DE2950209A1 - Elektrooptischer oszillator und verfahren zum betreiben desselben - Google Patents

Elektrooptischer oszillator und verfahren zum betreiben desselben

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DE2950209A1 DE19792950209 DE2950209A DE2950209A1 DE 2950209 A1 DE2950209 A1 DE 2950209A1 DE 19792950209 DE19792950209 DE 19792950209 DE 2950209 A DE2950209 A DE 2950209A DE 2950209 A1 DE2950209 A1 DE 2950209A1
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Description

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.
Elektrooptischer Oszillator und Verfahren zum Betreiben desselben
Die Erfindung bezieht sich auf Instrumente und betrifft insbesondere elektrooptische Geräte zum Ermitteln von Änderungen in der Höhe einer Flüssigkeit, der Verlagerung einer Fläche und von Änderungen in der Temperatur, im Druck, in der Fluidgeschwindigkeit und dgl.
Die Vorteile von verbesserten Verfahren und Geräten zum Beobachten und Aufzeichnen von Test- oder Betriebsdaten sind bekannt. Diese Daten könnten Beobachtungen des Arbeitens von Maschinen in einer Fertigungsanlage, Aufzeichnungen von Informationen aus einem Experimentierprogramm oder die Erfassung des Druckes oder der Geschwindigkeit irgendeines Mediums, das einer Änderung ausgesetzt ist, sein. In einigen Fällen ist die Hauptanforderung, die an das Gerät gestellt wird, eine extreme Genauigkeit, da die Variable, wie
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die Verlagerung oder die Temperatur, mit großer Präzision bestimmt werden müssen. Systeme, die hauptsächlich unter Berücksichtigung der Genauigkeit ausgelegt sind, sind häufig optische Systeme oder haben irgendeine Art von frequenzempfindlichem Ausgang. Außerdem ist der Bedarf an Fühlern, die ein Ausgangssignal haben, das mit moderner Digitalelektronik kompatibel ist, gestiegen. In anderen Fällen wird großer Wert auf zuverlässiges Arbeiten in einem Gebiet mit starken elektrischen oder magnetischen Feldern oder mit einem rauschbehafteten elektrischen Hintergrund gelegt. In noch weiteren Fällen werden Robustheit und Zuverlässigkeit verlangt, weil eine besonders nachteilige Umgebung und ein schwierig zugängliches Gebiet vorliegen. Die diesbezüglichen älteren Geräte sind wegen ihrer Robustheit und Einfachheit meist mechanisch aufgebaut, während die jüngeren Systeme aus Gründen der Vereinfachung und einer besseren Genauigkeit Elektronik enthalten. Einige interessierende Systeme basieren auf einer klugen Verwendung von optischen oder akustischen Einrichtungen oder von Kombinationen der beiden. In jedem Fall scheint es einen unersättlichen Bedarf an billigeren, genaueren, robusteren und zuverlässigen Fühlern zu geben, insbesondere an solchen, die an eine Digitalelektronik anschließbar sind.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß ein Detektorinstrument hoher Auflösung möglich ist, indem eine einfache elektrische Schaltung und ein optischer Wellenleiter in einem einzigen integrierten System zusammengefaßt werden, das eine Eigenresonanzfrequenz hat und in der Lage ist, in einem Bereich von Hochfrequenzen (HF) zu schwingen. Im Grunde wird die Resonanzfrequenz der Schaltung zu einer Funktion einer linearen Abmessung in der Schaltung. Die optische Bezugsweglänge erfordert eine feste Zeit für einen einzigen Umlauf eines optischen Impulses und
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Änderungen der optischen Weglänge ändern die HF-Frequenz einer elektrooptischen Schaltung. Das Target oder Objekt, das überwacht wird, ist so ausgerichtet, daß es eine Änderung um ein vorhersagbares gewisses Ausmaß in der optischen Weglänge für jede entsprechende Änderung in der überwachten Eigenschaft verursacht. Bekannte Elektronikschaltungen verfolgen jegliche Frequenzänderungen und die charakteristischen HF-Signale können leicht ausgekoppelt und in nutzbare Informationsformen umgewandelt werden.
