DE3044183C2

DE3044183C2 -

Info

Publication number: DE3044183C2
Application number: DE3044183A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg De Ulrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1989-11-09
Also published as: US4596466A; DE3044183A1

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Anordnung zur Fernmessung von Länge bzw. Längenänderung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Anordnung dieser Art ist durch die wissenschaftliche Publikation: "Michelson Interferometer as a Remote Gange" var R.A. Patten, Applied Optics (Vol. 10, No. 12, 1971, (S. 2717-2721) bekannt. In dieser Publikation wird erläutert, wie die Länge einer Meßstrecke, z. B. die Dicke einer Platte bestimmt wird, indem mittels eines Michelson-Interferometers die Interferenzerscheinung dadurch ausgewertet wird, daß die Korrelationsmaxima, dort Sichtbarkeitsmaxima genannt, aufgesucht werden.

Bei der bekannten Anordnung ist für deren Funktionsfähigkeit die direkte "Sichtverbindung" mit dem Interferometer, durch dessen Gangunterschiedsvariation (X _II) die Dicke des Meßobjektes erfaßbar ist, erforderlich.

Hierbei muß der Strahlengang der "Sichtverbindung" einen relativ großen Durchmesser (typischer Wert: 3 cm) haben, damit die Wellenfronten der beiden für die Messung verwendeten Teillichtströme hinreichend eben übertragen werden können. Nachteilig ist hierbei neben dem großen Durchmesser der Sichtverbindung weiter, daß dieselbe im wesentlichen d. h zumindest abschnittsweise, geradlinig sein muß, was, wenn sich das Meßobjekt an einem schwer zugänglichen Ort befindet, allenfalls mit erheblichem Aufwand realisierbar ist.

Auch bei der durch die US-PS 36 12 694 bekannten interferometrischen Meßanordnung, mittels deren Längenänderungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen meßbar sind, ist eine wohldefinierte geometrische Anordnung der einzelnen optischen Elemente - Lichtquelle, Polarisatoren, Strahlenteiler, Umlenkelemente, Detektoren - erforderlich, und es muß mit hochkohärentem Laser-Licht gearbeitet werden, was mit hohem technischem Aufwand verknüpft ist.

Dasselbe gilt sinngemäß auch für die durch die GB-PS 13 73 645 und die US-PS 41 53 370 bekannten, mit monochromatischem Laser-Licht arbeitenden interferometrischen Meßanordnungen, bei denen zwar Funktionselemente durch faseroptische Lichtleiter optisch miteinander gekoppelt sind, diese aber zur Aufrechterhaltung der Kohärenz des Laser-Lichts als sog. selbst-fokussierende Lichtleiter bzw. Monomode-Fasern ausgebildet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, zum einen eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Erfassung von Längen und Ländenänderungen auch an Meßobjekten möglich sind, die sich an schwer zugänglichen Orten befinden, sowie auch Verfahrensweisen zur Messung unter Verwendung der Anordnung anzugeben, die die Erfassung mehrerer Meßgrößen ermöglichen und/oder besonders zeitsparend sind.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 umrissene und in weiterer Ausgestaltung durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 9 näher spezifizierte Anordnung gelöst und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale der Ansprüche 10 und 11.

Hiernach besteht der der erfindungsgemäßen Anordnung wie auch zu den mit solchen Anordnungen arbeitenden Verfahren zugrundeliegende Gedanke darin, den Gangunterschied des einen Interferometers, das als Zweistrahl- oder als Vielstrahl-Interferometer ausgebildet sein kann, mit der Meßgröße zu variieren und diesen Gangunterschied dadurch zu erfassen, daß in mindestens einem weiteren Interferometer gleichen Typs, das ebenfalls als Zwei- oder Vielstrahl-Interferometer ausgebildet sein kann und über einen durch eine Lichtleitfaser markierten Lichtweg mit dem einen in Reihe geschaltet ist, durch räumliche und/oder zeitliche Variation ihrer Laufstreckenunterschiede die Korrelations-Extrema aufgesucht werden, die die Gleichheit der Laufstrecken in beiden Interferometern markieren. Dadurch wird die mit der Meßgröße verknüpfte Länge auf rein optischem Wege gleichsam von dem einen als Geber benutzten, Interferometer auf das mindestens eine weitere als Empfänger benutzte, vom Meßort entfernt angeordnete Interferometer übertragen, wo sie durch geeignete Variation des Laufstreckenunterschiedes, der bereits in Einheiten der Meßgröße geeicht sein kann, auf einfache Weise gemessen werden kann.

Durch die Erfindung vermittelte Vorteile sind zumindest die folgenden:

1. Da die erfindungsgemäße Anordnung nicht mit einem kohärenten Primär-Lichtstrom arbeitet, können als Lichtquellen einfache Glühlampen oder breitbandig emittierende Leuchtdioden eingesetzt werden, die unter Gesichtspunkten zeitlicher Konstanz der Lichtleistung und der Lebensdauer völlig unproblematisch sind und mit hinreichend niedriger Lichtleistung betrieben werden können, die eine Benutzung auch in explosionsgefährdeten Räumen erlaubt.
2. Das Meßergebnis ist - dank der "Kompensation" der Laufstreckenunterschiede im Empfänger-Interferometer - auch unabhängig von den Eigenschaften der zur Lichtübertragung verwendeten Lichtleitfaser, sofern nur die am Detektor zur Verfügung stehende Intensität ausreicht, um die Korrelations-Extrema mit hinreichender Genauigkeit ermitteln zu können. Die Messung wird durch eine Moden-Dispersion der Faser, eine wechselseitige Kopplung der Moden oder durch Verluste in der Faser oder an Verbindungsstellen oder Spleißen der Faser nicht beeinflußt, da sich alle hieraus resultierenden Effekte in gleicher Weise auf jeden der miteinander zur Überlagerung gebrachten Lichtwellenzüge auswirken. Zur Lichtübertragung zwischen den Interferometern kann daher eine billige Stufenindex-Multimode- Lichtleitfaser verwendet werden.
3. Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch unempfindlich gegen zeitliche Änderungen der übertragenen Lichtsignale, jedenfalls dann, wenn die Zeitspanne, innerhalb welche solche Änderungen auftreten, groß ist gegen diejenige Zeitspanne, die zum Aufsuchen der Extrema der Interferenzerscheinungen benötigt wird. Änderungen der Intensität oder der spektralen Zusammensetzung des Meßlichtes ändern zwar die absoluten Beträge der Korrelations-Extrema wie auch deren Verlaufsform in Abhängigkeit vom Laufstreckenunterschied, nicht aber deren "Lage" in der Laufstreckenunterschieds- Skala.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere zur Messung kleiner Längen- bzw. Längenänderungen in einem typischen Bereich von 0-10 mm und zur optischen Übertragung über Strecken, die zwischen 1 m und ca. 1 km betragen können.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Durchführungs- und Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei über eine Lichtleitfaser in Reihe geschalteten Zweistrahl-Interferometern und einer ebenfalls über eine Lichtleitfaser mit dem Ausgang eines der beiden Interferometer verbundenen Detektor-Anordnung,

Fig. 2 ein Interferogramm zur Erläuterung der Funktion der im Rahmen der Anordnung gemäß Fig. 1 benutzten Interferometers,

Fig. 3 einen typischen Verlauf des Detektor-Ausgangssignales der Anordnung gemäß Fig. 1.

