DE3015091A1 - Graet zum darstellen einer lage - Google Patents

Description

Gerät zum Darstellen einer Lage

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Darstellen einer Lage, insbesondere zum Erfassen der Lage eines Teils, welches aufgrund von Drücken seine Lage verändert, wodurch es dann möglich ist, Drücken oder Druckänderungen zu messen.

Hierbei soll die Lage- bzw. Druckmessung mit hoher Empfindlichkeit erfolgen und die Anzeige der Lage bzw . des Drucks soll mittels eines optischen Signals erfolgen. Ein solches Gerät soll beispielsweise einsetzbar sein bei Gasturbinenmotoren oder bei ähnlich schwierigen Einsatzgebieten.

Die Messung von Daten auf optischem Wege vermeidet viele Nachteile, welche bei einem konventionellen elektrischen System auftreten. Beispielsweise wird vermieden eine umfangreiche elektrische Ver kabelung, da optische Signale in leichten optischen Faserkabeln übermittelt werden können. Weiterhin werden Probleme vermieden, die bei elektrischen Geräten und Kabeln auftreten können infolge elektrischer Einflüsse, welche von anderen elektrischen Geräten, welche sich in der Nähe befinden, ausgehen.

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hs besteht daher die Aufgabe, die Lage eines Teils mit hoher Genauigkeit berührungslos messen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Bei der vorliegenden Erfindung wird also das Beugungsbild bzw. Änderungen im Beugungsbild zur Darstellung der Lage eines Teils benutzt, wobei das Gerät einen optischen Ausgang, wie beispielsweise ein optisches l-aserkabel aufweist, so daß auf diese Weise die Lage mit hoher Empfindlichkeit meßbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei wird das Gerät beschrieben in der Anwendung als Druckmeßgerät bei einer Flugzeuggasturbine zum Messen der Änderungen der Lage eines Teils, dessen Lagedruck abhängig ist. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau des Geräts;

Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform des Geräts nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Einzelheiten des Geräts nach Fig. 1;

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Beugungsbildes, wie es sich bei dem Gerät nach den Fig. 1 oder 2 ergibt und

Fig. 6 die Veränderung der Intensität längs des Beugungsbildes nach Fig. 5.

Wie den Figuren 1, 3 und 4 zu entnehmen ist, weist das Gerät eine luftleere Metalldose 1 auf, an der über die öffnung 2 in einem Gehäuse 3 der Druck innerhalb einer Gasturbine herrscht. Eine mit einer öffnung versehene Platte 4 ist mit der Metalldose 1 verbunden

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und bildet mit einer ähnlichen feststehenden Platte 5 einen Schlitz 6. Der Schlitz 6 wird von einer Seite her angestrahlt von einer monochromatischen Strahlung, so daß sich an der anderen Seite in einer Ebene 7 ein Beugungsbild bildet. Bei Veränderung des Drucks verändert sich entsprechend die Breite des Schlitzes 6 mit dem Ergebnis, daß sich das Beugungsbild ändert. Durch Erfassen dieser Änderungen des Beugungsbildes wird eine Anzeige der Druckänderungen erhalten.

Die Metall dose 1 ist von bekanntem Aufbau und besteht aus einer einzigen Zelle lO mit zwei gewellten flexiblen Diaphragmen 11, welche umfangsseitig miteinander verbunden sind und eine hermetisch abgeschlossene Kammer bilden. Diese Kammer ist luftleer, so daß ein Anwachsen des Druckes der Turbine außerhalb der Zelle bewirkt, daß die Zentren der beiden Diaphragmen 11 der Zelle nach innen zueinander gebogen werden. Falls der Turbinendruck ansteigt, dann werden die Diaphragmen 11 voneinander weg bewegt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur eine Zelle 10 vorhanden, obwohl auch mehrere Zellen verwendet werden können, wie dies die Fig. 2 zeigt. Mit der Zahl der Zellen wächst die Empfindlichkeit des Geräts an.

