DE3851301T2

DE3851301T2 - Apparat und Verfahren zum Messen und/oder Überwachen der Ausnutzung von Fiberoptikleitern.

Info

Publication number: DE3851301T2
Application number: DE3851301T
Authority: DE
Inventors: Terry A Fuller; Anish A Ukani
Original assignee: Fuller Research Corp
Current assignee: Fuller Research Corp
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1988-11-01
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2008-11-02
Also published as: JPH01165927A; EP0315400A2; EP0315400B1; DE3851301D1; US4822997A; EP0315400A3; JPH0658290B2; CA1281378C

Description

Hintergrund der Erfindung

Es hat sich gezeigt, daß bestimmte Faseroptik-Materialien eine Energieempfindlichkeit aufweisen. Bei einigen Faseroptik-Materialien, wie beispielsweise KRS-5, nimmt die Durchlässigkeit mit der Zeit ab. Die Geschwindigkeit dieses Güteabfalls wird durch Übertragung von Strahlungsenergie im mittleren Infrarotbereich erhöht. Deshalb ist es wünschenswert oder in einigen Fällen notwendig (bei der Laser-Chirurgie beispielsweise), die in die Faser eintretende oder aus ihr austretende Energie zu begrenzen, um eine Zerstörung der Faser selbst aufgrund der Strahlungsenergie zu verhindern.
In anderen Fällen ist es wünschenswert, die durch die Faser übertragene Gesamtenergie zu begrenzen, um den Energieabfall am Distalende zu begrenzen. Dies ist der Fall bei der Laser-Chirurgie, welche optische Fasern auf Silika-Basis verwendet, wobei die Faser auf Silika-Basis aufgrund des Kontakts mit dem verdampfenden Gewebe zerstört wird. In diesen Fällen führt eine weitere Zulieferung von Strahlungsenergie zu einem Bruch der Faser und zum Zurückbleiben von Faserabschnitten im Patienten.
In noch anderen Fällen, in denen die Fasern Fenster aufweisen und/oder Zuführungs-Sonden berühren, können Begrenzungen der Maximalenergie verhindern, daß in diesen Strukturen falsche Moden auftreten.
Zusätzlich können in einigen Fällen optische Fasern als Ergebnis von mechanischen Streßerscheinungen (beispielsweise Biegen, Krümmen, versehentliches Fallenlassen usw.), die bei ihrer Verwendung auftreten, verschlechtert oder beschädigt werden. Es kann notwendig oder wünschenswert sein, die Gesamtanzahl der Benutzungen einer optischen Faser zu begrenzen, um einen Ausfall aus mechanischen Gründen unabhängig von der Energiezufuhr zur Faser zu verhindern.
Dementsprechend besteht ein Bedürfnis für eine Vorrichtung, die eine sich summierende Aufzeichnung über den Benutzungszustand einer optischen Faser führt und zusätzlich in der Lage ist, die Benutzung der Faser in der gewünschten Weise zu steuern und zu begrenzen. Es ist weiterhin wünschenswert, daß die gespeicherte Benutzungs-Historie einer Faser sich beim Abtrennen und Wiederanschließen der Faser mit dieser mitbewegt.
In der DE-C-35 32 705 ist ein optisches Meßverfahren für optische Leiter, beispielsweise optische Fasern, geoffenbart, bei welchem ein Anteil des von einem optischen Übertragungselement OS emitierten Lichtes aus der optischen Faser abgeleitet wird und dieses abgeleitete Licht mittels eines optischen Abtastgerätes OE erfaßt und verarbeitet wird zur Erzeugung eines Meßwertes, welcher ein Anzeichen für die augenblickliche Ausgangsleistung des optischen Übertragungselementes ist.
In der DE-A-35 05 818 ist eine Vorrichtung geoffenbart zur Erfassung und Signalgebung, wenn eine Umschaltvorrichtung eine Wartung erfordert, indem, basierend auf einer Kombination von Parametern, ihr Benutzungspegel (Grad der Abnutzung) erfaßt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Benutzungszustandes eines optischen Leiters vorgesehen, gekennzeichnet durch:
Mittel zur Erzeugung eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativen Signals,
nicht flüchtige Speichermittel, die funktionsmäßig mit dem Leiter verbunden sind, zur Speicherung eines kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, der für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist,
Schaltkreismittel, die auf das Signal ansprechen und funktionsmäßig mit den Speichermitteln verbunden sind, zum Erzeugen eines Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Signal und zum Erzeugen eines aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung und dem kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist und zum Ersetzen des kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung in den Speichermitteln durch den aktualisierten kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung.
Die Vorrichtung kann weiterhin Vergleichsschaltkreismittel zum Vergleichen des aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit einem vorgegebenen Wert aufweisen, der für die maximale zulässige Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist, sowie
Steuermittel, die funktionsmäßig mit den Vergleichsschaltkreismitteln verbunden sind, zum Verhindern des weiteren Betriebs des Leiters, wenn der aktualisierte kumulative Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung des Benutzungszustandes eines optischen Leiters vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch die Verfahrensschritte:
Erzeugen eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativen Signals,
Speichern eines kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit dem Leiter, der für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist,
Erzeugen eines Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Signal,
Erzeugen eines aktualisierten Wertes für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung und dem Wert für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist und
Ersetzen des Wertes für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, der mit dem Leiter gespeichert ist, durch den aktualisierten Wert für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung.
Die Erfindung kann somit dazu verwendet werden, entweder den gesamten kumulativen Benutzungszustand zu messen ohne eine Steuerfunktion auszuüben oder sowohl eine Messung als auch eine Steuerfunktion auszuführen.

