DE68909320T2

DE68909320T2 - Interferometrischer Sensor und seine Anwendung in einer interferometrischen Vorrichtung.

Info

Publication number: DE68909320T2
Application number: DE68909320T
Authority: DE
Inventors: Xavier Desforges; Philippe Jouve; Jacques Pouleau; Francois-Marie Robert
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-06-03
Also published as: EP0347277A1; NO892249L; NO892249D0; JP2716207B2; CA1335418C; ATE94983T1; FR2632404B1; ES2046502T3; OA09049A; NO307584B1; FR2632404A1; EP0347277B1; DE68909320D1; JPH0231113A; US5032026A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen doppelten entweder seriell oder parallel angeordneten interfometrischen Sensor sowie seine Anwendung in einer interferometrischen Meßvorrichtung zur Bestimmung an einen oder mehrere Meßpunkten von einer oder mehreren physikalischen Größen, wie Druck oder Temperatur, welche Größen mit Hilfe dieser interferometrischen Sensoren in zwei Wellenzüge aufgrund unterschiedlicher Wellenstrecken umwandelbar sind.
Das französische Patent FR 2 595 820 beschreibt eine interferometrische Meßvorrichtung, welche mit mehreren interferometrischen Sensoren versehen sein kann, die in multiplexer Anordnung entweder in Serie oder parallel angeordnet sind, um auf diese Weise physikalische Parameter zu messen, bei welchen die Meßbedingungen von einem Meßpunkt zum anderen unterschiedlich sein können.
Die industriellen Bedürfnisse in Bezug auf optische Sensoren sind sehr groß. Durch die Verfügbarkeit von optischen Lichtleitern können ferner Lichtbündel über große Strecken geleitet werden. Auf diese Weise können optisch Sensoren geschaffen werden, welche eine bestimmte Anzahl von Anforderungen auf dem Erdölsektor erfüllen. Derartige Sensoren erlauben dabei eine Messung über große Entfernungen hinweg, mit hoher Zuverlässigkeit, geringem Volumen, Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen und Möglichkeit einer Multiplexierung.
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, einen Sensor zu schaffen, mit welchem sehr genaue Messungen durchführbar sind.
Diese Aufgabe wird dadurch erreicht daß, zwei Interferometer in einem luftdichten Vakuumgehäuse (116) vorgesehen sind, von denen das erste Interferometer eine der Gehäuseseiten bildet und zur Bildung eines Signals für zwei physische Parameter dient, während das zweite Interferometer sich in dem luftdichten Vakuumgehäuse befindet und zur Bildung eines Signals für einen einzigen physischen Parameter dient.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen doppelten interferometrischen Sensor zu schaffen, bei welchem die kannelierten Spektren, welche den Veränderungen der Temperatur und des Druckes entsprechen, sich addieren.
Entsprechend einer ersten Variante wird diese zweite Aufgabe dadurch gelöst, daß es parallel, homogen und vom Typ Fabry-Perrot ist, daß die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und dabei zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, welche von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, eine verformbare Membran besitzt, deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber einer ersten Glasplatte mit parallelen Flächen verändert wird, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls (B) liegt, so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt, und daß die Kollimatorlinse die beiden Lichtbündel auf einem Lichtwellenleiter fokussiert, wobei die beiden Lichtbündel unterschiedlich verlaufen, indem jedes Lichtbündel ein geriffeltes Spektrum erzeugt, das sich zum Lichtwellenleiter hin rekornbiniert und additioniert.
Eine zweite Variante kann mit Hilfe eines gemischten doppelten Parallelsensors gebildet werden.
Entsprechend dieser zweiten Variante wird die zweite Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es kombiniert parallel, birefringent und vom Typ Fabry-Perrot ist, daß die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und dabei zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, welche von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, eine verformbare Membran besitzt, deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber einer ersten Glasplatte mit parallelen Flächen verändert wird, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls (B) liegt, von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, deren Birefrigenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt, wodurch ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, welches durch die Kollimatorlinse zum zentralen Lichtwellenleiter hin rekombiniert und additioniert wird.
Entsprechend einer dritten Variante der zweiten Aufgabe der Erfindung kann der doppelte Sensor als genischter Parallelsensor dadurch erstellt werden, indem ein auf Druck ansprechendes birefringentes Interferometer und ein auf die Temperatur ansprechendes Interferometer vom Type Fabry- Perrot zum Einsatz gelangen.
Entsprechend dieser dritten Variante kann die zweite Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst werden, daß es kombiniert parallel, birefringent und vom Typ Fabry-Perrot ist und daß die beiden parallel angeordneten Interferometer zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, welche von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist und dessen Birefringenz in Abhängigkeit vom Druck schwankt, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls (B) liegt, so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt.
Entsprechend einer vierten Variante der zweiten Aufgabe der Erfindung kann der doppelte Sensor ein homogener Parallelsensor sein, indem zwei birefringente Interferometer zum Einsatz gelangen.
Gemäß dieser vierten Variante wird die zweite Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es homogen parallel und birefrigent ist, daß die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, welche von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, und dessen Birefringenz hauptsächlich in Anhängigkeit vom Druck schwankt, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls (B) liegt, von einem zweiten Polarisator und einer zweiten birefringenten Glasplatte gebildet ist, deren Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt, wodurch ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, welches durch die Kollimatorlinse mit dem geriffelten Spektrum des zentralen Lichtbündels rekombiniert und additioniert wird.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines doppelten interferometrischen Sensors, bei welchem die durch Druck- und Temperaturveränderungen gebildeten kanalisierten Spektren vielfach geschaltet sind.
Entsprechend einer ersten Variante wird diese dritte Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es homogen, in Reihe angeordnet und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und dabei ein einziges Lichtbündel verwenden, welches von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse (211) liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl verwendet, eine verformbare Membran (215) besitzt, deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber der ersten Glasplatte (23) mit parallelen Flächen so verändert wird, daß ein unterschiedlicher charakteristischer Lichtweg je nach Lage der Membran erzeugt und ein geriffeltes Spektrum der Lichtquelle gebiläet wird, während das zweite Interferometer, welches auf dem äußeren Lichtbündel liegt, von einem Polarisator (27) und einer birefringenten Glasplatte (26) gebildet ist, deren Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt, wodurch nach zweimaligem Durchlaufen des Lichtbündels hin und zurück durch den unterschiedlichen Lichtweg ein geriffeltes Spektrum entsteht, welches das Produkt der geriffelten Spektren der beiden Interferometer ist und über die Kollimatorlinse (211) auf den Lichtwellenleiter (213) fokussiert wird.
Gemäß einer zweiten Variante der dritten Aufgabe der Erfindung wird das Ausgangssignal des doppelten Sensors in serieller Weise gemischt, indem zwei Interferometer des Typs Fabry-Perrot zum Einsatz gelangen.
Gemäß dieser zweiten Variante wird die dritte Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es kombiniert, in Reihe angeordnet, vom Typ Fabry-Perrot und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und ein einziges Lichtbündel verwenden, welches von einem optischen Filter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, welches einen zentralen Lichtstrahl verwendet, eine verformbare Membran besitzt, deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber der ersten Glasplatte mit parallelen Flächen so verändert wird, daß ein unterschiedlicher charakteristischer Lichtweg je nach Lage der Membran erzeugt und ein geriffeltes Spektrum der Lichtquelle gebildet wird, während das zweite Interferometer, bei welchem der Abstand zwischen den Flächen der beiden Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt, das dabei entstehende geriffelte Spektrum verwendet, welches durch die Kollimatorlinse auf einen Lichtwellenleiter fokussiert wird.