Ein Hauptziel der Erfindung ist es, Änderungen einer Eigenschaft eines Mediums mit dem physikalischen Zustand des Mediums zu korrelieren. Dieses Ziel beinhaltet das Messen von Parametern, wie dem Druck, der Temperatur, der Geschwindigkeit, der Verlagerung und des Spielraums oder der Spaltweite.
Gemäß der Erfindung enthält ein elektrooptisches Instrument eine elektrische Schaltung mit einem Wellenleiterweg für optische Strahlung. Es wird ein druckempfindliches, temperaturempfindliches oder lageempfindliches Bauteil als ein Element in einem Oszillator benutzt, der eine Resonanzfrequenz hat, die eine Funktion einer linearen Abmessung in dem optischen Zweig des Oszillators ist. Jede Änderung im Druck, in der Temperatur oder in der Lage, je nachdem, verursacht eine Änderung in der Zeit, die die HF-amplitudenmodulierte optische Trägerfrequenz benötigt, um einen Umlauf auf dem optischen Weg auszuführen. Diese Änderung bewirkt ihrerseits, daß sich die Resonanz-HF-Frequenz der Schaltung ändert. Insbesondere enthält die Grundschaltung eine Quelle amplitudenmodulierter optischer Strahlung, einen optischen Detektor und einen Detektorsignalverstärker und die Schaltung steht mit einem Target über einen Wellenleiter in Verbindung. In einer
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besonderen Ausführungsform ist der Wellenleiter eine Faseroptik und das Target ist eine reflektierende Fläche, die auf dem Ende der Faser gebildet ist. Die optische Strahlung kann entweder kohärent oder inkohärent sein und jede zweckmäßige Wellenlänge haben. Es können sowohl Hohlröhren- als auch Faseroptikwellenleiter benutzt werden.
Der Oszillator ist so ausgelegt, daß er im Betrieb bei Hochfrequenzen in Resonanz ist. Das Ausgangssignal der optischen Quelle wird mit einsr geeigneten HF--Freqenz amplitudenmoduliert, an einer Targetfläche reflektiert, zu dem optischen Detektor geleitet und in ein elektrisches HF-Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Detektors wird verstärkt und zum Ansteuern der optischen Quelle benutzt. Die zu messende Eigenschaft wird so eingestellt, daß jegliche Änderungen dieser Eigenschaft eine effektive Änderung der Zeit, die die optische Strahlung benötigt, um von der Quelle zu dem Detektor zu gehen, verursachen.
Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist ihre Anpaßbarkeit an die Verwendung von Strahlung mit optischer Wellenlänge. Ein Wellenleiter verbindet die Verarbeitungsschaltung und die Fühler- oder Targetschnittstelleneinrichtungen. Die Frequenz der elektronischen Schaltung ändert sich in Abhängigkeit von der Änderung des gemessenen Parameters. Das Gesamtinstrument arbeitet mit einem Oszillator, der einen optischen und einen elektrischen RUckkopplungsweg hat, der auf die Zeit anspricht, die die optische Strahlung benötigt, um einen Umlauf in dem optischen Teil der Schaltung auszuführen. Für die meisten Verwendungszwecke können Änderungen in dem Systemausgangssignal aufgrund von Umgebungsbedingungen mit Geräten, in denen zwei Wellenleiter benutzt werden, unterdrückt werden.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für das Abfühlen von Eigenschaften in rauhen Umgebungen, insbesondere solchen, die einen hohen Pegel an elektrischem Rauschen in der Nachbarschaft der Abfühlstelle enthalten» Keine elektrischen oder elektronischen Netzteile brauchen in der Abfühlstation angeordnet zu sein. Darüber hinaus wird das Erfordernis, elektronische oder mechanische bewegte Teile kühlen zu müssen, beseitigt. Außerdem sind keine Strom- oder Signalverbinder in der Abfühlstation erforderlich. Das gesamte Gerät ist einfach, genau, klein und zuverlässig. Weiter liefern diese elektrooptischen Geräte ein HF-Ausgangssignal mit einer Eigenfrequenz, die zu dem gemessenen Parameter proportional ist, weshalb diese Geräte mit einer digitalen Elektronikschaltung kompatibel sind und an diese leicht angeschlossen werden können.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schema eines elektrooptischen Gerätes
nach der Erfindung in vereinfachter Gesamtform,
Fig. 2 ein vereinfachtes Schema einer besondereren Ausführungsform, die ein Flüssigkeitsbarometer darstellt,
Fig. 3 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die einen Differenzdruckfühler darstellt,
Fig. 4 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die zum Messen der Temperatur eines Fluids dient,
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Fig. 5 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die zum Messen der Geschwindigkeit eines Fluids in einem Venturi-Rohr dient,
Fig. 6 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die zur Druckmessung mit einem Pitot-Rohr dient,
Fig. 7 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die zum Messen der Verlagerung eines starren Elements, wie einer Welle, dient,
Fig. 8 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsform, die bei einem Aneroidbarometer verwendbar ist, und
Fig. 9 ein vereinfachtes Schema einer Ausführungsfora. mit einem Bimetallstreifen zur Temperaturmessung.