Die Platte 4 ist zentral am oberen Diaphragma 11 der Zelle 10 befestigt und erstreckt sich durch ein flexibles Diaphragma 20 in die luftleer gepumpte Kammer 21 des Gehäuses 3. Das Diaphragma 20 dichtet hermetisch gegenüber dem Gehäuse 3 und der Platte 4 ab, so daß die Kammer 21 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist und sich die Platte 4 begrenzt längs ihrer Länge bewegen kann. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Metalldose innerhalb der abgedichteten Kammer 21 angeordnet sein, wobei dann das Innere dieser Kammer in Verbindung steht mit dem Bereich der Turbine, dessen Druck zu messen ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Metalldose 1 ganz entfallen und das Diaphragma 20 weist eine modifizierte Form auf, wobei dann die Platte 4 mit dem Diaphragma 20 verbunden ist, so daß Änderungen im Druck an der öffnung 2 zu Bewegungen des Diaphragmas 20 selbst führen.

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Die Platte 4 weist eine rechteckige Öffnung 8 auf, deren Unterkante, welche quer zur Achse der Metalldose 1 verläuft, angeschrägt ist, so daß eine messerartige Kante 23 entsteht. Die Kante Ü3 befindet sich zwischen einer ebenen Wand und einer geneigten Wand, obwohl sie auch zwischen zwei geneigten Wänden gebildet sein kann. Das Profil der Kante 23 ist so gewählt, daß diese Kante das Beugungsbild nicht abschattet bzw. seine Qualität nicht herabsetzt, in dem hier interessierenden Bereich. Die andere Platte 5 ist starr befestigt am Gehäuse 3 und befindet sich nahe der bewegbaren Platte 4. Die feststehende Platte 5 weist eine rechteckige Öffnung 9 auf, welche gleich oder ähnlich ausgebildet ist wie diejenige der bewegbaren Platte 4. Die Oberkante der öffnung 9 ist ebenfalls angeschrägt und bildet eine parallele Messerkante 24, so daß die beiden Messerkanten 23 und 24 an benachbarten Seiten der entsprechenden Platten 4 und 5 gebildet werden. Die Breite des Schlitzes 6 zwischen den beiden Messerkanten 23 und 24 wird verringert, wenn die Platte 4 sich nach oben bewegt, entsprechend einem Druckabfall und die Breite des Schlitzes wird größer, wenn der Druck ansteigt.

Eine aus Quarz bestehende piezoelektrische Stimmgabel 30 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und dient als Verschlußblende für den Schlitz 6. Die Stimmgabel 30 verläuft parallel zum Schlitz 6 und ist so befestigt, daß der Zinken 31 sich bewegt in einer Ebene parallel zu den Ebenen der beiden Platten 4 und 5, welche den Schlitz 6 definieren. In Normalstellung befindet sich die Stimmgabel 30 vor der feststehenden Platte 5, wobei die Kante 33 des unteren Zinkens 31 parallel zu und oberhalb der Kante 24 der feststehenden Platte 5 verläuft, so daß der Schlitz 6 offen bleibt. Wird Wechselstrom der Stimmgabel 30 zugeführt, von einem Oszillator 34, dann kommen die Zinken 31 der Stimmgabel in Schwingungen, so daß die Kante 33 abwechselnd eine Lage oberhalb und unterhalb der Kante 23 der bewegbaren Platte 4 einnimmt, so daß der Schlitz 6 abwechselnd geöffnet und geschlossen wird.' Anstelle einer piezoelektrischen Stimmgabel 30 kann eine bewegbare Blende 33 vorgesehen sein, welche piezoelektrisch, über einen Solenoid

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oder elektromechanisch angetrieben werden kann, wie dies die Fig.2 ^zeigt.

Der Schlitz 6 wird durch monochromatisches Licht beleuchtet, welches vom Ende 40 eines optischen Faserkabels 41 ausgeht, wobei dieses Ende innerhalb des Gehäuses 3 gegenüber dem Schlitz 6 an geordnet ist. Eine Konvergenzlinseneinheit 42 ist vor dem Kabelende 40 angeordnet und zwar in einem Abstand gleich der hokuslänge der Linseneinheit,·so daß ein paralleler Lichtstrahl erzeugt wird, welcher rechtwinkelig zum Schlitz 6 verläuft. Das Kabel 41 verläuft zu einer entfernten Stelle außerhalb des Gehäuses, wobei das andere Ende 43 des Kabels verbunden ist mit einer Welle 44 für eine monochromatische Strahlung, wie beispielsweise einem Helium-Neonlaser.

