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TECHNISCHER
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein faseroptische Teilchenbewegungssensoren,
die zur Erfassung akustischer Signale verwendet werden. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen einzelnen faseroptischen
akustischen Sensor, der den Frequenzgang eines Wegsensors bzw. Verschiebungssensors
im niederfrequenten Bereich mit dem Frequenzgang eines Beschleunigungsmessers
im hochfrequenten Bereich kombiniert.
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Ein
Biegescheibensensor ist zum Beispiel aus US-A-5 369 485 (Hofler)
bekannt. Eine in dieser Veröffentlichung
beschriebene Ausführungsform
offenbart einen Beschleunigungsmesser (Seismometer) mit akustischem
Sensor, der drei identische Biegescheiben mit Lichtleiterspiralen
auf beiden Seiten jeder Scheibe aufweist, wobei jede Scheibe an
einer gemeinsamen hohlzylinderförmigen
Masse fixiert ist. Die Elastizität
der Scheiben und die Größe der Masse
können
so gewählt
werden, daß der
gesamte Sensor als Beschleunigungsmesser (dessen Arbeitsfrequenz
kleiner als die Resonanzfrequenz ist) oder als Seismometer arbeitet
(dessen Arbeitsfrequenz größer als
die Resonanzfrequenz ist). Ferner werden Biegescheibensensoren in
US-A-5 903 349 (Vohra) offenbar, die einen Beschleunigungsmesser
mit einer Scheibe und einem unter seiner ersten Hauptresonanz liegenden
Arbeitsfrequenzbereich darstellt, oder in US-A-5 883 308 (Fersht),
die einen weiteren Beschleunigungssensor mit einer einzigen Scheibe darstellt.
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Faseroptische
Teilchenbewegungssensoren nach dem Stand der Technik, die zur Schallmessung eingesetzt
werden, lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Biegescheibenbeschleunigungsmesser und
Biegescheibenverschiebungssensoren, die jeweils erhebliche Probleme
aufweisen. Die faseroptischen Biegescheibenbeschleunigungsmesser
leiden an einer Verstärkungs-Bandbreite-Beschränkung, die
in Abhängigkeit
von der Sensorkonstruktion einen Kompromiß zwischen Skalierungsfaktor-Empfindlichkeit
und einem breiteren Frequenzgang bedingt. Zentral unterstützte Sensoren
weisen typischerweise eine höhere
Verstärkung,
aber niedrigere Resonanzfrequenzen auf, während am Rand unterstützte Sensoren
das entgegengesetzte Problem aufweisen. Dies könnte durch Verwendung eines
faseroptischen Verschiebungssensors (seismischen Sensors), der oberhalb
seiner Resonanz arbeitet, einigermaßen überwunden werden. Diese Sensoren
leiden jedoch an einem Gewichtsnachteil.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ein breitbandiges faseroptisches
akustisches Sensorsystem, welches das Verhalten im niederfrequenten Bereich
eines Verschiebungssensors mit dem Verhalten im hochfrequenten Bereich
eines Beschleunigungsmessers in einem einzigen Sensorsystem kombiniert.
Dieses Herangehen liefert ein Sensorsystem mit hohem Verstärkungs-Bandbreite-Produkt, ohne
große,
massive Sensoren zu benötigen.
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Ein
akustisches Sensorsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Messung von Schallwellenparametern in einem ausgewählten Frequenzbereich
weist einen Verschiebungssensor und einen Beschleunigungssensor
auf, die auf einem gemeinsamen Trägerelement montiert sind. Der
Verschiebungssensor weist eine erste runde Biegescheibeneinheit
mit einer ersten Eigenfrequenz auf, die unterhalb des interessierenden
Schallwellenfrequenzbereichs liegt. Die erste Biegescheibeneinheit
weist eine erste Gruppe von oberen und unteren Lichtleiterspiralwicklungen
auf, die an gegenüberliegenden Seiten
einer ersten Biegescheibe angebracht sind. Der Beschleunigungssensor
weist eine zweite Biegescheibeneinheit mit einer zweiten Eigenfrequenz
auf, die höher
ist als der interessierende Schallwellenfrequenzbereich. Die zweite
Biegescheibeneinheit weist eine zweite Gruppe von oberen und unteren
Lichtleiterspiralwicklungen auf, die an gegenüberliegenden Seiten einer zweiten
Biegescheibe angebracht sind. Ein faseroptisches Interferometersystem
ist so eingerichtet, daß es
ein optisches Ausgangssignal liefert, das eine Kombination von Signalen
ist, die von dem Verschiebungssensor und dem Beschleunigungssensor
ausgegeben werden.
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Der
Verschiebungssensor weist ferner vorzugsweise einen Trägheitsring
auf, der an einem Rand der ersten Biegescheibe montiert ist, um
die Empfindlichkeit zu erhöhen,
indem der Rand der ersten Biegescheibe nahezu unbeweglich gehalten
wird, wenn eine Schallwelle im gewählten Frequenzbereich auf das
Gehäuse
auftrifft. Der zweite Vorteil des Trägheitsrings ist, daß er die
Eigenfrequenz der Verschiebungsbiegescheibe weiter absenkt, wodurch der
Niederfrequenzbereich und daher die Bandbreite des Sensors effektiv
ausgedehnt werden.
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Das
Trägerelement
weist vorzugsweise einen Fuß und
einen von dem Fuß ausgehenden
Bolzen auf. In den ersten und zweiten Biegescheiben sind Mitteldurchführungen
so ausgebildet, daß sie auf
dem Bolzen montiert werden können.
Eine Mutter und eine Unterlegscheibe werden mit dem Bolzen in Eingriff
gebracht, um die ersten und zweiten Biegescheiben mit Hilfe eines
dazwischen eingefügten
zylinderförmigen
Distanzstücks
an dem Fuß zu
befestigen.
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Das
Interferometersystem kann eine optische Signalquelle mit zwei Wellenlängen und
einen optischen Koppler aufweisen, der so eingerichtet ist, daß er von
der optischen Signalquelle ausgegebene optische Signale empfängt und
die optischen Signale in jede der ersten und zweiten oberen Lichtleiterspiralen
und jede der ersten und zweiten unteren Lichtleiterspiralen eingibt.