Entsprechend einer dritten Variante kann ein serieller doppelter Sensor durch Zusammenschaltung eines auf Druck ansprechenden birefringenten Interferometers und eines Interferometers des Typs Fabry-Perrot erhalten werden.
Gemäß dieser dritten Variante wird die dritte Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es kombiniert, in Reihe angeordnet, vom Typ Fabry-Perrot und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und ein einziges Lichtbündel verwenden, welches von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, deren Birefringenz hauptsächlich in Abhängigkeit vom Druck schwankt, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls liegt, so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt.
Gemäß einer vierten Variante kann ein serieller homogener Doppelsensor durch eine serielle Zusammenschaltung von zwei birefringenten Interferometern geschaffen werden.
Gemäß dieser vierten Variante wird die dritte Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß es homogen, in Reihe angeordnet und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und dabei ein einziges Lichtbündel verwenden, welches von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, deren Birefringenz hauptsächlich in Abhängigkeit vom Druck schwankt, während das zweite Interferometer, welches im Bereich des äußeren Lichtstrahls liegt, von einem zweiten Polarisator und einer zweiten birefringenten Glasplatte gebildet ist, deren Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt, wobei ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, das durch die Kollimatorlinse auf dem Lichtwellenleiter fokussiert wird.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Anwendung eines derartigen Sensors innerhalb einer interferometrischen Vorrichtung.
Bei einer bekannten Vorrichtung wird das von einer Lichtquelle erzeugte Lichtbündel über eine Glasfaser bis zu einem ersten Interferometer mit zwei Wellenzügen geleitet, welches beispielsweise entsprechend dem Michelson-Prinzip arbeitet. Das einfallende Lichtbündel wird durch einen Lichtteiler geteilt, welcher durch eine halbdurchlässige Glasscheibe gebildet wird. Auf diese Weise werden zwei Unterlichtbündel gebildet, von welchem das eine an einem starren Spiegel reflektiert wird, während das andere an einem positionsmäßig verstellbaren beweglichen Spiegel zur Reflexion gelangt. Die beiden Unterlichtbündel werden nach ihrer Reflexion in der Höhe des Lichtteilers zusammengeführt und zur Interferenz gebracht, um auf diese Weise ein gemeinsames Lichtbündel zu bilden, das ein Spektrum aufweist, bei welchem innerhalb eines vorgegebenen Spektralbandes eine bestimmte Anzahl von Riffelungen auftreten. Die Position dieser Riffelungen hängt dabei von der Differenz DC der optischen Wege ab, die von den Unterlichtbündeln entsprechend den beiden Spiegeln durchlaufen werden. Dieser Unterschied ist dabei eine Funktion der Position des beweglichen Spiegels. Das Gesamtlichtbündel wird über einen op.tischen Leiter bis zu einem zweiten Interferometer geleitet, welches die Rolle eines Meßinterferometers spielt. Das Meßinterferometer umfaßt ebenfalls zwei Spiegel, von welchem der eine in Bezug auf den anderen beweglich ist. Fernerhin ist ein Lichtteiler vorgesehen, welcher durch eine halbdurchlässige Glasscheibe gebildet wird. Mit Hilfe derselben wird das Licht in zwei Unterlichtbündel aufgeteilt. Diese Lichtunterbündel werden in Richtung der beiden Spiegel geleitet, auf welchem eine Reflexion erfolgt. In der Folge werden diesen Unterlichtbündel in der Höhe des Lichtteilers erneut zusammengeführt.
Die Lichtintensität des Ausgangslichtstrahles des Meßinterferometers nach dem Zusammenleiten der beiden Unterlichtbündel ergibt die Größe der Korrelation zwischen den optischen Signalen des Sensorinterferometers und Meßinterferometers. Bei dem Meßinterferometer wird der bewegliche Spiegel so lange mechanisch versetzt, bis eine Maximalintensität des Ausgangslichtflusses erreicht ist. Dieses Maximum belegt die Gleichheit der beiden Differenzen der optischen Wege der beiden Interferometer. Mit Hilfe der Position des beweglichen Spiegels des Meßinterferometer bei Maximalausschlag kann demzufolge die Differenz des optischen Weges dem Sensorinterferometers festgelegt werden.
Das US-Patent 4 596 466 beschreibt im wesentlichen eine derartige Ausführung. Anhand desselben kann die Möglichkeit des Ersatzes der Michelson-Interferometer durch Interferometer des Typs Fabry-Perrot entnommen werden. Letzteres Interferometer besitzt dabei zwei parallele halbdurchlässige Spiegel, welche zwischen zwei Linsen an den Enden von zwei optischen Lichtleitern angeordnet sind.
Bei den bekannten Anordnungen, welche ein derartiges Meßinterferometer verwenden, existieren zwei Arten von Systemen, mit welchen der bewegliche Spiegel versetzt und seine Verschiebung bestimmt werden kann. Bei der ersten Art von Systemen ist die Verschiebung bekannt, weil der bewegliche Spiegel des Meßinterferometers entlang einer mit Kugeln oder gekreuzten Kugeln versehenen Gleitschiene mechanisch bewegt wird. Abgesehen von sich ergebenden Platzproblemen ergeben sich dabei Reibungsprobleme sowie Probleme aufgrund von mechanischem Spiel, was zur Folge hat, daß eine Genauigkeit von weniger als 0,1 u schlecht zu erreichen ist. Für sehr kleine Spiegelbewegungen mit einer Gesamtamplitude von beispielsweise 10 u und einem großen dynamischen Bereich von beispielsweise 10³ Punkten ist es jedoch erforderlich, daß die Meßgenauigkeit in Bezug auf die Position des Interferometerspiegels kleiner als 10&supmin;² u ist.
Bei der zweiten Art von Systemen ist die Verschiebung unbekannt. Dieselbe wird jedoch innerhalb des Meßinterferometers durch Laser-Interferometrie bestimmt, wobei das Meßinterferometer identisch wie das Sensorinterferometer ausgebildet ist. Die Meßgenauigkeit der Verschiebung ist dabei eine Funktion der spektralen Eigenschaften des Lasers und kann dabei wesentlich kleiner als 0,1 u sein. In diesem Fall ist jedoch die Position der Interferenzstreifen nur in relativer Weise bekannt. Bei der Messung ist demzufolge eine kontinuierliche Uberwachung erforderlich, welche aus der Spiegelposition mit einer optischen Differenz "O" bis zur der gewünschten Verschiebung ohne Unterbrechung erfolgt.
Bei anderen bekannten Anordnungen erfolgt die Festlegung einer Veränderung der Differenz der optischen Wege DC des Sensorinterferometers nicht mit Hilfe eines Meßinterferometers, sondern durch Spektralanalyse des von dem Sensorinterferometers abgegebenen Lichtflusses, wobei eine Fourier-Transformation vorgenommen wird. Eine derartige Spektralanalyse erlaubt die Bestimmung der Frequenz der Interferenzstreifen und deren Phase, so daß auf diese Weise der Absolutwert DC bestimmt werden kann. Dieses Verfahren erfordert jedoch spektrophotometrische Gerätschaf ten, um auf diese Weise eine Analyse des kanalisierten Spektrums vornehmen zu können. Diese Gerätschaften umfassen beispielsweise einen Netzmonochromator, eine Diodenstrecke sowie eine Rechnerlogik, bei welcher die Algorithmen zwar bekannt, jedoch für die Durchführung der Fourier-Transformation schwer durchzuführen sind. Darüber hinaus läßt sich auf diese Weise keine ausreichende Genauigkeit erreichen, und zwar aufgrund der Signaldämpfung, welche bei große Lichtleiterstrecken von beispielsweise 6 km hin und zurück in Verbindung mit Erdölbohrungen auftreten. Die Genauigkeit derartiger Vorrichtungen, welche Werte in der Größenordnung von 10&supmin;³ u erreichen kann, ist dabei eine Funktion der verwendeten Signalproben des Spektrums und demzufolge der Auflösung des spektralen Photometers.
Durch Beibehaltung des Analysenprinzips mit Hilfe eines Meßinterferometers kann die Erfindung die Vorteile der bekannten Meßanordnungen beibehalten, während gleichzeitig gewisse Nachteile, insbesondere Platz- und Genauigkeitsprobleme, vermieden werden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung vermeidet insbesondere die Verwendung von beweglichen Elementen, welche schwierig einzustellen sind, während gleichzeitig keine großen Elemente vorhanden sind, welche nur schwer zu bewegen sind, was eine entsprechende Zunahme der für die Durchführung der Messung erforderlichen Zeit bedingt. Auf diese Weise werden fernerhin die Gefahren einer Fehlfunktion sowie die Probleme der Bestimmung der Referenzgrößen eliminiert, welche bei den bekannten Gerätschaften mit einer interferometrischen Analyse auftraten. Fernerhin kann auf diese Weise das Auftreten von mechanischer Reibung vermieden werden, welche eine Begrenzung der Genauigkeit darstellt.