Beschreibung der Zeichnungen

Zum Zweck der Illustration der Erfindung sind in den Zeichnungen Ausführungsbeispiele dargestellt, die zur Zeit bevorzugt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß diese Erfindung nicht durch die dargestellten präzisen Anordnungen begrenzt ist.
Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung eines integrierten optischen Systems, das von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild, welches die vorliegende Erfindung darstellt.
Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung eines nicht integrierten optischen System, welches von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht.
Fig. 4 ist ein vereinfachter Schnitt durch die nicht integrierte optische Systemkomponente des Systems nach Fig. 3.

Beschreibung der Erfindung

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente anzeigen, ist in Fig. 1 ein erfindungsgemäßes integriertes optisches System dargestellt. Das optische System 10 besitzt eine Strahlungsleistungsquelle wie den Laser 12 und eine faseroptische Kabeleinheit 114. Der Laser 12 ist zusammen mit bestimmten anderen Komponenten, die später beschrieben werden, in einem Gehäuse 16 angeordnet. (Das System 10 in Fig. 1 wird als integriert bezeichnet, weil alle Komponenten, mit Ausnahme der faseroptischen Kabeleinheit 114, innerhalb eines einzigen Gehäuses 16 enthalten sind.) Der Laser 12 kann ein beliebiger Lasertyp sein. Das Gehäuse 16 ist mit einem elektro-optischen Verbindungsstück 118 versehen, mittels dessen die faseroptische Kabeleinheit 114 an das Gehäuse 16 angeschlossen ist.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die die Steckerstifte tragende Hälfte 118a des Verbindungsstücks 118 am Gehäuse 16 montiert, während die faseroptische Kabeleinheit 114 die die Buchsen aufweisende Hälfte 118b des Verbindungsstücks 118 trägt. Jedoch kann ganz offensichtlich auch die gegenteilige Anordnung der Verbindungsstückhälften verwendet werden, ebenso kann jede andere Verbindungsanordnung verwendet werden.
Innerhalb des Gehäuses 16 und in optischer Ausrichtung auf den Laser 12 befindet sich eine Sammellinse. Weiterhin ist in Fig. 1 schematisch ein Draht oder Leiter 26 dargestellt, der dem Laser 12 den Betriebsstrom zuführt. Am hinteren Ende des Lasers 12 befindet sich ein Leistungs-Detektor (in Fig. 1 nicht dargestellt). Der Leistungs-Detektor ist auch bei vielen Lasern üblich und gut bekannt, so daß er nicht im Detail beschrieben zu werden braucht. Der Leistungs-Detektor ist so angeordnet, daß er in gut bekannter Weise die Leistung am hinteren Ende des Lasers erfaßt.
In Alternative zu der im vorangehenden Absatz diskutierten Verwendung der üblichen Leistungserfassungstechnik kann in optischer Ausrichtung zum Laser 12 und zu einem Leistungsdetektor 34 ein Strahlteiler innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet sein zur Messung der Leistung in dem vom Laser 12 ausgehenden Strahl 36. Der Strahlteiler 20 und der Leistungsdetektor 34 bilden somit ein Mittel zum Abtasten der Ausgangsleistung des Lasers 12 und damit der Leistung, die als Eingangsleistung in die faseroptische Kabeleinheit 114 gelangt. Eine Sperreinrichtung 22 kann zur Steuerung der Laseremission verwendet werden. Der Strahlteiler, die Sperreinrichtung und der Leistungsdetektor sind üblich und dem Durchschnittsfachmann wohl bekannt und brauchen deshalb hier im Detail nicht beschrieben zu werden.
Die faseroptische Kabeleinheit 114 besitzt einen Üblichen optischen Leiter 128, der beispielsweise aus einem Material wie beschichtetem KRS-5, Quarz oder einem anderen geeigneten optischen Material bestehen kann. Der optische Leiter 128 leitet Strahlungsleistung vom Laser 12 zu einem Verwendungspunkt. Eingeschlossen innerhalb der faseroptischen Kabeleinheit 114 ist ein nichtflüchtiger Speicher 130, welcher irgendein geeigneter nichtflüchtiger Speicher sein kann. Der Speicher 130 kann in passender Weise innerhalb der Verbindungshälfte 118b des Verbindungsstücks 118 untergebracht sein, so daß der Speicher bei einem Abtrennen der Kabeleinheit 114 vom Gehäuse 16 oder einer ähnlichen Vorrichtung und ihrem Wiederanschluß zusammen mit der faseroptischen Kabeleinheit 114 bewegt wird. Die faseroptische Kabeleinheit 114 kann außerdem einen Detektor 132 aufweisen, der so angeordnet ist, daß er die sich entlang des optischen Leisters 128 bewegende Leistung erfaßt, was weiter unten genauer beschrieben wird.
In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Schaltkreis kann (mit Ausnahme des nichtflüchtigen Speichers 130) in passender Weise innerhalb des in Fig. 1 dargestellten Gehäuses 16 angeordnet sein oder er kann getrennt montiert sein. In jedem Fall laufen die Verbindungen zwischen den Schaltkreiskomponenten und dem nichtflüchtigen Speicher 130 vorzugsweise über das elektrooptische Verbindungsstück 118.
