DE3625703A1 - Optische messvorrichtung - Google Patents
Optische messvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Meßvorrichtung zur
Messung von physikalischen Größen, bei welcher insbesondere
Fabry-Perot-Interferometer verwendet werden.
Herkömmliche optische Meßvorrichtungen mit Fabry-Perot-Interferometern
weisen zwei parallel zueinander angeordnete
reflektierende Flächen auf, zwischen denen der optische
Interferenzeffekt auftritt. Dabei verändert sich das Ausgangsmeßsignal
durch eine geringe Verschiebung der reflektierenden
Flächen, (welche geringer als die optische Wellenlänge
ist), so daß der optische Sensor sehr empfindlich und
für verschiedene Zwecke einsetzbar ist.
Fig. 4 zeigt die typische Anordnung einer herkömmlichen
optischen Meßvorrichtung mit einem Fabry-Perot-Interferometer,
bei welcher ein Laser 11, insbesondere ein HeNeLaser
ein monochromatisches Licht mit einer festen Wellenlänge
erzeugt, das durch ein Fabry-Perot-Interferometer 12 geleitet
wird. Das vom Fabry-Perot-Interferometer 12 kommende
Licht wird durch einen Fotodetektor 13 in elektrische
Meßsignale umgewandelt. Die Lichtstärke hängt dabei von der
Wellenlänge, der optischen Weglänge des Fabry-Perot-Interferometers
12, von der Reflexionsfähigkeit der reflektierenden
Flächen des Fabry-Perot-Interferometers 12 etc. ab.
Die in einer derartigen Anordnung verwendete Lichtquelle muß
Licht mit einer festen Wellenlänge aussenden. Auf dem Markt
befindliche Halbleiter-Laser, die zwar wenig Platz beanspruchen,
sind jedoch wegen ihrer unzureichenden Eigenschaften
nicht brauchbar.
Gas-Laser etc. können dagegen zwar als Lichtquelle für
derartige optische Meßvorrichtungen verwendet werden, machen
jedoch das gesamte Meßsystem groß, schwer und teuer.
Fig. 5 zeigt die Anordnung einer anderen herkömmlichen
optischen Meßvorrichtung, bei der eine kleine und preiswerte
Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode (LED) verwendet
wird. Das Licht von einer Lichtquelle 21, die Licht in einem
relativ weiten Bereich unterschiedlicher Wellenlängen aussendet,
wird durch ein erstes Fabry-Perot-Interferometer 22,
dessen Kennwerte sich mit den physikalischen Eigenschaften
des Meßobjektes verändern und durch ein zweites Fabry-Perot-Interferometer
23, dessen Kennwerte sich nicht mit den
physikalischen Eigenschaften des Meßobjektes verändern und
schließlich auf einen Fotodetektor 24 geleitet, der entsprechend
der Intensität das Licht in elektrische Signale
umwandelt.
Die Fig. 6(A) bis 6(C) zeigen die Arbeitsweise der
herkömmlichen optischen Meßvorrichtung aus Fig. 5. Dabei
ist in Fig. 6(A) die Intensität I(λ) des Strahlspektrums
über die Wellenlänge λ, in Fig. 6(B) die spektrale
Durchlässigkeit T 1(λ) des ersten Fabry-Perot-Interferometers
22 und in Fig. 6(C) die spektrale Durchlässigkeit T 2(λ) des
zweiten Fabry-Perot-Interferometers 23 dargestellt. Wenn
T 1 (λ) und T 2(λ) denselben Kurvenverlauf a aufweisen, d. h.