Der optische Koppler ist außerdem
so eingerichtet, daß er
optische Signale von den ersten und zweiten obern Lichtleiterspiralen
und den ersten und zweiten unteren Lichtleiterspiralen so kombiniert,
daß die
Interferenz zwischen optischen Signalen einer ersten von den beiden
Wellenlängen die
Verschiebung anzeigt und die Interferenz zwischen optischen Signalen
der anderen Wellenlänge die
Beschleunigung anzeigt. Informationen von den Beschleunigungs- und
Verschiebungssensoren können
nach Bedarf anschließend
an die Demodulation elektronisch kombiniert werden.
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Jede
von den ersten und zweiten Biegescheiben weist vorzugsweise integral
bearbeitete obere und untere Ringe auf, die von der Trägerstütze beabstandet
sind. Durch das Vorhandensein dieser Ringe wird eine Wickelkernfläche bereitgestellt,
auf welche die Lichtleiterspirale direkt aufgewickelt werden kann.
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Die
Oberflächen
der ersten und zweiten Biegescheiben weisen vorzugsweise gekrümmte Nuten auf,
die zwischen den oberen oder unteren Ringen und den Außenkanten
der Biegescheiben verlaufen. Die Nuten sind so angeordnet, daß sie den
Durchgang von an die Ringe angrenzenden Lichtleiterstücken unter
den auf den Oberflächen
der Biegescheiben ausgebildeten Lichtleiterwicklungen zulassen, wodurch
Mikrobiegespannungen an der Faser verhindert werden, während die
eingebettete Faserleitung aus der zur Außenkante der Biegescheibe tangentialen
Spirale austreten kann.
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Zu
einer Einschätzung
der Aufgaben der vorliegenden Erfindung und einem vollständigeren
Verständnis
ihrer Struktur und Funktionsweise kann man beim Durchlesen der nachstehenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und durch Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen gelangen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen seitlichen Schnitt eines zentral unterstützten faseroptischen akustischen Sensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der an oberen und unteren Biegescheiben montierte Lichtleiterspiralen
darstellt;
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2 zeigt
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Biegescheiben
von 1;
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3 zeigt
eine Schnittansicht eines Teils des erfindungsgemäßen faseroptischen
akustischen Sensors, die einen Faserhaltevorsprung darstellt, der an
einem Fuß ausgebildet
ist, auf dem die Biegescheiben montiert sind;
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4 zeigt
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Biegescheibe,
die in der vorliegenden Erfindung enthalten sein kann;
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5A zeigt
eine Draufsicht der unteren Biegescheibe der 1 und 2 mit
einer peripher montierten Trägheitsmasse;
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5B zeigt
eine Draufsicht der oberen Biegescheibe der 1 und 2;
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6 zeigt
schematisch eine Konfiguration für
ein faseroptisches Michelson-Interferometer, das in dem erfindungsgemäßen Sensor
enthalten sein kann;
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7 zeigt
schematisch eine erste alternative Konfiguration für ein faseroptisches
Michelson-Interferometer,
das in dem erfindungsgemäßen Sensor enthalten
sein kann;
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8 zeigt
schematisch eine zweite alternative Konfiguration für ein faseroptisches
Michelson-Interferometer,
das in dem erfindungsgemäßen Sensor
enthalten sein kann;
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9 zeigt
einer Ausführungsform
der Erfindung, die ein Mach-Zehnder-Interferometer aufweist;
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10 zeigt
eine perspektivische Ansicht, welche die Lichtleiterverbindungen
zwischen den Lichtleiterwicklungen veranschaulicht, die in der bevorzugten
Ausführungsform
an den Biegescheiben montiert sind, um ein Interferometer zu bilden;
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11a zeigt den individuellen Phasenfrequenzgang
des Verschiebungssensors allein als Funktion der Frequenz;
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11b zeigt den entsprechenden individuellen Phasenfrequenzgang
des Beschleunigungssensors allein als Funktion der Frequenz;
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11c zeigt den Gesamtphasenfrequenzgang des kombinierten
Sensors als Funktion der Frequenz;
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11d zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Phasenfrequenzgangs
des kombinierten Sensors im Überkreuzungsbereich;
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12 zeigt
eine graphische Darstellung des optischen Ausgangssignals, dividiert
durch die Eingangsgeschwindigkeit, als Funktion der Frequenz für ein akustisches
Sensorsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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13 zeigt
eine Schnittansicht einer am Rand unterstützten Ausführungsform der Erfindung im
Gegensatz zu 1;
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14 zeigt
eine Draufsicht eines unteren Gehäuses, das in der in 13 dargestellten
Ausführungsform
enthalten sein kann;
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15 zeigt
eine geschnittene Teilansicht des in 14 dargestellten
unteren Gehäuses;
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16 zeigt
eine geschnittene Teilansicht eines Distanzstücks, das in der in 13 dargestellten
Ausführungsform
enthalten sein kann;
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17 zeigt
eine geschnittene Teilansicht eines oberen Gehäuses, das in der Ausführungsform von
Fig. enthalten sein kann; und
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18 zeigt
eine Schnittansicht, die darstellt, wie eine seismische Masse mit
der Außenkante einer
Biegescheibe in der Vorrichtung von 13 verbunden
wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Ein
zentral unterstütztes
akustisches Sensorsystem 20 gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
sowohl einen Verschiebungssensor 21 als auch einen Beschleunigungssensor 23,
die in einem einzigen Gehäuse 22 untergebracht
sind. Das Gehäuse 22 besteht
aus einem Fuß 24 und
einem Deckel 26. Der Fuß 24 besteht im allgemeinen
aus einer runden Platte mit flachem Boden 28. Von einem
zentralen Abschnitt 32, wo der Fuß 24 vorzugsweise
dicker als am Rand 34 ist, geht eine Montagestütze 30 aus.
Die Montagestütze 30 weist
eine zentrale Gewindebohrung 36 auf, in der ein Bolzen 38 montiert
ist. Im oberen Abschnitt 27 des Deckels 26 ist
eine Gewindebohrung 29 angebracht, die beim Zusammenbau
des Sensors 20 ein Ende 39 des Bolzens 38 aufnehmen soll.
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Das
akustische Sensorsystem 20 ist vorzugsweise neutral schwimmfähig bzw.
schwebefähig.
Schwebefähigkeit
wird durch die Kombination von Gewicht und Volumen erreicht. Das
Gewicht kann eingestellt werden, indem die Länge des Bolzens 38 so
gewählt
wird, daß ein
Hohlraumbereich 41 im obersten Abschnitt 27 des
Gehäuses 22 verbleibt.