Die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Meßvorrichtung ist einfach und robust, hat einen geringen Platzbedarf und ergibt keine Schwierigkeiten bei der Meßreproduktbilität. Zusätzlich erlaubt die betreffende Vorrichtung die Durchführung einer raschen und zuverlässigen Analyse mit einer Genauigkeit, welche gleich den kanalisierten Spektren ist, die durch Vermischung von Lichtbündeln mit unterschiedlichen Lichtwegen Dc1 und Dc2 gebildet werden. Die Genauigkeit entspricht fernerhin der Analyse von mehreren Spektren, welche von unterschiedlichen Sensorinterferometern abgegeben werden, die Unterschiede der benachbarten optischen Wege besitzen, jedoch sequentiell analysiert werden. Die betreffende Vorrichtung erlaubt demzufolge die Analyse von Informationen, welche von Anordnungen von interferometrischen Sensoren abgegeben werden, die durch Unterschiede von unterschiedlichen optischen Wegen Dc charakterisiert sind. Jede dieser optischen Wege übermittelt unterschiedliche physikalische Größen oder nicht. Die vorgeschlagene Anordnung erlaubt die Durchführung einer Absolutmessung von Unterschieden der optischen Pfade Dc im Bereich des Meßinterferometers.
Diese vierte Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das optische Interferenzmeßgerät zur Messung vielfältiger physikalischer Größen, die zu Schwankungen der Lichtwege führen, aus folgenden Einheiten besteht:
- Einer Sendevorrichtung (a) mit mindestens einer Strahlenquelle mit breitem Spektralband,
- einem Detektor (c) aus mindestens einem kombinierten oder homogenen Interferenzmeßgerät mit zwei in Reihe oder parallel angeordneten Interferometern (5, 6) nach Patentanspruch 2 bis 9, wodurch ein zusammengesetztes geriffeltes Spektrum aus den unterschiedlichen Lichtwegen Dc1, Dc2 der beiden Interferometer gebildet wird,
- einer Anzahl Lichtwellenleiter (b) zur Übertragung des Lichtstroms von der Lichtquelle (a) zur Detektoreinheit
(c) sowie des von dieser reflektierten Lichtstroms,
- einer Auswertevorrichtung (d) zum Auswerten der vom Lichtstrom von der Detektoreinheit übertragenen Informationen und Erstellen von repräsentativen Werten für die gemessene physikalischen Größen,
wobei die Auswertevorrichtung aus folgenden Teilen besteht:
- einem Meßinterferometer für zwei Wellenarten mit einem Eintrittskollimator (109), der vom Ende des Lichtwellenleiters (z) bestrahlt wird,
- einem Bezugssignal M1 (169), an welchem ein Teil des von dem aus zwei Interferometern bestehenden Interferenzmeßgerät gelieferten und durch den Kollimator fokussierten Lichtflusses reflektiert wird,
- einem zweiten Spiegel M2 (129), an welchem der andere Teil des wie o.a. gelieferten und durch den Kollimator fokussierten Lichtflusses reflektiert wird, sowie
- Mitteln zum Interferieren der beiden an den Spiegeln M1 und M2 reflektierten Lichtflüsse und deren Zusammenhang zu einem gemeinsamen Lichtfluß am Austritt,
- einem photoelektrischen Detektor (149) zur Messung der Intensität des aus dem Meßinterferometer kommenden Lichtflusses und Angeben eines repräsentativen Wertes für die Intensität sowie
- einer Signalaufbereitungseinheit (e) für das vom photo- elektrischen Detektor gelieferten repräsentativen Wertes für die physikalischen Größen.
Diese Meßvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel M2 des Meßinterferometers auf einem piezoelektrischen Mikropositionier- und -meßgerät (159) befestigt ist, um die Stellung des Spiegels M2 fein verändern und die entsprechende Verlagerung genau messen zu können, und daß die Signalaufbereitungseinheit nicht nur an den photoelektrischen Detektor, sondern auch an das piezoelektrische Mikropositionier- und -meßgerät angeschlossen ist, um die absolute Stellung des Spiegels M2 zu steuern und jenen Wert zu bestimmen, welcher dem Maximalwert der von dem photo- elektrischen Detektor gemessenen Lichtstärke entspricht und daraus die Werte für die unterschiedlichen Lichtwege Dc1, Dc2 abzuleiten, die zum Erstellen der gesuchten physikalischen Größe(n) erforderlich sind.
Entsprechend einem sekundären Merkmal ist der Spiegel M2 (129) des Meßinterferometers auf einem oder mehreren Mikropositionierer- und -meßgeräten angebracht, von denen min destens eines zum Messen und das bzw. die anderen zum Verlagern des Nullpunktes des Meßinterferometers dienen.
Diese Verschiebung kann dadurch erreicht werden, indem Glasplatten oder Glasplattensätze (189) und (179) ähnlicher Stärke vor den Spiegeln M1 und M2 des Meßinterferometers vorgesehen sind, um unterschiedliche Lichtwege je nach Stärke der vor den Spiegeln M1 bzw. M2 angebrachten Glasplatten zu erzeugen. Eine Glasplatte mit einer Dicke E, welche in ihrem Spektralbereich der Lichtquelle transparent ist, erzeugt dabei eine Differenz des optischen Weges D = (n-1)E, wobei n der Brechungsindex der Glasplatte ist. Zwei Glasplatten bzw. zwei Sätze von Glasplatten mit entsprechenden Dicken Ei und Ej, welche jeweils vor dem unbeweglichen und dem beweglichen Spiegel angeordnet sind, erzeugen einen Unterschied des optischen Weges D in Abhängigkeit des Dickenunterschiedes E zwischen den zwei Glasplatten bzw. Sätzen von Glasplatten. Eine Schichtung von zwei oder mehreren Mikropositionsmeßgeräten kann ebenfalls diese Verschiebung erzeugen, ohne daß dabei die Meßauflösung beeinflußt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist eine Glasplatte vor einem der Spiegel M1 oder M2 des Meßinterferometers angebracht, um den Nullpunkt des Meßinterferometers zu verlagern, wenn die erforderliche Verlagerung groß ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung besteht der Detektor (c) aus mehreren Interferenzmeßgeräten, um eine oder mehrere physikalische Größen an mehreren Punkten zu messen.
Entsprechend einer anderen Ausgestaltung besteht die Sendevorrichtung (a) aus einer einzigen elementaren Lichtstrahlenquelle, welche ständig gespeist wird und einen Kommutator (94) beaufschlagt, welcher sich vor einem Bündel von Lichtwellenleitern befindet, deren Anzahl der Anzahl (95-1 bis 95-n) der verwendeten Interferenzmeßgeräte (96-1 bis 96-n) entspricht, wobei durch das Umschalten des Kommutators (95) jedes der von den einzelnen Interferenzmeßgeräten (96) gelieferten geriffelten Spektren dem Lichtwellenleiter (97) zugeleitet werden kann, welcher das Lichtbündel an den Kollimator (10) am Eintritt des Meßinterferometers (98) überträgt.
Entsprechend einer anderen Ausgestaltung besteht die Sendevorrichtung aus einer bestimmten Anzahl elementarer Strahlenquellen (81-1 bis 81-n), welche periodisch oder in vorprogrammierter Reihenfolge nacheinander gespeist werden, um den Lichtfluß über eine Gruppe von Lichtkanälen (82, 83, 84) an eine Gruppe von Sensoren (85) und den reflektierten Lichtf luß über eine weitere Gruppe von Lichtkanälen (84, 83, 86) an einen Konzentrator (87) und so das Lichtbündel an den Kollimator (10) am Eintritt des Meßinterferometers (88) zu übertragen.
Entsprechend einer anderen Ausgestaltung besteht die breitbandige Sendevorrichtung aus einer einzigen oder mehreren elementaren Strahlenquellen mit breiten Spektren, wodurch das Spektralband erweitert wird, wobei jede Strahlenquelle ein Emissionsmaximum besitzt, welches auf eine Minimaldämpfung des Lichtwellenleiters abgestimmt ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung besteht die Sendevorrichtung aus einer ersten Lichtdiode (71), deren Spektrum auf die Gesamtreflektionswellenlänge einer dichroitischen Glasplatte (73) zentriert ist, sowie aus einer zweiten Leuchtdiode (72), deren Spektrum auf die Gesamtübertragungswellenlänge einer dichroitischen Glasplatte zentriert ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung werden die lichtrückführenden Lichtwellenleiter (86) zu einem runden Bündel zusammengefaßt und verklebt, dessen senkrechte Oberfläche geschliffen und poliert ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung besteht der Konzentrator (87) aus einem Lichtwellenleiter mit unter einen geringem Winkel abnehmenden Querschnitt, dessen Querschnitt am Eintritt (870) größer als der Querschnitt des Bündels der rückführenden Lichtwellenleiter (86) ist, und welcher z.B. durch Ziehen eines Glasstabes hergestellt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind mehrere Meßinterferometer (102) am Austritt einer Verzweigung (103) sternförmig gekoppelt und zusammenschaltbar angeordnet, um die Verfügbarkeit der Auswertevorrichtung zu verbessern.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist jedes der Interferometer mit optischen Teilen ausgerüstet, deren Reflexionskoeffizient im Bereich zwischen 0,95 und 0,4 liegt.
Bei der interferometrischen Vorrichtung gemäß der Erfindung erlauben die verwendeten optischen Leiter den Einsatz von weißem Licht, d.h. Licht mit weitem Spektralbereich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der interferometrischen Meßvorrichtung zur Messung einer physikalischen Hauptgröße gemäß der Erfindung benutzt der doppelte Sensor zwei Interferometer, von welchem das eine die physikalische Hauptgröße mißt, während das andere eine Beeinflussungsgröße bestimmt, mit welcher eine Korrektur der physikalischen Hauptgröße durchgeführt werden kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines parallelen, homogenen, interferometrischen Doppelsensor gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht eines seriellen, gemischten interferometrischen Doppelsensor gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Auslegung der interferometrischen Meßvorrichtung;