Der Block 38 in Fig. 2 stellt eine Eingabevorrichtung für den Schaltkreis dar und erläutert die Messung der der faseroptischen Kabeleinheit 114 zugeführten Strahlungsleistung. Die Messung der Strahlungseingangsleistung kann in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden, wobei vier Arten in Fig. 2 dargestellt sind.
Die ersten drei Arten erfolgen außerhalb der faseroptischen Kabeleinheit 114. Es wird ein elektronisches Signal erzeugt, das für den augenblicklichen Wert der Strahlungsleistung repräsentativ ist, und zwar entweder an der Strahlteiler 20/Leistungsdetektor 34-Kombination, dem hinteren Laserspiegel und einem zugeordneten Leistungsdetektor oder das durch Messung des eingestellten elektrischen Versorgungsstroms für den Laser 12 ermittelt wird. Wie in der Technik gut bekannt, ist die Amplitude des eingestellten elektrischen Versorgungsstroms für die Ausgangsstrahlungsleistung des Lasers 12 repräsentativ. Die vierte Art und Weise die Strahlungsleistung zu messen, verwendet einen Detektor 132, der unmittelbar neben dem optischen Leiter 128 und innerhalb oder dicht außerhalb der Schutzhülle der faseroptischen Kabeleinheit 114 angeordnet ist zur Erfassung eines Signals aus der gestreuten Leistung, die entlang des optischen Leisters 128 fließt. Diese gestreute Leistung ist repräsentativ für die in den optischen Leiter 28 gelangende Strahlungsleistung. Auf diese Weise wird die in den optischen Leiter 128 gelangende Strahlungsleistung indirekt mittels des Detektors 132 gemessen, indem gestreute Strahlungsleistung am optischen Leiter 128 oder am einfallenden Strahl aufgefangen wird.
Das vom Leistungsdetektor-Block 38 ausgehende Signal wird in einer Signalanpassungseinheit 40 in geeigneter Weise angepaßt und dann dem Analog/Digital-Wandler 42 zugeführt, wo es aus einem Analogsignal in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Von dort wird das nunmehr digitalisierte Signal dem Mikroprozessor- und Speicher-Kreis 44 zugeführt.
Der Speicher im Schaltkreis 44 ist in geeigneter Weise programmiert, damit der Mikroprozessor Berechnungen der dem optischen Leiter 128 zugeführten Energie aufgrund des vom Leistungsdetektor-Kasten 38 abgegebenen Signals in Echtzeit durchführen kann. Die Echtzeit-Berechnungen werden für jedes vorgegebene Zeitintervall durchgeführt, währenddessen der faseroptischen Kabeleinheit 114 Energie zugeführt wird. Im Betrieb fragt der Mikroprozessor zu Beginn jedes Intervalls den nichtflüchtigen Speicher 130 ab und speichert den während des vorhergehenden Energiezuführungsintervalls im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeicherten kumulativen Energiewert in seinen eigenen Datenspeicher ein. (Wenn der optische Leiter 128 vorher noch nicht irgendeiner Energiezuführung ausgesetzt gewesen ist, ist der kumulative Energiewert natürlich Null.) Der Mikroprozessor führt dann die Echtzeit-Berechnungen für die der faseroptischen Kabeleinheit 114 zugeführte Energie aufgrund der vom Leistungsdetektor erhaltenen Signale durch. Die Energie wird dann vom Mikroprozessor entsprechend der Beziehung
Energie = (Leistung·Zeit)
für ein gegebenes Intervall berechnet, und der berechnete Energiewert wird dann zu dem kumulativen Energiewert addiert, der vorher aus dem nichtflüchtigen Speicher 130 geholt worden war und ein aktualisierter kumulativer Energiewert wird bestimmt. Dieser aktualisierte kumulative Energiewert, der ein Teil der kumulativen Benutzung darstellt, welcher der optische Leiter 128 während des gegebenen Energiezuführungsintervalls und aller vorangehender Energiezuführungsintervalle ausgesetzt war, wird aus dem Mikroprozessor ausgelesen und im nichtflüchtigen Speicher 130 am Ende des vorgegebenen Energiezuführungsintervalls gespeichert, und der vorher im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeicherte kumulative Energiewert wird gelöscht.
Zusätzlich zum Speichern der kumulativen Energiezuführung zur faseroptischen Kabeleinheit 114 kann ein maximaler kumulativer Wert für die Energiezuführung auch im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeichert werden. Dies ermöglicht es dem Mikroprozessor, ständig die laufende kumulative Energiezuführung zur faseroptischen Kabeleinheit 114 mit dem maximalen kumulativen Wert der Energiezuführung zu vergleichen und quantitative oder qualitative Warn- oder Steuersignale als Reaktion auf den Vergleich zu erzeugen. So kann beispielsweise der Speicher im Schaltkreis 44 so programmiert sein, daß der Mikroprozessor, wenn der maximale kumulative Wert für die Energie erreicht ist, geeignete Funktionen auslöst, um die Zuführung von Energie zur faseroptischen Kabeleinheit 114 zu beenden, also beispielsweise die Sperreinrichtung 22 über die Sperr-Steuerung 46 zu schließen oder die Ausgangsleistung des Lasers mittels einer Laserleistungs-Steuerung 48 zu steuern, indem er beispielsweise die Speisestromzuführung 26 für den Laser unterbricht, um das Abstrahlen von Leistung durch den Laser 12 zu beenden.