Zusätzliche
Masse kann im übrigen
Volumen hinzugefügt
werden, das entweder in der Gewindebohrung 29 oder in der
Gewindebohrung 36 nach Einsetzen des Bolzens 38 verbleibt,
um die Schwimmfähigkeit
des Sensorsystems 20 zu regulieren.
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Der
Fuß 24 und
der Deckel 26 können
aus einem geeigneten Material bestehen, wie z. B. Kunststoff oder
Metall, das eine ausreichende Struktursteifigkeit zuläßt, um sicherzustellen,
daß strukturelle Resonanzfrequenzen
weit vom interessierenden akustischen Frequenzbereich entfernt sind.
Der Fuß 24 und
der Deckel 26 können
durch irgendwelche geeignete Mittel hergestellt werden, wie z. B.
durch spanende Bearbeitung oder Gießen. In der bevorzugten Ausführungsform
werden sie durch spanende Bearbeitung aus massiven Barren gefertigt.
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Das
akustische Sensorsystem 20 weist ferner eine erste Biegescheibe 40 auf,
die einen zentralen Durchlaß 42 von
ausreichendem Durchmesser für
den Durchgang des Bolzens 38 aufweist. Ein zylinderförmiger Ring 44 geht
von der Oberseite 46 der Biegescheibe 40 aus.
Der Innendurchmesser des zylinderförmigen Rings 44 ist
größer als
der Durchmesser der Montagestütze 30.
Von der Unterseite 50 der Biegescheibe 40 geht
ein zylinderförmiger
Ring 48 aus. Der Abschnitt der ersten Biegescheibe zwischen der
Montagestütze 30 und
den zylinderförmigen
Ringen 44 und 48 definiert ein erstes Gelenk 51,
an dem sich die Biegescheibe 40 als Reaktion auf eine Beschleunigung
in Richtung der Längsachse
der Montagestütze 30 biegt.
Die Gewindebohrung 31 des Deckels 26 kommt mit
dem Bolzen 38 in Eingriff um den Deckel 26 am
Fuß 24 zu
befestigen.
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Die
Lichtleiterspiralwicklungen 53 und 55 bilden Teile
eines Paars von Lichtleitern 52 bzw. 54, die ihrerseits
an den Oberflächen 46 bzw. 50 der
Biegescheibe 40 befestigt sind. 5A zeigt
eine Draufsicht der Lichtleiterspirale 53 an der Oberseite 46 der ersten
Biegescheibe 40.
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Die
erste Biegescheibe 40 kann aus irgendeinem geeigneten Material
bestehen, das sich unter Einwirkung einer axialen Bewegung an ihrem Mittelpunkt
biegt, wodurch sichergestellt wird, daß die strukturellen Resonanzen
der Biegescheibe und der Lichtleiterspiralen außerhalb des interessierenden
akustischen Frequenzbands liegen. Geeignete Materialien sind unter
anderem Kunststoffe, wie z. B. Polycarbonat (mit oder ohne Füllstoffe),
und Metalle, wie z. B. Aluminium. Die Biegescheibe kann nach einer
Anzahl unterschiedlicher Verfahren hergestellt werden, wie z. B.
durch spanende Bearbeitung oder durch Gießen.
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In 1 sind
die Lichtleiterspiralen 53 und 55 durch Rechtecke
mit gekreuzten Diagonalen angedeutet. Die 2, 5 und 10 zeigen
die wesentlichen Merkmale der Spiralen 53 und 55.
Zum Beispiel ist dargestellt, daß die Spirale 53 zwischen der
Außenkante
des zylinderförmigen
Rings 44 und der Außenkante 56 der
Biegescheibe liegt. Spiralwicklungen, die sich für die praktische Ausführung der
vorliegenden Erfindung eignen, sind dem Fachmann bekannt. Siehe
z. B. die US-Patentschriften US-A-5 903 349; 4 959 539; 5 317 929
und 5 883 308.
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Wie
in den 1, 2 und 4 dargestellt,
ist an der Außenkante 56 der
ersten Biegescheibe 40 ein Trägheitsring 58 montiert.
Der Trägheitsring 58 weist
vorzugsweise eine obere Hälfte 60 und
eine unter Hälfte 62 auf,
die aneinander gebondet werden, nachdem sie um die Außenkante 56 der Biegescheibe 40 herum
miteinander in Kontakt gebracht worden sind. Der Trägheitsring 58 und
die Nachgiebigkeit bzw. Komplianz der Biegescheibe halten die Außenkante 56 der
Biegescheibe nahezu unbeweglich, während sich die Montagestütze 30 als Reaktion
auf eine einfallende Schallwelle entlang ihrer Längsachse bewegt. Dieses Verhalten
dient dazu, die Empfindlichkeit des Sensors 21 gegen Schallwellen
zu erhöhen,
die in Richtung der Längsachse des
Bolzens 38 auftreffen.
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Wie
aus den 1 und 2 erkennbar, weist
ein zylinderförmiges
Distanzstück 64 einen zentralen
Durchlaß 66 auf,
der so bemessen ist, daß er
den Durchgang des Bolzens 38 zuläßt. Das Distanzstück 64 kann
aus irgendeinem geeigneten steifen Material bestehen, wie z. B.
aus Metallen. Es dient dem Zweck, die zweite Biegescheibe 68 zu
positionieren. Die zweite Biegescheibe 68 ist von ähnlicher
Struktur wie die erste Biegescheibe 40 und weist einen
zentralen Durchlaß 70,
einen oberen zylinderförmigen
Ring 72 und einen unteren zylinderförmigen Ring 74 auf.
Der Abschnitt der zweiten Biegescheibe 68 zwischen dem
zylinderförmigen
Distanzstück 64, der
flachen Scheibe 88 und den zylinderförmigen Ringen 72 und 74 definiert
ein Gelenk 75, an dem sich die zweite Biegescheibe 68 als
Reaktion auf eine Beschleunigung in Richtung der Längsachse
der Montagestütze 30 durchbiegt.
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Ein
Paar Lichtleiter 76 und 78 sind spiralförmig gewickelt,
um Lichtleiterspiralen 77 und 79 an den Ober-
und Unterseiten 80 bzw. 82 der zweiten Biegescheibe 68 zu
bilden.
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Die
Lichtleiterspiralen 53, 55, 77 und 79 können direkt
auf ihren entsprechenden Oberflächen
der Biegescheiben 40 und 68 ausgebildet werden.