Ein elektrooptischer Oszillator 10, der einen elektronischen Zweig 12 und einen Zweig 14 mit einem optischen Wellenleiter gemäß der Erfindung hat, ist in Fig.1 schematisch dargestellt. Der elektronische Zweig enthält eine Quelle 16 elektromagnetischer Strahlung, wie eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode (LD), einen HF-Ausgangskoppler 18, einen Verstärker 20 und einen Photodetektor 22. Der Wellenleiterteil 14 enthält, wie dargestellt, einen optischen Wellenleiter 24 und einen Strahlteiler 26, der bei der Wellenlänge eines Bündels 28 elektromagnetischer Strahlung, die durch die Quelle 16 emittiert wird, teilweise durchlässig ist. In der einfachen Form von Fig. 1 spricht der Fühler nach der Erfindung auf die Bewegung einer reflektierenden Fläche 30 eines Targets 32 an. Die folgende Be-
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Schreibung wird noch deutlicher machen, daß dieser elektrooptische Oszillator so ausgebildet werden kann, daß er den Druck, die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit, das Spiel und eine Vielzahl anderer interessierender Größen abfühlt.
Die Arbeitsweise des Systems wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Das Strahlungsbündel 28 aus der Quelle 16 wird über den Wellenleiter 24 zu der reflektierenden Fläche 30 des Targets 32 geschickt- Ein Teil dieses Strahlungsbündels wird an dem Target reflektiert und zu dem Photodetektor geschickt. Ein Detektorausgangssignal 34 wird dem Verstärker 20 zugeführt und ein Verstärkerausgangssignal 36 bildet ein moduliertes Ansteuersignal für die Quelle 16. Dem Verstärker wird Strom aus einer nichtdargestellten äußeren Quelle zugeführt.
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung kombinieren optische Hellenleiter und die beschriebene Grundschaltung mit Fluidvorrichtungen zum Messen der Temperatur, des Druckes und der Geschwindigkeit eines Fluids derart, daß sich die Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit von der gemessenen Eigenschaft ändert. In ähnlicher Weise messen optische Wellenleiter in Kombination mit der Schaltung Verlagerungen und liefern Informationen über die zu messende Eigenschaft, ohne daß Fluidvorrichtungen verwendet werden.
Zum Verständnis der Theorie, auf der die Arbeitsweise der im folgenden beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beruht, werden die folgenden Erläuterungen gegeben. Der Wellenleiter führt Strahlung, bei der es sich um eine amplitudenmodulierte inkohärente Welle handelt, zu einer reflektierenden Fläche. Licht wird zurück durch den Wellenleiter reflektiert und zu dem Photodetektor geleitet, der das Strahlungsbündel in ein elektrisches Signal umwandelt, das seinerseits verstärkt und zum Ansteuern der Leuchtdiode oder Strahlungs-
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bündelquelle benutzt wird. Das stellt einen elektronischen Oszillator mit einem optischen Rückkopplungsweg dar. Die Schwingungsfrequenz hängt von der Amplitudenmodulation des Strahlungsbündels aus der Leuchtdiode ab und erfordert, daß die Phasenlaufzeit des HF- Signals gleich einer ganzen Zahl von Frequenzperioden ist. Für diese Schwingungsfrequer.z gilt folgende Beziehung:
f -^-TT-
wobei
TQ die Umlaufphasenzeitverzögerung des modulierten HF-Signals auf dem die inkohärente optische Trägerwelle führenden Wellenleiter, τ die Zeitverzögerung des HF-Signals durch den
elektrischen Schaltungsteil der Rückkopplungsschleife, und
m die Zahl der in der gesamten Schleife gespeicherten halben HF-Wellenlängen ist.
