DE2903821A1

DE2903821A1 - Opto-elektronische messeinrichtung

Info

Publication number: DE2903821A1
Application number: DE19792903821
Authority: DE
Inventors: Hans-Gerd Dipl Ing Dagefoerde; Hartmut Ing Grad Hildenbrand; Peter Ing Grad Rautenberg
Original assignee: AEG Telefunken Kabelwerke AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE2903821C2

Description

Opto-elektronische Meßeinrichtung
Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Erfassung und Messung nichtoptischer Meßgrößen mit optischen Mitteln.
Elektrische Verbindungsleitungen zwischen Meßgeräten und Neßfühlern, wie Thermoelementen, mechanischen Meßwertgebern usw., können elektrische Beeinflussungen ausgesetzt sein.
Durch solche elektrische Beeinflussungen entsteht in den Meßleitungen ein Störpegel, der die Meßergebnisse verfälschen kann. Es besteht daher das Bestreben, Meßeinrichtungen zu schaffen, deren Verbindungsleitungen elektrischen Beeinflussungen nicht unterliegen. Solche Verbindungsleitungen sind beispielsweise optische Übertragungsstrecken.
Um Meßwerte über optische Ubertragungsstrecken, wie optische Kabel oder Leitungen, übertragen zu können, ist es erforderlich, sie in optische Signale umzusetzen. Aktive Meßwertwandler haben den Nachteil, daß für ihren Betrieb elektrische Energie zugeführt werden muß, für die wieder elektrische Ueber tragtixigsleitungen erforderlich sind. Werden aktive Wandler mit einer lokalen Stromversorgung gekoppelt, so steht nur eine zeitlich begrenzte Speiseenergie zur Verfügung. Derartige aktive Wandler müssen daher in regelmäßigen Zeitabständen gewartet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung und Messung nichtoptischer Meßgrößen mit optischen Mitteln anzugeben, die zur Erfassung der nichtoptischen Meßgrößen von einer äußeren Energiezuführung unabhängig ist. Die Umsetzung nichtoptischer Meßgrößen in optische Signale soll ohne äußeren Energiebedarf erfolgen.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art durch einen Sender zur Erzeugung eines Lichtstrahls, einen über eine optische Ubertragungsstrecke mit dem Sender verbundenen optischen Meßwandler mit einem entsprechend den zu erfassenden Meßgrößen modulierbaren Lichtstrahldämpfer im Strahlengang des Lichtstrahls und einen über eine optische Ubertragungsstrecke mit dem optischen Meßwandler verbundenen opto-elektrischen Wandler mit einer Einrichtung zur Demodulation des modulierten Lichtstrahls und einer Einrichtung zur Meßwertanzeige.
Dem optischen Meßwandler wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Strahlteiler vorgeschaltet, der einerseits mit dem Sender und andererseits mit dem Lichtstrahldämpfer und dem als Empfänger dienenden optoelektronischen Wandler verbunden ist.
Der modulierbare Lichtstrahldämpfer besteht aus einer Ubertragungsstrecke mit in Abhangigkeit von der zu erfassenden Meßgröße definiert veränderbarer Dämpfung. Er ist mit einem Wandler gekoppelt, der die zu erfassende Meßgröße in eine die Dämpfung beeinflussende Größe umsetzt. Ein solcher modulierbarer Lichtstrahldämpfer ist eine Schirmplatte mit einem v-förmigen Einschnitt, dessen beide Flanken gleiche Teile des Lichtstrahls abdecken. Die Schirmplatte ist in Richtung der Winkelhalbierenden des v-förmigen Einschnitts verschiebbar. Zu ihrer Verschiebung dient ein mechanischer Wandler, der die zu erfassende Meßgröße in eine lineare Bewegung umsetzt. Als mechanischer Wandler kommt hier beispielsweise ein Bimetall in Frage. Als Lichtstrahldampfer kann auch ein veränderbarer Polarisationsfilter vorgesehen sein. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn der Sender und der opto-elektronische Wandler über eine gemeinsame optische Ubertragungsstrecke mit dem optischen Meßwandler verbunden sind.