In diesem Fall funktionieren die Ringe 44, 48, 72 und 74 als Wickelkerne
für die
Lichtleiterspiralen 53, 55, 77 und 79.
Alternativ können
die Lichtleiterspiralen 53, 55, 77 und 79 vorgeformt
und dann an die entsprechenden Biegescheiben angeklebt werden.
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Wie
in den 1–3 dargestellt,
ist im Fuß 24 in
der Nähe
der Kante 34 eine zylinderförmige Nut 84 angebracht.
Die Nut 84 hat eine Dicke, die so ausgebildet ist, daß die untere
Kante 86 des Deckels 26 in die Nut 84 eingesetzt
werden kann. Die Nut 84 zentriert den Deckel 26 konzentrisch
um den Fuß 24 und
die Montagestütze 30 und
vergrößert die
Oberfläche
innerhalb des Fußes 24 zum
Verkleben mit dem Deckel 26, um das Sensorsystem 20 abzudichten.
Die Montage des Sensors 20 weist die folgenden Schritte
auf: (a) Einsetzen des Bolzens 38 in die Gewindebohrung 36 in
der Montagestütze 30,
(b) Aufsetzen der ersten Biegescheibe 40 auf die Montagestütze 30,
wobei der Bolzen durch den Durchlaß 42 geht, (c) Aufsetzen
des zylinderförmigen
Distanzstücks 64 auf
die erste Biegescheibe 40, wobei der Bolzen 38 durch
den Durchlaß 66 hindurchgeht,
(d) Aufsetzen der zweiten Biegescheibe 68 auf das Distanzstück 64,
wobei der Bolzen 38 durch den Durchlaß 70 hindurchgeht,
(e) Auflegen der Unterlegscheibe 88 auf die Biegescheibe 68 und
um den Bolzen 38 herum, (f) Befestigen der in den Schritten
(a) – (e)
erwähnten
Komponenten an der Montagestütze
mit einer Mutter 90 und (g) Befestigen des Deckels 26 am Fuß 24 mit
Hilfe des Bolzens 38 und Verkleben zwischen der Nut 84 und
der Kante 86 des Deckels 26.
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Durch
Verwendung der getrennten Mutter 90 zur Befestigung der
Biegescheiben 40 und 68 an dem Bolzen 38 und
dem Fuß 24 werden
Probleme vermieden, die bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik
aufgetreten sind. Bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik
wurde ein Deckel (nicht dargestellt) mit einem Bolzen angeschraubt,
um Biegescheiben an einem Fuß zu
befestigen. Die Anwendung eines Drehmoments auf den Deckel, um die
gesamte Sensoreinheit zusammenzuhalten, führt zu einer Empfindlichkeit
des Resonanzverhaltens der Biegescheiben in Abhängigkeit von dem Drehmoment, das
zwischen dem Deckel und dem Fuß/der
Scheibe angreift, da sie eng miteinander gekoppelt sind. Durch Verwendung
der Mutter 90 bleibt das Resonanzverhalten der Biegescheiben 40 und 68 unabhängig von
dem Drehmoment, das zwischen dem Deckel 26 und dem Fuß 24 angreift.
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Die
Lichtleiterwicklungen 53, 55, 77 und 79 können, wie
in den 6 und 10 dargestellt, miteinander
zu einem Michelson-Interferometer 92 (6)
verbunden werden. Zu beachten ist, daß in den 6–10 Spleiße zwischen
Lichtleitern durch ein Paar gekreuzte Linien angedeutet sind. An den
Enden der Lichtleiter 76 bzw. 78 sind Spiegel 104 bzw. 102 ausgebildet.
Ein Lichtleiterkabel 106 von der Spirale 77 wird
an das Lichtleiterkabel 107 von der Spirale 55 gespleißt. Ein
Lichtleiterkabel 114 geht von der Spirale 55 aus
und wird an das Lichtleiterkabel 115 gespleißt, das
von dem Koppler 112 ausgeht. Ein Lichtleiterkabel 108 von
der Spirale 79 wird an das Lichtleiterkabel 109 von
der Spirale 53 gespleißt. Ein
Lichtleiterkabel 110 geht von der Spirale 53 aus und
wird an ein Lichtleiterkabel 113 eines Lichtleiterkopplers 112 gespleißt. Lichtleiterkabel 116 und 118 gehen
von dem Koppler 112 aus und werden an die Lichtleiterkabel 117 und 119 von
einer optischen Signalquelle 120 bzw. einem Detektor 122 gespleißt. In der
bevorzugten Ausführungsform
ist der Koppler 112 in einer maschinell bearbeiteten Durchgangsbohrung
im Fuß 24 montiert,
wie in 1 und 2 dargestellt. Das Aufbringen
von Klebestellen reicht aus, um den Koppler 112 fest an
dem Fuß 24 zu
montieren. Für
die optische Signalquelle kann jede geeignete Laserquelle mit großer Kohärenzlänge in der Größenordnung
von zehn Meter verwendet werden. Beispiele sind unter anderem Laser
mit verteilter Rückkopplung
(DFB-Laser), Laserdioden, Glasfaserlaser usw.
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Der
Koppler 112 teilt das optische Signal von der optischen
Signalquelle 120 zwischen den Lichtleiterkabeln 113 und 115.
Durch den Koppler 112 in das Kabel 110 eingegebene
Signale werden in die Spiralen 53 und 79 eingegeben,
und durch den Koppler 112 in das Kabel 114 eingegebene
Signale werden in die Spiralen 55 und 77 eingegeben.
Die Spiralen 53 und 79 sind in einem ersten Lichtweg
enthalten, und die Spiralen 55 und 77 sind in
einem zweiten Lichtweg enthalten. Das Michelson- Interferometer 92 erzeugt
Lichtintensitätssignale,
die proportional zu der Phasendifferenz zwischen Lichtwellen sind,
die sich entlang der beiden Lichtwege vom Koppler 112 zu
den Spiegeln und zurück
ausgebreitet haben. Diese Phasendifferenz ist proportional zu der
kombinierten Verschiebung bzw. Auslenkung der Biegescheibe 40 und
Beschleunigung der Biegescheibe 68.
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Wie
aus den 5A und 10 erkennbar, wird
beim direkten Aufwickeln der Spirale 53 auf die Biegescheibe 40 eine
spiralförmige
Nut 57 benutzt, die in der Oberseite 46 ausgebildet
ist. Die Nut 57, die sich zwischen dem inneren und dem äußeren Radius
der gewickelten Spirale 53 erstreckt, ist parallel zur
Oberseite 46, außer
in der Nähe
der beiden Enden der Nut 57, wo sie ansteigt, um in die
obere Fläche 46 überzugehen.