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung mit zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 gleichsam reziproker Benutzung der beiden Interferometer,

Fig. 5 und Fig. 6 zu den Anordnungen gemäß den Fig. 1 bzw. 4 funktionsanaloge Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung mit nur einer einzigen Lichtleitfaser zur Kopplung der Interferometer und zur Ein- und Auskopplung des Primär-Lichtstromes in die Interferometer- Anordnung, bzw. zur Auskopplung des die Längeninformation enthaltenden Ausgangslichtstromes auf die Detektoranordnung,

Fig. 7 eine zur Anordnung gemäß Fig. 4 analoge Anordnung mit mehreren optischen Ausgängen, an die je ein zur Erfassung der zu messenden Länge geeignetes Interferometer mit Detektoranordnung angeschlossen ist,

Fig. 8 eine zur Anordnung gemäß Fig. 1 analoge Anordnung, mit der durch Zeitmultiplex-gesteuerten Betrieb eines Empfänger-Interferometers mit Hilfe verschiedener Geber- Interferometer erfaßte Längen bzw. Längenänderungen meßbar sind,

Fig. 9 eine spezielle Gestaltung eines insbesondere im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung einsetzbaren Michelson-Interferometers, und

Fig. 10 eine spezielle Gestaltung eines im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung einsetzbaren Fabry-P´rot- Interferometers

Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung 10 dient zur Fernmessung kleiner Längen und Längenänderungen, deren typische Beträge zwischen 0 und 10 mm liegen, sowie zur Messung physikalischer Größen wie Druck und/oder Temperatur, die in eine mittels der Anordnung 10 erfaßbare Länge bzw.. Längenänderung umsetzbar sind. "Fernmessung" soll dabei bedeuten, daß die Auswertung von Meßsignalen, die eine in Einheiten der zu messenden Größe auswertbare Information enthalten, in einer insgesamt mit 11 bezeichneten Meß- bzw. Auswertungsstation erfolgt, die weit, d. h. 1 m bis ca. 1 km vom Meßort entfernt sein kann, an dem die für die Meßgröße charakteristische, zu messende Länge oder Längenänderung eintritt.

Die Anordnung 10 gemäß Fig. 1 umfaßt ein erstes, im Rahmen der Auswertungsstation 11 vorgesehenes Zweistrahl-Interferometer 12 und ein zweites, am Meßort vorgesehenes Zweistrahl-Interferometer 13, dessen Eingang 14 über eine erste Lichtleitfaser 16 mit dem Ausgang 17 des ersten Interferometers 12 optisch gekoppelt ist. Der Ausgang 18 des zweiten Interferometers 13 ist seinerseits über eine zweite Lichtleitfaser 19 mit einer im Rahmen der Auswertungsstation 11 vorgesehenen Anzeigeeinheit 21 optisch gekoppelt, die eine zur Intensität des über die zweite Lichtleitfaser 19 auf einen Detektor 22 geleiteten, durch den Pfeil repräsentierten Ausgangslichtstromes des zweiten Interferometers proportionale Anzeige vermittelt.

Die beiden Interferometer 12 und 13 sind somit zwischen einer ebenfalls im Rahmen der Auswertungsstation 11 vorgesehenen Lichtquelle 24, die einen als Primärlichtstrom dem Eingang 26 des ersten Interferometers zugeleiteten weißen oder spektral breitbandigen Lichtstrom aussendet, und der Anzeigeeinheit 21 in Reihe geschaltet.

Unter einem "weißen" Primärlichtstrom soll im folgenden sowohl ein Lichtstrom mit kontinuierlicher, wie auch ein solcher mit diskreter Verteilung der Lichtwellenlängen innerhalb einer spektralen Bandbreite Δλ verstanden werden, die in der Größenordnung einer mittleren Wellenlänge des von dem Primärlichtstrom umfaßten Lichtes liegt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die beiden Interferometer 12 und 13 als an sich bekannte Michelson-Interferometer vorausgesetzt, die je einen Strahlenteiler 27 bzw. 28, einen beweglichen Spiegel 29 bzw. 31 und einen festen Spiegel 32 bzw. 33 umfassen.

Zur Erläuterung der verfahrensgemäßen Funktion der Interferometer 12 und 13 im Rahmen der Anordnung 10 sei im folgenden zunächst das erste Interferometer 12 betrachtet, dem der von der Lichtquelle 24 ausgesandte, weiße Primärlichtstrom zugeleitet wird:

Der am Eingang 26 in das erste Interferometer 12 eintretende, durch den Pfeil 34 repräsentierte Primärlichtstrom, der den zeitlichen Amplitudenverlauf U(t) haben möge, wird durch den Strahlenteiler 27 in zwei durch die Pfeile 36 und 37 angedeutete Teillichtströme annähernd gleicher Amplituden geteilt. Diese Teillichtströme 36 und 37 werden durch die Spiegel 29 bzw. 32 zum Strahlenteiler 27 zurückgeworfen. Die vom Strahlenteiler 27 zum beweglichen Spiegel 29 und vom Strahlenteiler 27 zum festen Spiegel 32 des Interferometers 12 führenden Lichtwege 38 und 39 werden als die beiden Arme des Interferometers 12 bezeichnet. Soweit die Teillichtströme 36 und 37 vom Strahlenteiler 27 zum Ausgang 17 des zweiten Interferometers hin durchgelassen bzw. umgelenkt werden, entsteht aus der Überlagerung dieser Teillichtströme ein erster, in der Fig. 1 durch den Pfeil 41 repräsentierter Vereinigungslichtstrom, der über die erste Lichtleitfaser 16 zum zweiten Interferometer 13 weitergeleitet wird. Da die Interferometerarme 38 und 39 des Interferometers 12 im allgemeinen verschieden lang sind, sind auch die Laufzeiten der Teillichtströme 36 und 37 verschieden, so daß die zur Überlagerung gelangenden Teillichtströme am Ausgang 17 mit einer Zeitdifferenz T _I eintreffen.

Demgemäß ist der zeitliche Verlauf V(t) der Lichtamplitude am Ausgang 17 des ersten Interferometers, abgesehen von einer für beide zur Überlagerung gelangenden Teillichtströme wirksamen Zeitverzögerung, durch die Beziehung

V(t) = a₁ U(t) +a₂U(t - T _I) (1)

gegeben. In der Beziehung (1) sind mit a₁ und a₂ die Amplituden- Transmissionskoeffizienten zwischen dem Eingang 26 und dem Ausgang 17 des Interferometers 12 entlang der beiden Interferometerarme 38 bzw. 39 bezeichnet. Weiter ist die Zeitdifferenz

T _I = x _I/c = 2 L _I/c (2)

gegeben, worin x _I den Gangunterschied der beiden Interferometerarme 38 und 39 bedeutet, der gleich dem doppelten Wert des Abstandes L _I zwischen dem beweglichen Spiegel 29 und dem Spiegelbild 42 des feststehenden Spiegels 32 ist, das ein als teildurchlässiger 45°-Spiegel angenommener Strahlenteiler 27 von dem feststehenden Spiegel 32 entwirft, und worin c die Lichtgeschwindigkeit bedeutet.

