DE202015106397U1 - Bending measuring device with optical fiber - Google Patents
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Abstract
Biegemessvorrichtung, zur optischen Biegemessung an einem Bauteil (R), mit einem ersten Lichtwellenleiter (1), einer Lichtquelle (4) und einem Lichtsensor (5) an einem ersten Ende (11) des ersten Lichtwellenleiters (1) sowie einer Koppelstelle (3) am zweiten Ende (12) des ersten Lichtwellenleiters (1) mit einer ersten Endfläche (13) und einer Reflexionsfläche (31), wobei ein optisches Signal von der Lichtquelle (4) zum Lichtsensor (5) über die Koppelstelle (3) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtwellenleiter (1) im Bereich der Koppelstelle (3) mit dem Bauteil (R) verbunden ist und die Flächennormalen der ersten Endfläche (13) und der Reflexionsfläche (31) um einen Winkel (δ) mit δ > 0 voneinander abweichen.Bending measuring device for optical bending measurement on a component (R), comprising a first optical waveguide (1), a light source (4) and a light sensor (5) at a first end (11) of the first optical waveguide (1) and a coupling point (3) at the second end (12) of the first optical waveguide (1) having a first end surface (13) and a reflection surface (31), wherein an optical signal from the light source (4) to the light sensor (5) via the coupling point (3) is passed, characterized in that the first optical waveguide (1) in the region of the coupling point (3) with the component (R) is connected and the surface normals of the first end face (13) and the reflection surface (31) by an angle (δ) with δ> 0 differ from each other.
Description
Die Erfindung betrifft eine Biegemessvorrichtung, zur optischen Biegemessung an einem Bauteil, mit einem ersten Lichtwellenleiter, einer Lichtquelle und einem Lichtsensor an einem ersten Ende des ersten Lichtwellenleiters sowie einer Koppelstelle am zweiten Ende des ersten Lichtwellenleiters mit einer ersten Endfläche und einer Reflexionsfläche, wobei ein optisches Signal von der Lichtquelle zum Lichtsensor über die Koppelstelle geleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Biegemessvorrichtung zur optischen Biegemessung an einem Bauteil mit zwei Lichtwellenleitern, einer Lichtquelle an einem ersten Ende des ersten Lichtwellenleiters und einem Lichtsensor an einem zweiten Ende des zweiten Lichtwellenleiters sowie einer Koppelstelle zwischen einer ersten Endfläche am zweiten Ende des ersten Lichtwellenleiters und einer zweiten Endfläche am ersten Ende des zweiten Lichtwellenleiters, wobei ein optisches Signal von der Lichtquelle zum Lichtsensor über die Koppelstelle geleitet wird. The invention relates to a bending measuring device for optical bending measurement on a component, comprising a first optical waveguide, a light source and a light sensor at a first end of the first optical waveguide and a coupling point at the second end of the first optical waveguide having a first end surface and a reflection surface, wherein an optical Signal is passed from the light source to the light sensor via the coupling point. Furthermore, the invention relates to a bending measuring device for optical bending measurement on a component with two optical waveguides, a light source at a first end of the first optical waveguide and a light sensor at a second end of the second optical waveguide and a coupling point between a first end surface at the second end of the first optical waveguide and a second end surface at the first end of the second optical fiber, wherein an optical signal is passed from the light source to the light sensor via the coupling point.
Biegemessvorrichtungen mit einem Lichtwellenleiter sind in vielfältiger Ausgestaltung im Stand der Technik bekannt. Bending measuring devices with an optical waveguide are known in various embodiments in the prior art.
Die
In der
Die
Weiter ist aus der
Ausgehend von einem faseroptischen Biegesensor gemäß
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Biegemessvorrichtung gemäß Anspruch 1. Dadurch, dass der erste Lichtwellenleiter im Bereich der Koppelstelle mit dem Bauteil verbunden ist und die Flächennormalen der ersten Endfläche und der Reflexionsfläche um einen Winkel δ mit δ > 0 voneinander abweichen, wird in der unbelasteten (nicht verbogenen) Grundstellung (mittlerer Winkel δ) eine mittlere Dämpfung des optischen Signals an der Koppelstelle erreicht. Bei einer positiven Biegebelastung an dieser Stelle öffnet sich der momentane Winkel δm zwischen Endfläche und Reflexionsfläche bzw. zwischen den beiden gegenüber stehenden Endflächen auf δm > δ, so dass durch die Biegemessung sowohl die Amplitude (Verringerung der Dämpfung; Biegestärke), wie auch die Biegerichtung (positive Biegung) ermittelbar ist. Bei einer negativen Biegung wird entsprechend der Winkel zwischen den Endflächen bzw. Endfläche und Reflexionsfläche δm < δ, so dass die Dämpfung zunimmt und sich daraus die negative Biegung in Betrag und Richtung herleiten lässt. Dabei gibt die Richtung der Schrägstellung der Endfläche die Messrichtung der Biegemessung vor, so dass mit dieser Vorrichtung eine selektive Biegemessung einer in einer Raumrichtung auftretenden Verbiegung gemessen werden kann. Zwei um 90° verdrehte Sensorfasern können somit die Biegung einer langgestreckten Struktur (Rotorblatt) in allen radialen Richtungen zur langgestreckten Struktur messen. This object is achieved with a bending measuring device according to
Alternativ besteht die Biegemessvorrichtung aus zwei Lichtwellenleitern, wobei die beiden Lichtwellenleiter im Bereich der Koppelstelle mit dem Bauteil verbunden sind und die Flächennormalen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche um einen Winkel δ mit δ > 0 voneinander abweichen. Hier wird an der Koppelstelle ebenso wie in der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 eine mittlere Dämpfung in der Grundstellung δ realisiert, wobei nachfolgende Verbiegungen sowohl vom Betrag her wie auch von der Richtung her erkannt werden. Alternatively, the bending measuring device consists of two optical waveguides, wherein the two optical waveguides are connected to the component in the region of the coupling point and the surface normals of the first end surface and the second end surface deviate from one another by an angle δ of δ> 0. Here, at the coupling point as well as in the embodiment according to
Wenn die Flächennormale der Reflexionsfläche mit der optischen Achse des ersten Lichtwellenleiters zusammenfällt, kann die Reflexionsfläche fertigungstechnisch einfach genau senkrecht zur optischen Achse des der Reflexionsfläche gegenüber stehenden Lichtwellenleiters ausgerichtet werden, wobei die erste Endfläche des ersten Lichtwellenleiters zur optischen Achse des Lichtwellenleiters in einem Winkel δ geneigt ausgestaltet ist. If the surface normal of the reflection surface coincides with the optical axis of the first optical waveguide, the reflection surface can simply be oriented exactly perpendicular to the optical axis of the optical waveguide facing the reflection surface, wherein the first end surface of the first optical waveguide is inclined at an angle δ to the optical axis of the optical waveguide is designed.