Vor Beginn des Wickelns wird ein Abschnitt 59 des Lichtleiters 52 in
die Nut 57 eingesetzt und eingeklebt. Nach dem Wickeln
der Spirale 53 verläuft
der Abschnitt 59 des Lichtleiters 52 unter der
Spirale 53 zum Außenrand 56 der
Scheibe 40. Die Nut 57 dient dazu, sicherzustellen,
daß die
Faser an den Stellen, wo die Faserwindungen in der Spirale 53 das
austretende Faserkabel 59 überqueren, keiner Mikrobiegespannung
ausgesetzt ist. Der Faserabschnitt 59 wird an dem Faserkabel 109 befestigt, der
mit dem Kabel 108 der Spirale 79 verspleißt wird. In
der unteren Fläche 50 der
Biegescheibe 40 ist eine spiralförmige Nut 61 (nicht
dargestellt) ausgebildet, die der spiralförmigen Nut 57 ähnlich ist,
und die Spirale 55 wird auf ähnliche Weise ausgebildet,
wie oben für
die Spirale 53 beschrieben.
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Wenn
die Lichtleiterwicklungen 77 und 79 direkt auf
der Biegescheibe 68 ausgebildet werden, dann weisen die
Oberflächen 80 und 82 der
Biegescheibe 68, auf denen die Lichtleiterspiralen 77 bzw. 79 gewickelt
werden, vorzugsweise spiralförmige
Nuten 83 bzw. 84 von ähnlicher Konstruktion wie die
spiralförmigen
Nuten 57 und 61 auf. Diese Nuten sind so konstruiert,
daß sie
Endabschnitte der Lichtleiter aufnehmen, die zu den Spiralen 77 und 79 geformt
werden. Wie z. B. aus 5B erkennbar, wird in der Oberseite 80 der
Biegescheibe 68 eine Nut 83 ausgebildet. Vor dem
Wickeln der Spirale 77 wird der Abschnitt 85 des
Lichtleiters 76, der zum Formen der Spirale 77 verwendet
wird, in die Nut 83 eingelegt. Nachdem das Wickeln beendet
ist, wird am Ende des Lichtleiters 76 der Spiegel 104 angebracht.
Das Anbringen der Spiegel 104 und 102 an den Faserkabeln 76 bzw. 78 kann
durch mehrere Verfahren erfolgen, z. B. durch Vakuumaufdampfung
eines reflektierenden Metalls auf die Enden von kurzen Faserstücken, die
dann mit den Kabeln 106 und 108 verspleißt werden
können.
In der bevorzugten Ausführungsform werden
gespleißte
Enden der Kabel 106 und 108 mit einer Brashear-Silberverspiegelungslösung tauchbeschichtet.
Die untere Fläche 82 der
Biegescheibe 68 weist eine gekrümmte Nut 84 (nicht
dargestellt) ähnlich
der Nut 83 auf.
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Alternative
optische Architekturen sind in den 7 und 8 dargestellt.
Zum Beispiel zeigt 7 eine wellenlängenabhängige Ausführungsform.
Anstelle der breitbandigen Spiegel, wie in 6 dargestellt,
weist das Michelson-Interferometer 121 von 7 schmalbandige
reflektierende Braggsche Beugungsgitterspiegel 123-126 nahe
den Enden der Fasern 52, 76, 54 bzw. 78 auf.
Geeignete Braggsche Beugungsgitterspiegel sind dem Fachmann bekannt
und werden in US-A-4 986 624 beschrieben. In der Ausführungsform
von 7 trägt eine
Wellenlänge
Verschiebungsinformationen mit niedriger Tonfrequenz, während die
andere Wellenlänge
Beschleunigungsinformationen mit höherer Tonfrequenz trägt. Durch
Verwendung eines Paars von 1 × 2-Kopplern,
die mit einem weiteren 1 × 2-Koppler
verkettet sind, oder durch Verwendung eines 2 × 4-Kopplers 136,
der einfach ein 4 × 4-Koppler mit
zwei abgeschlossenen und unbenutzten Kabeln ist, kann dies mechanisiert
werden.
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Zwischen
dem optischen Koppler 136 und Lichtleiterkabeln 137, 145, 141 und 143 der
Lichtleiterspiralen 53, 55, 77 bzw. 79 werden
Lichtleiterkabel 130–133 angeschlossen.
Die optische Signalquelle 120 liefert beide optischen Signale
der Frequenz λ2 und λ2 an das Lichtleiterkabel 116, das
dann die optischen Signale zu dem optischen Koppler 136 leitet. Die
Quellensignale werden auf die vier Kabel 130–133 verteilt,
um in die entsprechenden Spiralen 53, 55, 77 und 79 eingegeben
zu werden. Nachdem sie die Spiralen 53, 55, 77 und 79 durchlaufen
haben, werden die Signale durch die Braggschen Beugungsgitterspiegel 123, 125, 124 bzw. 126 reflektiert
und laufen durch die entsprechenden Spiralen zurück. Der Koppler 136,
der vorzugsweise ein 2 × 4-Koppler ist,
kombiniert die optischen Signale von den vier Spiralen 53, 55, 77 und 79 kohärent. Die
Spiralen 53 und 55 arbeiten zusammen, um ein Michelson-Interferometer mit
der Wellenlänge λ1 zu
erzeugen, während die
Spulen 77 und 79 auf ähnliche Weise zusammenarbeiten,
um ein Michelson-Interferometer mit der Wellenlänge λ2 zu
erzeugen. Das Lichtleiterkabel 118 leitet die kombinierten
optischen Signale zu dem Wellenlängenmultiplexer 139,
der die Wellenlängen λ1 und λ2 trennt,
die sich zu den Detektoren 127 bzw. 128 ausbreiten.
Die elektrischen Ausgangssignale von den Detektoren 127 und 128 werden
dann in den Demodulatoren 129 und 134 demoduliert.
Die resultierenden demodulierten Signale können später nach Bedarf kombiniert
werden.