Eine Reihe 50 von Enden 51 bis 53 Optischer Fasern 54 bis 56 ist in der Ebene 7 im Inneren des Gehäuses 3 angeordnet, wobei diese Enden in Richtung des Schlitzes 6 gerichtet sind. Die Reihe 50 besteht aus den Enden dreier eng zusammen angeordneter Fasern bis 56, wobei diese Enden übereinander angeordnet sind. Diese Enden sind versetzt zum Zentrum des Schlitzes 6 angeordnet, wobei das mittlere Ende 52 unter einem Winkel 0 von 39,26° zum Schlitz verläuft. Jedes Faserende 51 bis 53 hat einen Durchmesser von etwa 4U micron und die Ebene 7, in welcher diese Ebene angeordnet ist, weist zum Schlitz 6 einen Abstand d von 3,1 cm auf. Die Fasern 54 bis 56 verlaufen zu einzelnen Detektoren 57 bis 59, welche an einer entfernten Stelle angeordnet sind und welche ansprechen auf eine Strahlenwellenlänge, wie sie von der Lichtquelle 40 erzeugt wird. Elektrische Signale entsprechend der Intensität des an den Faserenden 51 bis 53 einfallenden Lichts werden über Leitungen 60 bis 62 einer Verarbeitungseinheit 63 zugeführt.

Ein zusätzliches Lichtleitkabel 64 ist mit seinem Ende 65 direkt gegenüber dem Schlitz 6 angeordnet und zwar an der Unterseite eines Kanals 80 im Inneren des Gehäuses 3. Das Ende 65 des Licht-

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leitkabels 64 wird beleuchtet von der Interferenz nullter Ordnung, deren Lage unabhängig ist von der Schlitzbreite. Das Kabel 64, welches den Kabeln 54 bis 56 entspricht, verläuft zu einem lichtempfindlichen Detektor 72, der an einer entfernten Stelle angeordnet ist. Der elektrische Ausgang des Detektors 72 führt zu der Verarbeitungseinheit 63 über eine elektrische Leitung 73.

Die aus Quarz bestehende Stimmgabel 30 und das Kabel 64 wirken zusammen als temperaturempfindliche Einheit, welche optische Signale, die repräsentativ für eine Temperatur sind, dem Detektor 72 zuführt. Die Stimmgabel ist mit dem elektrischen Oszillator 34 lediglich lose gekoppelt. Die Frequenz der Schwingung der Stimmgabel ist im weiten Maße abhängig von ihrer natürlichen Schwingungsperiode und ihrer Temperatur und weniger von der Frequenz des elektrischen Oszillators. Das am Ende 65 einfallende Licht schwingt daher bezüglich seiner Intensität mit der Frequenz der Stimmgabel, da der Schlitz 6 abwechselnd abgedeckt und freigegeben wird und diese Frequenz wiederum abhängig ist von der Temperatur.

Im alternativen Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zahlreiche Bauteile identisch mit denjenigen nach Fig. 1, jedoch ist eine separate Temperaturmeßeinheit vorgesehen, welche in erster Linie anspricht auf die Temperatur im Bereich der Metalldose 1 und weniger auf diejenige in der Kammer 21. Diese Temperaturmeßeinheit 70 weist ein elektrooptisches Element auf, wie beispielsweise einen Quarzkristall 74, der innerhalb des Gehäuses 3 nahe der Metalldose 1 angeordnet ist. Weiterhin ist ein elektrischer Oszillator 75 vorhanden, der an einer entfernten Stelle außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und elektrische Signale über die Leitung dem Kristall 74 zuführt, der dadurch in Schwingungen versetzt wird. Der Kristall 74 ist transparent und ist so angeordnet, daß die Polarisationsebene eines durch ihn hindurchgehenden Strahls verändert wird als Ergebnis der durch die Schwingungen entstehenden Spannungen im Kristall. Vom Ende eines Lichtleitkabels 77 geht ein Lichtstrahl aus, wobei es sich in diesem hall um eine Verlängerung des Kabels 41 handelt. Dieses Licht wird auf den Kristall