Durch den Kurvenzug 43 der Fig. 2 ist in Abhängigkeit vom Gangunterschied x _I der beiden Interferometerarme 38 und 39 die Intensität des aus der Überlagerung der Austritts-Teillichtströme resultierenden Ausgangslichtstromes 41 wiedergegeben. Dieses sogenannte Interferogramm hat bei verschwindendem Gangunterschied (x _I = 0) ein von Nebenminima und -maxima begleitetes ausgeprägtes Hauptmaximum 44, das durch konstruktive Interferenz der Teillichtströme 36 und 37 entsteht, die in diesem Fall gleichzeitig am Ausgang 17 des ersten Interferometers 12 eintreffen.

Die "Breite" b dieses Hauptmaximums 44 des Interferogramms 43 ist ungefähr gleich dem Kehrwert der spektralen Bandbreite des Primärlichtstromes 34 bzw. des auf einen zur Aufzeichnung des Interferogramms 43 geeigneten Detektors auftreffenden Lichtes. Wird der Gangunterschied x _I erheblich größer gewählt als die Breite b des Interferenz-Hauptmaximums 44, d h. die Verzögerungszeit T _I erheblich größer als die Kohärenzzeit des Primärlichtstromes 34 und der aus diesem erzeugten Teillichtströme 36 und 37, so erfolgt keine Interferenz mehr. Bezogen auf den in der Fig. 2 gestrichelt angedeuteten mittleren Signalpegel 46 des Interferogramms 43 als 100%-Marke, beträgt die Höhe des bei x _I = 0 liegenden Interferenz-Hauptmaximums 200%.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung 10 wird nun der Fall betrachtet, daß der am Ausgang 17 des ersten Interferometers 12 aus der Überlagerung der Austritts-Teillichtströme 36 und 37 resultierende Lichtstrom unter Aufspaltung in weitere Teillichtströme durch das zweite Interferometer 13 auf den Detektor 22 der Anzeigeeinheit 21 geleitet wird. Hierbei sei davon ausgegangen, daß der Gangunterschied x _II = 2 L _II der Interferometerarme 47 und 48 des zweiten Interferometers 13 auf einen festen Wert eingestellt ist, dem ein bestimmter Wert der Meßgröße entsprechen möge, wobei L _II wiederum den Abstand zwischen den beweglichen Spiegel 31 und dem vom Strahlenteiler 28 entworfenen Spiegelbild 50 des feststehenden Spiegels 33 des zweiten Interferometers 13 bezeichnet. Die für den Gangunterschied im zweiten Interferometer 13 chakteristische relative Verzögerungszeit T _II ist dann analog zur Beziehung (2) durch die Beziehung

T _II = 2 L _II/c (3)

gegeben.

Jeder der beiden Teillichtströme 36 und 37, die aus der Aufspaltung des Primärlichtstromes 34 im ersten Interferometer 12 resultieren und mit der relativen Verzögerungszeit T _I am Ausgang 17 des Interferometers 12 einander überlagert werden, werden im zweiten Interferometer 13 noch einmal in je zwei Teillichtströme aufgespalten, deren relative Verzögerungszeit T _II durch die Beziehung (3) gegeben ist. Der auf den Detektor 22 auftreffende Ausgangs-Lichtstrom des zweiten Interferometers 13 umfaßt demgemäß vier, im allgemeinen Fall nacheinander auf den Detektor 22 treffende Teillichtströme ungefähr gleicher Amplituden. Relativ zu dem zuerst auf den Detektor 22 treffenden Teillichtstrom betragen die Verzögerungszeiten der drei weiteren Teillichtströme T _I, T _II und T _I + T _II. Wegen dieser unterschiedlichen Verzögerungen werden die vier Teillichtströme im allgemeinen nicht miteinander interferieren. Eine Interferenz tritt jedoch dann auf, wenn mindestens zwei der vier Teillichtströme gleichzeitig am Detektor 22 eintreffen. Da der Gangunterschied x _II im zweiten Interferometer 13 als Abbild der Meßgröße als ungleich 0 vorausgesetzt war, ergeben sich für das Auftreten von Interferenzen alternativ die folgenden Bedingungen:

(a) T _I = 0

oder

(b) T _I = T _II

Wenn die Bedingung (a) erfüllt ist, interferieren je zwei der insgesamt vier Teillichtströme paarweise miteinander, und es liegt der in Verbindung mit der Fig. 2 erläuterte Fall der "Hauptinterferenz" vor, in der die Höhe des Interferenzmaximums 44 200% des mittleren Signalpegels beträgt.

Wenn die Bedingung (b) erfüllt ist, interferieren nur zwei der insgesamt vier Teillichtströme miteinander, da die anderen beiden Teillichtströme gegenüber den interferierenden mit verschiedenen Verzögerungszeiten behaftet sind. Das Ausgangssignal des Detektors 22 erhöht sich in diesem Fall, der als "Nebeninterferenz" bezeichnet wird, auf 150% des in der Fig. 3 wiederum gestrichelt eingetragenen mittleren Signalpegels 49, wenn keine Interferenzen vorliegen.

Die Fig. 3 zeigt als Interferogramm 51 der Gesamtanordnung 10 den typischen Verlauf des Ausgangssignals des Detektors 22 in Abhängigkeit vom Gangunterschied x _I im ersten Interferometer 12. Eine dem Hauptmaximum 44 der Fig. 2 entsprechende Hauptinterferenz 52 tritt gemäß der Bedingung (a) nur einmal, nämlich bei x _I = 0 auf. Dagegen tritt eine der Bedingung (b) entsprechende Nebeninterferenz 53 bzw. 54 sowohl bei x _I = x _II als auch bei x _I = -x _II auf, da es für die Nebeninterferenz 53 und 54 nur darauf ankommt, daß die Zeitverzögerungen T _I und T _II gleich sind, es im übrigen aber gleichgültig ist, ob die Zeitdifferenz T _I dadurch entsteht, daß der den beweglichen Spiegel 29 enthaltende Interferometerarm des ersten Interferometers 12 länger oder kürzer ist als dessen anderer Arm.

