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Die
vorliegende Erfindung betrifft Sensoranordnungen, bei denen Lichtleitfasern
verwendet werden, und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Sensoranordnungen
mit Lichtleitfaser-Sensoren, die in Kathetersonden für medizinische
Anwendungen wie beispielsweise die In-vivo-Messung von Druck eingebaut
sind.
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Sensoren
für bestimmte
Messgrößen wie Druck,
Temperatur und Dehnung müssen
oft so klein wie möglich
sein, und dies gilt insbesondere für In-vivo-Anwendungen in der
Medizin. Ferner müssen Sensoren
häufig
passiv sein (d.h. ohne Zufuhr von elektrischem Strom funktionieren)
oder während
des Betriebs eine vernachlässigbare
oder keine Energie ableiten.
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Optische
Sensoren sind gute Kandidaten für Anwendungen
mit diesen Anforderungen; ferner sind optische Sensoren, die die
Lichtleitfaser-Technologie nutzen, äußerst vorteilhafte
Vorrichtungen für
Anwendungen in medizinischen Verfahren, die mit Diagnosen und Eingriffen
zusammenhängen.
Sie haben gegenüber
herkömmlicheren
(beispielsweise elektronischen) Sensoren mehrere wichtige Vorteile,
nämlich
ihre geringe Größe, Beständigkeit
gegen elektromagnetische Störungen,
hohe Biokompatibilität, hohe
Empfindlichkeit, leichte Sterilisierbarkeit und den passiven Betrieb.
Oft benötigen
sie aber komplexe und teure optische und elektronische Einrichtungen,
wie es bei Lichtleitfaser-Sensoren der Fall ist, die auf Interferometrie
basieren. Die Komplexität
und die Kosten von faseroptischen Sensoranordnungen sollen demnach
reduziert werden.
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Faseroptische
Sensoren, die zahlreiche Betriebsprinzipien zur Grundlage haben,
sind bekannt und umfassen diejenigen Sensoren, die auf Interferometrie,
nicht-linearen Effekten, Fluoreszenz (beispielsweise als Funktion
der Temperatur), Maßänderungen
von in Lichtleitfasern integrierten Bragg-Gittern sowie Amplitudenmodulation
von Lichtsignalen basieren. Es sind sowohl extrinsische als auch
intrinsische Sensoren mit Amplitudenmodulation bekannt. Bei Sensoren
mit extrinsischer Amplitude tritt Licht aus einer Lichtleitfaser
aus und ist der Sensor so konfiguriert, dass eine veränderliche
Lichtmenge von einer anderen oder derselben Faser wieder eingefangen
wird, wobei die Lichtmenge von der speziellen Messgröße abhängt. Demzufolge
geht ein Teil des in die Vorrichtung eintretenden Lichts verloren,
so dass die Leistung des wieder eingefangenen Signals reduziert
ist. Die Leistung des wieder eingefangenen Signals ist darüber hinaus
nicht allein eine Funktion der Messgröße, sondern hängt statt
dessen von der Leistung des Eintrittslichts ab, die variieren kann.
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Bei
Sensoren mit intrinsischer Amplitude ist normalerweise die Messgröße einbezogen,
die mit einer Lichtleitfaser in Wechselwirkung steht und zu einer
Veränderung
des Lichtverlustes in der Faser führt. Eine solche Wechselwirkung
ergibt sich üblicherweise
aus dem Drücken
oder Biegen der Faser, so dass ein Mikrobiegungsverlust eintritt,
wiederum Leistung des Eintrittslichts verloren geht und der Ausgang
durch Schwankungen bei der Leistung des Eintrittslichts beeinflusst
wird.
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Faseroptische
Sensoren, die auf die Intensität
des Ausgangssignals angewiesen sind, haben den ihnen eigenen Nachteil,
dass sie für
Schwankungen des Leistungspegels der Lichtquelle empfindlich sind.
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Ein
faseroptischer Sensor wird beispielsweise in FR-A-2 734 373 offenbart,
wobei ein verschmolzener Optokoppler zwei Lichtleitfasern verbindet. Licht
tritt an einem ersten Ende einer ersten Faser ein und dringt in
einen verjüngten
Abschnitt ein, in dem die zwei Fasern verschmolzen sind. Das Licht
wird dann zu einem zweiten Ende der beiden Fasern übertragen
und am zweiten Ende der ersten Faser erkannt. An jedem Ende der
zweiten Faser sind Reflektoren angeordnet.