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durch ein Polarisationselement 78 gerichtet. Das durch den Kristall 74 hindurchqehende Licht fällt auf das Ende eines anderen Lichtleitkabels 71, wobei zwischen diesem Ende und dem Kristall ein zweites Polarisationselement 79 angeordnet ist. Die Polarisationselemente 78 und 79 und der Kristall 74 sind relativ zueinander so angeordnet, daß die Intensität der auf das Ende des Kabels 71 auffallenden Lichts von einer Minimal- zu einer Maximal intensität während jedes Zyklusses der Schwingung des Kristalls 74 sich verändert.

Der Kristall 74 ist lediglich lose mit dem elektrischen Oszillator 74 gekoppelt, so daß die Schwingungsfrequenz des Kristalls in weitem Maße abhängig ist von seiner natürlichen Schwingungsperiode und der Temperatur und weniger durch die Frequenz des elektrischen Oszillators. Die Amplitude des durch das Kabel 71 hindurchgehenden Lichts schwingt daher in einer Frequenz des Kristalls 74, welche abhängig ist von der Temperatur im Bereich der Metalldose

Durch Anordnung des elektrischen Oszillators 75 an einer Stelle, welche entfernt von dem Gehäuse 3 ist, wird vermieden, daß die hohen Temperaturen im Bereich des Gehäuses die elektrischen Schaltkreise des Oszillators nachteilig beeinflussen.

Alternativ hierzu kann die separate Form der Temperaturmeßeinheit 70 ein temperaturempfindliches tlement beinhalten, welches die Frequenz des elektrischen Oszillators steuert, wobei dann der Wechsel Stromausgang des Oszillators anstelle des optischen Wechselsignals verwendet wird. Bei dem temperaturabhängigen Bauteil kann es sich um einen Quarzkristall handeln, welcher als Teil in den Oszillatorschaltkreis eingekoppelt ist. Alternativ hierzu kann es sich um. einen Thermistor handeln, dessen Eigenschaften mit der Temperatur sich verändern. In diesem Zusammenhang kann der Oszillator so ausgebildet sein, daß seine Frequenz abhängig ist von der Amplitude einer Eingangsspannung. Die Umsetzung des Oszillatorausgangs in ein optisches Signal, welche dann erforderlich ist, kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein.

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Am einfachsten ist es, den Oszillatorausgang direkt dazu verwenden, eine Lichtquelle zu steuern. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine lichtemittierende Diode handeln, bei welcher die Lichtintensität des erzeugten Lichts sich mit dem Oszillatorausgang verändert. Dieses so erzeugte Licht kann sodann fokussiert werden auf das Ende eines Lichtleitkabels, wie beispielsweise das Kabel 71.

Eine temperaturempfindlich Einheit entsprechend derjenigen nach Fig. 1 kann auch angeordnet sein im Bereich der Metalldose 1. In einem solchen Fall kann eine Lichtquelle verwendet werden, welche eine Strahlung konstanter Intensität erzeugt. Ein zwischen dieser Lichtquelle und dem Ende des Lichtleitkabels 71 angeordnetes Bauteil steuert die Strahlung des durch dieses Bauteil hindurchgehenden Lichts. Dieses Bauteil kann eine geeignete Form eines elektromechanischen oder elektrooptischen Blendenteils haben, welches mit der Frequenz des Oszillators schwingt. Bei der elektromechanischen Blende kann es sich um eine vibrierende Platte oder um ein anderes Bauteil, wie beispielsweise um eine Stimmgabel hanoeln.bei welcher abwechselnd ein Lichtstrahl durch die Blende blockiert und freigegeben wird. Die elektromechanisch^ Blende kann alternativ hierzu ein Polarisationsbauteil umfassen, welches vor einem feststehenden Polarisationsbauteil oszilliert, derart, daß die Polarisationsebenen wechselweise miteinander fluchten und einander kreuzen, so daß der Lichtdurchgang durch diese beiden Bauteile periodisch abgedämpft wird. Die Blende kann alternativ hierzu elektrooptisch aufgebaut sein und eine Zelle umfassen, bei welcher der Strahlendurchgang direkt gedämpft wird. Die Zelle kann jedoch auch eine solche sein, welche die Polarisationsebene der hindurchtretenden Strahlung dreht, wobei ein feststehendes Polarisationsbauteil vor dieser Zelle angeordnet ist, um eine Dämpfung der Strahlung zu erreichen, sobald die Polarisationsebenen nicht miteinander fluchten.