Anhand der Fig. 3 ist erkennbar, wie eine am Ort des zweiten Interferometers 13 gegebene Länge oder dort eintretende Längenänderung von der entfernt angeordneten Meß- und Auswertungsstation 11 aus gemessen werden kann. Dabei sei zum Zweck der Erläuterung angenommen, daß der Gangunterschied x _II der beiden Interferometerarme 48 und 47 des zweiten Interferometers 13 direkt mit einem bestimmten Wert der Meßgröße verknüpft sei. Zur Erfassung dieses Wertes werden dann zunächst durch systematische Veränderung des Gangunterschiedes x _I im ersten Interferometer 12 die drei Interferenz-Maxima 52, 53 und 54 gemäß Fig. 3 aufgesucht. Durch die in Einheiten des Gangunterschiedes ausgedrückten Abstände der Nebenmaxima 53 und 54 vom Hauptmaximum 52 geben dann direkt den im zweiten Interferometer 13 vorliegenden Gangunterschied x _II an; der so ermittelte Wert des Gangunterschiedes x _II wird nun als Bezugswert für gegebenenfalls eintretende Änderungen des Gangunterschiedes und damit verknüpfter Änderungen der Meßgröße gespeichert. Tritt eine solche Veränderung ein, so werden zur Erfassung dieser Änderung durch systematische Veränderung des Gangunterschiedes x _I im ersten Interferometer 12 die neuen Positionen der drei Interferenzmaxima 52, 53 und 54 festgestellt und aus den Abständen der Nebenmaxima 53 und 54 vom Hauptmaximum 53 der geänderte Wert des Gangunterschiedes x _II ermittelt, wobei die Differenz zwischen dem neuen und dem alten, gespeicherten Wert gleich der doppelten Länge des Verschiebeweges des beweglichen Spiegels 29 des ersten Interferometers 12 von der dem gespeicherten Wert entsprechenden Position in die dem geänderten Wert entsprechende Position der Meßgröße ist.

Eine bei dieser Meßmethode unter Umständen auftretende Doppeldeutigkeit des Meßergebnisses, die dadurch zustande kommen könnte, daß die Verschiebung des beweglichen Spiegels 31 des zweiten Interferometers 13 über den Zustand x _II = 0 führt, kann durch eine geeignete Begrenzung des Verschiebebereiches dieses beweglichen Spiegels 31 auf einfache Weise vermieden werden. Die anhand der Fig. 3 erläuterten Bedingungen (a) und (b) für das Zustandekommen der Hauptinterferenz 52 und der Nebeninterferenzen 53 und 54 bei zweckentsprechendem Einsatz der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 gelten sinngemäß auch für die in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsform einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung 60, deren verfahrensgemäße Benutzung derjenigen der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 völlig analog ist. Demgemäß sind in der Fig. 4 diejenigen Elemente, deren Funktion solchen der Fig. 1 entspricht oder analog ist, mit denselben Bezugszeichen belegt wie in der Fig. 1.

Die Anordnung 60 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich in ihrem Aufbau von derjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Anordnung der Lichtquelle 24 und der Anzeigeeinheit 21 im Rahmen der Meßstation 11 vertauscht ist. Dementsprechend wird bei verfahrensgemäßer Benutzung der Anordnung 60 der von der Lichtquelle 24 ausgesandte Primärlichtstrom 34 zunächst über die Lichtleitfaser 19 zum Eingang 14 desjenigen Zweistrahl-Interferometers 13 geleitet, dessen Gangunterschied x _II direkt mit der Meßgröße verknüpft ist. Der durch den Pfeil 56 der Fig. 4 repräsentierte Ausgangslichtstrom 56 des als Längengeber benutzten Interferometers 13, der aus der Überlagerung zweier durch Aufspaltung des Primärlichtstromes 34 erzeugter, mit einer gangunterschieds-proportionalen relativen Zeitverzögerung T _II-behafteter Ausgangs-Teillichtströme des Interferometers 13 resultiert, gelangt über die Lichtleitfaser 16 zum Eingang 26 des als Empfänger-Interferometer benutzten Zweistrahl-Interferometers 12, das durch gezielte Variation des Gangunterschiedes X _I seiner Interferometerarme 38 und 39 die Erfassung des Interferenz- Maxima 52, 53 und 54 der jeweils charakteristischen Korrelationsfunktion 51 (vgl. Fig. 3) ermöglicht, zu deren Aufzeichnung die mit dem Ausgang 17 des Empfänger-Interferometers 12 gekoppelte Anzeigeeinheit 21 vorgesehen ist.

Während bei den Anordnungen 10 und 60 gemäß den Fig. 1 bzw. 4 jeweils zwei Lichtleitfasern 16 und 19 benötigt werden, über die das Meßlicht von der Auswertungsstation 11 zu dem als Meßgrößengeber eingesetzten Interferometer 13 hin und von diesem wieder zur Meßstation 11 zurückgeleitet wird, ist zu diesem Zweck sowohl bei der Anordnung 65 gemäß Fig. 5 wie auch bei der Anordnung 66 gemäß Fig. 6 jeweils nur eine einzige Lichtleitfaser 57 bzw. 67 erforderlich.

Die Anordnung 65 gemäß Fig. 5 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihren funktionellen Eigenschaften weitestgehend der Anordnung 10 gemäß Fig. 1. Im Unterschied zu dieser ist bei der Anordnung 65 zwischen dem Ausgang 17 des ersten Interferometers 12 und dem diesem nahen Ende der Lichtleitfaser 57 ein weiterer Strahlenteiler 58 vorgesehen, der als halbdurchlässiger, ebener Spiegel mit der aus der Fig. 5 ersichtlichen 45°-Orientierung bezüglich der Ausbreitungsrichtung der auf ihn auftreffenden Lichtströme 41 und 59 vorausgesetzt sei. Zum Nachweis der die Längeninformation enthaltenden Interferenzerscheinungen wird der an dem zusätzlichen Strahlenteiler 58 zur Anzeigeeinheit 21 hin reflektierte Teil desjenigen Lichtstromes 59 ausgenutzt, der im Geber-Interferometer 13 zu dessen Eingang 14 hin zurückreflektiert wird und von diesem über die Lichtleitfaser 17 zum Strahlenteiler 58 gelangt (vgl. auch Fig. 1). Da dieser Lichtstrom 59 gleichsam das "Komplement" des bei der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 dem Detektor 22 zugeleiteten Lichtstromes 23 darstellt, dessen Identität in Abhängigkeit vom Gangunterschied im Empfänger-Interferometer 12 durch das Interferogramm der Fig. 3 wiedergegeben ist, hat das Gangunterschieds- abhängige Detektor-Ausgangssignal der Anzeigeeinheit 21 der Anordnung 65 gemäß Fig. 5 nunmehr den in der Fig. 3 durch die gestrichelt eingezeichnete Korrelationsfunktion 61 wiedergegebenen Verlauf mit einem der Hauptinterferenz 52 zugeordneten Hauptminimum 62, in dem die Intensität des Ausgangs- Lichtstrom 59 nahezu Null wird, und mit den Nebeninterferenzen zugeordneten Nebenminima 63 und 64, in denen die Intensität des Ausgangs-Lichtstromes 59 nur noch 50% seines als 100%-Marke angenommenen mittleren Signalpegels 49 beträgt. Dieselbe Korrelationsfunktion 61 charakterisiert auch die Anordnung 66 gemäß Fig. 6, deren grundsätzlicher Aufbau und funktionelle Eigenschaften weitestgehend der Anordnung 60 gemäß Fig. 4 analog sind.