Der nichtflüchtige Speicher 130 kann außerdem mit anderen angemessenen Daten beaufschlagt werden, wie beispielsweise einer eindeutigen Faser-Seriennummer, einem Wert für die Anfangsdurchlässigkeit der Faser, Herstellungsdaten, Herstellungsbedingungen und Los- Nummern für die Rohmaterialien, die zur Herstellung der Faser verwendet wurden. Jedem Fachmann ist der Wert derartiger zusätzlicher Daten und wie sie wiedergewonnen und verarbeitet werden geläufig.
Natürlich liegen die Art und Weise, in welcher der Speicher im Schaltkreis 44 programmiert werden kann, damit die oben beschriebenen Operationen ausgeführt werden können, sowie die notwendigen Befehls- und Steuer-Interfaces innerhalb des Bereiches des Standes der Technik und brauchen hier im einzelnen nicht beschrieben zu werden.
Gemäß einem breiteren Aspekt der Erfindung können der nichtflüchtige Speicher 130 und der Mikroprozessor auch so ausgebildet sein, daß sie den gesamten kumulativen Benutzungszustand einer optischen Faser erfassen kann auf der Basis anderer Parameter als der Energiezufuhr oder auf der Basis von zu ihr zusätzlichen Parametern. So kann es beispielsweise in gewissen Fällen wünschenswert sein, die Anzahl der Zeiträume, in der eine faseroptische Kabeleinheit benutzt wird, zu begrenzen oder die Anzahl der Stunden, während derer sie benutzt wird, zu begrenzen, selbst dann, wenn die Faser nach einer vorgegebenen Anzahl von Benutzungen oder Benutzungsstunden noch nicht ein zulässiges Maximum der Energiezuführung erreicht hat. In diesem Fall kann der Detektor 132 dazu benutzt werden, ein Signal wie bereits beschrieben zu erzeugen, das aber im Mikroprozessor derart verarbeitet wird, daß es nicht einen Energiewert erzeugt, sondern einen Wert, der eher als für die Energiezufuhr zur faseroptischen Kabeleinheit 114 für eine Benutzung der faseroptischen Kabeleinheit 114 repräsentativ ist. Dieses Signal kann als ein Ereignissignal bezeichnet werden. Das Ausmaß oder die Dauer einer Energiezufuhr, das ausreicht, um als Ereignis gezählt zu werden, kann leicht im Speicher vorprogrammiert werden. Zum Beispiel kann ein Ereignis durch den Anschluß der faseroptischen Kabeleinheit an das Gehäuse 16 oder durch den Anschluß plus einem Minimum an Energiezufuhr, oder durch den Anschluß plus einem Mindestpegel an Leistungszufuhr oder durch eine Kombination der drei Möglichkeiten gegeben sein. Die Abtrennung des elektrooptischen Verbindungsstücks 118 und das Abschalten des Systems oder die Energiezuführung Null während eines vorgegebenen Zeitraums, kann das Ende eines Ereignisses darstellen. Das Ereignissignal wird vom Mikroprozessor in einen Ereigniswert umgewandelt und dann als kumulativer Ereigniswert angesammelt.
Wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel fragt der Mikroprozessor am Beginn jedes Ereignisses den nichtflüchtigen Speicher 130 ab und speichert den kumulativen Ereigniswert, der vorher während der vorangegangenen Benutzung im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeichert war, in seinem eigenen Datenspeicher. (Wenn die faseroptische Kabeleinheit vorher nicht benutzt worden ist, ist der kumulative Ereigniswert natürlich Null.) Der Ereigniswert wird dann zu dem vorher aus dem nichtflüchtigen Speicher 130 zurückgerufenen kumulativen Ereigniswert addiert und ein aktualisierter kumulativer Ereigniswert wird bestimmt. Dieser aktualisierte kumulative Ereigniswert, der ein Teil der gesamten kumulativen Benutzung des optischen Leiters 128 ist, wird aus dem Speicher im Schaltkreis 44 ausgelesen und am Ende des erfaßten Ereignisses im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeichert, wobei der vorangehende im nichtflüchtigen Speicher 130 gespeicherte kumulative Ereigniswert gelöscht wird.
Zusätzlich zur Speicherung des kumulativen Ereigniswertes für die faseroptische Kabeleinheit 114 kann im nichtflüchtigen Speicher 130 ein maximaler kumulativer Ereigniswert gespeichert sein. Dies ermöglicht es, den Speicher im Schaltkreis 44 in geeigneter Weise so zu programmieren, daß der Mikroprozessor fortlaufend den kumulativen Ereigniswert der faseroptischen Kabeleinheit 114 mit dem maximalen kumulativen Ereigniswert vergleicht und als Reaktion auf den Vergleich quantitative oder qualitative Warn- oder Steuersignale erzeugt. So kann beispielsweise der Speicher im Schaltkreis 44 derart programmiert sein, daß der Mikroprozessor, wenn der maximale kumulative Ereigniswert erreicht ist, eine geeignete Maßnahme ergreift, um die Leistungszufuhr zur Kabeleinheit 114 zu beenden, beispielsweise indem über die Sperreinrichtungssteuerung 46 die Sperreinrichtung 22 geschlossen wird oder die Ausgangsleistung des Lasers beispielsweise durch Unterbrechen des Speisestroms 26 für den Laser gesteuert wird, um die Abstrahlung von Leistung durch den Laser 12 zu beenden.