In einem weiteren Ausfiihrungsbeispiel kann eine Lichtquelle gebildet werden durch die Spitze einer optischen Faser und diese Faser kann vibrieren mit der Oszillatorfrequenz vor einer zweiten optischen Faser, so daß das von der zweiten Faser dem Detektor übermittelte

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Licht bezüglich Seiner Intensität entsprechend sich verändert.

Uas Anleuchten des Schlitzes 6 erzeugt ein Beugungsbild in der Ebene 7, wie schematisch in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Die Intensität an Punkten längs dieses Bildes ist in Fig. 6 dargestellt. Das Bild besteht aus einander sich abwechselnden dunklen und hellen Interferenzbereichen, wobei sich das Muster oberhalb und unterhalb des Schlitzes 6 erstreckt. Der Winkel 0 ergibt sich aus der " Gleichung

sin 0 = η \/b (I)

wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung, b die Breite des Schlitzes und η die Folge der Interferenz ist. Das Zentrum des Beugungsbildes wird gebildet durch eine breite Interferenz nullter Ordnung maximaler Intensität. Die hellen Linien unmittelbar oberhalb und unterhalb dieses Zentrums weisen eine dazu wesentlich verminderte Intensität auf. Die darauffolgenden Linien der Interferenzen größerer Ordnung nehmen an Intensität langsam ab. Der Kanal 80 dient zur Vermeidung von Reflektionen der hellen Mittellinie von der inneren Oberfläche des Gehäuses 3, wobei dieser Kanal im wesentlichen die gleiche Breite wie die Mittellinie aufweist über den normalen Bereich der Breite des Schlitzes 6. Der Kanal ist winkelig ausgebildet und weist eine nicht reflektierende Oberfläche auf, wodurch Reflektionen auf ein Minimum gebracht werden. Der übrige Bereich der inneren Oberfläche des Gehäuses 3, der die Kammer 21 bildet, kann beschichtet sein, um Reflektionen von Strahlung höherer Ordnung zu vermindern.

Die Wellenlänge Λ der vorherrschenden Strahlung bei einem Heliumneonlaser 44 beträgt 0,6328 micron. Wird dieser Wert und der Wert θ = 39,26° in die Gleichung I eingesetzt, dann ergibt dies:

sin 39,26 = η χ 0,6328 χ 10"⁶/b (II)

dies ergibt:

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0,6328 = η χ 0,6328 χ 10 ~⁶/b (Ill)

b = η χ lü"⁶ (IV)

Die Interferenz n-ter Ordnung, welche auf das Faserende 52 einfällt, ist deshalb gleich der Breite b des Schlitzes 6 in micron. Soll diese direkte Beziehung zwischen der Interferenzordnungsnummer η und der Schlitzbreite b eingehalten werden und wird eine Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge verwendet, dann muß der Winkel 0 in Bezug auf die Winkellage des Faserendes 52 entsprechend geändert werden. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß eine direkte Beziehung zwischen dieser Ordnungszahl η und der Schlitzbreite eingehalten wird. Das Ende 52 des Lichtleitkabels 55 kann auch an einer Stelle angeordnet sein, bei welcher der Winkel θ zum Schlitz hin derart ist, daß die Ordnungszahl η ein Mehrfaches oder ein Teil der Schlitzbreite b des Schlitzes 6 ist.

