DE3440773A1

DE3440773A1 - Glasfaserlichtleiter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3440773A1
Application number: DE19843440773
Authority: DE
Inventors: John Basingstoke Hampshire Pointer
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-11-08
Publication date: 1985-05-30
Also published as: GB2149936A; GB8330813D0; CA1218877A; FR2555325A1; GB8428509D0; FR2555325B1; GB2149936B; JPS60123805A; US4666245A

Description

Glasfaserlichtleiter und Verfahren

Die Erfindung betrifft einen Glasfaserlichtleiter , der aus mehreren Faserbündeln zusammengesetzt ist sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Glasfaserlichtleiter finden u.a. bei Pyrometern Verwendung. Das Einsatzgebiet des vorliegenden Glasfaserlichtleiters ist in erster Linie bei Pyrometern zu sehen.

Bei der Strahlungspyrometrie und bei anderen Anwendungen im Hochtemperaturbereich ist es wünschenswert, den Strahlungsdetektor entfernt von der zu überwachenden heißen Strahlenquelle anzuordnen. Zur übertragung der Strahlung von der Strahlungsquelle zum Detektor finden u.a. Glasfaserlichtleiter Verwendung. Die Verwendung solcher Glasfaserlichtleiter kann auch vorteilhaft im normalen Temperaturbereich sein, wenn die zu überwachende Stelle schwer zugänglich ist , da ein Glasfaserlichtleiter an unzugänglichen Stellen montiert werden kann. Dies gilt auch für die Montage an Stellen, wo der für einen Detektor zur Verfügung stehende Raum zu klein i st.

-4-

8871/147 : :: : -J4- : : : 7;" November 1984

Üblicherweise dient eine Linse dazu, die von einer Strahlungsquelle ausgehende Strahlung auf ein Ende des Leiters zu fokusieren. Ist es notwendig, die Strahlung von verschiedenen Stellen der Strahlungsquelle zu erfassen und voneinander zu unterscheiden, ist es bekannt, ein kohärentes Bündel von Glasfasern zu verwenden, bei welchem die Lage der einzelnen Fasern im Querschnitt stets die gleiche ist. Da jede Faser im Bündel an beiden Enden an der gleichen Stelle angeordnet ist, wird das Bild, welches auf ein Ende des Kabels fokusiert ist am anderen Ende identisch reproduziert. Der Nachteil, der hierbei auftritt, ist die schwierige Fertigung eines kohärenten Faserbündels , wodurch dieses wesentlich teurer ist, als ein Bündel, bei welchem die einzelnen Glasfasern beliebig verteilt angeordnet sind. Um diesem Machteil abzuhelfen, ist es bekannt, das Lichtleiterkabel aus mehreren Bündeln aufzubauen, bei denen die Glasfasern nicht kohärent angeordnet sind. Die Enden der einzelnen Bündel sind hierbei in einer Reihe angeordnet. Die Reihenfolge der Enden der Bündel an beiden Enden des Kabels ist hierbei gleich . Am detektorseitigen Ende ist für jedes Bündel ein separater Detektor vorgesehen. Obwohl diese Ausbildung preisgünstiger ist, weist sie doch den Nachteil auf, daß ihr Übertragungswirkungsgrad relativ gering ist , da nur ein Teil der Strahlung, die von der Sammellinse erfasst wird,auch über das Kabel übertragen wird.

Es besteht die Aufgabe, den Glasfaserlichtleiter so auszubilden, daß ein möglichst hoher Anteil der erfassten Strahlung über den Lichtleiter übertragen wird. Es besteht weiterhin die Aufgabe, ein preisgünstiges Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.

-5-

8871/147 -5- η. November 198)4, , _η _{n n}

ch-ha 344Ü/73

Gelöst wird die erstgenannte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, Vorteilhafte Ausgestaltungen und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die auf das Leiterende fokusierte Strahlung wird von diesem kreisförmigen Ende erfasst und auf das andere Ende übertragen, was bedeutet, daß praktisch die Gesamtstrahlung, die zum Beispiel von einer Fokusierlinse erfasst wird, auf das detektorsei ti ge Ende übertragen wird. Au'sf ührungsbei spiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese betreffen die Verwendung eines Glasfaserlichtleiters in Verbindung mit einem Pyrometer und ein Verfahren zur Herstellung des Glasfaserlichtleiters. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Pyrometer;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Endes des bei dem Pyrometer verwendeten Glasfaserlichtleiters;