T 1 (λ) entspricht im Kurvenverlauf T 2(λ), erreicht das
Integral aus beiden spektralen Durchlässigkeiten T 1(λ)·T 2 (g)
über die Wellenlänge ein Maximum. Wenn andererseits T 1(λ)
den Kurvenverlauf b und T 2(λ) den Kurvenverlauf a aufweist,
d. h. die Scheitelwerte in der T 1(λ)-Kurve liegen zwischen
den Scheitelwerten der T 2(λ)-Kurve, erreicht das Integral
aus beiden spektralen Durchlässigkeiten T 1(λ) · T 2(λ) über
die Wellenlänge ein Minimum. Wenn nun die Intensität I(λ)
des Strahlenspektrums entsprechend Fig. 6(A) bei der zuvor
erwähnten Integration berücksichtigt wird, was Fig. 6(D)
zeigt, entspricht die optische Intensität des auf den
Fotodetektor 24 fallenden Lichtes der von der Kurve S 1 und
der Abszisse eingeschlossenen Fläche, wenn T 1(λ) und T 2(λ)
jeweils den Kurvenverlauf a aufweisen, und andererseits der
von der Kurve S 2 und der Abszisse eingeschlossenen Fläche,
wenn T 1(λ) den Kurvenverlauf b und T 2(λ) den Kurvenverlauf a
aufweist. Daher ist es in jedem Fall besser, daß die
Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Fotodetektors 24 von
der Wellenlänge berücksichtigt wird, wenn die optische Intensität
des auf den Fotodetektor 24 geleiteten Lichts bestimmt
wird.
Obwohl die herkömmliche optische Meßvorrichtung aus Fig. 5
unter Verwendung von zwei Fabry-Perot-Interferometern 22 und
23 physikalische Größen durch Veränderlichkeit der Lichtstärke
messen, verändert sich die optische Intensität des
auf den Fotodetektor geleiteten Lichts mit den Schwankungen
in der Emissionsintensität des Lichtes und/oder der Kopplungsstreuverluste,
wenn diverse optische Bauteile wie
Linsen, Lichtleiter etc. in die optische Meßvorrichtung
eingesetzt sind, so daß mit einer herkömmlichen optischen
Meßvorrichtung kein stabiles Meßsignal erhältlich ist.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
optische Meßvorrichtung zu schaffen, bei welcher die oben
erwähnten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mit einer optischen Meßvorrichtung mit
einer Lichtquelle, einem ersten Fabry-Perot-Interferometer,
dessen Kennwerte sich mit den physikalischen Eigenschaften
eines Meßobjektes verändern, einem zweiten Fabry-Perot-Interferometer
als Referenzeinrichtung, dessen Kennwerte fest
eingestellt sind, und mit einem ersten Fotodetektor zur
Messung eines von der Lichtquelle ausgestrahlten und durch
das erste Fabry-Perot-Interferometer geleiteten Lichtstrahls
gelöst, welche sich auszeichnet durch einen zweiten Fotodetektor
zur Messung eines von der Lichtquelle ausgestrahlten
und sowohl durch das erste als auch durch das zweite
Fabry-Perot-Interferometer geleiteten Lichtstrahls und
durch eine Signalverarbeitungsschaltung, in der ein vom
zweiten Fotodetektor erzeugtes Meßsignal mit einem vom
ersten Fotodetektor erzeugten Meßsignal verglichen wird.
Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise stabile
Meßsignale erzielt, die unabhängig von Schwankungen der
Emissionsintensität des Lichtes, der Wellenlänge und der
Kopplungsstreuverluste sind, wenn diverse optische Bauteile
wie Linsen, Lichtleiter etc. in die optische Meßvorrichtung
eingesetzt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße
optische Meßvorrichtung eine optische Einrichtung zur
Aufteilung des durch das erste Fabry-Perot-Interferometer
geleitete Licht in zwei Lichtstrahlen auf, von denen der
eine Lichtstrahl auf den ersten Fotodetektor und der andere
Lichtstrahl durch das zweite Fabry-PerotInterferometer auf
den zweiten Fotodetektor geleitet wird.
Vorzugsweise sollte die Lichtquelle Licht mit einem breitem
Spektrum erzeugen.