Die Anordnung 66 gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 4 hinsichtlich ihres Aufbaus dadurch, daß zwischen der Lichtquelle 24 und dem dieser nahen Ende der einzigen Lichtleitfaser 67 ein zusätzlicher Strahlenteiler 68 vorgesehen ist, der als halbdurchlässiger ebener Spiegel mit der aus der Fig. 6 ersichtlichen 45°-Orientierung bezüglich der auf ihn auftreffenden Lichtströme 34 bzw. 69 vorausgesetzt sei. Der funktionelle Unterschied der Anordnung 66 gegenüber derjenigen gemäß Fig. 4 besteht darin, daß dem Empfänger-Interferometer 12 als Eingangslichtstrom der von dem weiteren Strahlenteiler 68 zum Eingang 26 des Interferometers 12 hin reflektierte Teil desjenigen Lichtstromes 69 zugeleitet wird, der im Geber-Interferometer 13 zu dessen Eingang 14 zurückreflektiert wird.

Die in der Fig. 3 wiedergegebene, für die speziellen Anordnungen 65 und 66 gemäß den Fig. 5 und 6 charakteristische "Umkehr" der Korrelationsfunktion 61 kommt dadurch zustande, daß bei diesen als Geber-Interferometer 13 jeweils, wie in den Fig. 1 und 4 im einzelnen dargestellt, ein Michelson- Interferometer verwendet wird. Durch einen Einsatz anderer, bekannter Interferometer als Geber-Interferometer 13 kann jedoch die Vorzeichen-Umkehr der Interferenz-Extrema 62, 63 und 64 vermieden und stets ein der Korrelationsfunktion 51 entsprechendes Interferogramm erreicht werden.

Die anhand der Fig. 1-6 erläuterten Anordnungen können so modifiziert werden, daß die mittels eines Geber-Interferometers gewonnene Längen- bzw. Meßgrößen-Information mit Hilfe einer Mehrzahl von Empfänger-Interferometern ausgewertet werden, die über einen Mehrfach-Strahlenteiler und eine entsprechende Anzahl von Lichtleitfasern mit dem Geber-Interferometer gekoppelt sind, wobei sich diese mehreren Empfänger-Interferometer und diesen nachgeschaltete Anzeige- Einrichtungen entfernt vom Geber-Interferometer entweder an räumlich weit voneinander entfernten verschiedenen Orten befinden oder auch in einer räumlich kompakten einzigen Empfangsstation untergebracht sein können.

Eine diesbezüglich geeignete Anordnung 70, deren grundsätzlicher Aufbau derjenigen der Anordnung 60 gemäß Fig. 4 entspricht, ist in der Fig. 7 dargestellt. Die von dem entfernten Geber-Interferometer 13 kommende Lichtleitfaser 16 führt zu einem Mehrfach-Strahlenteiler 71, der den über die Lichtleitfaser 16 ankommenden Ausgangs-Lichtstrom 56 zu etwa gleichen Teilen in N-Teillichtströme 72 aufteilt, die über je eine weitere Lichtleitfaser 73 je einem Empfänger-Interferometer 74 mit nachgeschalteter Anzeigeeinheit 21 zugeleitet werden, die in einer der Zahl der Ausgänge des Mehrfach-Strahlenteilers 71 entsprechenden Multiplizität vorgesehen sind.

Mit der insoweit erläuterten Anordnung 70 kann mit jedem der Empfänger-Interferometer 74 die im jeweiligen Lichtstrom 73 enthaltene Längen- bzw. Meßgrößeninformation ausgewertet werden.

Es versteht sich, daß die Anzahl N der gleichzeitig in der geschilderten Weise an ein einziges Geber-Interferometer 13 anschließbaren Empfänger-Interferometer 74 durch die Forderung begrenzt ist, daß in jedem der Empfänger-Interferometer 74 eine für die sichere Erfassung der Interferenz-Maxima 52, 53 und 54 hinreichende Intensität der Lichtströme 73 gewährleistet sein muß.

In spezieller Gestaltung der Anordnung 70 sind deren Empfänger- Interferometer 74 derart aufeinander abgestimmt, daß die Gangunterschiede ihrer Interferometerarme in diskreten Schrittweiten Δ _N x _II abgestuft sind, wobei diese Schrittweite dem N-ten Teil (N = Anzahl der Empfänger-Interferometer 74) des zur Ermittlung des Interferogramms 51 erforderlichen Variationsbereichs des Gangunterschiedes x _II entspricht; des weiteren sind die Empfänger-Interferometer 74 funktionell derart miteinander gekoppelt, daß die in der genannten Weise abgestuften Gangunterschiede ihrer Interferometerarme gemeinsam um jeweils denselben Betrag variiert werden können. Im Ergebnis wird dadurch das Interferogramm 51 gemäß Fig. 3 in N aneinander anschließende Intervalle oder Kanäle unterteilt, die durch die genannte Variation des Gangunterschiedes gleichzeitig "abgefragt" werden können, wobei die Grob-Information über die zu messende Länge in digitaler Form, d. h. durch die geordnete Folge der jeweils ansprechenden Empfänger-Interferometer 74 bzw. deren Anzeige-Einheit 21 vorliegt und die Fein-Information über die genaue Lage der Interferenz-Maxima 52, 53 und 54 analog, d. h. durch die genannte stetige Variation der Gangunterschiede gewonnen wird.

Der wesentliche Vorteil einer solchermaßen gestalteten Mehrfach- Meßanordnung 70 besteht darin, daß, eine genügende Intensität des Ausgangslichtstromes 56 des Geber-Interferometers 13 vorausgesetzt, eine sehr feine Unterteilung des zu untersuchenden Gangunterschieds-Bereichs gewählt werden kann, so daß zu der genannten Analog-Variation der Gangunterschiede in den einzelnen Empfänger-Interferometern 74 um den kleinen Mindestbetrag Δ _Nx_II gegebenenfalls piezoelektrische Elemente eingesetzt werden können, mit den Vorteilen der einfachen Steuerung und der Vermeidung des ansonsten zur beweglichen Lagerung von Spiegeln erforderlichen Aufwandes an mechanisch-technischer Präzision.

Eine nach dem Prinzip der Anordnung 60 gemäß Fig. 4 aufgebaute Mehrfach-Meßeinrichtung ist auch in einer hier nicht dargestellten Gestaltung möglich, derart, daß die Kombination Quelle + Geber-Interferometer mehrfach vorgesehen ist und die Ausgangs-Lichtströme dieser Geber-Interferometer über eine entsprechende Anzahl von Lichtleitfasern optisch mit den Eingängen eines Mehrfach- Strahlvereinigers verbunden sind, der die verschiedenen Ausgangslichtströme der Geber-Interferometer in einen einzigen, zum Eingang des nur einfach vorgesehenen Empfänger-Interferometers führenden Lichtweg einkoppelt. Bei einer solchen Gestaltung einer Anordnung für Mehrfach-Messungen besteht natürlich das Problem der eindeutigen Zuordnung der mittels des einzigen Empfänger-Interferometers und seiner Anzeige-Einheit ermittelten Interferenz-Extrema zu den die Meßgröße erfassenden Geber-Interferometern. Dieses Problem kann aber auf einfache Weise z. B. eine geeignete Multiplex-Steuerung gelöst werden, indem die verschiedenen Lichtquellen einzeln in geordneter Reihenfolge nacheinander eingeschaltet und die in den Ausgangs-Lichtströmen der einzelnen Geber-Interferometer enthaltenen Längen- bzw. Meßgrößen-Informationen in der entsprechenden Reihenfolge ausgewertet werden.