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8 zeigt
eine dritte optische Architektur 138, in welcher der Verschiebungssensor
mit einem Michelson-Interferometer 140 und der Beschleunigungsmesser
gleichfalls als Michelson-Interferometer 141 konfiguriert
ist. Beide Interferometer sind im gleichen Gehäuse gekapselt, ähnlich wie
in 1 dargestellt. Zwischen einem optischen 2 × 2-Koppler 150 und
Lichtleiterkabeln 111 und 117 von Spiralen 53 bzw. 55 sind
Lichtleiterkabel 142 bzw. 144 angeschlossen. Ein
weiteres Paar von Lichtleiterkabeln 152 und 154 sind
zwischen dem optischen Koppler 150 und einer optischen
Signalquelle 156 sowie einem Detektor 158 angeschlossen.
Die übrigen
Lichtleiterkabel 146 und 148, die von Spiralen 53 und 55 herkommen,
sind mit den Spiegeln 98 bzw. 100 verbunden. Ebenso
sind zwischen einem optischen 2 × 2-Koppler 164 und
Lichtleiterkabeln 106 und 108 von Spiralen 77 bzw. 79 Lichtleiterkabel 160 bzw. 162 angeschlossen.
Zwischen dem optischen Koppler 164 und einer optischen
Signalquelle 170 bzw. einem Detektor 172 sind
Lichtleiterkabel 166 bzw. 168 angeschlossen. Die übrigen Lichtleiterkabel 76 und 78,
die von den Spiralen 77 und 79 herkommen, sind
mit den Spiegeln 104 bzw. 102 verbunden. Die optischen
Signalquellen 156 und 170 können eine Signalquelle mit
einem hinzugefügten
1 × 2-Koppler
sein, um das Licht für
jeden Sensor zu trennen. In der vorliegenden Ausführungsform
werden Beschleunigungs- und Verschiebungssignale im Anschluß an die
Umwandlung von optischen in elektrische Signale in der Elektronik
durch die Detektoren 158 und 172 kombiniert.
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Jede
der in den 6–8 dargestellten Ausführungsformen
könnte
anstelle einer Michelson-Interferometerkonfiguration
eine Mach-Zehnder-Interferometerkonfiguration aufweisen. Wie beispielsweise
aus 9 erkennbar, enthält ein Mach-Zehnder-Interferometer 173 einen
optischen Koppler 175, der nahe den Enden der Lichtleiter 76 und 78 angeordnet
ist, um durchlaufendes Licht zu koppeln und kohärent zu rekombinieren. Der
Koppler 112 koppelt einen Teil des Quellenlichts in den
Lichtleiter 110 ein, so daß ein erster Teil des Quellenlichts die
Spiralen 53 und 79 passiert und ein zweiter Teil des Quellenlichts
durch den Lichtleiter 114 zu den Spiralen 55 und 77 gelangt,
bevor er den Koppler 175 erreicht. Der Koppler 175 führt eine
kohärente
Addition der optischen Phasenverschiebungen aus, die sich auf den
beiden Lichtwegen als Ergebnis eines einfallenden akustischen Signals
entwickelt haben, um ein Interferenzmuster zu erzeugen. Ein Detektor 177 empfängt das
optische Ausgangssignal des Kopplers 175 und erzeugt elektrische
Signale, die den optischen Phasenunterschieden zwischen Lichtwellen
proportional sind, welche die beiden Lichtwege durchlaufen haben.
Jedesmal, wenn zwei Koppler in dem Gehäuse 22 verwendet werden
sollen, wird die Bohrung 89 in der Grundplatte 24 durch
zwei parallele Bohrungen ersetzt, wobei für jeden Koppler 112 und 175 eine
Bohrung vorgesehen ist. Der Einfachheit halber sind Lichtleiterkabel
von benachbarten Komponenten in 7 kombiniert
worden, und Lichtleiterspleiße
sind weggelassen worden.
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In
den 3 und 4 sind weitere Merkmale der
Erfindung dargestellt. 3 zeigt einen im allgemeinen
L-förmigen
Vorsprung 174, der von der Grundplatte 24 in der
Nähe der
Innenseite der Nut 84 ausgeht. Der Vorsprung 174 kann
benutzt werden, um Längenabschnitte
von Lichtleitern, wie etwa den Lichtleiterkabeln (beispielsweise 116)
in gewählten Positionen
innerhalb des Gehäuses 22 festzuhalten und
kann durchgehend oder entlang dem Umfang segmentiert sein.
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4 zeigt
ein Gelenk 176, das in der Biegescheibe 40 enthalten
sein kann. Das Gelenk 176 ist ein Abschnitt von geringerer
Dicke nahe der Außenkante 178 der
Biegescheibe 40. Das Gelenk 176 erhöht die Nachgiebigkeit
bzw. Komplianz der Biegescheibe 40, so daß bei einer
Bewegung des Sensorsystems entlang der durch den Bolzen 38 definierten Achse
die durch das Gelenk 176 bereitgestellte zusätzliche
Entkopplung zuläßt, das
die Außenkante 178 der
Biegescheibe 40 und der Trägheitsring 58 nahezu
unbeweglich bleiben. Dadurch wird die Bewegung des Mittelabschnitts
der Biegescheibe bezüglich
der Amplitude der auftreffenden Schallwellen erhöht, wodurch die Empfindlichkeit
des Sensors maximiert wird.
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11(a) zeigt den Phasengang des Verschiebungssensors
allein bei einer Eingangsbewegung entlang der Achse des Bolzens 38. 11(b) zeigt den Phasengang des Beschleunigungssensors allein
bei der gleichen Bewegung. 11(c) zeigt den
kombinierten Phasengang des Sensorsystems bei der Eingangsbewegung.
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11(d) zeigt graphisch eine vergrößerte Darstellung
des Phasengangs des akustischen Sensorsystems 20 in der
Nähe des Überkreuzungsbereichs
bei –180°. Der Phasengang
des Verbundsensors 20 ist zwischen 2000 Hz und 7000 Hz
nahezu eben. Die Phasenänderung
in diesem Bereich beträgt
nur etwa 10°.
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12 zeigt
eine graphische Darstellung der Schallempfindlichkeit des akustischen
Sensorsystems 20, das heißt, das optische Ausgangssignal (proportional
zu der zusammengesetzten optischen Phasendifferenz zwischen den
beiden Interferometerarmen), dividiert durch die Eingangsbewegung
als Funktion der Frequenz.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Probleme der früheren
Sensoren durch Ausnutzung der Vorteile jedes Sensors innerhalb eines
einzigen Sensorsystems in einem einzigen Gehäuse. Die Biegescheibe 68 und
ihre Lichtleiterspiralen 77 und 79 haben eine
gemeinsame hohe Eigenfrequenz und sind unterhalb ihrer Resonanzfrequenz
empfindlich gegen Beschleunigung in Längsrichtung des Bolzens 28.