Fig. 4 eine Ausführungsforn eines Lichtkonzentrators;
Fig. 5 eine Darstellung des von dem Photodetektor abgegebenen Signals, welches aufgrund der Zwischenkorrelation eines einzigen Sensorinterferometers und eines Meßinterferometers gebildet ist, und zwar im Fall einer durch eine einzige Leuchtdiode gebildeten Lichtquelle im Bereich von Dc;
Fig. 6 eine Darstellung eines von einem Photodetektor abgegebenen Signals, welches durch Zwischenkorrelation eines Sensorinterferometers und eines Meßinterferometers gebildet ist, und zwar im Fall einer durch zwei unterschiedliche Leuchtdioden gebildeten Lichtquelle;
Fig. 7 eine Darstellung einer Lichtquelle mit Doppelspektrum;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer abgewandelten interferometrischen Meßvorrichtung, bei welcher mehrere kommutierte Lichtquellen vorgesehen sind;
Fig. 9 eine Darstellung einer abgewandelten interferometrischen Meßvorrichtung, bei welcher mehrere Lichtquellen, jedoch ein einziger Analysator vorgesehen sind;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Mehrfachanalysatoranordnung;
Fig. 11 eine Darstellung der Interkorrelationsfunktion bei einem Wert DM = 0 unter den gleichen Bedingungen wie im Fall der Fig. 5 und
Fig. 12 eine graphische Darstellung der Interkorrelationsfunktion im Fall eines doppelten Sensors Dc1 und Dc2 und einer Leuchtdiode.
Der doppelte interferometrische Sensor, welcher ebenfalls als homogener paralleler Sensor zu bezeichnen ist, besteht gemäß Fig. 1 aus einer zylindrischen Klemmhülse (112), in deren Ende (1120) ein Zylinderstück (11) einschraubbar ist, welches mit einer Sackbohrung (114) versehen ist. Der Boden dieser Sackbohrung (114) bildet dabei eine metallische Membran (115), welche in Abhängigkeit des Druckes und der Temperatur des Sensors deformiert wird. Diese Membran (115) ruht entlang ihres Umfangs auf einem gläsernen Abstützring (12), welcher eine Dicke (E2) und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α1) aufweist. Dieser Abstützring (12) ist auf eine planparallele Glasplatte (14) geklebt, welche den gleichen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α1) besitzt. Auf der der Membran (115) zugekehrten Seite der Glasplatte (14) ist eine Glasscheibe (13) geklebt, welche eine Dicke (E3) aufweist und denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α1) besitzt. Mit Hilfe eines gläsernen zylindrischen Abstützringes (15), welcher einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α2) aufweist, wird eine zweite planparallele Glasplatte (17) in einem Abstand (E5) gehalten, welche ebenfalls den thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α2) aufweist. Im Inneren des Abstützringes (15) befindet sich ein Hohlzylinder (16), welcher eine im Vergleich zum Abstand (E5) verringerte Dicke (E6) besitzt.
Der Innendurchmesser des Hohlzylinders (16) entspricht dabei ungefähr dem Außendurchmesser der planparallelen Glasscheibe (13). Dieser Hohlzylinder (16), mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α1) ist dabei an der Glasplatte (14) festgeklebt. An der Glasplatte (17) ist schließlich ein Haltering (18) festgeklebt, welcher der Halterung einer Kollimatorlinse (19) dient. Auf den Rändern dieser Kollimatorlinse (19) liegt ebenfalls ein Drehteil (110) auf, dessen Ende der Befestigung einer Glasfaser (113) dient, deren Ende auf den Mittelpunkt der Kollimatorlinse (19) ausgerichtet ist. Schließlich sind noch eine Anzahl von elastischen Ringen (111) vorgesehen, welche zwischen der Außenseite des Drehteils (110) und einer die mittige Bohrung (1121) begrenzenden Schulter der Klemmhülse (112) liegen, wodurch die verschiedenen verklebten Elemente untereinander gehalten werden. Um die Klemmhülse (112) herum ist ein Gehäuse (116) vorgesehen, welche den Sensor gegenüber der Umgebung schützt. Dieses Gehäuse (116) ist beispielsweise mit Hilfe einer Schweißnaht (1160) abgedichtet an dem Zylinderstück (11) befestigt, während zusätzlich eine Abdichtungsbuchse (1161) vorgesehen ist, durch welche ein der Aufnahme der Glasfaser (113) dienendes Kabel (1130) aus dem Gehäuse (16) herausgeführt wird. Um im Innern des Sensors ein Vakuum herstellen zu können. sind zusätzlich Öffnungen (120, 150 und 1122) sowie eine weitere Öffnung (1162) innerhalb des Gehäuses (116) vorgesehen, wobei letztere Öffnung nach der Herstellung des Vakuums erneut verschlossen wird. Die Außenseite des Gehäuses (116) ist dem Druck und der Temperatur der jeweiligen Erdölbohrung ausgesetzt.
Während des Betriebs des Sensors ist die Membran (115) dem Druck und der Temperatur der Erdölbohrung ausgesetzt. Unter den Einfluß dieser zwei Größen wird die Membran verformt, wodurch der Abstand (e) entsprechend der Dickenunterschieden (E3) und (E2) der Glaselemente (12) und (13) verändert wird. Bei einer Veränderung dieses Abstands (e) werden die Interferenzstreifen des in das erste Interferometer im Bereich der Symmetrieachse des Sensors eingeleiteten Lichtbündels in Abhängigkeit einer Verformung der Membran (115) verschoben. Hingegen wird das ringförmige äußere Lichtbündel, welches den durch den Pfeil (B) dargestellten Lichtweg durchläuft, über die Strecke (e') geleitet, welche zwischen den beiden Glaselementen (16) und (17) vorhanden ist. Dieser Abstand (e') verändert sich in Abhängigkeit der Temperatur und der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten (α1) und (α2) der betreffenden Glaselemente. Die Interferenzstreifen des entlang der Strecke B geleiteten Lichtbündels werden demzufolge in Abhängigkeit dieser Veränderung verschoben. Das von den zwei Interferometern abgegebene Licht wird an der Eingangsstelle der Glasfaser (113) erneut gemischt und enthält demzufolge Interferenzverschiebungen entsprechend den durchlaufenden Lichtwegen 2e und 2e'. Dieser Wegunterschied 2e' des ersten Interferometers beträgt dabei beispielsweise 300 u, während die Differenz 2e' des zweiten Interferometers 400 u beträgt. Die Auswertung dieser Interferenzverschiebungen aufgrund der beiden Lichtwege 2e und 2e' berücksichtigen dabei gleichzeitig Druck- und Temperaturveränderungen. Die Auswertung erfolgt dabei mit Hilfe einer in dem folgenden noch zu beschreibenden Auswerteinrichtung. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sind die Elemente (12, 13, 14 und 16) untereinander verklebt, während die Elemente (15 und 17) miteinander verklebt sind. Die Berührfläche zwischen den Elementen (14 und 15) ist jedoch nicht verklebt, damit die unterschiedlichen Ausdehnungen stattfinden können.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Sensors kann der Hohlzylinder (16) an der Glasplatte (17) festgeklebt sein. Bei dieser zweiten Variante besitzen die beiden Glaselemente (16 und 17) denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α2), während der Abstützring (15) den thermischen Ausdehnungskoeffizienten (α1) aufweist.
Fig. 2 zeigt eine zweite Art eines doppelten interferometrischen Sensors, welcher als gemischter serieller Sensor zu bezeichnen wäre. Bei diesem Sensor sind ebenfalls eine Klemmhülse (214) sowie eine den Boden (215) einer Sackbohrung bildende biegsame Membran (21) vorgesehen. Das erste Interferometer dieses Sensors wird in analoger Weise durch das Zusammenwirken der Fläche (215) in Verbindung mit einer planparalellen Glasscheibe (23), einer Glasplatte (24) sowie eines Abstützringes (22) gebildet. Diese Elemente wirken dabei in gleicher Weise wie die Elemente (11 bis 14). Ein zweites Interferometer wird durch das Aufeinandersetzen eines Abstandsringes (28), einer Polarisationsplatte (27), eines Abstandsringes (28) und einer birefringenten Kristallplatte (26) gebildet. Letztere weist dabei eine Dicke (E6) auf und besteht beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO³), bei welchem die Birefringenz von der Temperatur abhängt. Dieses zweite Interferometer erzeugt ein kanalisiertes Spektrum, bei welchem die Interferenzstreifen von der Temperatur abhängen. Diese Anordnung ist innerhalb eines Hohlzylinders (25) eingesetzt und wird an ihren beiden Enden durch aufgeklebte planparallelen Glasplatten (24, 29) verschlossen. Der Sensor weist schließlich noch einen Haltering (210) auf, welcher der Halterung einer Kollimatorlinse (211) dient. Ferner ist noch ein Halteelement (212) vorgesehen, welches entsprechend der vorigen Ausführungsform der Halterung einer Glasfaser (213) dient. Der Sensor ist schließlich noch mit elastischen Ringen (216) versehen, mit welchen die gesamte Anordnung auf die Ränder der deformierbaren Membran (21) gedrückt wird. Mit Hilfe der elastischen Abstützringe (28) werden temperaturbedingte Veränderungen der Dicke der Elemente (26, 27) im Vergleich zu thermischen Veränderungen des Hohlzylinders (25) kompensiert. Wie bei dem zuerst beschriebenen Sensor sind zusätzlich in den verschiedenen Elementen Bohrungen (220, 250, 2140, 1162) vorgesehen, um nach dem Aufsetzen des äußeren Gehäuses (116) ein Vakuum erzeugen zu können, wobei gleichzeitig eine Abdichtung gegenüber dem die Glasfaser (213) schützenden Kabel (1130) gewährleistet wird.