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Es
ist daher wünschenswert,
eine Sensoranordnung und ein Messverfahren bereitzustellen, die sich
mit den Problemen befassen, die mit dem Stand der Technik zusammenhängen. Die
Sensoranordnung und das Messverfahren der vorliegenden Erfindung
sind in Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 definiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine Sensoranordnung vorgesehen,
die Folgendes umfasst:
einen Sensor umfassend
einen verjüngten schmalen
Abschnitt einer Lichtleitfaser, der durch Verschmelzen und Verschmälern jeweiliger
Abschnitte von mindestens zwei Lichtleitfasern ausgebildet ist,
wobei der verjüngte
schmale Abschnitt ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,
und
einen verjüngten Übergangsabschnitt
einer Lichtleitfaser, der das erste Ende des verjüngten schmalen Abschnitts
mit mindestens einem nicht verschmolzenen Abschnitt der Lichtleitfaser
verbindet, wobei jeder nicht verschmolzene Abschnitt ein nicht verschmolzener
Abschnitt von jeweils einer der mindestens zwei Lichtleitfasern
ist; und
eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie
Licht zum ersten Ende des verjüngten
schmalen Abschnitts entlang einem des mindestens einen nicht verschmolzenen
Abschnitts führt,
dadurch
gekennzeichnet, das der Sensor ferner umfasst:
ein Mittel,
um zumindest einen Teil des Eintrittslichts, das sich entlang dem
verjüngten
schmalen Abschnitt vom ersten zum zweiten Ende ausbreitet, entlang dem
verjüngten
schmalen Abschnitt zum ersten Ende zurück zu reflektieren,
wobei
die Sensoranordnung ferner umfasst:
einen Lichtdetektor, der
so angeordnet ist, dass er ein Signal erzeugt, das einen Parameter
des reflektierten Eintrittslichts angibt, das vom ersten Ende des
verjüngten
schmalen Abschnitts zu einem des mindestens einen nicht verschmolzenen
Abschnitts übertragen
wird, und zumindest ein Teil des verjüngten schmalen Abschnitts so
angeordnet ist, dass er sich als Antwort auf eine Messgröße biegt.
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Vorteilhafterweise
kann der Sensor ferner ein Biegemittel umfassen, das so angeordnet
ist, dass es zumindest einen Teil des verjüngten schmalen Abschnitts entsprechend
der Messgröße biegt.
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Diese
Ausführung
bietet zahlreiche Vorteile, beispielsweise:
- a)
Dadurch, dass der verjüngte
schmale Abschnitt als verjüngter
schmaler Abschnitt angeordnet ist, kann der Sensor eine sondenartige
Form mit Eingangs- und Ausgangsfasern am selben „Ende" des verjüngten schmalen Abschnitts aufweisen.
- b) Die Anzeige der Messgröße erhält man,
indem einfach die Größe oder
ein anderer Aspekt des vom Lichtdetektor kommenden Signals überwacht
wird, wobei beispielsweise eine Fotodiode verwendet wird. Die Sensoranordnung
kann folglich unkompliziert und kostengünstig sein.
- c) Da der Parameter des zum nicht verschmolzenen Ausgangsabschnitt übertragenen
Lichts (bzw. das Teilungsverhältnis)
sehr empfindlich für Änderungen
in der Geometrie des verjüngten schmalen
Bereichs ist, kann das Biegemittel auf viele verschiedene Arten
technisch ausgelegt werden, um es an spezielle Anwendungen anzupassen.
Setzt man voraus, dass die auf den verjüngten schmalen Abschnitt angewandte
Biegung der Messgröße entspricht – d.h.,
dass sie eine im Wesentlichen reproduzierbare Funktion der Messgröße ist -,
dann ist das erzeugte Signal eine nutzbare Angabe der Messgröße. Es besteht
also wesentliche Konstruktionsfreiheit. Ferner kann man das reproduzierbare
Biegen leichter technisch realisieren als die Anwendung einer positiven
Dehnung (Längsdehnung).
Der verjüngte schmale
Abschnitt muss auch nicht in einem haltenden Medium eingekapselt
sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das sich im verjüngten schmalen
Abschnitt ausbreitende Licht gut zusammengehalten werden kann, so
dass Verluste verringert werden.
- d) Die Sensoranordnung umfasst einen passiven Sensor. Der Sensor
ist somit eine intrinsische amplitudenmodulierte Vorrichtung, moduliert
die Amplitude vorteilhafterweise aber nicht durch Variieren des
Verlusts. Statt dessen wird das zur Ausgangsfaser übertragene
Licht (bzw. das Teilungsverhältnis)
moduliert, so dass der Sensor ein stärkeres Ausgangssignal liefern
kann.
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Da
das Licht am selben Ende des verjüngten schmalen Abschnitts ein- und austritt, kann
der Sensor praktischerweise eine sondenartige Form haben.