In diesem Frequenzbereich bleibt bei einer axialen Bewegung des
Gehäuses 22 der
Rand der Scheibe 68 wegen seiner trägen Masse zurück. Die
resultierende Bewegungsverzögerung
bewirkt, daß sich die
Scheibe 68 durchbiegt, verursacht eine Dehnung/Kompression
der Lichtleiterspiralen 77 und 79 gegeneinander
und ändert
die Lichtweglänge
jeder Spirale. Als Teil eines Interferometers übertragen die Lichtleiterspiralen 77 und 79 eine
optische Phasenänderung
in den Lichtwellen, die sich durch jede Spirale ausbreiten (eine
in jedem Schenkel des Interferometers), und erzeugen eine beschleunigungsabhängige Intensitätsänderung
am Koppler 112.
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Ebenso
weist die Biegescheibe 40 aufgrund einer sehr nachgiebigen
Biegescheibe und einer am Rand montierten, relativ schweren trägen Masse eine
sehr niedrige Eigenfrequenz auf. Diese Konfiguration ist so ausgelegt,
daß sie
oberhalb ihrer Resonanz in ihren Spiralen 53 und 55 Änderungen
der optischen Phasenverschiebungen verursacht, die sich am Koppler 112 als
verschiebungsabhängige
Intensitätsänderungen
zeigen. Zur Anpassung der Sensorempfindlichkeit in der Nähe von Resonanzen
kann nötigenfalls
mechanische Dämpfung
benutzt werden.
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Die
Quelle und die elektrooptische Detektionseinrichtung sind am entgegengesetzten
Ende des Kopplers 112 angeschlossen. Zwischen dem Sensor 20 und
der Quelle/elektrooptischen Detektionseinrichtung kann ein Telemetriesystem
(nicht dargestellt) zum Zweck der Fernmessung und des Multiplexbetriebs
vieler Sensoren an wenigen Lichtleiterbündeln eingefügt werden.
In der Demodulationselektronik kann ein Linearisierungsfilter (nicht
dargestellt) verwendet werden, um Schwankungen der Sensorempfindlichkeit
in Abhängigkeit
von der Frequenz zu kompensieren.
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Durch
Zusammenfassen des Verschiebungssensors 21 und des Beschleunigungssensors 23 zu
einem einzigen Baustein mit einem einzigen oder einem paarweise
angeordneten Michelson-Interferometer entsteht ein Teilchenbewegungssensor 20 mit
einem hohen Verstärkungs-Bandbreite-Produkt.
Der Sensor 20 eignet sich für Anwendungen wie z. B. planare
marine Sensorarrays, marine Linienarrays, landseismische Arrays
usw. Wegen der erheblich gelockerten Bandbreiteanforderungen an beide
Teilsensoren 21 und 23 kann dieser Verbundsensor 20 möglicherweise
eine hohe Empfindlichkeit bei sehr großer Bandbreite liefern, mit
dem Potential für
geringe Größe und Kosteneinsparungen
gegenüber
dem Stand der Technik.
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13 zeigt
eine Schnittansicht einer alternativen, am Rand unterstützten Ausführungsform
eines Michelson-interferometrischen akustischen Sensorsystems 184,
das einen Verschiebungssensor 186 und einen Beschleunigungssensor 187 aufweist, bei
dem die Außenkanten
eines Paares von Biegescheiben 189 und 190 direkt
an einem Gehäuse 191 montiert
sind. Ein Paar Lichtleiterwicklungen 192 und 193 sind
auf die gleiche Weise mit der Biegescheibe 189 verbunden,
wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Auf ähnliche
Weise sind ein Paar Lichtleiterspulen 194 und 195 mit
der Biegescheibe 190 verbunden.
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Die
Biegescheibe 189 des Verschiebungssensors ist mit einem
inneren Gelenk 340 und einem äußeren Gelenk 342 konstruiert,
deren Konstruktion den in 1 und 4 dargestellten
Gelenken 176 und 51 ähnlich ist und deren Funktion
mit der oben beschriebenen identisch ist. Entsprechend weist die Biegescheibe 190 des
Beschleunigungsmessers effektiv ein ähnliches Gelenk 344 auf,
das durch den Zwischenraum zwischen den Spiralen 194 und 195 und
den Gehäusewänden 242 bzw.
dem Abstandsring 210 gebildet wird. Die Funktion des Gelenks 344 ist
identisch mit der des in 1 dargestellten Gelenks 75,
wie oben beschrieben.
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Das
Gehäuse 191 weist
ein unteres Gehäuse 206,
ein oberes Gehäuse 208 und
einen Gehäuseabstandsring 210 auf.
Das untere Gehäuse 206 und
das obere Gehäuse 208 haben
vorzugsweise nahezu identische Formen. Daher sind im oberen Gehäuse 208,
falls nicht anders angegeben, Strukturmerkmale vorhanden, die denen
entsprechen, die in bezog auf das untere Gehäuse 206 beschrieben werden.
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Das
untere Gehäuse 206 besteht
allgemein aus einem Zylinder mit einem geschlossenen Ende 212 und
einem offenen Ende 214. Vom Mittelpunkt des geschlossenen
Endes 212 geht eine Mittelstütze 216 aus. Ein Ende 218 der
Mittelstütze 216 weist
eine zentrale zylinderförmige
Aussparung 220 auf.
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Das
obere Gehäuse 208 hat
ein geschlossenes Ende 224 und ein offenes Ende 226.
Von dem geschlossenen Ende 224 geht eine Mittelstütze 228 aus.
Ein Ende 230 der Mittelstütze 228 weist eine zentrale
Aussparung 232 auf, die beim Zusammenbau des Sensors 184 axial
auf die Aussparung 220 ausgerichtet wird.
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Beim
Zusammenbau des Sensors 184 werden die Mittelstützen 216 und 228 mit
einem in Preßpassung
in die Aussparungen eingreifenden Paßstift 234 endweise
aneinandergefügt.
Außerdem
wird ein Klebstoff verwendet, wie z. B. Epoxidharz, um die Stirnflächen 218 und 230 aneinander
zu befestigen.