In der Praxis kann die Schlitzbreite b des Schlitzes 6 sich verändern zwischen 5 micron und lOO micron. Die Ordnungszahl η der auf das Faserende 52 auffallenden Interferenz verändert sich daher zwischen 5 und 100. Da das Faserende 52 selbst zwischen den verschiedenen Ordnungszahlen der Interferenz nicht unterscheiden kann, ist es nötig, eine Nullmarke in Form einer Blende, wie beispielsweise der Stimmgabel 30 vorzusehen. Wenn der Zinken 31 der Stimmgabel 30 sich über den Schlitz 6 hinwegbewegt, dann wird die effektive Breite b des Schlitzes vermindert und die verschiedenen Ordnungszahlen der Interferenz werden nach außen verschoben, so daß die niederen Ordnungszahlen der Interferenz über das Faserende 52 hinweggehen. Da die Schlitzbreite b des Schlitzes 6 gegen Null geht, wird die Interferenz nullter Ordnung verbreitert und trifft auf das Faserende 52 auf.

Im Betrieb erzeugt das abwechselnde Abdecken und Freigeben des Schlitzes 6 einen wechselnden Ausgang der Detektoren 57 bis 59, da

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die verschiedenen Interferenzordnungen abwechselnd nach außen und innen wandern. Ein Zähler 90 in der Verarbeitungseinheit 63 spricht an auf den pulsierenden Ausgang des Zentraldetektors 58, wodurch eine akkumulierte Gesamtanzahl der Impulse während jeder Periode der Schwingung der Stimmgabel 30 erhalten wird. Hierdurch ergibt sich eine Darstellung der Ordnungszahl η der Interferenz, welche auf das Faserende 52 einfällt, wenn der Schlitz 6 komplett freigegeben ist.

Dieser Ausgangswert muß nicht vor jedem Ablesen ständig durchgeführt werden wie zuvor beschrieben. Es ist auch möglich, den Nullwert dadurch zu erhalten, daß der Schlitz 6 einmal abgedeckt und dann freigegeben wird, beispielsweise durch die bewegbare Blende 33 gemäß Fig. 2. Darauffolgende Druckänderungen können dann erfaßt werden durch Zählen der resultierenden Interferenzverschiebungen und Addieren oder Subtrahieren dieser von der Zahl im Zähler 90.

Während die Amplitude am Ausgang des Detektors 58 dazu verwendet werden kann, eine Anzeige dafür zu geben, ob eine helle oder dunkle Interferenz auf das Faserende 52 zentral oder an einer der beiden Seiten einfällt, so ist es nicht möglich, ohne Aufzeichnung der vorhergehenden Bewegung aes Beugungsbildes zu bestimmen, welche Seite der Interferenz auf das Faserende einfällt. Die Ausgänge der Detektoren 57 und 58, welche den Faserenden 51 und 53 an jeder Seite des zentralen Faserendes 52 zugeordnet sind, dienen dazu, eine genauere Messung der Stellung der Interferenzen zu erhalten und es ist damit auch möglich, die Richtung der Bewegung des Beugungsbildes zu erfassen.

Die Faserenden 51 und 53 sind jeweils vom Faserende 52 um eine Strecke entfernt, welche geringer ist als der Abstand zwischen den Zentren benachbarter heller oder dunkler Interferenzen für den normalen Bereich der vorkommenden Schlitzbreiten. Durch Vergleich der Ausgänge der drei Detektoren 57, 58 und 59 ist es möglich, zu

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bestimmen, an welcher Seite des zentralen Faserendes 52 das Zentrum der Interferenz angeordnet ist. Die Veränderung im Ausgang der drei Detektoren 57, 58 und 59 aufgrund von Druckänderungen wird dazu verwendet, die Richtung zu bestimmen, nach welcher sich das Beugungsbild verschiebt.