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Speicher im Schaltkreis 44 auch derart programmiert werden kann, daß die dem optischen Leiter 128 zugeführte Leistung wahlweise nur als Reaktion auf die kumulative Energiezufuhr, nur den kumulativen Energiewert oder als Reaktion auf eine Kombination der beiden abgeschaltet wird, je nachdem, ob der maximale kumulative Energiewert oder der maximale kumulative Ereigniswert zuerst erreicht wird. In einem solchen Fall kann der Mikroprozessor einen Benutzungszustandswert erzeugen, der eine Funktion sowohl des Energiewertes als auch des schon beschriebenen Ereigniswertes ist. Wenn also der Bediener die Auswahl trifft, den Benutzungszustand nur auf der Basis der Energiezufuhr zu kontrollieren, kann der Ereigniswert auf Null gesetzt werden, wenn er dagegen die Auswahl trifft, den Benutzungszustand nur auf der Basis von Ereignissen zu kontrollieren, kann der Energiewert auf Null gesetzt werden. Wenn er die Auswahl trifft, den Benutzungszustand auf der Basis zu kontrollieren, ob die maximale Energiezufuhr oder die maximale Anzahl von Ereignissen früher erreicht wird, kann die Erfindung in dieser Weise programmiert werden.
Bei all den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der nichtflüchtige Speicher vorher mit einem Wert beaufschlagt werden, der für den maximal möglichen Leistungszuwachs in dem zugeordneten optischen Leiter 128 repräsentativ ist. In einem solchen Fall kann der Speicher im Schaltkreis 44 derart programmiert werden, daß der Mikroprozessor laufend die der faseroptischen Kabeleinheit 114 zugeführte Leistung mit dem maximal zulässigen Leistungszuwachs in Echtzeit vergleicht und die zugeführte Leistung abschaltet, wenn der maximal zulässige Leistungszuwachs überschritten ist.
Wie bereits erwähnt, ist die oben beschriebene Ausführungsform eine "integrierte" Ausführungsform in dem Sinne, als alle zur Erfindung gehörenden Komponenten des optischen Systems in einem einzigen Gehäuse enthalten sind mit Ausnahme der faseroptischen Kabeleinheit 114. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in gleicher Weise darauf eingerichtet, im Zusammenhang mit einem üblichen Laser als ein "aufaddierendes" oder rückwärts orientiertes sogenanntes Retrofit-System verwendet zu werden. Eine bevorzugte Ausführungsform solch eines letztgenannten Systems ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. In Fig. 3 ist ein "aufaddierendes" optisches System 100 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das optische System 100 ist so eingerichtet, daß es zwischen eine Strahlungsleistungsquelle, wie beispielsweise den Laser 112 und eine faseroptische Kabeleinheit 114 eingeschaltet werden kann. Wie bei der ersten Ausführungsform kann als Laser 112 jeder beliebige Lasertyp dienen. Die optischen Komponenten des Systems 100 sind innerhalb eines Gehäuses 116 enthalten, und die elektronischen Komponenten (die signalumformende Einheit, der Analog/Digitalwandler, der Mikroprozessor und die Sperreinrichtung-Steuerelektronik) sind in einer Steuereinheit 150 enthalten. Die Steuereinheit 150 ist an das Gehäuse 116 über eine elektrische Kabeleinheit 152 angeschlossen, welche elektrische Signale zwischen dem Gehäuse 116 und der Steuereinheit 150 überträgt. Als Alternative können alle oder ein Teil der elektronischen Komponenten auch im Gehäuse 116 enthalten sein. Die in der Steuereinheit 150 enthaltenen elektronischen Komponenten sind im wesentlichen die gleichen wie die elektronischen Komponenten, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden und werden daher im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform nicht noch einmal beschrieben. Das bedeutet, daß die gesamte, oben beschriebene Elektronik und ihre Betriebsweise und Funktion die gleiche sind.
Das Gehäuse 116 ist mit einem elektrooptischen Verbindungsstück 118a ausgerüstet, mittels dessen die faseroptische Kabeleinheit 114 an das Gehäuse 116 angeschlossen wird. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, ist die steckerstifttragende Hälfte 118a des elektrooptischen Verbindungsstücks am Gehäuse 116 montiert, während die faseroptische Kabeleinheit 114 die buchsentragende Hälfte 118b des Verbindungsstücks trägt. Jedoch kann selbstverständlich, wie bei der ersten Ausführungsform, die entgegengesetzte Anordnung der Verbindungsstückhälften sowie jede andere Verbindungskonfiguration verwendet werden.
Der Laser 112 ist an den Eingang 154 des Gehäuses 116 über einen optischen Leiter 156 angeschlossen, wobei jeder geeignete optische Leiter, wie beispielsweise ein Gelenkarm, verwendet werden kann. Dies ermöglicht es, daß das optische System 100 der vorliegenden Erfindung bei jedem Laser verwendet werden kann.