Obwohl sich die Ausgangssignale des ersten und des zweiten
Fotodetektors in gleicher Weise verändern, da sie von den
Schwankungen der Emessionsintensität des Lichtes, der Wellenlänge
und der Kopplungsstreuverluste abhängig sind, wenn
diverse optische Bauteile wie Linsen, Lichtleiter etc. in
die Meßvorrichtung eingesetzt sind, sollte die Abhängigkeit
der Lichtstärke von den physikalischen Eigenschaften des
Objektes in einer bevorzugten Ausführungsform bei dem auf
den ersten Fotodetektor geleiteten Lichtstrahl erheblich
geringer als bei dem auf den zweiten Fotodetektor geleiteten
Lichtstrahl sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße optische Meßvorrichtung,
Fig. 2 den Kurvenverlauf des Strahlenspektrums
einer Leuchtdiode,
Fig. 3 charakteristische Kurvenverläufe der Ausgangssignale
von den Fotodioden in der optischen
Meßvorrichtung aus Fig. 1,
Fig. 4 und 5 herkömmliche optische Meßvorrichtungen,
Fig. 6(A)-6(D) Kurvenverläufe der Kennwerte der optischen
Meßvorrichtung aus Fig. 5 und
Fig. 7 den Kurvenverlauf eines Ausgangssignals der
Fotodiode in der optischen Meßvorrichtung
aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße opische Meßvorrichtung,
die eine Lichtquelle wie beispielsweise eine Leuchtdiode 41,
ein erstes Fabry-Perot-Interferometer 42, dessen Kennwerte
sich mit den physikalischen Eigenschaften eines Meßobjektes
verändern, einen Strahlenteiler 44 zur Aufteilung des von
der Leuchtdiode 41 ausgesandten Lichts in zwei Lichtstrahlen,
von denen der eine Lichtstrahl auf einen ersten
Fotodetektor wie beispielsweise eine Fotodiode 46 und der
andere Lichtstrahl durch ein zweites Fabry-Perot-Interferometer
43, das als Referenzeinrichtung dient und dessen
Kennwerte fest eingestellt sind, auf einen zweiten Fotodetektor
geleitet wird. Der zweite Fotodetektor besteht
ebenfalls aus einer zweiten Fotodiode 45, die das vom
zweiten Fabry-Perot-Interferometer 43 kommende Licht mißt.
Eine nicht dargestellte Signalverarbeitungsschaltung vergleicht
ein von der zweiten Fotodiode 45 erzeugtes Meßsignal
mit einem von der ersten Fotodiode 46 erzeugten Meßsignal.
Das Licht von der Leuchtdiode 41 wird durch das erste
Fabry-Perot-Interferometer 42 zum Strahlenteiler 44 geleitet,
wo es in zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen
Richtungen geteilt wird. Ein Lichtstrahl ist auf die erste
Fotodiode 46 gerichtet. Der andere Lichtstrahl wird durch
das zweite Fabry-Perot-Interferometer 43 zur zweiten Fotodiode
45 geleitet. Die Meßsignale von den Fotodioden 45 und
46 werden in einer Signalverarbeitungsschaltung miteinander
verglichen, so daß man die physikalischen Meßwerte des
Meßobjektes erhält.
Statt einer Leuchtdiode 41 können auch andere Lichtquellen
verwendet werden, die Licht mit einem breiten Spektrum
erzeugen. Ebenfalls können anstelle des Strahlenteilers 44
andere optische Bauteile eingesetzt werden, die das Licht in
zwei Lichtstrahlen unterteilen (z. B. in einen oberen und
einen unteren Strahl). Vorzugsweise wird das Licht von der
Lichtquelle über Lichtleiter zu den Fotodetektoren geleitet.
Ferner braucht das Licht von den beiden Fabry-Perot-Interferometern
42 und 43 nicht notwendigerweise durchgelassen,
sondern kann auch von diesen reflektiert werden.