Eine zum vorstehend erläuterten Zweck geeignete Anordnung kann, ausgehend von der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 auch in der aus der Fig. 8 ersichtlichen Weise realisiert sein.

Bei der Mehrfach-Meßanordnung 80 gemäß Fig. 8 ist eine Lichtquelle 24 und ein zentral angeordnetes, in Verbindung mit mehreren Geber-Interferometern 13 für verschiedene Meßgrößen bzw. Meßstellen benutzbares Interferometer 12 vorgesehen, in welchem, wie in Verbindung mit der Anordnung 10 gemäß Fig. 1 beschrieben, zum Aufsuchen der Interferenz-Maxima 52, 53 und 54 (Fig. 3) der Gangunterschied x _I systematisch variiert werden kann. An den Ausgang 17 dieses Interferometers 12 ist optisch ein Mehrfach-Strahlenteiler 81 angeschlossen, der den Ausgangs- Lichtstrom 41 des zentralen Interferometers 12 in eine der Anzahl der vorgesehenen Geber-Interferometers 13 entsprechende Zahl von Teillichtströmen 82 etwa gleicher Intensität aufteilt, die über Lichtleitfasern 16 zu je einem der Eingänge 14 der Geber-Interferometer 13 geleitet werden. Die die Längeninformation enthaltenden Ausgangs-Lichtströme 23 der Geber- Interferometer 13 können über die weiteren Lichtleitfasern 19 zu einer der in entsprechender Multiplizität vorgesehenen Anzeigeeinheiten 21 geleitet werden, mit denen die für die jeweiligen Längeninformationen charakteristischen Interferogramme aufgezeichnet oder auf geeignete Weise gespeichert werden und in Einheiten der mit der Längeninformation verknüpften Meßgröße zur Anzeige gebracht werden können. Der im Rahmen der Anordnung 80 gemäß Fig. 8 vorgesehene Mehrfach-Strahlenleiter 81 kann denselben Aufbau haben wie der im Rahmen der Anordnung 70 gemäß Fig. 7 vorgesehene Mehrfach-Strahlenteiler 71 und als sogenannter Sternkoppler ausgebildet sein.

Der wesentliche Vorteil der Mehrfach-Meßanordnung 80 gemäß Fig. 8 besteht darin, daß das Interferometer 12, das wegen der erforderlichen Einrichtungen zur systematischen Gangunterschieds- Variation einen verhältnismäßig aufwendigen Aufbau hat, nur einmal benötigt wird, während die mehrfach vorgesehenen Geber-Interferometer 13 mit zweckentsprechender Anpassung an die Meßordnung 80 erheblich einfacher aufgebaut sein können.

Eine diesbezüglich geeignete Gestaltung eines Michelson-Interferometers 90, das aufgrund einer symmetrischen Anordnung paarweise gleicher Bauteile eine besonders einfache kompakte Bauweise erlaubt ist, schematisch in der Fig. 9 dargestellt:
entlang der zentralen Achse 91 eines langgestreckt-zylindrischen Interferometer-Gehäuses 92 sind eine erste Kollimator- Linse 93, ein erstes Polarisationsprisma 94, eine Verzögerungsplatte 96, ein zweites Polarisationsprisma 97 und eine zweite Kollimator-Linse 98 in dieser Reihenfolge angeordnet. Diese optische Baugruppe ist zwischen den Eingangs- und Ausgangslichtwege, die in seitlichem Abstand von der zentralen Achse 91 parallel zu dieser verlaufenden, markierenden Endabschnitten 101 und 102 von Lichtleitfasern 16 und 19 einerseits und am gegenüberliegenden Ende des Interferometer-Gehäuses 92 vorgesehenen, ebenfalls in seitlichem Abstand von der zentralen Achse 91, den parallelen Faserabschnitten 101 und 102 gegenüberliegenden Spiegeln 103 und 104 angeordnet, von denen einer, z. B. der Spiegel 103 in axialer Richtung des Gehäuses 92 beweglich ist. Entsprechend ihrer Funktion sind die beiden Kollimator- Linsen 93 und 98 im Abstand ihrer Brennweiten f₁ bzw. f₂ von dem jeweiligen Polarisationsprisma 94 bzw. 97 angeordnet. Zweckmäßigerweise entsprechen auch die axialen Abstände der ersten Kollimator-Linse 93 von den benachbaren Faserenden und der zweiten Kollimator-Linse 98 von einer mittleren Lage der benachbarten Spiegelflächen 103 und 104 den jeweiligen Linsenbrennweiten f₁ und f₂. Die Polarisationsprismen 94 und 97 sind als sogenannte Wollaston-Prismen ausgebildet, die senkrecht zueinander polarisierte Komponenten eines Eingangs- Lichtstromes in zwei unter verschiedenen Winkeln abgelenkte Teillichtströme aufspalten, die senkrecht zueinander polarisiert sind. Die Anordnung des Endabschnittes 101 der Lichtleitfaser 16, die als Eingangs-Lichtweg benutzt sein möge, und des ersten Wollaston-Prismas 94 ist so getroffen, daß dieses z. B. die senkrecht zur Zeichenebene polarisierte Komponente eines durch den Pfeil 106 repräsentierten Eingangs-Lichtstromes als Teillichtstrom 107 entlang der zentralen Achse 91 zur Verzögerungsplatte 96 umlenkt. Die Verzögerungsplatte 96 ist als Viertel-Wellenlängenplatte ausgebildet, die so orientiert ist, daß sie den vom ersten Wollastrom-Prisma 94 kommenden Teillichtstrom 107 in links-zirkularpolarisiertes Licht umwandelt. Der aus dem linear-polarisierten Teillichtstrom 107 erzeugte zirkular-polarisierte Lichtstrom 108 wird von dem zweiten Wollaston-Prisma 97 wieder in zwei linear und senkrecht recht zueinander polarisierte Teillichtströme 109 und 111 zerlegt, die mittels der zweiten Kollimator-Linse 98 auf je einen der beiden Planspiegel 103 bzw. 104 umgelenkt werden. Nach der Reflexion an diesen Spiegeln 103 und 104 durchlaufen die Teillichtströme 109 und 111 dieselben Wege in umgekehrter Richtung. Das nunmehr vom zweiten Polarisationsprisma 97 kommende und durch die Viertel-Wellenlängenplatte 96 gelangte Licht ist dann wieder linear polarisiert. Gemäß den Gesetzen der Polarisations-Optik ist jedoch dann das Azimuth α des von der Viertel-Wellenlängenplatte 96 zurückkehrenden Lichtes durch die Beziehung

α = 2π L/ λ

gegeben, worin L der in der Fig. 9 angedeutete halbe Gangunterschied der an den Spiegeln 103 und 104 reflektierten Lichtströme 109 und 111 ist und λ die Lichtwellenlänge bedeutet. Entsprechend diesem Azimuth-Winkel α und der geeigneten Anordnung der Endabschnitte 101 und 102 der Lichtleitfasern 16 bzw. 19 teilt sich die Intensität des aus dem ersten Polarisations- Prisma 94 zurückkommenden Lichtes wie cos²α und sin²α auf die durch die beiden Lichtleitfasern 16 und 19 markierten Lichtwege auf, in völliger Analogie zur Funktionsweise eines Michelson-Interferometers wie z. B. in den beiden Fig. 1 und 4 detailliert dargestellt.