In Fig. 4 sind in einer Schnittansicht die inneren Details des Gehäuses 116 gezeigt, in dem die optischen Komponenten und ihre Anordnung und Betriebsweise dargestellt sind. Die durch Doppelpfeile angezeigte vom Laser 112 kommende Strahlung, tritt durch den Eingang 154 in das Gehäuse 116 ein und trifft auf den Strahlteiler 120. Ein Hauptanteil des Lichtes wird, wie aus Fig. 4 zu ersehen, nach rechts reflektiert und ist durch nach rechts weisende Einzelpfeile gekennzeichnet. Der Rest der Strahlung tritt durch den Strahlteiler 120 hindurch, wie in Fig. 4 mit einem einzigen nach abwärts weisenden Pfeil angezeigt ist. Der durch den Strahlteiler 120 hindurchtretende Anteil des Lichtes trifft auf den Detektor 134 und dient zur Messung der Leistung in dem vom Laser 112 ausgehenden Strahl. Wie bei der ersten Ausführungsform bilden somit der Strahlteiler 120 und der Leistungsdetektor 134 Mittel zum Abtasten der Ausgangsleistung des Lasers 112 und daher zur Ermittlung der Eingangsleistung in die faseroptische Kabeleinheit 114.
Der vom Strahlteiler 120 reflektierte Anteil der von 112 kommenden Strahlung tritt durch eine rohrförmige Sperreinrichtung 120 hindurch. Die Sperreinrichtung 122 ist so ausgebildet, daß sie unter Einwirkung eines unterhalb der Sperreinrichtung 122 angeordneten Solenoids 162 rotiert.
Auf der optischen Achse des Gehäuses 116 ist weiterhin eine Sammellinse 124 angeordnet, welche die Energie in einen Strahl fokussiert, dessen Durchmesser klein genug ist, um in den optischen Leiter 128 der durch das elektrooptische Verbindungsstück 118 in ihrer Position festgehaltenen faseroptischen Kabeleinheit 114 einzutreten.
Notwendige elektrische Verbindungen sind über ein Elektronikmodul 164 zwischen den verschiedenen elektronischen Komponenten vorgesehen.
Es wird darauf hingewiesen, daß aus Gründen der Klarheit in den Fig. 3 und 4 nicht dargestellt ist, daß das elektrooptische Verbindungsstück 118a Kontakt zum nichtflüchtigen Speicher 130 und zum Detektor 132 in der faseroptischen Kabeleinheit 114 hat. Der nichtflüchtige Speicher 130 und der Detektor 132 sind die gleichen wie der nichtflüchtige Speicher 130 und der Detektor 132 die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden und sie führen die gleiche Funktion aus. Eine (ebenfalls nicht dargestellte) innere Verdrahtung im Gehäuse 116 verbindet den nichtflüchtigen Speicher 130 und den Detektor 132 mit der Steuereinheit über die elektrische Kabeleinheit 152. In der gleichen Weise überträgt das Kabel 152 Steuersignale zum rotierenden Solenoid 162.
Im Betrieb wird durch die Kombination aus Strahlteiler 120 und Leistungsdetektor 134 ein elektronisches Signal erzeugt, das repräsentativ für den Augenblickswert der Strahlungsleistung ist. Alternativ hierzu kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, die Strahlungsleistung mittels des Fotodetektors 132 gemessen werden, der in unmittelbarer Nachbarschaft zum optischen Leiter 128 angeordnet ist und innerhalb oder gerade außerhalb des Schutzmantels der faseroptischen Kabeleinheit 114 angeordnet sein kann, um aus der den optischen Leiter 128 entlanglaufenden gestreuten Leistung ein Signal abzuleiten.
Das erfaßte Leistungssignal wird dann in einer Signalumformungseinheit (wie die Signalumformungseinheit 40 in Fig. 2) in geeigneter Weise umgeformt und dann einem Analog/Digitalwandler zugeführt, wo sie aus einem Analogsignal in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Von dort wird das nunmehr digitalisierte Signal einem Mikroprozessor- und Speicherkreis, wie beispielsweise dem Mikroprozessor- und Speicherkreis 44 in Fig. 2 zugeführt. Wie bei der Ausführungsform des "integrierten" Systems ist der Speicher in geeigneter Weise derart programmiert, daß der Mikroprozessor Berechnungen für die dem optischen Leiter 128 zugeführte Energie oder für den Ereigniswert des optischen Leiters 128 oder für eine Kombination der beiden Möglichkeiten in Echtzeit durchführt. Die Betriebsweise des Mikroprozessors ist die gleiche wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn der Mikroprozessor festgestellt hat, daß der maximale kumulative Wert für den Benutzungszustand der faseroptischen Kabeleinheit 114 erreicht ist, kann er dem Rotations-Solenoid 162 ein Steuersignal zuführen. Das Rotations-Solenoid 162 bewirkt eine Drehung der rohrförmigen Sperreinrichtung 122 derart, daß die rohrförmige Sperreinrichtung nun in den Weg des vom Strahlteiler 120 reflektierten Strahls eingeschaltet ist. Somit blockiert die rohrförmige Sperreinrichtung 122 wirksam den Eintritt von weiterer Leistung in die faseroptische Kabeleinheit 114 und verhindert die weitere Benutzung der faseroptischen Kabeleinheit 114. Selbstverständlich können irgendeine andere geeignete Sperreinrichtung und Sperreinrichtungssteuermechanismen verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Benutzungszustandes eines optischen Leiters, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Erzeugung eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters (128) repräsentativen Signals,