Da die erfindungsgemäße optische Meßvorrichtung die in Fig. 1
gezeigte Anordnung aufweist, verändern sich die Ausgangssignale
beider Fotodioden 45 und 46 gleichermaßen in
Abhängigkeit von den Veränderungen der Lichtemissionsintensität
der Lichtquelle 41 und/oder der Lichtübertragungsverluste
von der Lichtquelle 41 zum Strahlenteiler 44 oder der
Kopplungsstreuverluste zwischen den optischen Bauteilen.
Wenn sich dennoch die Kennwerte des ersten Fabry-Perot-Interferometers
42 mit den Änderungen der physikalischen Eigenschaften
des Meßobjektes verändern, verändert sich auch in
demselben Maße das Ausgangssignal der zweiten Fotodiode 45,
während das Ausgangssignal der ersten Fotodiode 46 unverändert
bleibt. Somit können die Veränderungen der Lichtemissionsintensität
der Leuchtdiode 41 und der Kopplungsstreuverluste
zwischen den optischen Bauteilen eleminiert werden,
indem das Ausgangssignal der zweiten Fotodiode 45 durch das
Ausgangssignal der ersten Fotodiode 46 dividiert wird. Wenn
andererseits die Lichtemissionsintensität der Leuchtdiode 41
über eine Rückkopplung geregelt wird, um das Ausgangssignal
der ersten Fotodiode 46 auf einen festen Wert zu halten,
kann das Ausgangssignal der zweiten Fotodiode 45 unverändert
als Ausgangssignal der Meßvorrichtung aufgenommen werden.
Um das Ausgangssignal der ersten Fotodiode 46 unabhängig von
den Kennwerten des ersten Fabry-Perot-Interferometers 42
unverändert zu halten, sollten so viele Scheitelwerte der
spektralen Durchlässigkeit T 1(λ) (d. h. die Fabry-Perot-
Resonanzspitzen) innerhalb der Bandbreite Δλ bei halbem
Maximalwert des Strahlenspektrums der Lichtquelle liegen.
Deshalb wird für Δλ ein hoher Wert genommen. Daher wird der
Abstand t zwischen den reflektierenden Spiegeln des ersten
Fabry-Perot-Interferometers 42 groß gehalten. Dennoch sollte
mit Rücksicht auf die praktische Anwendung die Anzahl der
Fabry-Perot-Resonanzspitzen möglichst klein gehalten werden,
weil die Bandbreite Δλ bei halbem Maximalwert nicht groß
ist, wenn eine Leuchtdiode als Lichtquelle verwendet wird.
Ferner ist es schwierig, den Abstand t zwischen den
reflektierenden Spiegeln eines Fabry-Perot-Interferometers
beliebig zu erhöhen.
Die innere optische Weglänge des ersten Fabry-Perot-Interferometers
42 wird anhand von Fig. 2 behandelt, welche den
Anforderungen genügen muß, damit das Ausgangssignal der
ersten Fotodiode 46 auf einen festen Wert unabhängig von den
Kennwerten des ersten Fabry-Perot-Interferometers 42 gehalten
wird.
Fig. 2 zeigt die Intensität des Strahlenspekrums der
Leuchtdiode 41 mit der mittleren Wellenlänge λ 0 und der
Bandbreite Δλ bei halbem Maximalwert, wobei auf der Abszisse
die Wellenzahl, d. h. der reziproke Wert der Wellenlänge λ,
aufgetragen ist. Es sei angenommen, daß die Spektralkurve
zur Ordinatenachse symmetrisch ist, welche auf dem Mittelwert
1/λ 0 der 1/λ-Abszisse liegt, und daß die Kurvenabschnitte
AB und BC punktsymmetrisch zum Punkt B sind, der
auf dem halben Maximalwert der Intensität des Strahlenspektrums
liegt.
Der Fall, daß die Scheitelwerte der auf dem Fabry-Perot-Effekt
beruhenden Resonanzen innerhalb der oben erwähnten Zone
des Strahlspektrums liegen, soll im folgenden behandelt
werden:
Die spektrale Durchlässigkeit T (λ) des Fabry-Perot-Interferometers
erreicht ein Maximum bei der n-ten Resonanz-
Wellenlänge λ m , die durch folgende Gleichung mit t als
Abstand zwischen den reflektierenden Spiegeln des Fabry-
Perot-Interferometers und n als Brechungsindex zwischen
diesen berechnet wird:
λ m = 2nt/m (m = 1, 2, 3,...).