In der Meßvorrichtung nach der Erfindung ist zur Erfassung der nichtoptischen Meßgrößen ein passiver Meßwertwandler vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist die Vorrichtung unabhängig von einer äußeren Energie zuleitung, da sie für den Betrieb keine Energie benötigt. Der Wartungsaufwand für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gering. Äußere elektrische Störpegel können die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht beeinflussen. Insbesondere für die Ubertragung der erfaßten Meßwerte zu dem Empfänger ist das Fehlen elektrischer Beeinflussungen vorteilhaft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Die Figur 1 enthält eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für den Lichtstrahldämpfer. In Figur 4 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
jie Figur 1 zeigt die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Mit 1 ist ein Sender bezeichnet der einen Lichtstrahl 2 erzeugt, welcher über eine Optische Ubertragungsstrecke 5 zum optischen Meßwandler 6 geleitet wird. Mit Hilfe eines Strahlteilers 10 wird der Lichtstrahl 2 in zwei Teilstrahlen 3 und 4 zerlegt. Der Teilstrahl 4 gelangt über einen Einkoppler 20 in die optische tbertragungsstrecke 21 und in den Empfänger 9, wo er als Referenzsignal verwertet wird. Der Teilstrahl 3 gelangt in den Lichtstrahldämpfer 7 und wird dort, entsprechend der zu erfassenden Meßgröße, moduliert. Der modulierte Lichtstrahl gelangt über einen weiteren Einkoppler 20 und die optische Übertragungsstrecke 8 ebenfalls in den Empfänger 9, der als opto-elektronischer Wandler ausgebildet ist. Im Wandler 9 werden die Lichtstrahlen miteinander verglichen. Daraus ergeben sich die Meßwerte, die In Spannungsimpulse umgesetzt und angezeigt werden.
Der Lichtstrahldämpfer 7 ist in einer bevorzugten Ausführrngsform in Figur 2 dargestellt. Er besteht aus einer Schirmplatte 11, die mit einem v-förmigen Einschnitt 12 versehen ist. Die Schirmplatte 11 ist in Führungen 22 in Richtung der Pfeile 23, also in Richtung der Winkelhalbierenden des v-förmigen Einschnitts verschiebbar. Die lineare Bewegung der Schirmplatte wird durch einen mechanischen Wandler 16, im dargestellten Fall durch einen Bimetallstreifen, erzeugt, der mit der Schirmplatte über das Verbindungsstück 15 verbunden ist.
Bei einer Verschiebung der Schirmplatte 11 in Richtung eines der Pfeile 23 wird der Lichtstrahl 3, dessen Querschnitt nach seinem Austritt aus der optischen Vbertragungsstrecke 5 in entsprechender Weise vergrößert wurde, durch die Flanken des v-förmigen Einschnitts mehr oder weniger abgedeckt.
Bewegt der Bimetallstreifen die Schirmplatte 11 in Abhängigkeit von der zu erfassenden Meßgröße nach unten, werden die abgedeckten Teile 13 und 14 des Lichtstrahls 3 kleiner, bewegt er die Schirmplatte nach oben, werden die abgedeckten Teile 13 und 14 des Lichtstrahls 3 größer.
Dementsprechend verändert sich die Dämpfung des Lichtstrahls.
Diese Dämpfungsänderungen werden im opto-elektronischen Wandler 9 in elektrische Werte umgesetzt und angezeigt.
Entsprechende meßwert abhängige Dämpfungsänderungen ergeben sich natürlich auch bei anderer konstruktiver Gestaltung der Schirmplatte 11. So genügt zum Beispiel auch eine Schirmplatte mit nur einer den Lichtstrahl 3 schräg abbiendenden Kante. Auch andere in definierter Weise vom Meßwert abhängenden Abblendungen können hier eingesetzt werden.
