DE3230615C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Kraftmeßeinrichtung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Einrichtungen können als Sensoren zur Messung von Strömung, Schall, Beschleunigung, Gewicht und ähnlichem benutzt werden.
In der US-PS 36 02 037 ist eine derartige Einrichtung beschrieben. Auch in der DE 31 01 047 A1 ist eine faseroptische Kraftmeßeinrichtung Gegenstand der Anmeldung, diese nutzt jedoch nicht die elastische Auslenkung einer Faser.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine als Aufstrahlungsprinzip bezeichenbare Lösung einer optoelektronischen Kraftmeßeinrichtung anzugeben. Diese Aufgabe wird bei dieser gattungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gegenüber bekannten Einrichtungen bestehen verschiedene Vorteile, dies sind: geringe Kosten, Einfachheit, Zuverlässigkeit, mögliche geringe Baugröße, Genauigkeit, hohes Auflösungsvermögen und ein gutes dynamisches Verhalten bis zu relativ hohen Frequenzen. Sinnvolle Anwendungen ergeben sich besonders dann, wenn die Meßgrößen nur über sehr kleine Kräfte oder Wege erfaßbar sind.
Das Grundprinzip beruht auf der elastischen Biegung einer einseitig fest eingespannten Lichtleitfaser, wobei gegenüber den Gegenständen der obenerwähnten Schriften der Hauptunterschied darin besteht, daß an dem freien Faserende aus- oder eintretendes Licht zur Erzeugung elektrischer Signale herangezogen wird. Dabei wird durch die Auslenkung des freien Faserendes die Lichtübertragung verändert. Die Signale ermöglichen die Erfassung der Auslenkung des freien Faserendes durch die Biegung und damit auch der senkrecht zur Faser einwirkenden Kraft. In der Lichtleitrichtung gibt es zwei Variationen der Lösung. Anspruch 2 beschreibt den Fall, daß an dem freien Faserende Licht austritt und auf mindestens einen weiteren Lichtleiter aufgestrahlt wird. Bei Anspruch 3 wird Licht von einem oder mehreren festen Punkten (kleinen Flächen) auf das freie Faserende aufgestrahlt, wobei die Lichtquellen direkt oder mittels weiterer Lichtleiter zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. F1 bis F3 Anordnungen zur Bestimmung des Betrages der Auslenkung (eine Komponente),
Fig. F4 bis F6 Anordnungen zur Bestimmung des Betrages und der Richtung der Auslenkung (zwei Komponenten) mit Ansicht A der Fotosensoren.
In den Figuren der Zeichnung bedeutet: 1 Lichtquelle (Sender); 2 einseitig eingespannte Lichtleitfaser, 3 fester Lichtleiter, 4 Fotosensor (Empfänger). Bei F1 tritt Licht am freien Ende von 2 aus und in 3 ein, bei F2 umgekehrt. In beiden Fällen erzeugt 1 einen konstanten Lichtstrom und gelangt durch die Verschiebung des freien Endes von 2 weniger Licht bis zu 4. Das von 4 als Maß des empfangenen Lichts erzeugte Signal S verläuft abhängig vom Betrag der Auslenkung (radiale Verschiebung) wie dargestellt, wobei x und y die rechtwinkligen Komponenten der Auslenkung sind (wie F4). In der Nähe des Auslenkungsbetrages 0 herrscht näherungsweise Linearität (dünne Linie). Mit einfachen Ausführungen wie F1, F2, F3 kann nur ein Maß des Betrages der Auslenkung erhalten werden, während mit Ausführungen wie F4, F5, F6 auch auf die Richtung geschlossen werden kann (beide Komponenten der Auslenkung, x und y). Bei F4 kann aus der Verteilung der Signale auf die Empfänger 4 a bis 4 d auf x und y geschlossen werden. Durch Licht von mehreren festen Punkten, welches für die Empfangseinrichtung 4 verschieden, also unterscheidbar moduliert ist, kann im Fall von F5 und F6 ebenfalls der Betrag und auch die Richtung der Auslenkung erfaßt werden, da über die Anteile an verschiedenem Licht von den Lichtquellen 1 a bis 1 d genügend Informationen erhalten werden.

Claims (3)

1. Optoelektronische Kraftmeßeinrichtung, bestehend aus einer elastischen lichtleitenden Faser (2), welche einseitig fest eingespannt ist, deren freies Ende infolge Krafteinwirkung oder Wegaufprägung ausgelenkt wird und bei der der Betrag und/oder die Richtung der Auslenkung mittels von der Faser geleitetem Licht erfaßt werden, wobei Licht auf ein Lichtleiterende aufgestrahlt wird und zu einem (oder mehreren) Fotosensor(en) (4) gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der einseitig fest eingespannten Faser gegenüber dem Ende mindestens eines weiteren Lichtleiters (3) (oder min. einer Lichtquelle 1) liegt und die Auslenkung (Verschiebung) des freien Endes die Lichtübertragung zwischen dem freien Ende und der gegenüberliegenden Anordnung verändert.
2. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Betrag (bei F1) oder Betrag und Richtung (bei F4) der Auslenkung als elektrische Signale erfaßt werden, indem von einer Lichtquelle (1) zum freien Faserende geleitetes Licht dort austritt und auf einen oder mehrere fest angebrachte Lichtleiter (3) aufgestrahlt wird, so daß es, in von der Auslenkung abhängigem Maße, zu einem oder mehreren Fotosensoren (F4) gelangt und empfangen wird.
3. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Betrag oder Betrag und Richtung der Auslenkung als elektrische Signale erfaßt werden, indem ausgehend von einem (bei F2, F3 nur Betrag) oder mehreren (bei F5, F6 Betrag und Richtung) festen Punkten (F2, F5 mit Lichtleiter; F3, F6 ohne L.), Licht auf das freie ausgelenkte Faserende aufgestrahlt wird und so, in von der Auslenkung abhängigem Maße, am oder nach dem festen Faserende empfangen werden kann, wobei das Licht mehrerer Punkte selektiv erfaßt werden kann, indem das Licht jedes Punktes von dem der anderen für die Empfangseinrichtung unterscheidbar gemacht wird und daß die Unterscheidbarkeit des Lichts der Punkte erreicht wird, entweder durch unterschiedliche Lichtfrequenzen und entsprechende Filter vor den Fotosensoren, oder durch den Lichtquellen (1 a bis 1 d) aufmodulierte verschiedene Frequenzen und entsprechende Bandpaßfilter nach dem Fotosensor (4), oder durch einen zeitlich gestaffelten Taktbetrieb der Lichtquellen und entsprechende synchrone Umschaltung des Fotosensorsignals.
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