Unter der Annahme, daß die elektrische Laufzeit im Vergleich zu der optischen Laufzeit vernachlässigbar ist, kann die Gleichung (1) folgendermaßen vereinfacht werden:
f - S (2)
TO
Da Tq gleich L/c ist kann die Gleichung (2) umgewandelt werden in
L die optische Weglänge eines Umlaufes und c die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum ist.
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Wenn sich der Ort der reflektierenden Fläche in einem Ausmaß AL ändert, ändert sich die optische Länge um 2AL und die Schwingungsfrequenz ändert sich um
Mit geeigneter Vorhersage der Änderungen von AL, die in irgendeinem besonderen Fall zu erwarten sind, werden die Bandbreite des HF-Verstärkers sowie m und L für die Betriebsfrequenz des Verstärkers eingestellt. Der Frequenzbareich dieser Systeme kann sich beträchtlich ändern, so lange die Bandbreite des Verstärkers nicht überschritten wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitsbarometers nach der Erfindung. Die Quelle 16 liefert ein divergentes Bündel inkohärenten Lichtes, welches typischerweise oder beinahe Infrarotwellenlängen hat. Eine kollimierende Linse oder Kollektivlinse 38 leitet das Lichtbündel zu dem Strahlteiler 26, der ungefähr der Hälfte des Lichtbündels gestattet, zu einer ersten Doppeldurchgangslinse 40 zu gelangen, die ihrerseits das Lichtbündel auf einen Eingang 42 einer Lichtleitfaser 44 konzentriert. Die Strahlung wird durch die Faser zu dem Faserausgang 46 geleitet. Die Strahlung tritt aus der Faser mit einem Divergenzw.lr.-kel aus und geht durch eine zweite Doppeldurchgangslinsa 48 hindurch, die das Lichtbündel kollimiert. Die Linse ist dicht in ein Steigrohr 50 eingepaßt, welches sich von einem Unterteil 52 aus nach oben erstreckt. Das Rohr und das Unterteil enthalten eine Flüssigkeit 54, wie Quecksilber, mit einer Oberflache 56 in dem Unterteil, die dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, während ein Steigrohrvolumen 58, das zwischen der Linse 48 und einer Steigrohroberflächa 60 gebildet ist, im wesentlichen unter Vakuumbedingungen gehalten wird.
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Die Strahlung aus dem Faserausgang 4 6 wird an der Flüssigkeitsoberfläche 60 reflektiert, durch die Linse 48 zurück in die Faser 44 gekoppelt, zu der Linse 40 zurückgeleitet und durch einen Fokussierspiegel 64 auf einen Detektor 22 fokussiert, nachdem sie durch den Strahlteiler 26 reflektiert worden ist. Ein Detektorausgangssignal 34 wird dem Verstärker 20 zugeführt und eir. Verstärkerausgangssignal 36 wird zum Modulieren der Ausgangsstrahlung 28 der Leuchtdiode 16 benutzt. Da sich die Resonanzfrequenz des Oszillators in Abhängigkeit von der Höhe der Flüssigkeit in dem vertikalen Steigrohr ändert, ist die Schwingungsfrequenz um so höher, je größer der Abstand zwischen den Flüssigkeitsoberflächen in dem Steigrohr und dem Unterteil 52 ist. Durch Messen der Resonanzfrequenz werden deshalb der Abstand zwischen den Flüssigkeitsoberflächen und der Atmosphärendruck bestimmt.