Die Kammer 51 ist luftleer gepumpt, um Veränderungen im Brechungsindex des Mediums, in welchem das Beugungsbild erzeugt wird, zu vermindern, was auftreten könnte infolge Temperatur- oder Druckanderungen dieses Mediums. Irgendwelche Änderungen im Brechungsindex wurden das erzeugte BeugungsbiTd beeinflussen.

Temperaturänderungen im Bereich des Gehäuses 3 bewirken Änderungen in der thermischen Ausdehnung der Diaphragmen 11 und beeinflussen auch die Elastizität dieser Diaphragmen und daher auch die Größe der Ausdehnung bzw. des Zusammenziehens bei einer gegebenen Druckänderung. Temperaturveränderungen beeinflussen.auch die Abmessungen der Platten 4 und 5 und verschiedener anderer Komponenten des Geräts. Auf diese Weise würden Ungenauigkeiten entstehen, außer man würde diese Effekte kompensieren.

Von den Detektoren 57 bis 59 abgeleitete Signale werden dazu verwendet, genau die Interferenzordnungszahl η der auf das zentrale Faserende 52 und damit die Breite b des Schlitzes 6 zu bestimmen. Aufgrund der Kenntnis der Breite b des Schlitzes 6 kann die Verschiebung der Platte 4 und damit die von der Metalldose 1 erzeugte Verschiebung bestimmt werden durch die Verarbeitungseinheit Die Einheit 63 errechnet eine angenäherte Messung des Drucks auf grund der Kenntnis der Arbeitskennwerte der Metal!dose 1 und korrigiert in Übereinstimmung mit Signalen in der Leitung 73, welche repräsentativ sind für die Temperatur im Bereich des Gehäuses 3. Signale, welche repräsentativ sind für den korrigierten Druck, werden von der Verarbeitungseinheit 63 einer Anzeigeeinheit 81 und über die Leitung 83 einer Turbinensteuereinheit 82 zugeführt.

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Verschiedene Modifikationen des Systems sind möglich. Es ist beispielsweise möglich, entsprechend der Fig. 2 zwei coplanare Plättchen 4' und 5' entsprechend der Fig. 2 zu verwenden, von denen eines von den Metall dosen 1 bewegt wird. Es ist auch möglich, eine Anordnung mit zwei Schlitzen vorzusehen, bei welcher ein Interferenzmuster erzeugt wird durch Interferenz von zwei Beugungsbildern von zwei parallelen nebeneinander angeordneten Schlitzen. Bei dieser doppelschlitzigen Anordnung wird einer der Schlitze gebildet zwischen einer feststehenden Kante und einer Kante einer bewegten Blende oder mit einer öffnung versehenen Platte, während der andere Schlitz gebildet wird zwischen einer anderen feststehenden Kante und einer gegenüberliegenden Kante der bewegbaren Blende oder Platte. Die bewegbare Blende oder Platte kann so angeordnet sein, daß bei einer Bewegung in einer Richtung die Breite des e^nen Schlitzes vermindert und die Breite des anderen Schlitzes vergrößert wird.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung wird der Nullwert erhalten durch schließen des Schlitzes 6 mit einer Art Blende. Anstelle des Abdeckens dieses Schlitzes 6 durch eine separate Blende ist es auch möglich, den Schlitz Zu verschließen durch Vermindern der Breite zwischen den Kanten 23 und 24. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch eine Bewegung der Platte 5 derart, daß ihre Kante 24 die Kante 23 der Platte 4 überlappt. Es ist nicht notwendig, daß der Schlitz 6 komplett geschlossen wird. Alternativ hierzu kann die effektive Breite des Schlitzes vermindert werden auf eine bekannte Größe, bei welcher die Ordnungszahl der Interferenz bekannt ist, die auf das Faserende 52 einfällt. Bei einer weiteren Modifikation wird die effektive Schlitzbreite des Schlitzes 6 verändert durch Bewegung der einen oder der anderen der Platten 4 oder 5, wobei die effektive Breite des Schlitzes erhöht wird bis auf eine bekannte Größe, wobei sodann die Interferenzen gezählt werden, wenn die Breite des Schlitzes zurückkehrt auf die durch den Turbinendruck bestimmte Größe.