Ein für die einfache und sichere Ermittlung der Interferenz- Maxima 52, 53 und 54 der vorstehend erläuterten Meßanordnungen zweckmäßiges Verfahren besteht darin, den Gangunterschied x _I der jeweiligen Empfänger-Interferometer 12 zeitlinear periodisch zu variieren, d. h. mit dem Betrage nach konstanter, jedoch in der Richtung wechselnder Geschwindigkeit. Dadurch wird die gesuchte Längengröße, d. h. der "Abstand" der Nebenmaxima 53 und 54 vom Hauptmaximum 52 in dazu proportionale Zeitintervalle umgewandelt. Bei jedem Durchfahren des Variationsbereiches des Gangunterschiedes x _I erzeugt der Detektor 22 drei zeitlich aufeinanderfolgende Signale, denen die drei Maxima 52, 53 und 54 des Interferogramms 51 (Fig. 3) entsprechen. Die Zeitabstände dieser Signale können in bekannter Weise elektronisch gemessen und in Einheiten der gesuchten Länge bzw. Meßgröße ausgewertet werden.

Eine weitere zweckmäßige Möglichkeit der Signalauswertung im Rahmen der erläuterten Meßanordnungen besteht darin, den Gangunterschied x _I im jeweiligen Empfänger-Interferometer 12 durch einen Regelkreis stets auf einem der beiden Nebenmaxima 53 bzw. 54 des Interferogramms 51 zu halten. Ändert sich der Gangunterschied x _II im angeschlossenen Geber-Interferometer 13, so wird der Gangunterschied x _I im Empfänger-Interferometer 12 automatisch nachgeführt. Bei dieser Verfahrensweise wird jede Längenänderung im Geber-Interferometer 13 in eine entsprechende Längenänderung im Empfänger-Interferometer 12 umgewandelt. Da die Nebenmaxima 53 und 54 des Interferogramms 51 symmetrisch sind, besteht bei einer solchen Regelung das Problem, das Vorzeichen der auftretenden Regelabweichungen (x _I-x _II) richtig zu erkennen. Dieses Problem kann auf einfache Weise dadurch gelöst werden, daß der Gangunterschied im Empfänger- Interferometer 12 mit hoher Frequenz periodisch variiert wird, z. B. durch periodische Hin- und Herbewegung eines der Spiegel 29 oder 32 eines Michelson-Interferometers, und daß die hieraus resultierende Wechselkomponente des Detektor- Ausgangssignals mit der Gangunterschieds-Modulationsfrequenz phasenempfindlich gleichgerichtet wird. Dieses Gleich-Signal, dessen Polarität mit der Änderungsrichtung wechselt, kann dann als Steuersignal für ein Stellglied ausgenutzt werden, das die gewünschte Folgeänderung des Gangunterschiedes x _I im Empfänger- Interferometer 12 vermittelt.

Bei den vorstehend erläuterten Gestaltungen erfindungsgemäßer Fernmeßanordnungen 10, 60, 65, 66, 70 und 80 waren die Geber- und Empfänger-Interferometer 12, 13 sowie 90 stets als Zweistrahl- Interferometer angenommen. Wie einleitend bereits erwähnt, können im Rahmen der geschilderten Anordnungen aber auch Vielstrahl-Interferometer eingesetzt werden, die z. B. nach dem Prinzip des bekannten Fabry-P´rot-Interferometers aufgebaut sind. Der "Gangunterschied" im vorstehend gebrauchten Sinne ist dann durch den doppelten Abstand der Spiegelflächen eines Fabry-P´rot-Interferometers gegeben.

Die anhand der Fig. 3 der Einfachheit halber für den Fall der Zweistrahl-Interferenz erläuterten Interferenzbedingungen (a) und (b) gelten sinngemäß auch für den Fall der Vielstrahl- Interferenz, insbesondere dann, wenn eine nur mäßig große Anzahl F interferierender Strahlen vorliegen. Diese (fiktive) Anzahl F ist bei einem Fabry-P´rot-Interferometer durch die sogenannte Finesse gegeben, die gemäß der Beziehung:

mit dem Reflexionsvermögen R der verwendeten Fabry-P´rot- Reflektoren verknüpft ist. Übersteigt deren Reflexionsvermögen R nicht den Wert R = 0,5, so ist die durch die Finesse F repräsentierte Anzahl interferierender Strahlen gleich 4, und das resultierende Interferogramm ist noch weitgehend von dem in der Fig. 3 dargestellten Typ.

Ein im Rahmen der erläuterten Anordnungen alternativ einsetzbares Vielstrahl-Interferometer ist das in der Fig. 10 dargestellte Fabry-P´rot-Interferometer 100, das sich durch einen besonders einfachen und kompakten Aufbau auszeichnet und insoweit als Geber-Interferometer für die verschiedensten Meßzwecke einsetzbar ist:
zwischen den Enden der Eingangs-Lichtleitfaser 16 und der Ausgangs-Lichtleitfaser 19 sind in der aus der Fig. 10, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, ersichtlichen Weise zwei parallele, teildurchlässige Reflektoren 124 und 126 sowie in bevorzugter Gestaltung des Interferometers 100 auch zwei Linsen 120 und 121 so angeordnet, daß das am Faserende 101 austretende Licht durch die erste Linse - näherungsweise - in ein Parallelstrahlbündel umgewandelt wird, das durch die Reflektoren 124 und 126 hindurchtritt und von der zweiten Linse 121 auf das Ende 102 der Ausgangs-Lichtleitfaser 19 fokussiert wird.

Die Linsen 124 und 126 sind in der Fig. 10 als Gradienten- Optik (sog. "Selfoc"-Linsen) dargestellt; es könnten natürlich aber auch gewöhnliche Linsen verwendet werden.

Mindestens einer der beiden Reflektoren 124 bzw. 126 ist derart beweglich angeordnet, daß der Reflektor-Abstand L gleich der zu messenden Länge bzw. Längenänderung ist und bei einer Reflektorbewegung die Parallelität der beiden Reflektoren 124 und 126 erhalten bleibt.

Die Licht-Transmission des Interferometers 100 hängt in bekannter Weise periodisch von dem Reflektor-Abstand L ab. Diese Abhängigkeit gleicht jedenfalls dann weitgehend derjenigen, die für ein Michelson-Interferometer charakteristisch ist, wenn das Reflexionsvermögen R der Reflektoren nicht zu hoch ist, z. B. ≦ 0,4 ist. Ein solches Fabry-P´rot- Interferometer 100 kann daher ohne weiteres in allen vorstehend beschriebenen Anordnungen anstelle des jeweils den Meßwert aufnehmenden Michelson-Interferometers eingesetzt werden.