Entsprechend kann die Flächennormale der zweiten Endfläche mit der optischen Achse des zweiten Lichtwellenleiters zusammenfallen. Alternativ kann die Flächennormale der ersten Endfläche mit der optischen Achse des ersten Lichtwellenleiters zusammenfallen. Accordingly, the surface normal of the second end surface may coincide with the optical axis of the second optical fiber. Alternatively, the surface normal of the first end surface may coincide with the optical axis of the first optical fiber.
Wenn der erste und/oder zweite Lichtwellenleiter ein mehradriges Lichtleiterkabel aus einer Vielzahl von Einzelfasern (multicore-Faser) ist, wird die Biegemessvorrichtung außerhalb der Koppelstelle weitgehend unempfindlich gegenüber Erschütterungen und Biegungen an anderer Stelle. If the first and / or second optical waveguide is a multi-core optical fiber cable made of a plurality of individual fibers (multicore fiber), the bending measuring device outside the coupling point is largely insensitive to shocks and bends elsewhere.
Wenn die um einen Winkel (δ) mit δ > 0 geneigte erste oder zweite Endfläche als Schrägschliff ausgebildet ist, lässt sich der Lichtwellenleiter, insbesondere in Form eines mehradrigen Lichtleiterkabels leicht vor Ort in der gewünschten Form konfektionieren. If the inclined by an angle (δ) with δ> 0 first or second end surface is formed as a bevel, the optical waveguide, especially in the form of a multi-core optical fiber cable easily on site in the desired shape.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Hereinafter, the invention with reference to the accompanying drawings described in detail.
Darin zeigt: It shows:
Die erfindungsgemäße Biegemessvorrichtung basiert auf einer Dämpfungsauswertung an einer Koppelstelle in einem Multimode-Lichtwellenleiter. Dabei erfolgt die Biegemessung im Bereich der Koppelstelle. The bending measuring device according to the invention is based on an attenuation evaluation at a coupling point in a multimode optical waveguide. The bending measurement takes place in the area of the coupling point.
In
Für den Fall eines Lichtwellenleiters mit einer im Schrägschliff erzeugten, abgewinkelten Endfläche (Winkel δ), wie dies in
Die erfindungsgemäße Biegemessvorrichtung gemäß
Die erste Endfläche
In
In
Somit wird die Lichtmenge durch die Auslenkung des Lichtwellenleiters um den Biegepunkt P modelliert. Die Richtung der Auslenkung kann über die Zunahme bzw. Abnahme der Lichtmenge erkannt werden, woraus die Verdrehung um den Biegepunkt P und somit die zu messende Biegung bestimmt werden kann. Dabei ist das System reversibel, da die Richtung des Lichts keinen Einfluss auf das Wirkprinzip hat. Thus, the amount of light is modeled by the deflection of the optical waveguide about the bending point P. The direction of the deflection can be detected by the increase or decrease in the amount of light, from which the rotation about the bending point P and thus the bending to be measured can be determined. The system is reversible because the direction of the light has no influence on the operating principle.
In weiterer Ausgestaltung können auch beide Endflächen
In weiterer Ausgestaltung kann auch nur ein erster Lichtwellenleiter
In
Die Koppelstelle
Bei Biegebeanspruchungen des Rotors R verändert sich dieser keilförmige Luftspalt, wobei sich ein momentaner Winkelbereich mit δm > δ in die eine Biegerichtung und δm < δ in die andere Biegerichtung ergibt. Mit dieser gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- erster Lichtwellenleiter first optical fiber
- 11 11
- erstes Ende des ersten Lichtwellenleiters first end of the first optical fiber
- 12 12
- zweites Ende des ersten Lichtwellenleiters second end of the first optical fiber
- 13 13
- erste Endfläche first end surface
- 2 2
- zweiter Lichtwellenleiter second optical fiber
- 21 21
- erstes Ende des zweiten Lichtwellenleiters first end of the second optical fiber
- 22 22
- zweites Ende des zweiten Lichtwellenleiters second end of the second optical fiber
- 23 23
- zweite Endfläche second end surface
- 3 3
- Koppelstelle coupling point
- 31 31
- Reflexionsfläche reflecting surface
- 4 4
- Lichtquelle light source
- 5 5
- Lichtsensor light sensor
- P P
- Berührungspunkt, Biegepunkt Touch point, bending point
- θ θ
- Akzeptanzwinkels acceptance angle
- δ δ
- Winkel (Schrägschliff) Angle (oblique cut)
- R R
- Rotorblatt rotor blade
- X X
- optische Achse optical axis
- Y Y
- Auslenkung deflection
- Z Z
- Drehachse axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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