenn der Index ig größer als der oder gleich dem Index id wird, was durch Vergleich im Schritt 65 festge stellt wird, tritt die Verarbeitung aus der Schleife aus und setzt sich im Schritt 66 fort. Der Test id ≧ ig wird bevor zugt und nicht der Test id = ig, um aus der Schleife auszu treten, selbst wenn zufälligerweise die Zahl n von erfaßten Extremwerten gerade ist, obwohl diese Anzahl normalerweise ungerade ist. Fig. 6 shows the processing which takes place in step 34. In this figure, PHI denotes the vector in which the chronological sequence of data is ordered, which is representative of the time profile of the phase shift. The vector PHI contains the different values of the corresponding phase shift corresponding to the extreme values of the vector Ext. The processing 34 simply consists of a loop with indices ig (which point to the beginning of the vector Ext) and id (which point to the end of the vector Ext), which are initialized to 1 or n in step 61 (where n indicates the number of extreme values in the vector Ext), alternating with an index extreme value ig of the vector Ext, in order to determine in step 62 a discrete value PHI [ig] which corresponds to the phase shift corresponds, and an extreme index value id of the vector Ext be taken into account in order to determine in step 63 another discrete value PHI [id] of the phase rotation. The indices id and ig move together in step 64 to the center of the vector Ext. If the index ig becomes greater than or equal to the index id, which is determined by comparison in step 65 , the processing exits the loop and sets continues in step 66 . The test id ≧ ig is preferred and not the test id = ig to exit the loop, even if the number n of detected extreme values happens to be even, although this number is normally odd.
Im Schritt 62 dient der Rang ig des berücksichtigten
Extremwerts direkt zur Bestimmung des entsprechenden Werts
der Phasendrehung. Gleiches gilt im Schritt 63 für den Index
id. In diesem Stadium der Verarbeitung ist nur der maximale
Wert der Phasendrehung nicht bestimmt. Er wird im Schritt 66
ausgehend vom Wert der Phasendrehung ohne Belastung auf der
Basis der folgenden Beziehung bestimmt:
In step 62 , the rank ig of the extreme value taken into account is used directly to determine the corresponding value of the phase rotation. The same applies in step 63 to the index id. At this stage of processing, only the maximum value of the phase shift is not determined. It is determined in step 66 based on the value of the phase shift without load based on the following relationship:
PHI[id] = PHI[id - 1] + Arccos((Ext[id] - A)/B) Φo (3)
PHI [id] = PHI [id - 1] + Arccos ((Ext [id] - A) / B) Φo (3)
wobei Φo der Wert der Phasendrehung ohne Belastung ist. Der
Wert Φo hängt von den Einstellungen der piezo-optischen Meß
sonde ab und kann beliebig sein. Er wird durch eine Analyse
des mittleren Pegels Io des interferometrischen Signals ohne
Belastung auf der Basis der folgenden Beziehung geschätzt:
where Φo is the value of the phase shift without load. The value Φo depends on the settings of the piezo-optical measuring probe and can be any. It is estimated by an analysis of the mean level Io of the interferometric signal without stress based on the following relationship:
Φo = Arccos(Io - A)/B (4)Φo = Arccos (Io - A) / B (4)
Im Schritt 65 entsprechen id und ig dem Index j in Fig. 4, d. h. sie zeigen zum Extremwert in der Mitte der Folge von Extremwerten.In step 65 , id and ig correspond to index j in FIG. 4, ie they point to the extreme value in the middle of the sequence of extreme values.