Daraus erhält man die zur Wellenlänge reziproke Anzahl der
Wellen:
1/λ = m/2nt
1/λ m wird als Wellenzahl der n-ten Resonanzspitze definiert.
Die Differenz zwischen der Wellenzahl des n-ten Resonanzscheitelwertes
und der Wellenzahl des (m+1)-ten Resonanzscheitelwertes
erhält man durch folgende Gleichung:
1/λ m+1-1/λ m = 1/2 nt
Der Punkt b in Fig. 2 bezeichnet die Wellenzahl der m-ten
Resonanzspitze 1/λ m . Es sei angenommen, daß die Lichtstärke
an diesem Punkt ungefähr proportional dem Segment Bb ist,
wobei der Resonanzscheitelpunkt im ansteigenden Verlauf
liegt. Wenn die Lage des Punktes b nach links oder nach
rechts verschoben wird, ändert sich die Länge des Segmentes
Bb (z. B. zum Segment B′b′). Dennoch bleibt die Summe der
Länge des Segmentes B′b′ plus der Länge des Segmentes D′d′
konstant, auch wenn der Punkt B′ zwischen den Werten A und C
verschiebbar ist. Dabei wird angenommen, daß die Länge des
Segmentes b′d′, das der Differenz zwischen der Wellenzahl
des n-ten Resonanzscheitelwertes und der Wellenzahl des
(m+1)-ten Resonanzscheitelwertes konstant bleibt, und zwar
unabhängig davon, ob die Resonanzspitzen verschoben werden
(z. B. ist die Summe der Länge des Segments B′b′ plus der
Länge des Segments D′d′ gleich der Summe der Länge des
Segmentes Bb plus der Länge des Segmentes Dd). Dabei
bezeichnet der Punkt d die Wellenzahl des (m+1)-ten Resonanzscheitelwertes,
wobei der Punkt d und der Punkt b
symmetrisch zum Mittelwert 1/λ 0 liegen. Der Wert D auf der
Spektralintensitäts-Kurve hat denselben Betrag und denselben
Steigungswert wie der Wert B, wobei die Steigung im Punkt D
negativ und im Punkt B positiv ist. Bleibt die Lage der
Resonanzspitze unverändert, wird aber die Verteilungskurve
des Strahlenspektrums entlang der Abszisse verschoben, so
bleibt wiederum die Summe der Länge des Segments B′b′ plus
der Länge des Segmentes D′d′ unverändert.
Die oben getroffenen Erläuterungen basieren auf der Hypothese,
daß die Verteilung des Strahlenspektrums symmetrisch
zur Mittelachse ist, welche den idealen Zustand bezeichnet,
und daß die Differenz 1/2nt in der Wellenzahl zwischen dem
n-ten Resonanzscheitelwert und dem (m+1)-ten Resonanzscheitelwert,
welche dem Segment b′d′ in Fig. 2 entspricht,
ungefähr konstant bleibt, und zwar unabhängig von einer
Verschiebung der Resonanzspitzen.
Mit diesen Ausführungen kann angenommen werden, daß die
Bandbreite bei halbem Maximalwert des Strahlenspektrums dem
Abstand zwischen den beiden oben behandelten Resonanzspitzen
entspricht, so daß das Ausgangssignal der ersten Fotodiode
46 unabhängig von Veränderungen der optischen Weglänge nt
auf einen festen Wert gehalten werden kann. Um diese Annahme
zu bestätigen, muß die innere optische Weglänge nt des
ersten Fabry-Perot-Interferometers 42 so verändert werden,
daß sie ungefähr dem Wert λ/2Δλ entspricht, wenn eine
Lichtquelle mit einer mittleren Wellenlänge g 0 und einer
Bandbreite δλ bei halbem Maximalwert verwendet wird.