Bei diesem Sensor wird das innerhalb des zweiten Interferometers durch den sukzessiven Durchlauf des Lichtbündels erzeugte Spektrum in der Folge durch das erste Interferometer geleitet, worauf nach Reflexion ein erneuter Durchlauf durch das zweite Interferometer stattfindet. Am Ende wird das Lichtbündel mit der Kollimatorlinse (211) auf das Ende der Glasfaser (213) fokusiert. Aus diesem Grunde hat das von dem Sensor abgegebene Lichtbündel ein Spektrum, welches dem Produkt der durch die beiden Interferometer gebildeten Spektren entspricht. Dieses Produkt hängt dabei von den Druck- und Temperaturveränderungen an der Membran (215) und den Temperaturveränderungen Sowie der Dichte (E6) der birefringent Kristallplatte (26) ab.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform besteht aus zwei parallel geschalteten Interferometern des Typs Fabry- Perrot, was als ein homogenen Paralleler Sensor bezeichnet werden kann. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform wird hingegen durch ein Interferometer des Typs Fabry Perrot in Serieller Anordnung mit einem birefringent Interferometer gebildet, was als ein gemischter Serieller Sensor bezeichnet werden kann. Selbstverständlich kann ein homogenen Serieller Sensor gebildet werden, indem zwei birefringente Interferometer in Serie geschaltet werden. Es kann jedoch ebenfalls ein paralleler homogener Sensor hergestellt werden, indem zwei birefringente Interferometer parallel zueinander geschaltet werden. Auch existiert die Möglichkeit, einen gemischten Parallelen Sensor zu schaffen, indem Parallel zueinander ein birefringentes Interferometer und ein Interferometer des Typs Fabry-Perrot aneordnet werden. Dabei kann das birefringente Interferometer entweder die Rolle eines auf Druck ansprechenden ersten Interferometers oder die Rolle eines auf Temperatur ansprechenden zweiten Interferometer Spielen. Die oben erwähnten Sensoren können in Verbindung mit beliebigen interferometrischen Meßanordnungen verwendet werden. Sie eignen sich jedoch insbesondere für die in dem folgenden zu beschreibende interferometrische Meßvorrichtung.
Eine derartige interferometrische Meßvorrichtung wird gemäß Fig. 3 durch einen Lichtsendeteil (a), einen Lichtübertragungsteil (b), einen den Doppelsensor Umfassenden Detektorteil (c), einen Meßteil (d) sowie einen Signalaufbereitungsteil (e) gebildet.
Gemäß Fig. 3 umfaßt der Lichtsendeteil (a) eine Lichtquelle, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode (1), deren Lichtbündel mit Hilfe einer Kondensationslinse auf das Ende einer Glasfaser (x) des Lichtübertragungsteils (b) fokusiert wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann man vorzugsweise zwei Dioden oder eine Mehrzahl von Breitbanddioden verwenden, bei welchem das Maximum der einzelnen Spektren mit den Dämpfungsminimas des Lichtleiters zus ammenfällt, deren Werte bei etwa 800, 1300 und 1500 nm liegen, um auf diese Weise die Übertragungsstrecke verlängern zu können.
Fig. 7 zeigt eine sehr zweckmäßig Lichtquelle, welche ein erstes Spektrum im Bereich von 800 nm und ein zweites Spektrum im Bereich von 1300 nm aufweist. Diese Breitbandlichtquelle wird durch eine erste Leuchtdiode (71) mit einem ersten Spektrum und einer zweiten Leuchtdiode (72) mit einem zweiten Spektrum gebildet. Mit Hilfe einer dichroitischen Platte (73), welche um einen Mittelwert, d.h. um etwa 1050 nm zentriert ist, werden die Emissionsmaxima der beiden Leuchtdioden zusammengeführt. Diese dichroitische Platte (73) überträgt die Gesamtheit des Spektrums der Leuchtdiode (72) mit ihrem um 1300 nm zentrierten Spektrum, während sie die Gesamtheit des Spektrums der Leuchtdiode (71) reflektiert, welches um 800 nm zentriert ist. Der Gedanke, wenigstens zwei Leuchtdioden zusammenzufassen, deren Emissionsmaxima auf den Dämpfungsminimas der Glasfaser zentriert sind, erlaubt gemäß Fig. 6 eine erhebliche Zunahme der Differenz zwischen den beiden Maxima in Abhängigkeit der Interkorrelationsfunktion des Hauptmaximums (60) und der dem Hauptmaximum benachbarten Nebenmaximas (61) und (62). Auf diese Weise läßt sich ein verbesserter Meßbereich gegenüber Rauschsignalen erreichen. Darüber hinaus ergibt sich mit zwei Dioden eine verbesserte Disponibilität im Vergleich zu einer einzelnen Diode.
Der Lichtübertragungsteil (b) umfaßt eine Untereinheit (3), Lichtleiter (x, y und z) sowie einen Koppler (t). Der Koppler (t) gewährleistet, daß der Lichtstrahl der Lichtquelle in Richtung der Lichtleiter x und y geleitet wird, und daß das von dem Sensor abgegebene Lichtbündel in Richtung des Lichtleiters z geleitet wird. Die Länge dieser Lichtleiter kann dabei beliebig sein.
Der Detektorteil (c) umfaßt einen Doppelsensor (4), welcher von einem der bereits beschriebenen Typen sein kann. Dieser Sensor (4) wird über den Lichtleiter y beleuchtet und besitzt dabei eine Kollimatorlinse (7) sowie zwei Interferometer (5) und (6), welche wahlweise in Serie oder parallel geschaltet sein können. Das eine Interferometer (5) spricht dabei auf Temperaturschwankungen an, während das andere Interferometer (6) durch das Vorsehen einer halbreflektierenden Glasscheibe sowie einer Membran - d.h. gemäß Fig. 1 den Elementen (13, 115) bzw. gemäß Fig. 2 den Elementen (23, 215) - sowohl auf Druck- als auch Temperaturschwankungen anspricht. Die Kollimatorlinse (7) empfängt das über den Lichtleiter y zugeführte Licht und leitet dasselbe in Richtung der Interferometer (5, 6). Auf dem Rückweg fokusiert diese Kollimatorlinse (7) das von den Interferometern (6, 7) abgegebene Lichtbündel auf das Ende der Lichtleiters (y). Dieses Lichtbündel besitzt ein zusammengesetztes kanalisiertes Spektrum, welches entweder die Summe der parallel geschalteten Sensoren oder das Produkt der seriell geschalteten Sensoren ist. Diese von den Interferometern (6, 7) abgegebenen kanalisierten Spektren sind dabei einerseits von der Temperatur und dem Druck und andererseits allein von der Temperatur abhängig.
Das über den Lichtleiter (z) geleitete Lichtbündel gelangt in den interferometrischen Meßteil (d), in welchem das Lichtbündel über eine Kollimatorlinse (109) einem Lichtteiler (119) zugeführt wird, welcher das Lichtbündel in zwei Unterlichtbündel aufteilt. Das eine Lichtbündel wird dabei an einem Referenzspiegel M1 bzw. (169) reflektiert, während das andere Unterlichtbündel an einem beweglichen Spiegel M2 bzw. (129) zur Reflektion gelangt, der mit einem piezoelektrischen Mikropositionselement (159) verbunden ist. Dieses piezoelektrische Mikropositionselement (159) wird der zu messenden Verschiebung ausgesetzt. Die von den beiden Spiegeln M1 und M2 reflektierten Unterlichtbündel werden im Bereich des Lichtteilers (119) zur Interferenz gebracht. Das auf diese Weise gebildete Lichtbündel wird über eine Kondensationslinse (139) einem Photodetektor (149) zugeführt. Das Mikropositionselement (159) und der Photodetektor (149) sind elektrisch mit dem Signalaufbereitungsteil (e) verbunden.
Die relativen Positionen der beiden Spiegel M1 und M2 ergeben die Differenz DM der optischen Meßwege, welche mit Hilfe eine elektronischen Steuersystems unter Einsatz des Mikropositionselementes (159) durch Verschiebung des beweglichen Spiegels M2 beeinflußt werden können. Das dem Photodetektor (149) zugeleitete Lichtbündel besitzt dabei gemäß Fig. 5 eine Reihe von Maxima, welche in Richtung eines Hauptmaximums (50) jeweils zunehmen. Das Hauptmaximum (50) entspricht dabei der Gleichheit der beiden optischen Wege Dc und DM sowohl innerhalb des interferometrischen Sensors (4) als auch der Meßinterferometer (119, 129, 169). Gemäß Fig. 11 ergibt sich dann noch ein zweites Maximum in Abhängigkeit der Interkorrelationsfunktion beim Wert DM = 0.