Die oben für ein Barometer beschriebene Anordnung wird geringfügig modifiziert, so daß sie als Manometer arbeitet und die Druckdifferenz in einem Gefäß mißt, was in Fig. 3 gezeigt ist. Zwei getrennte Oszillatoren sind in dieser Ausführungsform als Einrichtung zum Kompensieren von Änderungen in den Umgebungsbedingungen gezeigt. Eine Fühlerschaltung 66 und eine Referenzsohaltung 68 enthalten jeweils Bauteile, die den in Fig. 2 gezeigten entsprechen. Darüber hinaus hat die Referenzschaltung einen Endrefloktor 70 an der Spitze der Faseroptik. Falls die Umgebungstemperatur in derartigem Ausmaß steigen oder fallen sollte/ daß eine Änderung der effektiven optischen Weglänge der Faser in dem Fühlerschaltungsosziliator verursacht wird, kann der Referenzoszillator benutzt werden, um diese Änderung zu berücksichtigen. Jeder Oszillator hat sein charakteristisches Verstärkerausgangssignal, das abgegriffen und zu einem Mischer 72 geleitet wird. Das Differenz- oder Schwe-
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bungsfrequenzsignal 74 korreliert die Frequenzänderung aufgrund von Änderungen in der Lage der Flüssigkeitsoberfläche. Die Differenz zwischen dem Druck im Innern des Tanks 76 und dem Druck oberhalb der Steigrohrflüssigkeitsoberfläche ist einfach das Produkt der Dichte der Flüssigkeit 54 in dem Steigrohr, der Schwerkraft und der Differenz Ah in der Höhe der Flüssigkeit in den beiden Zweigen des Systems.
Eine Abänderung dieser Gerätekonfiguration ist bei der Temperaturmessung von Nutzen. Die beiden Faseroptikwellerleiter sind räumlich getrennt und an jedem von ihnen ist ein Endreflektor 70 angebracht. Sowohl der Ausdehnungskoeffizient als auch der Brechungsindex einer Faseroptik ist zur Temperatur linear proportional. Durch Eintauchen einer der Fasern in das zu überwachende Medium und Isolieren der zweiten Faser von der Temperaturauswanderung dieses Mediums werden deshalb die Oszillatoren bei getrennten und verschiedenen Frequenzen in Resonanz sein. Diese Differenz kann direkt mit der Temperaturänderung in dem überwachten Medium korreliert werden.
In Fig. 4 ist die Erfindung als Thermometer dargestellt. Der Einfachheit halber ist der Oszillator 10 schematisch dargestellt. Er liefert kollimierte Strahlung, die auf die Flüssigkeitsoberfläche einer in einem mit offenen. Zn- de versehenen Rohr 78 enthaltenen Flüssigkeit trifft. Das Rohr ist in einer Leitung 80 abgestützt, die ein Probe- fluid 82 enthält. Änderungen in der Temperatur des Probe- fluids bewirken, daß sich die Flüssigkeit in dem Rohr 78 entsprechend ausdehnt oder zusammenzieht, und bei geeigneter Eichung ist die Frequenzänderung in dem Fühleroszillator mit den Temperaturänderungen in dem Probefluid durch die Änderungen in der Lage der Steigrohrflüssigkeitsober-
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fläche 60 korreliert.
Einen weiteren Verwendungszweck der Erfindung zeigt die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform, in welcher die Fluidgeschwindigkeit mit einem Venturirohr 84 bestimmt wird. Der schematisch dargestellte Oszillator 10 ist mit der in Fig. 1 gezeigten und oben ausführlicher beschriebenen Ausführungsform identisch. Die Grundidee des gezeigten Geschwindigkeitsfühlers besteht darin, die Differenz in der Höhe zwischen dem Fluidspiegel in jeden? Schenkel des U-förmigen Manometerrohres 86 zu messen. Mit dieser gemessenen Variablen wird die Geschwindigkeit des durch das Venturirohr hindurchgehenden Fluids gemäß folgender Gleichung bestimmt:
ν - a 2 (Pm-P) gAh ,ß)
ρ (A - aZ)
wobei
ν die Geschwindigkeit des strömenden Fluids, a die Querschnittsfläche des Venturirohres
in der Mitte,
Pm die Dichte der Flüssigkeit in dem Manometerrohr,
ρ die Dichte des Fluids, g die Gravitationskonstante,
Ah die Höhendifferenz der Flüssigkeit in den Manometerschenkelr- rnd
A die Querschnittsfläche des Venturirohres an dem Einlaß ist.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 mit einem Pitotrohr gezeigt. In sehr herkömmlicher Weise wird der freie Strömungsdruck über Öffnungen 88 abgefühlt, während der statische Strömungsdruck über eine Nasenöffnung 90 abgefühlt wird. Mit diesen Drücken werden die beiden Enden eines Manometerrohres 86 beauf-
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schlagt, welches mit dem bei dem Venturirohr benutzten Rohr identisch sein kann. Die Messung der Höhendifferenz der Flüssigkeit in jedem der Schenkel des Rohres ergibt die Geschwindigkeit der sich an dem Pitotrohr vorbeibewegenden Strömung gemäß folgender Gleichung:
2g Ah Pm ,-.