In Fig. 7 ist ein möglicher Kurvenverlauf des Ausgangssignals
der ersten Fotodiode 46 dargestellt, wobei der
Augenblickswert des Ausgangsignals der Fotodiode 46 über
die innere optische Weglänge nt aufgetragen ist.
Aus Fig. 7 werden folgende zwei Phänomene deutlich:
(1) Die Amplitude des Ausgangssignals nimmt von einem
Anfangswert ab und nähert sich einem festen Wert, wenn die
innere optische Weglänge nt groß wird. Dies beruht auf der
Tatsache, daß bei einer langen inneren optischen Weglänge nt
eine größere Anzahl der Fabry-Perot-Resonanzspitzen innerhalb
der Strahlenspektrumszone liegen und deren Einfluß auf
das Ausgangssignal verringert wird, indem sich die Unterschiede
zwischen diesen Resonanzspitzen gegenseitig aufheben.
(2) Hat die innere optische Weglänge nt ungefähr den Wert
λ/2Δλ oder ein ganzes Vielfaches dieses Wertes, bleibt das
Ausgangssignal der ersten Fotodiode 46 konstant. Dies
basiert auf der Tatsache, daß einige der Resonanzspitzen
innerhalb der Strahlenspektrums-Zone eine Verstärkung des
Ausgangssignals und andere wiederum ein Abschwächen des
Ausgangssignals bewirken, so daß sich diese Verstärkungen
und Abschwächungen im Ausgangssignal gegenseitig aufheben.
Dieser Fall wurde im übrigen schon oben anhand von Fig. 2
diskutiert.
Deshalb sollte die gewünschte innere optische Weglänge nt
ungefähr den Wert λ/2Δλ oder einen entsprechend höheren
Wert aufweisen. Außerdem sollten die Resonanzspitzen notwendigerweise
innerhalb der idealen Strahlenspektrums-Zone
gemäß Fig. 2 liegen; mit anderen Worten, nt sollte folgende
Gleichung erfüllen:
nt λ/4Δλ.
Wird eine Lichtquelle mit λ 0 = 850 nm und Δλ=50 nm verwendet,
ist der Wert λ/2Δλ = 7,2 µm, und das Fabry-Perot-Interferometer
muß so eingestellt werden, daß die innere optische
Weglänge nt ungefähr 7,2 µm oder mehr beträgt. Da die oben
getätigten Ausführungen über das Ausgangssignal der Fotodiode
46 nur auf sicheren Hypothesen beruhte, ist der hier
ermittelte Wert von 7,2 µm nicht zwangsläufig die Bedingung,
bei der das Ausgangssignal der ersten Fotodiode 46 auf einen
festen Wert gehalten wird. Denn dieser Wert ist nur eine
Näherung bzw. ein Anhaltspunkt für eine solche Bedingung.
Dennoch sollte die Bedingung, daß die Resonanzspitzen
innerhalb der idealen Strahlenspektrums-Zone gemäß Fig. 2
liegen sollten, eingehalten werden (d. h., nt λ/4Δλ = 3,6 -µm).
Unter diesen Bedingungen wurde die optische Meßvorrichtung
aus Fig. 1 als Temperatur-Meßvorrichtung verwendet.
λ 0 und Δλ der Leuchtdiode 41 betrugen 850 nm und 50 nm. Die
semitransparenten Spiegel der Fabry-Perot-Interferometer 42
und 43 wurden auf beiden Seiten mit einer organischen Folie
versehen, die einen relativ hohen Temperaturexpansions-Koeffizienten
aufwies, wobei die optische Weglänge nt der organischen
Folie 6,8 µm betrug. Das erste Fabry-Perot-Interferometer
42 wurde der zu messenden Temperatur ausgesetzt,
während das zweite Fabry-Perot-Interferometer 43 auf einer
festen Temperatur von 25°C gehalten wurde. Das Ausgangssignal
der ersten Fotodiode 46 zeigt die Kurve l 1 und das
Ausgangssignal der zweiten Fotodiode 45 die Kurve l 2 in
Fig. 3. Auf der Abszisse in Fig. 3 ist die Temperatur
aufgetragen, der das erste Fabry-Perot-Interferometer ausgesetzt
ist.
Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Kurvenverlauf von
l 1 erheblich geringer als der Kurvenverlauf von l 2 von der
Temperatur abhängig ist, so daß die Messungen der Temperaturen
durch Vergleich des Ausgangssignals entsprechend der
Kurve l 2 mit dem Ausgangssignal entsprechend der Kurve l 1
durchgeführt werden können.
Obwohl das behandelte Beispiel eine Temperaturmessung betrifft,
wobei Materialien mit einem hohen Temperaturexpansions-
Koeffizienten verwendet wurden, sind auch andere
Anwendungen denkbar. Beispielsweise könnte die optische
Meßvorrichtung zur Messung von Feuchtigkeit oder Taukondensation
unter Verwendung von sich bei Feuchtigkeit ausdehnenden
Stoffen, zur Messung von kleinen Verschiebeträgen, wobei
ein semitransparenter Spiegel eines Fabry-Perot-Interferometers
am Meßprojekt angebracht und somit der Verschiebebetrag
des Spiegels ermittelt werden kann, ferner zur Messung
von dynamischen Drücken, von Schall und Vibration sowie zur
Kraftmessung etc. benutzt werden, wobei der Innenraum des
Fabry-PerotInterferometers luftleer gepumpt sein sollte.
Falls im übrigen das Fabry-Perot-Interferometer so aufgebaut
ist, daß der Abstand zwischen seinen reflektierenden Spiegeln
veränderlich ist, basierend auf einer Veränderung
anderer physikalischer Größen wie Elektrizität, Magnetismus
etc., kann jede physikalische Größe gemessen werden.
Claims (4)
1. Optische Meßvorrichtung mit einer Lichtquelle (41), einem
ersten Fabry-Perot-Interferometer (42), dessen Kennwerte
sich mit den physikalischen Eigenschaften eines Meßobjektes
verändern, einem zweiten Fabry-Perot-Interferometer
(43) als Referenzeinrichtung, dessen Kennwerte fest
eingestellt sind, und mit einem ersten Fotodetektor (46)
zur Messung eines von der Lichtquelle (41) ausgestrahlten
und durch das erste Fabry-Perot-Interferometer (42)
geleiteten Lichtstrahls, gekennzeichnet durch einen zweiten
Fotodetektor (45) zur Messung eines von der Lichtquelle
(41) ausgestrahlten und sowohl durch das erste als
auch durch das zweite Fabry-Perot-Interferometer (42, 43)
geleiteten Lichtstrahls und durch eine Signalverarbeitungsschaltung,
in der ein vom zweiten Fotodetektor (45)
erzeugtes Meßsignal mit einem vom ersten Fotodetektor
(46) erzeugten Meßsignal verglichen wird.
2. Optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine optische Einrichtung (44) zur Aufteilung des
durch das erste Fabry-Perot-Interferometer (42) geleitete
Lichts in zwei Lichtstrahlen, von denen der eine Lichtstrahl
auf den ersten Fotodetektor (46) und der andere
Lichtstrahl durch das zweite Fabry-Perot-Interferometer
(43) auf den zweiten Fotodetektor (45) geleitet wird.
3. Optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (41) Licht mit
breitem Spektrum erzeugt.
4. Optische Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Lichtstärke
von den physikalischen Eigenschaften des Meßobjektes
bei dem auf den ersten Fotodetektor (46) geleiteten
Lichtstrahl wesentlich geringer als bei dem auf den
zweiten Fotodetektor (45) geleiteten Lichtstrahl ist.
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GB8618479D0 (en) | 1986-09-03 |
DE3625703C2 (de) | 1990-04-12 |
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