nichtflüchtige Speichermittel (130), die funktionsmäßig mit dem Leiter (128) verbunden sind, zur Speicherung eines kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung der für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist,

Schaltkreismittel, die auf das Signal ansprechen und funktionsmäßig mit den Speichermitteln verbunden sind, zum Erzeugen eines Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Signal und zum Erzeugen eines aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung und dem kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist, und zum Ersetzen des kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung in den Speichermitteln (130) durch den aktualisierten kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 weiterhin gekennzeichnet durch

Vergleichsschaltkreismittel zum Vergleichen des aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit einem vorgegebenen Wert, der für die maximal zulässige Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist, und

Steuermittel (46, 48; 162), die funktionsmäßig mit den Vergleichsschaltkreismitteln verbunden sind zum Verhindern des weiteren Betriebs des Leiters (128), wenn der aktualisierte kumulative Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Signals auf die dem optischen Leiter (128) zugeführte Energie ansprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Signals auf den Anschluß des Leiters (128) an eine Strahlungsleistungsquelle ansprechen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Signals in vorher ausgewählter Weise auf den Anschluß des Leiters an eine Strahlungsleistungsquelle, den Anschluß plus einer Mindesenergieaufnahme des Leiters, den Anschluß plus einer Mindesleistungsaufnahme des Leiters und eine Kombination dieser Möglichkeiten, ansprechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Signals programmierbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüchtigen, funktionsmäßig mit dem Leiter (128) verbundenen Speichermittel (130) so ausgebildet sind, daß sie einen kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung speichern, welcher für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters vor einer gegebenen Benutzung repräsentativ ist, und die auf das Signal ansprechenden und mit den Speichermitteln funktionsmäßig verbundenen Schaltkreismittel so ausgebildet sind, daß sie aus dem Signal einen Augenblickswert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung erzeugen und aus dem Augenblickswert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung sowie dem kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, welcher für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist, einen aktualisierten kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung erzeugen, der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist und den kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung in den Speichermitteln durch den aktualisierten kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung ersetzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 weiterhin gekennzeichnet durch:

Vergleichsschaltkreismittel zum Vergleichen des aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit einem vorgegebenen Wert, der für die maximale Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist, und