In Figur 3 ist ein Lichtstrahldämpfer 7 dargestellt, der aus einem Polarisationsfilter 17 besteht. Der von der zu erfassenden Größe beeinflußte mechanische Wandler 16, der auch hier ein Bimetallstreifen sein kann, verändert die Lage der Scheiben des Polarisationsfilters zueinander und damit die Dämpfung des Lichtstrahls 3.
Die Figur 4 zeigt eine zweckmäßige Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei sind der Sender 1 und der opto-elektrische Wandler 9 über eine gemeinsame Ubertragungsstrecke 5 mit dem Meßwandler 6 verbunden. Der Sender 1 gibt Lichtimpulse ab, die am teildurchlässigen Spiegel 18 teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen werden.
Der durch den Spiegel 18 tretende Teil 3 des Strahls gelangt zum Lichtstrahldämpfer 7, wo er entsprechend den zu erfassenden Meßwerten moduliert wird. Der aus dem Lichtstrahldämpfer austretende Strahl wird mittels der Spiegel 19 in die optische Ubertragungsstrecke 5 zurückgeführt, durch die er zum Empfänger 9 gelangt, in dem er durch Vergleich mit den nicht modulierten, am Spiegel 18 reflektierten Impulsen ausgewertet wird.
7 Patentansprüche 6 Seiten Beschreibung 1 Blatt Zeichnungen mit vier Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patent ansprüche 1. Vorrichtung zur Erfassung und Messung nichtoptischer Meßgröße mit optischen Mitteln, gekennzeichnet durch - einen Sender (1) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (2), - einen über eine optische Ubertragungsstrecke (5) mit dem Sender verbundenen optischen Meßwandler (6) -- mit einem entsprechend den zu erfassenden Meßgröße modulierbaren Lichtstrahldämpfer (7) im Strahlengang des Lichtstrahls - und einen über eine optische Ubertragungsstrecke (5, 8) mit dem optischen Meßwandler (6) verbundenen optoelektrischen Wandler (9) -- mit einer Einrichtung zur Demodulation des modulierten Lichtstrahls (3) -- und einer Einrichtung zur Meßwertanzeige.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß - dem optischen Meßwandler (6) ein 8trahlteiler (10) vorgeschaltet ist, -- dessen Eingang über die optische Vbertragungsstrecke (5) mit dem Sender (1) -- und dessen Ausgänge mit dem Lichtstrahldämpfer (7) und dem opto-elektronischen Wandler (9) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß - der modulierbare Lichtstrahldämpfer (7) aus einer Ubeftragungsstrecke mit in Abhängigkeit von der zu erfassenden Meßgröße definiert veränderbarer Dämpfung besteht - und daß er mit einem Wandler gekoppelt ist, der die zu erfassende Meßgröße in eine die Dämpfung beeinflussende Größe umsetzt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß - der modulierbare Lichtstrahldämpfer (7) eine Schirmplatte (11) mit einem v-förmigen Einschnitt (12) ist, -- dessen beide Flanken gleiche Teile (13, 14) des Lichtstrahls (3) abdecken, - daß die Schirmplatte (11) in Richtung der Winkelhalbierenden des v-förmigen Einschnitts (12) verschiebbar ist - und daß zur Verschiebung der Schirmplatte (11) ein mechanischer Wandler (16) vorgesehen ist, -- der die zu erfassende Meßgröße in lineare Bewegung der Schirmplatte umsetzt.
5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnete daß als mechanischer Wandler (16) ein Bimetall vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtstrahldämpfer (7) ein veränderbarer Polarisationsfilter (17) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und der opto-elektronische Wandler (9) über eine gemeinsame optische Übertragungsstrecke (5) Qit dem optischen meßwandler (6) verbunden sind.