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Die
Längen
der Mittelstützen 216 und 228 sind
größer als
die Längen
der zylinderförmigen
Seiten 240 und 242 des unteren und des oberen
Gehäuses 206 bzw. 208.
Der zylinderförmige
Gehäuseabstandsring 210 füllt den
Zwischenraum zwischen den Enden 214 und 226 des
unteren und des oberen Gehäuses 206 bzw. 208.
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Wie
aus den 13 und 14 erkennbar, sind
mehrere nach innen gerichtete Lichtleiterhaltefinger 244–251 vorzugsweise
in Winkelabständen von
45° rund
um die Innenfläche 243 des
unteren Gehäuses 206 verteilt.
Diese Finger 244–251 dienen
zur Befestigung und zum Fixieren von Lichtleitern, die innerhalb
des Gehäuses 206 verlegt
sind.
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Das
untere Gehäuse
weist außerdem
vorzugsweise in einem geringen Abstand oberhalb des Fingers 248,
wie in 13 dargestellt, eine Lichtleiteraustrittsbohrung 254 auf.
Ein Paar Lichtleiter 256 und 257 gehen durch die
Austrittsbohrung 254 hindurch. Die Austrittsbohrung 254 kann
beim Zusammenbau mit Klebstoff gefüllt werden, um eine Fluidabdichtung
zu bilden.
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Wie
aus den 13–17 erkennbar, weist
das offene Ende 214 des unteren Gehäuses 206 vorzugsweise
einen verlängerten
Außenrand 262 auf.
Das Gehäusedistanzstück 210 weist
einen verlängerten
Außenrand 264 an
seiner Unterkante 265 und einen verlängerten Außenrand 266 an seiner Oberkante 267 auf.
Beim Zusammenbau des Sensors 184 erstreckt sich ein Randabschnitt 268 der Biegescheibe 189 zwischen
einem Abschnitt des oberen Endes 214 des unteren Gehäuses 206 und einem
Abschnitt des unteren Endes des Distanzstücks 210. Die Außenkante
der Biegescheibe 189 stößt vorzugsweise
an die Innenkanten der verlängerten
Außenränder 264 und 266 an.
Um den Randabschnitt 268 der Biegescheibe 189 mit
dem oberen Ende 214 des unteren Gehäuses 206 und dem unterem
Ende 265 des Distanzstücks 210 zu verbinden,
wird vorzugsweise ein geeigneter Klebstoff benutzt, wie z. B. Epoxidharz.
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Das
obere Gehäuse 208 weist
an seinem unteren Ende 272 einen verlängerten Rand 270 auf. Beim
Zusammenbau des Sensors 184 erstreckt sich ein Abschnitt 274 an
der Außenkante
der Biegescheibe 190 zwischen einem Abschnitt des unteren
Endes 272 des oberen Gehäuses 208 und einem
Abschnitt des oberen Endes des Distanzstücks 210. Die Außenkante 276 der
Biegescheibe 190 stößt vorzugsweise
an die verlängerten
Ränder 266 und 270 an, und
auf die gleiche Weise wie oben beschrieben wird zum Verbinden der
Ränder
ein Klebstoff benutzt.
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Wie
aus den 13 und 18 erkennbar, ist
an der Innenkante der Biegescheibe 189 eine im allgemeinen
zylinderförmige
seismische Masse oder ein Trägheitsring 280 montiert.
Die seismische Masse 280 kann so geformt sein, daß sie dem
oben geschriebenen Trägheitsring 58 ähnlich ist,
und besteht vorzugsweise aus einem Paar oberer und unterer Ringe 282 bzw. 284.
Die oberen und unteren Ringe weisen an ihren Endkanten 287 und 288 kreisförmige Kerben 285 und 286 auf.
Beim Zusammenbau der Biegescheibe 189 und der seismischen
Masse 280 werden die Kontaktflächen an der Innenkante 290 der
Biegescheibe 189 und die Kerben 285 und 286 der
seismischen Masse mit einem geeigneten Klebstoff vorbeschichtet,
wie z. B. Epoxidharz. Die gekerbten Oberflächen 285 und 286 werden
dann auf den Innenrandabschnitt 290 der Biegescheibe 189 gedrückt und
festgehalten, bis der Klebstoff vollständig aushärtet.
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Ein
Paar Lichtleiter 300 und 302 werden zur Ausbildung
der Spiralen 193 und 192 auf der Biegescheibe 189 auf
die anhand der 1 und 2 beschriebene
Weise benutzt, um den Verschiebungssensor 186 auszubilden.
Ein Abschnitt des Lichtleiters 300 geht durch einen Durchführungsschlitz 298 hindurch,
um die obere Spirale 193 anzuschließen. Ein zweites Paar Lichtleiter 308 und 310 werden
zur Ausbildung der Spiralen 194 und 195 auf der
Biegescheibe 190 verwendet, um den Beschleunigungssensor 187 zu
bilden. Ein Abschnitt des Lichtleiters 308 wird durch die
Mitte der seismischen Masse 280 geführt und über einen Spleiß 312 mit
einem Ende des Lichtleiters 302 verbunden. Entsprechend
wird ein Abschnitt des Lichtleiters 310 über einen
Spleiß 313 an
einen Abschnitt des Lichtleiters 300 angeschlossen. An
einem Ende 316 des Lichtleiters 308 wird ein Spiegel 314 ausgebildet,
und an einem Ende 320 des Lichtleiters 310 wird
ein Spiegel 318 ausgebildet.
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Im
Gehäuse 191 wird
ein 2 × 2-Lichtleiterkoppler 330 montiert,
wie in den 13 und 14 dargestellt,
vorzugsweise in der Nähe
der Seitenwand 243 des unteren Gehäuses 206. Von dem Koppler 330 gehen
Lichtleiterkabel 332-335 aus. Die Kabel 332 und 333 werden
durch Spleiße 336 bzw. 337 mit
den Lichtleitern 256 bzw. 257 verbunden. Die Kabel 334 bzw. 335 werden
durch Spleiße 338 bzw. 339 mit
den Lichtleitern 300 bzw. 302 verbunden.
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Die
hierin offenbarten Strukturen und Verfahren veranschaulichen die
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung kann in
anderen konkreten Formen verwirklicht werden, ohne von ihren Grundgedanken
oder wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen
sind in jeder Hinsicht als beispielhaft und erläuternd anzusehen, und nicht
als einschränkend. Daher
definieren die beigefügten
Ansprüche
und nicht die vorstehende Beschreibung den Umfang der Erfindung.