Steuermittel (46, 48; 162), die funktionsmäßig mit den Vergleichsschaltkreismitteln verbunden sind, zum Verhindern eines weiteren Betriebs des Leiters (128), wenn der aktualisierte kumulative Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7 weiterhin gekennzeichnet durch eine Strahlungsleistungsquelle.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel funktionsmäßig sowohl mit den Vergleichsschaltkreismitteln als auch mit der Strahlungsleistungsquelle verbunden und so ausgebildet sind, daß sie die Zufuhr der besagten Leistung zum Leiter (128) beenden, sobald der aktualisierte kumulative Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleistungsquelle einen Laser (12, 112) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters (128) repräsentativen Signals auf die dem Leiter zugeführte Strahlungsleistung ansprechen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines Signals funktionsmäßig mit dem Leiter (128) verbundene Sensormittel (132) enthalten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Sperreinrichtung (22; 122) aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie die dem Leiter (128) zugeführte Strahlungsleistung unterbricht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Mittel (48) zum Abschalten des dem Laser (12) laufend zugeführten elektrischen Eingangssignals aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Leiter eine faseroptische Kabeleinheit (114) aufweist mit einem optischen Leiter (128) und einem elektro-optischen Verbindungsstück (118b) an seinem einen Ende und die Strahlungsleistungsquelle ein elektro-optisches Verbindungsstück (118a) besitzt zur Verbindung mit dem Verbindungsstück (118b) der faseroptischen Kabeleinheit zum Anschluß der Strahlungsleistung an den optischen Leiter und die nichtflüchtigen Speichermittel (130) innerhalb der faseroptischen Kabeleinheit (114) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormittel Mittel zum Erzeugen eines Signals aufweisen, das für die Zufuhr der Strahlungsleistung zum optischen Leiter (128) repräsentativ ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleistungsquelle einen Laser (12, 112) aufweist und die Sensormittel Mittel zum Erzeugen eines für die Ausgangsleistung des Lasers repräsentativen Signals aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Sperreinrichtung (22; 122) aufweisen die so angeordnet ist, daß sie das Ausgangssignal des Lasers unterbricht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Mittel (48) zum Unwirksammachen des Lasers (12) aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 2, 8, 10 und 16 weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters (128) repräsentativen Signals auf die dem optischen Leiter zugeführte Leistung ansprechen und ein Leistungssignal erzeugen, daß für den Wert der Leistung repräsentativ ist,

die nichtflüchtigen Speichermittel (130) mit einem Wert beaufschlagt sind, der für die maximale Leistungsgröße in dem mit ihnen verbundenen optischen Leiter (128) repräsentativ ist,

besagte Vergleichsschaltkreismittel Mittel aufweisen, die auf die Sensormittel ansprechen zum Vergleichen der sensierten Leistung mit einer in den Speichermitteln gespeicherten Leistungsgröße,

besagte Steuermittel Mittel zum Verhindern des weiteren Betriebs des Leiters (128) aufweisen, wenn die sensierte Leistung die maximale Leistungsgröße überschreitet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 7, 8, 9, 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte nichtflüchtige Speicher (130) mit Daten vorbeaufschlagt ist, die für mindestens eine der Eigenschaften des optischen Leiters (128) repräsentativ sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte charakteristische Eigenschaft ein Anfangsdurchlässigkeitswert des besagten optischen Leiters (128) einschließt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Daten repräsentativ für Herstellungsbedingungen des besagten optischen Leiters (128) sind.

25. Ein Verfahren zur Bestimmung des Benutzungszustandes eines optischen Leiters gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

Erzeugen eines für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativen Signals,

Speichern eines kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung zusammen mit dem Leiter, der für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist,

Erzeugen eines Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Signal,

Erzeugen eines aktualisierten Wertes-für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung und dem Wert für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist, und

Ersetzen des Wertes für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung-der zusammen mit dem Leiter gespeichert ist, durch den aktualisierten Wert für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung.

26. Ein Verfahren nach Anspruch 25 weiterhin gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

Vergleichen des aktualisierten Wertes für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit einem vorgegebenen Wert, der für die maximal zulässige Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist,

Verhindern des weiteren Betriebs des Leiters, wenn der aktualisierte Wert für die kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.

27. Ein Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

Sensieren eines Benutzungsparameters für den Leiter und Erzeugen eines hierfür repräsentativen Signals,

Erzeugen eines Augenblickswertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Signal,

Erzeugen eines aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung aus dem Augenblickswert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung und dem kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, der für die gesamte kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung des Leiters repräsentativ ist, und Ersetzen des kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung, der zusammen mit dem Leiter gespeichert ist, durch den aktualisierten kumulativen Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung,

Vergleichen des aktualisierten kumulativen Wertes für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung mit dem vorgegebenen Wert, der für die maximale kumulative Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung repräsentativ ist, und Verhindern des weiteren Betriebs des Leiters, sobald der aktualisierte kumulative Wert für die Benutzung und/oder das Ausmaß der Benutzung den vorgegebenen Wert erreicht.