Fig. 5 zeigt die Form des für das interferometrische
Signal der Fig. 4 gewonnenen Zeitprofils. Es handelt sich
hier um eine einfache glockenförmige Kurve. Man hat
FIG. 5 shows the shape of the time profile obtained for the interferometric signal of FIG. 4. It is a simple bell-shaped curve. One has
PHI[1] = Π, PHI[2] = 2Π, PHI[3] = 3Π, PHI[n] = ΠPHI [1] = Π, PHI [2] = 2Π, PHI [3] = 3Π, PHI [n] = Π
Die durch das Flußdiagramm der Fig. 6 dargestellte Verarbeitung kann verfeinert werden für den Fall eines kom plexeren Zeitprofils der Phasendrehung. In diesem Fall muß in den Schritten 62 und 63 der Wert des Extremwerts Ext[ig] oder Ext[id] mit den Werten A + B oder A - B verglichen werden (siehe Fig. 4). Wenn dieser Extremwert nahe A - B oder A + B ist, handelt es sich um einen Extremwert, der einer Bestim mungsüberschreitung der Phasendrehung entspricht, und der Rang ig oder id des Extremwerts dient dann dazu, den Wert der Phasendrehung zu bestimmen. Im gegenteiligen Fall ordnet man dem Datenwert PHI[ig] oder PHI[id] einen besonderen Wert zu, zum Beispiel 0, der leicht durch Analyse des Vektors PHI gewonnen werden kann. Der Vektor PHI wird dann verarbeitet, um diese besonderen Werte durch auf der Basis der Beziehung (3) berechnete Werte zu ersetzen.The processing represented by the flowchart of FIG. 6 can be refined in the case of a more complex time profile of the phase rotation. In this case, the value of the extreme value Ext [ig] or Ext [id] must be compared with the values A + B or A - B in steps 62 and 63 (see FIG. 4). If this extreme value is close to A - B or A + B, it is an extreme value that corresponds to a determination of the phase rotation being exceeded, and the rank ig or id of the extreme value then serves to determine the value of the phase rotation. In the opposite case, the data value PHI [ig] or PHI [id] is assigned a special value, for example 0, which can easily be obtained by analyzing the vector PHI. The vector PHI is then processed to replace these particular values with values calculated based on relationship (3).
Nach dem Schritt 34 in Fig. 3 wird der Vektor PHI im
Schritt 35 verarbeitet, um eine letzte chronologische Folge
von Daten zu erhalten, die für das Zeitprofil der Last aus
gehend von der folgenden Beziehung repräsentativ sind:
After step 34 in FIG. 3, the vector PHI is processed in step 35 to obtain a final chronological sequence of data representative of the time profile of the load based on the following relationship:
P[i] = (PHI[i]/KL)1/ α (5)
P [i] = (PHI [i] / KL)1/ α (5)
wobei P den Vektor bezeichnet, der diese letzte chronologi sche Folge von Daten enthält.where P denotes the vector that this last chronologi contains a sequence of data.
Es ist anzumerken, daß der Wert der Kraft oder der dynamischen Last der Angabe maximalen Werts im Vektor P ent spricht.It should be noted that the value of the force or the dynamic load of the specification of the maximum value in the vector P ent speaks.
Claims (3)
- - Digitalisierung (30) des interferometrischen Si gnals, um eine chronologische Folge von Amplituden-Extrem werten in digitaler Form zu entnehmen,
- - Verarbeitung (34) dieser Folge von Extremwerten, um eine entsprechende chronologische Folge von ersten Daten zu erhalten, die für ein zeitliches Profil einer Phasendrehung repräsentativ sind,
- - Verarbeitung (35) dieser Folge von ersten Daten ausgehend von einem physikalischen Modell, das die Phasen drehung mit der Kraft in Verbindung setzt, so daß man eine entsprechende chronologische Folge von zweiten Daten erhält, die für ein zeitliches Profil der Kraft repräsentativ sind.
- - Digitization ( 30 ) of the interferometric signal in order to extract a chronological sequence of extreme amplitude values in digital form,
- - processing ( 34 ) this sequence of extreme values in order to obtain a corresponding chronological sequence of first data which are representative of a temporal profile of a phase shift,
- - Processing ( 35 ) of this sequence of first data based on a physical model that relates the phase rotation to the force, so that a corresponding chronological sequence of second data is obtained which is representative of a temporal profile of the force.
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