wobei
ν die Geschwindigkeit der Fluidströmung üböv das Rohr,
g die Gravitationskonstante,
Ah die Höhendifferenz der Flüssigkeit in den beiden Schenkeln des Manometers,
Pm die Dichte der Flüssigkeit in dem Manometer und ρ die Dichte des strömenden Fluids ist.
Ein System zum Abfühlen der Positionsverlagerung eines Maschinenteils, wie einer Welle 92, ist in Fig. 7 als Beispiel für die Vielseitigkeit der Erfindung gezeigt. Sowohl eine Fühlerschaltung als auch eine Referenzschaltung sind an dem Kapillarrohr 94 dargestellt, in das eine Welle 91 eingepaßt ist. Die Arbeitsweise des Systems ist der Arbeitsweise derjenigen Systeme sehr ähnlich, bei denen eine Flüssigkeitsoberfläche benutzt wird, um die optische Energie zurück zu dem Fühleroszillator zu reflektieren. Damit so viel Strahlung wie möglich reflektiere wird, hat die Welle gewöhnlich eine polierte Stirnfläche 96,
Ein Fühlersystem, bei welchem eine Faseroptik in einer Aneroidbarometerausführungsform benutzt wird, ist in Fig. gezeigt. Eine dicht verschlossene Dose 98 mit einem niedrigen Innendruck und einem starren Fortsatz 100, der sich in einem Gehäuse 102 befindet, ist dem Atmosphärendruck
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ausgesetzt. Da die Dose während Änderungen des Umgebungsdruckes als Balg wirken kann, dehnt sie sich entsprechend aus oder zieht sich entsprechend zusammen, was zur Folge hat, daß der starre Fortsatz seine Position in bezug auf das Gehäuse ändert. Diese Positionsänderung wird in der oben beschriebenen Weise abgefühlt und die Frequenz des Oszillators wird mit der Druckänderung korreliert.
?ig. 9 zeigt den elektrooptischen Oszillator nach der Erfindung, der zur Temperaturmessung in Verbindung mit einem Bimetallstreifen 104 benutzt wird. Der Streifen ist durch Endklammern 106 und durch einen starren Fortsatz abgestützt, auf den die Abtaststrahlung des Fühlercszillators gerichtet wird. Der Oszillator ist in der Lage, Positionsänderungen des Bimetallstreifens gegenüber ainer Referenz- oder ungebogenen Position aufzuzeichnen, für die bekannt ist, daß sie bei einer bestimmten Temperatur auftritt, und mit geeigneter Buchhaltung werdendie Änderungen der Position dieses Streifens gegenüber dem Referenzpunkt mit Temperaturänderungen korreliert.
Mit den oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsforraen sind die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung noch nicht erschöpft. Beispielsweise kann die optische Quelle entweder ein kohärentes oder ein inkohärentes Bündel sein, das der Targetfläche mit oder ohne Fokussieroptik in Abhängigkeit von Variablen, wie der Intensität der Quelle, der Länge des Wellenleiters und dem Reflexionsvermögen des Targets, zugeführt wird. Die Wellenleiter sind üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, Faseroptiken. Einzelne Fasern oder Faserbündel sind für den Faserwellenleiter je nach den Anwendungserfordernissen geeignet. Die Fasern können Monomodefasern für höchste Genauigkeit oder Multimodefasern sein. Alle Arten von Digitalelektronik können ohne weiteres
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mit dem Signal versorgt werden, das über den Ausgangskoppler zur Verfügung steht, was die Erfindung sehr vielseitig macht.