Fig. 3a Verfahrensschritte zur Herstellung des bis 3d Glasfaserlichtleiters und

Fig. 4 die Draufsicht auf ein Leiterende bei einer alternativen Ausführungsform.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Pyrometer dient zur Messung der Temperatur einer Gasturbinenschaufel Das Pyrometer umfasst ein Faserkabel 1, auf dessen vorderes Ende 2 die Strahlung der Schaufel 3 fokusiert ist Das rückwärtige andere Ende 4 des Glasfaserkabels 1 ist

-6-

8871/147 -6- ⁷· November 19-8 4

drei separate Faserbündel 11, 12 und 13 unterteilt, wobei an jedem dieser Enden ein Strahlungsdetektor 14, 15 und 16 angeordnet ist. Jedes der Bündel 11 bis 13 leitet Strahlung zu seinem Detektor 14 bis 16 und zwar von verschiedenen Bereichen der Turbinenschaufel 3.

Am vorderen Ende 2 des Kabels 1 verlaufen die Bündel 11 bis 13 zusammen durch eine zylindrische Hülse 20, welche sich rückseitig an eine Form- oder Teilungshülse 21 anschließt. Die Form- oder Teilungshülse 21 weist drei voneinander getrennte längs verlaufende Durchgänge 22, 23 und 24 auf. Jedes der Faserbündel 11 bis 13 verläuft durch einen dieser Durchgänge und endet am vorderen Ende der Teilungshülse 21 derart, daß die vorderen Enden der Bündel eine flache polierte Endoberfläche 25 bilden. Der eine Durchgang 23 ist kreiszylindrisch und in der Mitte der Teilungshülse angeordnet. Die beiden anderen Durchgänge 22 und 23 sind an gegenüberliegenden Seiten des zentralen Durchgangs 23 angeordnet und weisen im Querschnitt im wesentlichen Segmentform auf , genauer gesagt eine C-Form, wobei jeder Durchgang sich halbkreisförmig um den Umfang des zentralen Durchlasses 23 erstreckt. Die Endfläche 25 des Kabels 1 ist somit in drei Bereiche unterteilt, nämlich in einen zentralen, kreisförmigen Bereich 28 und in zwei Bereiche 27 und 29, die sich C-förmig und einander ergänzend halbkreisförmig um den mittleren Bereich erstrecken.

Die Strahlung vom Turbinenflügel 3 wird von einer Konvergenzlinse 30 auf die Endfläche 25 des Kabels 1 fokusiert. Anstelle einer Linse 30 ist es auch möglich, einen Spiegel oder eine Lochblende zu verwenden. Die auf den Enden der Bündel 11 bis 13 abgebildete Strahlung ist

-7-

8871/147 ** ** -7- "* " " 7. November 1984

somit repräsentativ für die Strahlung von drei verschiedenen Bereichen des Turbinenflügels 3, die in Fig. 1 mit A, B, und C bezeichnet sind.

Die drei Faserbündel 11 bis 13 verlaufen zum rückseitigen Ende 4 des Kabels 1. Die Bündel 11 bis 13 können von einer äußeren Hülle 40 umhüllt sein, welche dicht an den Kabelenden anliegt. Am rückseitigen Ende 4 sind die drei Kabelbündel 11 bis 13 umfasst von einer hinteren Hülse 6. Von dieser Hülse 6 verlaufen dann die Bündel 11 bis 13 getrennt voneinander und verlaufen zu getrennten Strahlungsdetektoren 14, 15 und 16. über die elektrischen Ausgangsleitungen 17 bis 19 der Detektoren 14 bis 16 kann die Wärmestrahlung in den Bereichen A, B und C abgegriffen werden.

Das vordere Ende 2 des Kabels 1 ist so ausgerichtet, daß die drei Bereiche A, B und C, von denen die Strahlung empfangen wird, längs der Länge der Schaufel 3 angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, durch Erfassen der Ausgangssignale der Detektoren 14, 15 und 16 eine Anzeige des Temperaturprofils längs der Schaufel 3 zu erhalten. Trotz der kompakten Anordnung des vorderen Endes der Faserbündel ist es möglich, einen Großteil der auf die Bildebene der Linse 30 fokusierten Strahlung längs des Kabels zu übertragen.