Bei höheren Werten des Reflexionsvermögens R treten neben den in Fig. 3 dargestellten Nebenmaxima 53, 54 bei x _I = ± x _II auch noch weitere, jedoch schwächere Nebenmaxima in den Positionen x _I = ± h · x _II auf, wobei h = 1, 2, 3, 4 . . . ist. Eine dadurch möglicherweise bedingte Mehrdeutigkeit des auszuwertenden Interferogramms läßt sich dadurch vermeiden, daß in einer Auswert-Elektronik neben der "Lage" der Interferenzen auch deren "Höhe" ermittelt wird, und daß neben dem jeweils höchsten Interferenz-Maximum 52 nur die beiden nächsthöheren Nebenmaxima 53, 54 bei der Auswertung berücksichtigt werden.

Bei der Messung sehr kleiner Längen (z. B. ≦ 100 µm) können die in der Fig. 10 dargestellten Linsen 120 und 121 entfallen. Die Dicke der Reflektoren 124 und 126 muß dann hinreichend klein gewählt werden, um einen durch die Divergenz der aus der Lichtleitfaser 16 austretenden Strahlung bedingten Lichtverlust hinreichend klein zu halten.

Claims

1. Anordnung zur Fernmessung der Länge bzw. Längenänderung einer Meßstrecke, mit einer Lichtquelle, aus der breitbandiges Licht in ein Interferometer einkoppelbar ist und zum Teil die fern vom Interferometer angeordnete Meßstrecke durchläuft, wobei aus der mittels eines Dektektors durchgeführten Erfassung des Intensitätsverlaufs der durch überlagernde Vereinigung von Teillichtströmen im Interferometer entstandenen Interferenzerscheinung die Länge bzw. Längenänderung ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet

a) daß mindestens ein weiteres Interferometer (13) vorgesehen ist,
b) daß im Lichtübertragungsweg zwischen dem Interferometer (12) und dem mindestens einen weiteren Interferometer (13) mindestens eine Lichtleitfaser (16) angeordnet ist,
c) daß die Meßstrecke durch einen Teil des optischen Weges des mindestens einen weiteren Interferometers (13) gebildet ist, und
d) daß das Licht der Lichtquelle (24) in das eine oder das mindestens eine weitere Interferometer (12 bzw. 13) einkoppelbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Interferometer (13) und dem diesem nahen Ende der Lichtleitfaser (57) ein Strahlenteiler (58) angeordnet ist (Fig. 5).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (24) und dem dieser nahen Ende der Lichtleitfaser (67) ein Strahlenteiler (68) vorgesehen ist (Fig. 6).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangslichtstrom des weiteren Interferometers (13) einem Mehrfach-Strahlenteiler (71) mit einer Anzahl N von Ausgängen zugeführt ist, denen je ein weiteres Empfänger-Interferometer (74) mit zugehöriger Anzeigeeinheit (21) nachgeschaltet ist (Fig. 7).

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung mehrerer Meßgrößen eine entsprechende Anzahl weiterer Interferometer (13) vorgesehen ist, die über mehrere Lichtleitfasern (16) und einen Mehrfach-Strahlenteiler (81) mit dem einen Interferometer (12) gekoppelt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine die sequentielle Erfassung der Meßgrößen steuernde Zeitmultiplex- Einrichtung vorgesehen ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Länge bzw. Längenänderung eine Anzahl N von Interferometern (12; 74) vorgesehen ist, denen als Eingangs-Lichtströme durch Aufteilung des von der Lichtquelle (24) ausgesandten Lichtstromes (34) oder des Ausgangs-Lichtstromes (56) eines weiteren Interferometers (13) mittels eines Strahlenteilers (71) erzeugte Teillichtströme (72) zugeleitet sind, daß die Laufstreckenunterschiede (x _I1-x _IN) dieser N-Interferometer (12; 74), den zur Ermittlung der Interferenzextrema (52; 53, 54; 62, 63, 64) erforderlichen Variationsbereich des Laufstreckenunterschiedes x _I lückenlos überdeckend, in gleichen Schrittweiten Δ x _I gestaffelt und - vorzugsweise gemeinsam - um mindestens diese Schrittweite Δ x _I gezielt veränderbar sind, und daß die Ausgänge dieser N-Interferometer (12; 74) mit je einer Anzeigeeinheit (21) oder einer einzelnen, im Zeitmultiplex- Verfahren betreibbaren Anzeigeeinheit gekoppelt sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Interferometer (12 oder 13) mindestens ein Michelson-Interferometer (90) vorgesehen ist, bei dem zwischen reziproke Eingangs- und Ausgangs-Lichtwege markierenden Lichtleitfasern und Interferometerspiegeln (16, 19 und 103, 104) entlang einer optischen Achse (91) eine erste Kollimatorlinse (93), ein erstes Wollaston-Prisma (94), eine Viertel-Wellenlängenplatte (96), ein zweites Wollaston-Prisma (97) und eine zweite, den Spiegeln (103 und 104) benachbarte Kollimatorlinse (98) angeordnet sind (Fig. 9).

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Interferometer (12 oder 13) mindestens ein Fabry-P´rot-Interferometer (100) vorgesehen ist, bei dem zwischen Eingangs- und Ausgangslichtwege markierende Lichtleitfasern (16 und 19) zwei teildurchlässige, parallele Reflektoren (124 und 126) angeordnet sind, von denen mindestens einer verschiebbar ist, wobei die Verschiebung dieses Reflektors mit der zu erfassenden Längenänderung verknüpft (Fig. 10).

10. Verfahren zum Aufsuchen der bei einer Anordnung nach den Ansprüchen 1-9 auftretenden Korrelationsextrema (52, 53, 54; 62, 63, 64) der Interferenzerscheinung, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Interferometer (12) der Laufstreckenunterschied x _I periodisch variiert wird, und daß die Meßgröße aus dem Unterschied der Zeiten bestimmt wird, zu denen das Ausgangssignal des Detektors (22) seine Extremwerte annimmt.

11. Verfahren zur Ermittlung von Längenänderungen unter Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufstreckenunterschied x _I des Interferometers (12) - zusätzlich zu einer Laufstreckenvariation - einer periodischen Modulation unterworfen wird, deren Amplitude kleiner ist als die mittlere Wellenlänge des Meßlichtes, wobei die Periodendauer der Modulation klein ist gegen diejenige Zeitspanne, in der die gezielte Variation des Laufstreckenunterschiedes x _I zu einer dem Modulationshub entsprechenden Änderung führt, und daß durch phasenempfindliche Gleichrichtung des Wechselsignal-Anteils des Detektor-Ausgangssignals mit der Modulationsfrequenz ein Fehlersignal erzeugt wird, das zur Ansteuerung eines Stellgliedes benutzt wird, das je nach der Polarität des Fehlersignals den Laufstreckenunterschied x _I in dem Interferometer (12) vergrößert bzw. verkleinert, derart, daß dieser Laufstreckenunterschied x _I dem mit der Meßgröße verknüpften Laufstreckenunterschied x _II des anderen Interferometers (13) entspricht.