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Claims (10)

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut O61O1, V.St.A. Patentansprüche :
1. Elektrooptischer Oszillator,
gekennzeichnet durch eine Quelle (16), die ein Bündel (28) optischer Strahlung liefert, das mit einer Hochfrequenz amplitudenmoduliert ist;
durch einen Wellenleiter (24), der das Strahlungsbündel zu einer reflektierenden Fläche (30) leitet und wenigstens einen Teil des an der Fläche reflektierten StrahlungsbUndels über eine optische Weglänge leitet, die einer Änderung ausgesetzt ist;
durch einen Wandler (22), der die zurückgeleitete Strahlung in ein elektrisches HF-Signal (34) umwandelt, das eine Phasenverschiebung hat, die mit jedweder Phasenverschiebung identisch ist, welche das Strahlungsbündel auf seinem Weg zwischen der Quelle und dem Wandler erhält;
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durch einen Signalverstärker (20), der das elektrische Signal aus dem Wandler ausreichend verstärkt, damit es die Quelle ansteuern kann, um dadurch eine Amplitudenmodulation der optischen Strahlung aus der Quelle mit der Frequenz des elektrischen HF-Signals aus dem Handler vorzunehmen; und
durch einen HF-Signalausgangskoppler (18) zum Abfühlen der Frequenz des die Quelle ansteuernden elektrischen Signals und zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit der Resonanzfrequenz des Oszillators (1O).
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (24) ein Faseroptikwellenleiter ist.
3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (24) aus mehreren Faseroptiken besteht.
4. Oszillator nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Wellenleiter (24) das Strahlungsbündel (28) zu der reflektierenden Fläche (30) schickt und die reflektierte Strahlung zu dem Wandler (22) leitet.
5. Oszillator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (26) auf dem Weg zwischen der Quelle (16) und der reflektierenden Fläche (30), der die Strahlung, die zu der Quelle zurückgeleitet wird, auffängt und wenigstens einen Teil dieser Strahlung zu dem Wandler (22) umleitet.
6. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (38) zum Kollimieren des Strahlungsbündels (28) aus der Quelle (16).
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7. Oszillator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (40) zum Fokussieren des Strahlungsbündels (28) vor dessen übertragung über den Wellenleiter (24).
8. Oszillator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (48) zum Fokussieren der optischen Strahlung aus dem Wellenleiter (44) auf die reflektierende Fläche
9. Oszillator nach Anspruch Ί t gekennzeichnet durch einenzweiten elektrooptischen Oszillator mit Bauteilen, dis den Bauteilen des ersten Oszillators (10) entsprechen, wobei die reflektierende Fläche (70), auf die das Strahlungsbündel in dem zweiten Oszillator auftrifft, sich an dem Ende des Wellenleiters (44) befindet, wobei das HF-Signal aus dem Ausgangskoppler jedes Oszillators in einem Signalmischer (72) verarbeitet wird, und wobei ein HF-Signal (74) von dem Signalmischer mit der Schwebungsfrequenz für die Resonanzfrequenzen der beiden Oszillatoren erzeugt wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines elektrooptischen Oszillators, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erzeugen eines Bündels optischer Strahlung, die mit einer Hochfrequenz amplitudenmoduliert ist, mit einer Quelle;
Weiterleiten des Strahlungsbündels zu einer reflektierenden Fläche und Zurückleiten wenigstens eines Teils des durch die Fläche reflektierten Bündels mit einem Wellenleiter;
Umwandeln der zurückgeleiteten Strahlung in ein elektrisches HF-Signal mit einem Wandler, das eine Phasenverschiebung hat, die mit jedweder Phasenverschiebung identisch ist, die das
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Strahlungsbündel auf seinem Weg zwischen der Quelle und dem Wandler erhält;
ausreichendes Verstärken des elektrischen Signals aus dem Wandler mit einem Signalverstärker, damit mit dem verstärkten Signal die Quelle angesteuert werden kann;
Ansteuern der Quelle mit dem verstärkten Signal zum Amplitudenmodul ieren der optischen Strahlung aus der Quelle mit der Frequenz des elektrischen HF-Signals aus dem Wandler; und
Abfühlen der Frequenz des die Quelle ansteuernden elektrischen Signals mit einem HF-Signalausgangskoppler, um ein Ausgangssignal mit einer Hochfrequenz zu erzeugen, die die Resonanzfrequenz des Oszillator darstellt.
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