Wenn daß Meßinterferometer direkt von der Lichtquelle beleuchtet wird, gibt dasselbe ein Lichtbündel ab, dessen kanalisiertes Spektrum entsprechend der Differenz DM des optischen Weges des Meßinterferometers charakteristisch ist. Falls jedoch dieses Meßinterferometer einem Lichtbündel ausgesetzt ist, dessen kanalisiertes Spektrum einer Differenz Dc des optischen Weges entspricht, dann gibt das Meßinterferometer ausgangsseitig ein Lichtbündel ab, dessen Intensität die Größe der Korrelation zwischen den kanalisierten Spektren in Verbindung mit den Unterschieden DM und Dc der optischen Wege in Verbindung steht. Auf der anderen Seite gibt der interferometrische Doppelsensor (4) ein zusammengesetztes kanalisiertes Spektrum ab, welches im Fall eines Parallelsensors der Summe der zwei kanalisierten Spektren der beiden Interferometer (5) und (6) entspricht, während dasselbe im Fall eines seriellen Sensors dem Produkt der kanalisierten Spektren der beiden Interferometer (5) und (6) entspricht. Das dem Photodetektor zugeleitete Lichtbündel besitzt demzufolge drei Hauptmaxima. Das eine Maximum entspricht dabei dem Nullwert des Meßinterferometers, wodurch angezeigt wird, daß keine störenden Interferenzen auftreten und daß die gesamte zugeführte Energie wieder abgegeben wird. Die anderen Maxima entsprechen jenen Positionen, bei welchen die Wegdifferenzen eines Meßinterferometers in Bezug auf ihre Absolutwerte gleich denen des Doppelsensors sind, d.h. entsprechend Fig. 12 den Werten DM = Dc(1) bzw. DM = Dc(2) entsprechen. Der Wert Dc(1) entspricht dabei der Wegdifferenz des ersten Interferometers (5) von Fig. 3, während der Wert Dc(2) dem zweiten Interferometer (6) von Fig. 3 entspricht. Diese beiden Differenzwerte der optischen Wege erlauben beispielsweise innerhalb einer Erdölbohrung die genaue Bestimmung des Druckes und der Temperatur.
Um im Fall, in welchem die Wegdifferenzen Dc(1) und Dc(2) zu stark voneinander abweichen, eine Messung durchführen zu können, kann man, um den Nullwert des Meßinterferometers von einem nur ungenau bekannten Wert zu verschieben, einen Satz von Glasplatten mit geringen Unterschieden des optischen Weges verwenden, welche vor den Spiegeln M1 und M2 des Meßinterferometers eingesetzt werden können. Im Fall einer starken Verschiebung wird entweder eine Glasplatte (179) gemäß Fig. 3 vor den Spiegel M1 gesetzt oder eine Glasplatte (189) vor den Spiegel M2 eingesetzt.
Fig. 6 zeigt die Interkorrelationsfunktion zwischen einem der interferometrischen Sensoren und dem Meßinterferometer, falls das von der Lichtquelle abgegebene Lichtbündel durch die Summe der Spektren von zwei Leuchtdioden gebildet wird, wobei diese Spektren bei einer Spektrumsbreite von ungefähr 100 nm um die Werte von 800 und 1300 nm zentriert sind. Bei einer derartigen Konfiguration kann das Maximum (60) sehr viel einfacher festgelegt werden, weil der Kontrast zwischen dem Hauptmaximum (60) und dem Nebenmaximas (61) und (62) sehr viel stärker ausgeprägt ist.
Bei Verwendung eines seriellen Meßsystems unter Einsatz desselben Sensors auf derselben Glasfaser, bei Verwendung eines Analysesignals mit einem absoluten Meßsystem für die Verschiebung, ferner bei Verwendung eines Satzes von planparallelen Glasplatten zur Rückführung der Wegdifferenzen bei der Verschiebung des Meßsystems, ferner bei Verbreiterung des Lichtquellenspektrums unter Verwendung von mehreren Transmissionsfenstern der Glasfasern im Hinblick auf eine Verbesserung der Meßgenauigkeit und einem Schutz gegenüber Rauschsignalen läßt sich auf diese Weise innerhalb eines Druckbereiches bis zu 200 Bar und eines Temperaturbereiches bis zu 150ºC bei einer Meßpunktentfernung von etwa 3 km innerhalb einer Erdölbohrung eine Meßgenauigkeit von 0,1 % erreichen.
Um gleichzeitig die Signalhöhe und den Signalkontrast des Photodetektors zu optimisieren, sollten die Relfexionskoeffizienten der planparallelen Platten des interferometrischen Doppelsensors im Bereich zwischen 0,4 und 0,95 liegen. Vorzugsweise sollte der Reflexionskoeffizient dabei zwischen den Werten von 0,4 und 0,7 liegen.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform, welche ähnlich wie die Ausführungsform von Fig. 3 ausgebildet ist, wird die interferometrische Meßvorrichtung zur Messung mehrerer physikalischen Größen durch einen Sendeteil gebildet, bei welchem die Lichtquelle durch eine Mehrzahl von Lichtquellen (81-1 bis 81-n) gebildet wird, die selektiv durch eine Signalverarbeitungs- und Kommutationseinheit (89) gespeist werden, so daß auf diese Weise die einzelnen Zweige (82-1 bis 82-n) der optischen Meßvorrichtung nacheinander beleuchtet werden. Die optische Meßvorrichtung umfaßt fernerhin eine Anordnung von Kopplern (83-1 bis 83- n), welche mit entsprechenden optischen Leitern (82, 84, 86) n einander identische Lichtübertragungsteile bilden, die wie bei der vorigen Ausführungsform identisch wie der Übertragungsteil (b) ausgebildet sind. Bei einer Anordnung von n Detektoren mit jeweils Sensoren (85) werden die verschiedenen Messungen durchgeführt. Fernerhin sind in diesem Fall ein Meßsystem (88) sowie ein Signalverarbeitungs- und Lichtquellenkommunikationssystem (89) vorgesehen, wobei letzteres über entsprechende n Verbindungsleiter (810) mit verschiedenen Lichtquellen (81) verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform sind keine Adressiermittel vorgesehen. Die von den einzelnen Sensoren reflektierten Lichtbündel werden in diesem Fall mit Hilfe eines schematisch in Fig. 4 dargestellten Lichtkonzentrators (87) zusammengefaßt und von dort dem Eingang des Meßinterferometers (88) zugeführt.
Die Enden der n Lichtleiter (86-1 bis 86-n) am Ausgang des Glasfasersystems werden in ein kreisförmiges Lichtbündel mit einem derartigen Durchmesser zusammengeführt, daß derselbe effektiv die verschiedenen Glasfasern umfaßt. Diese Glasfasern werden in der Folge verklebt, worauf die senkrecht zu der Achse zu der Lichtfasern verlaufende Oberfläche ausgerichtet, poliert und mit einem Lichtkonzentrator (87) verklebt wird. Dieser Lichtkonzentrator (87) besitzt dabei eine Eingangsfläche (870), deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Bündels von n Glasfasern (86-1 bis 86-n) ist. Der Lichtkonzentrator (87) wird durch Ziehen einer Glas- oder Plastikstange hergestellt, um auf diese Weise einen Lichtleiter mit sich verringerndem Querschnitt und geringem Neigungswinkel zu bilden. Falls der Winkel nicht zu groß ist, kann man an seinem hinteren Ende (871) mit verringertem Durchmesser ein homogenes Lichtbündel bilden, dessen Intensität im Vergleich zu dem eingangsseitig zugeführten Lichtfluß entsprechend Fig. 4 den optischen Gesetzen folgt. Die Verwendung von Plastikmaterial ermöglicht die Verringerung der Verluste im Vergleich zu einer sich verringernden Glasfaser, weil im Fall von Plastik die numerische Öffnung des Ausgangs bei einer Querschnittsverringerung gegenüber der Eingangsseite größer als im Fall von Glas ist. Der auf diese Weise erzeugte Lichtfluß ist ein Lichtfluß, welcher in sequentieller Weise .von den einzelnen Lichtquellen abgegeben wird.
Die Signalverarbeitungseinheit (89) ist mit dem Photodetektor des Meßinterferometers (88) verbunden, welches identisch wie die Einheit (9) von Fig. 3 ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich bei derartigen Messungen durch Veränderung der optischen Wege Dc1 und Dc2, welche dem Maximum der Korrelation entspricht, jene physikalischen Größen bestimmen, welche im Bereich der einzelnen Sensoren auftreten werden.
Eine andere Ausführungsvariante ist in der Fig. 9 gezeigt. Diese Ausführungsvariante bildet eine Meßvorrichtung mit mehreren Sensoren (96), welche unter Einsatz eines Kommutatorsystems mit einem einzigen Analyseinterferometer verbunden sind. Die Meßvorrichtung wird von einer Lichtquelle (91) gespeist, welche über eine Glasfaser (92) mit einem Koppler (93) verbunden ist. Letzterer ist an einem Kornmutator (94) festgeklebt, welcher über eine Steuerleitung (910) von einer Signalverarbeitungs- und -steuereinheit (99) angesteuert ist. Die durch einzelne Glasfasern gebildeten Signalwege (95-1 bis 95-n) sind jeweils an entsprechenden Sensoren (96-1 bis 96-n) angeschlossen. Der Koppler (93) überträgt das kommutierte Signal über eine Glasfaser (97), welche an dem Analyseinterferometer (88) angeschlossen ist. Letzteres ist identisch wie die Einheit (9) von Fig. 3 ausgebildet. Bei den beiden oben beschriebenen Ausführungs formen mit ihren n kanalisierten zusammengesetzten Spektren werden jeweils einzelne Doppelsensoren selektiv hintereinander belichtet und sequentiell durch die entsprechende Signalverarbeitungseinheit (89 bzw. 99) hintereinander analysiert.
Gemäß Fig. 10 können im Rahmen einer letzten Ausführungs.variante mehrere Meßanordnungen (102) des bereits beschriebenen Typs sternförmig an den Ausgang einer Welche (103) angeschlossen sein. Diese Meßanordnungen (102) sind dabei kommutierbar, um auf diese Weise die Disponibilität der Anordnung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Einzelheiten beschränkt, so wie sie in dem vorangegangenem beschrieben worden sind. Sie wird fernerhin nicht durch die bestimmten Ausführungsformen beschränkt, welche nur zur Erläuterung der Erfindung gewählt wurden. Die verschiedensten Varianten können bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen werden, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden Erfindung begrenzt. Dies umfaßt alle Mittel, welche technische Äquivalente der beschriebenen Anordnungen sind, sowie alle möglichen Kombinationen. Insbesondere können bei den in den Fig. 8 - 10 dargestellten Analysesystemen interferometrische Sensoren verwendet werden, welche je nach der gewünschten Genauigkeit zur Bestimmung einer bestimmten physikalischen Größe entweder einen einfachen oder doppelten Aufbau besitzen können.