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Die Erfindung ist nicht auf das Messen von Drücken beschränkt. Das Beugungsbild muß nicht notwendigerweise durch eine Strahlung im sichtbaren Frequenzbereich erzeugt werden.

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Leerseite

Claims (10)

1. Dipl.-Ing.

   Rolf Charrier

   Patentanwalt

   Rehlingenstraße 8 ■ Postfach 260 3015091

   D-8900 Augsburg 31

   Telefon 08 21/3 6015+3 6016

   Telex 53 3 275

   PoilvJieikkunlo München Nr. 15·)" K¹MM)I

   8114/105/Ch/Gr Augsburg, 18. April 1980

   Antn.: Smiths Industries Limited

   Patentansprüche

   - 1. 'Cer'at zum Darstellen einer Lage, dadurch gekennzeich-" 'net, daß zwei eine erste und eine zweite Kante (23,24) aufweisende Teile (4,5) vorgesehen sind, zwischen denen ein Schlitz (6) definiert wird, die Breite (b) des Schlitzes (6) sich ändert mit einer Änderung der zu messenden Lage, dieser Schlitz (6) durch eine Strahlungsquelle (40) angestrahlt wird und der Schlitz (6) ein Beugungsbild dieser Strahlung bewirkt, mindestens ein Strahlungsempfänger (51 bis 53) vorgesehen ist, auf den das Beugungsbild auftrifft und das der jeweiligen Schlitzbreite (b) zugeordnete und auf den Strahlungsempfänger (51 bis 53) auftreffende Beugungsbild ermittelt wird.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (6) definiert wird durch Kanten (23, 24) von öffnungen (8,9) von einander überlappenden Platten (4,5) .
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (30,33) vorgesehen ist, welche die wirksame Breite (b) des Schlitzes auf eine vorbestimmte Breite verändert und daß die Darstellung der Lage bestimmt wird durch die Änderung des Ausgangssignals des Strahlungsempfängers (51 bis 53) das erzeugt wird durch die Veränderung der Schlitzbreite.

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4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (30,33) den Schlitz (6) völlig abdeckt.
5. 5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Strahlungsempfänger durch die Enden 151 bis 53) von Lichtleitfasern (54 bis 56) gebildet werden.
6. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Enden (51 bis 53) an unterschiedlichen Stellen außerhalb des Zentrums des Beugungsbildes angeordnet sind und ihre Ausgänge die Richtung der Verschiebung des Beugungsbildes erfassen.
7. 7. Gerät nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckempfindliches Bauteil (11) vorgesehen ist, welches mit Druckänderungen die Breite (b) des Schlitzes (6) ändert.
8. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindliches Bauteil (30, 74), eine Strahlungsquelle ^40,77) und ein Strahlungsempfänger (65,71) zum Empfang der Strahlung von der Strahlungsquelle (40,77) vorgesehen sind, wobei das temperaturempfindliche Bauteil (30,74) zwischen der Strahlungsquelle (40,77) und dem Strahlungsempfänger (65,71) angeordnet ist und dieses temperaturempfindliche Bauteil (30,74) den btrahlendurchgang in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.
9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Bauteil ein oszillierendes Bauteil (30) ist, dessen Schwingungsfrequenz von der Temperatur abhängig ist, daß der Strahlungsempfänger (65) an der Stelle angeordnet ist, wo die Interferenz nullter Ordnung des Beugungsbildes auftrifft und daß das schwingende Bauteil (30) die Intensität der vom Schlitz (6) auf den Strahlungsempfänger (65) auftreffenden Strahlung entsprechend seiner Schwingungsfrequenz verändert.

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10. 10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Bauteil ein elektrooptischer Oszillator (74) ist, dessen Schwingungsfrequenz temperaturabhängig ist und bei dem die optischen Eigenschaften sich während einer Schwingungsperiode verändern und daß der Oszillator (74) in einem Strahlengang angeordnet ist, welcher auf den Strahlungsempfänger (71) auftrifft.

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