Das Kabel wird entsprechend den Fig. 3a bis 3d zusammengebaut. Als erstes wird das Faserbündel 12 durch die Hülse 20 geführt und in den Zentraldurchgang 23 der Hülse 21 gesteckt, von dessen Vorderende das Faserbündel geringfügig übersteht. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. Sodann werden die

-8-

8871/147 ·..""..· .:._si· "--" ·7. November 1984

beiden anderen Faserbündel 11 und 13 durch die zylindrische Hülse 20 geführt und in die Durchgänge 22 und 24 eingeschoben, wobei sie vom vorderen Ende der Teilungshülse 21 ebenfalls um ein kurzes Stück überstehen, wie in Fig. 3c gezeigt. Mittels eines Klebstoffes oder eines Schmelzklebers werden die Fasern in der Formoder Teilungshülse 21 verklebt. Nach diesem Verkleben werden die überstehenden Enden der Fasern abgeschnitten und das Vorderende zu einer ebenen Fläche poliert. Sobald die Fasern von der Hülsenklemme 20 fest umschlossen sind, ist es auch mö'glich,die Teilungshülse 21 zu entfernen, ohne daß dort die Fasern zuvor verklebt wurden. Die Fasern werden sodann innerhalb der Hülsenklemme 20 verklebt und am vorderen Ende der Hülsenklemme abgetrennt und das so gebildete Ende poliert. Auf diese Weise werden die Fasern und damit die Bündel 11 bis 13 nicht von der Teilungshülse 21 sondern von der Hülsenklemme 20 gehalten.

Eine zusätzliche , nicht dargestellte Teilungshülse entsprechend der Teilungshülse 21 kann am rückseitigen Ende der Hülsenklemme 20 vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Faserbündel in der Hülsenklemme parallel zueinander verlaufen.

Dieses Herstel1 verfahren ist auch anwendbar bei Faserbündeln, deren Enden zueinander unterschiedlich ausgebildet und/oder angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß der zentrale Durchlaß 40 der Teilungshülse 41 sich über die Gesamtbreite dieser Hülse erstrecken kann, wie in Fig. 4 gezeigt. Die beiden anderen Durchlässe 42 und 43 schließen sich mit ihren Innenkanten geradlinig an gegenüberliegenden Seiten an den

-9-

8871/147 -9- 7. November 1984, , ____

zentralen Durchlaß 40 an.

Claims

Ansprüche

1. Glasfaserlichtleiter, der aus mehreren Faserbündeln zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende (2) des Leiters (1) die Bündel (11, 12, 13) eine flache Endoberflache (25) kreisförmigen Querschnitts bilden, die Enden zweier Bündel (11, 13) dort im wesentlichen segmentförmigen Querschnitt aufweisen, mindestens ein weiteres Bündel (12) zwischen den beiden Bündeln (11, 13) segmentförmigen Querschnitts zentrisch angeordnet ist und eine Fokusiervorrichtung (30) Strahlung von verschiedenen Bereichen (A, B, C) auf die Bündelenden (27, 28, 29) fokusiert.

2. Glasfaser!ichtleiter nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet

daß das weitere Bündel

(12) kreisförmigen Querschnitt und die beiden Bündel (11, 13) etwa C-förmigen Querschnitt aufweisen.

3. Glasfaserlichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (40) des weiteren Bündels (12) sich balkenförmig über den Querschnitt der Endoberfläche (25) erstreckt.

4. Glasfaserlichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelenden (27, 28, 29) durch eine Teilungshülse (21. 41) verlaufen.

-2-

8871/147 -2- " 7." November 1984

5. Glasfaserlichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokusiervorrichtung (30) aus einer Konvergenzlinse besteht.

6. Glasfaserlichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende (4) des Leiters (1) die Bündel (11, 12, 13) voneinander getrennt zu jeweils einem Strahlungsdetektor (14, 15, 16) verlaufen.

7. Glasfaserlichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelenden (27, 28, 29) längs eines durch die Bereiche (A, B, C) gebildeten Temperaturgradienten angeordnet sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserlichtleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei voneinander getrennte Bündel (11, 12, 13) durch eine zylindrische Hülse (20) geführt und in Durchgänge (22, 23, 24, 40, 42, 43) einer Teilungshülse (21, 41) gesteckt werden, worauf sodann die Fasern der Bündel (11, 12, 13) miteinander verklebt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Bündel (11, 12, 13) in der Teilungshülse (21, 41) miteinander verklebt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungshülse (21, 41) vor dem Verkleben entfernt wird und die Fasern der Bündel (11, 12, 13) in der zylindrischen Hülse (20) miteinander verklebt werden.

-3-