Claims

1. Interferenzmeßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Interferometer in einem luftdichten Vakuumgehäuse (116) besitzt, von denen das erste Interferometer eine der Gehäuseseiten bildet und zur Bildung eines Signals für zwei physische Parameter dient, und das zweite Interferometer sich in dem luftdichten Vakuumgehäuse befindet und zur Bildung eines Signals für einen einzigen physischen Parameter dient.

2. Interferenzmengerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es parallel. homogen und vom Typ Fabry-Pérot ist. dar die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, die von einem Lichtwellenleiter kommen. der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse (19) liegt, wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, eine verformbare Membran (115) besitzt, deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist. indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber einer ersten Glasplatte (13) mit parallelen Flächen verändert wird und daß das zweite Interferometer. das auf dem äußeren Lichtstrahl (8) liegt, so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück (15) festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen (16,17) in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasolatten (16,17) schwankt und die Kollimatorlinse (19), mit der die beiden Lichtbündel auf einen Lichtwellenleiter (113) fokussiert werden, wobei die beiden Lichtbündel unterschiedlich verlaufen, indem jedes Lichtbündel ein geriffeltes Spektrum erzeugt. das sich zum Lichtwellenleiter (113) hin rekombiniert und additioniert.

3. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kombiniert, parallel, birefringent und vom Typ Fabry-Perot ist. daß die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, die von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse (19) liegt, wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, eine verformbare Membran (115) besitzt deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber einer ersten Glasplatte mit parallelen Flächen verändert wird, und daß das zweite Interferometer, das auf dem äußeren Lichtstrahl (B) liegt von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei die Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt und ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, das durch die Kollimatorlinse (19) zum zentralen Lichtwellenleiter hin rekombiniert und additioniert wird.

4. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kombiniert. parallel, birefringent und vom Typ Fabry-Pérot ist und daß die beiden parallel angeordneten Interferometer zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, die von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse (19) liegt. wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei die Birefringenz in Abhängigkeit vom Druck schwankt und daß das zweite Interferometer, das auf dem äußeren Lichtstrahl (B) liegt, so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück (15) festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungstaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt.

5. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, daß es homogen, parallel und birefringent ist, daß die beiden Interferometer parallel angeordnet sind und zentrale (A) und äußere (B) konzentrische Lichtstrahlen verwenden, die von einem Lichtwellenleiter kommen, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei die Birefringenz hauptsächlich in Anhängigkeit vom Druck schwankt, und daß das zweite Intenferometer, das auf dem äußeren Lichtstrahl (B) liegt. von einem zweiten Polarisator und einer zweiten birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei deren Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt und ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, das durch die Kollimatorlinse mit dem geriffelten Spektrum des zentralen Lichtbündels rekombiniert und additioniert wird.

6. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß es homogen, in Reihe angeordnet und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und eine einziges Lichtbündel verwenden, das von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse (211) liegt. wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl (A) verwendet, eine verformbare Membran (215) besitzt. deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung je nach Druck bzw. Temperatur gegenüber der ersten Glasplatte (23) mit parallelen Flächen so verändert wird, daß ein unterschiedlicher charakteristischer Lichtweg je nach Lage der Membran erzeugt und ein geriffeltes Spektrum der Lichtquelle gebildet wird. und das zweite Interferometer, das auf dem äußeren Lichtbündel liegt. von einem Polarisator (27) und einer birefringenten Glasplatte (26) gebildet ist, wobei die Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt und nach zweimaligem Durchlaufen des Lichtbündels hin und zurück durch den unterschiedlichen Lichtweg ein gerifleltes Spektrum entsteht, das das Produkt der geriffelten Spektren der beiden Interferometer ist und über die Kollimatorlinse (211) auf den Lichtwellenleiter (213) fokussiert wird.

7. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß es kombiniert, in Reihe angeordnet, vom Typ Fabry Perot und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und eine einziges Lichtbündel verwenden, das von einem optischen Filter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer, das einen zentralen Lichtstrahl verwendet, eine verformbare Membran besitzt. deren Verformung druck- und temperaturabhängig ist, indem ihre Stellung Ie nach Druck bzw. Temperatur gegenüber der ersten Glasplatte mit parallelen Flächen so verändert wird, daß ein unterschiedlicher charakteristischer Lichtweg je nach Lage der Membran erzeugt und ein geriffeltes Spektrum der Lichtquelle gebildet wird, und das zweite Interferometer. bei dem der Abstand zwischen den Flächend er beiden Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiligen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt und das dabei entstehende geriffelte Spektrum durch die Kollimatorlinse auf einen Lichtwellenleiter fokussiert wird.

8. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kombiniert, in Reihe angeordnet, vom Typ Fabry Perot und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und eine einziges Lichtbündel verwenden. das von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei die Birefringenz hauptsächlich in Abhängigkeit vom Druck schwankt. und daß das zweite Interferometer, das auf dem äußeren Lichtstrahl liegt. so beschaffen ist, daß der Abstand zwischen den Flächen von zwei von einem zylindrischen Zwischenstück festgehaltenen Glasplatten mit parallelen Flächen in Abhängigkeit vom jeweiigen Dehnungsfaktor jeder der beiden Glasplatten schwankt.

9. Interferenzmeßgerät nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß es homogen, in Reihe angeordnet und birefringent ist, daß die beiden Interferometer in Reihe angeordnet sind und eine einziges Lichtbündel verwenden, das von einem Lichtwellenleiter kommt, der im Brennpunkt einer Kollimatorlinse liegt, wobei das erste Interferometer von einem Polarisator und einer birefringenten Glasplatte gebildet ist. wobei die Birefringenz hauptsächlich in Abhängigkeit vom Druck schwankt, und daß das zweite Interferometer, das auf dem äußeren Lichtstrahl liegt, von einem zweiten Polarisator und einer zweiten birefringenten Glasplatte gebildet ist, wobei deren Birefringenz in Abhängigkeit von der Temperatur schwankt und ein geriffeltes Spektrum erzeugt wird, das durch die Kollimatorlinse auf den Lichtwellenleiter fokussiert wird.

10. Optisches Interferenzmeßgerät zur Messung vielfältiger physikalischer Größen, die zu Schwankungen der Lichtwege führen können. bestehend aus

- einer Sendevorrichtung (a) mit mindestens einer Strahlenquelle mit breitem Spektraiband,

- einem Detektor (c) aus mindestens einem kombinierten oder homogenen Interferenzmeßgerät mit zwei in Reihe oder parallel angeordneten Interforometerns (5, 6 nach Patentanspruch 2 bis 9. wodurcn ein zusammengesetztes geriffeites Spektrum aus den unterschiedlichen Lichtegen Dc1, Dc2 der beiden Interferometer gebildet wird,

- einer Anzahl Lichtwellenleiter (b) zur Übertragung des Lichtstroms von der Lichtquelle (a) zur Detektoreinheit (c) so wie des von dieser reflektierten Lichtstroms,

- einer Auswertevorrichtung (d) zum Auswerten der vom Lichtstrom von der Detektoreinheit übertragenen Informationen und Erstellen von repräsentativen Werten für die gemessenen physikalischen Größen, wobei die Auswertevorrichtung aus folgenden Teilen besteht:

- einem Meß-Interferometer für zwei Wellenarten mit einem Eintrittskollimator (109), der vom Ende des Lichtwellenleiters (z) bestrahlt wird. einem Bezugsspiegel M1 (169), an dem ein Teil des von dem aus zwei Interferometern bestehenden Interferenzmeßgerät gelieferten und durch den Kollimator fokussierten Lichtflusses reflektiert wird, einem zweiten Spiegel M2 (129), an dem der andere Teil des wie o.a. gelieferten und durch den Kollimator fokussierten Lichtflusses reflektiert wird sowie Mitteln zum Interferieren der beiden an den Spiegeln M1 und M2 reflektierten Lichfflüsse und deren Zusammenlegung zu einem gemeinsamen Lichtfluß am Austritt,

- einem photoelektrischen Detektor (149) zur Messung der Intensität des aus dem Meß-lnterferometer kommenden Lichtflusses und Angeben eines repräsentativen Wertes für die Intensität und

- einer Signalaufbereitungseinheit (e) für das vom photoelektrischen Detektor gelieferten repräsentativen Wertes für die physikalischen Größen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel M2 des Meß-lnterferometers auf einem piezoelektrischen Mikropositionier und - meßgerät (159) befestigt ist, um die Stellung des Spiegels M2 fein verändern und die entsprechende Verlagerung genau messen zu können, daß die Signalaufbe. reitungseinheit nicht nur an den photoelektrischen Detektor, sondern auch an das piezoelektrische Mikropositionier. und -meßgerät angeschlossen ist, um die absolute Stellung des Spiegels M2 zu steuern und zu bestimmen, der dem Höchstwert der von dem photoelektrischen Detektor gemessenen Lichtstärke entspricht und daraus die Werte für die unterschiedlichen Lichtwege Dc1, Dc2 abzuleiten, die zum Erstellen der gesuchten physikalischen Größe(n) erforderlich sind.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel M2 (129) des Meß-Interferometers auf einem oder mehreren Mikropositionier. und -meßgeräten angebracht ist, von denen mindestens eines zum Messen und das bzw. die anderen zum Verlagern des Nullpunktes des Meß-Interferometers dienen.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Glasplatten oder Glasplattensätze (189) und (179) ähnlicher Stärke vor den Spiegeln M1 und M2 des Meß-Interferometers angebracht sind, um unterschiedliche Lichtwege je nach Stärke der vor den Spiegeln M1 bzw. M2 angebrachten Glasplatten zu erzeugen.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasplatte (189) vor einem der Spiegel M1 oder M2 des Meß- Interferometers angebracht ist, um den Nullpunkt des Meß-Interferometer zu verlagern. wenn die erforderliche Verlagerung groß ist.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (c) aus mehreren Interferenzmeßgeräten besteht, um eine oder mehrere physikalische Größen an mehreren Punkten zu messen,

15. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendevorrichtung (a) aus einer einzigen elementaren Lichtstrahlenquelle (91) besteht. die ständig gespeist wird und einen Schalter (94) anstrahlt, der sich vor einem Bündel von Lichtwellenleitern befindet, deren Anzahl der Anzahl (95-1 bis 95-n) der verwendeten Interferenz. meßgerät (96-1 bis 96-n) entspricht, und daß durch das Umschalten des Schalters (95) jedes der von den einzelnen Interferenzmeßge. räten (96) gelieferten geriffelten Spektren dem Lichtwellenleiter (97) zugeleitet werden kann der das Lichtbündel an den Kollimator (10) am Eintritt des Meß-Interferometers (96) überträgt.

16. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendevorrichtung aus einer bestimmten Anzahl elementarer Strahlenquellen (81-1 bis 81-n) besteht, die periodisch oder in vorprogrammierter Reihenfolge, nacheinander gespeist werden, um den Lichtfluß über eine Gruppe von Lichtkanälen (82, 83, 84) an eine Gruppe von Sensoren (85) und den reflektierten Lichtfluß über eine weitere Gruppe von Lichtkanälen (84, 83, 86) an einen Konzentrator (87) und so das Lichtbündel an den Kollimator (10) am Eintritt des Meß-Interferometers (88) zu übertragen.

17. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendevorrichtung von Strahlen mit breitem Spektralband aus einer einzigen oder mehreren elementaren Strahlenquellen mit breiten Spektren besteht, wodurch das Spektralband erweitert wird, wobei jede Strahlenquelle eine Höchststrahlung besitzt. die auf die Mindestdämpfung des Lichtwellenleiters konzentriert ist.

18. Vorrichtung nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendevorrichtung aus einer ersten Leuchtdiode (71) besteht, deren Spektrum auf die Gesamtrefektionswellenlänge einer dichroitischen Glasplatte (73) zentriert ist, sowie aus einer zweiten Leuchtdiode (72), deren Spektrum auf die Gesamtübertragungsweilenlänge einer dichroitischen Glasplatte zentriert ist.

19. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die rückführenden Lichtwellenleiter (86) in runden Bündeln zusammengefaßt und verklebt sind, deren senkrechte Oberfläche geschliffen und poliert ist.

20. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator (87) aus einem Lichtwellenleiter mit in geringem Winkel abnehmendem Querschnitt besteht, dessen Querschnitt am Eintritt (870) größer ist als der Querschnitt des Bündels der rückführenden Lichtwellenleiter (86) und z.B. durch Ziehen eines Glasstabes hergestellt wird.

21. Vorrichtung nach Patentanspruch 15, 16, 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meß-Interferometer (102) am Austritt einer Verzweigung (103) sternförmig gekoppelt und zusammenschaltbar angeordnet sind, um die Verfügbarkeit der Auswertevorrichtung zu verbessern.

22. Anwendung der Vorrichtung nach Patentan-Spruch 10 zum Messen von zwei unterschiedlichen physikalischen Größen an ein und demselben Meßpunkt, wobei mindestens eine zur Korrektur der physikalischen Grundgröße dient.

23. Interferenzmeßgerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Interferometer mit optischen Teilen ausgerüstet ist, deren Reflexionskoeffizient zwischen 0,95 und 0,4 liegt.