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Der
Sensor kann in seiner einfachsten Form einen nicht verschmolzenen
Abschnitt einer Lichtleitfaser umfassen, der als Eingang und Ausgang
dient. Natürlich
führen
im verjüngten
schmalen Bereich die optische Kopplung zwischen verschmolzenen,
verjüngten
Lichtleitfasern und das Biegen zu Änderungen eines Parameters
des Lichts, das vom nicht verschmolzenen Abschnitt nach der Reflexion
wieder „eingefangen" wird.
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Da
nur eine Ein-/Ausgangsfaser vorhanden ist, ergibt sich der Vorteil,
dass die Größe und Komplexizität des Sensors
minimiert und der Sensor in eine Sonde mit kleinem Durchmesser integriert
werden kann.
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Ein
solcher Sensor kann beispielsweise aus einem verschmolzenen, verjüngten Standard-Koppler
hergestellt werden, indem eine der nominalen Eingangsfasern entfernt
wird.
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Die
Reflexion des Eintrittslichts kann auf verschiedene Arten erzielt
werden. Der Sensor wird bei bestimmten Ausführungen beispielsweise vom
zweiten Ende aus breiter und ist mit nicht verschmolzenen Abschnitten
der Lichtleitfasern verbunden, deren Enden an reflektierenden Oberflächen enden
oder verbunden sind, um eine längs
verlaufende optische Verbindung zu bilden. Solche Sensoren können beispielsweise
aus einem herkömmlichen
verschmolzenen, verjüngten
Koppler ausgebildet sein, wobei die Enden der Ausgangsfasern durchgeschnitten
(um reflektierende Oberflächen
zu bilden) oder verbunden sind.
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Alternativ
kann man die Reflexion erreichen, indem man den verjüngten schmalen
Abschnitt so anordnet, dass er am zweiten Ende an einer im Wesentlichen
ebenen Oberfläche
endet, die beispielsweise durch Abtrennen (Zerschneiden) hergestellt wird.
Ein solcher Sensor kann aus einem herkömmlichen verschmolzenen, verjüngten 2×2-Koppler
ausgebildet werden, indem der verjüngte schmale Abschnitt durchgeschnitten
wird.
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Die
Lichtleitfaser-Abschnitte von Ausführungen der vorliegenden Erfindung
können
praktischerweise durch einen vorgeformten bidirektionalen verschmolzenen,
verjüngten
2×2-Koppler
bereitgestellt werden. Diese Vorrichtungen sind bekannt und werden
dadurch ausgebildet, dass zwei Lichtleitfasern in einer Wärmequelle
so in Kontakt gehalten, gedehnt und entlang einem Abschnitt verschmolzen
werden, dass eine optische Wechselwirkung zwischen den Fasern möglich ist.
Normalerweise sind diese Vorrichtungen so angebracht und verpackt,
dass die Fasern straft gespannt gehalten werden. Eine 2×2-Vorrichtung
hat zwei Eingangsfasern und zwei Ausgangsfasern, und „bidirektional" bedeutet, dass die Funktionen
der nominalen Eingänge
und Ausgänge untereinander
austauschbar sind. Selbstverständlich kann
man verschmolzene, verjüngte
Koppler mit einer anderen Anzahl von Eingangs- und/oder Ausgangsfasern
in Ausführungen
der vorliegenden Erfindung verwenden. 1 zeigt
eine schematische Darstellung eines bekannten verschmolzenen, verjüngten Kopplers.
Der verjüngte
schmale Abschnitt 1 hat eine kleinere Querschnittsfläche und
wird auch als verjüngter
Hals bezeichnet. Die verjüngten Übergangsabschnitte 2, 3 verbinden
den verjüngten schmalen
Abschnitt 1 optisch mit den nicht verschmolzenen Abschnitten 21, 22 und 31, 32 der
Eingangs- bzw. Ausgangsfasern. Diese Vorrichtungen werden auch als
verschmolzene, verjüngte
bikonische Koppler bezeichnet, da die verjüngten Übergangsabschnitte im Wesentlichen
kegelförmig
sind. Bekannterweise wird das Verfahren des Verschmelzens und Verschmälerns (Verjüngens) geregelt,
um das gewünschte
Profil des verjüngten Übergangsabschnitts
zu erhalten. Eine geradlinig verlaufende Verjüngung ist bekannterweise steifer – d.h. mechanisch beständiger gegen
Biegen – als
exponentiell verlaufende Übergänge.
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Die
Lichtleitfasern können
vorteilhafterweise Einmodenfasern (auch als Monomodefasern bekannt)
sein. Solche Fasern umfassen einen Kern, der von einer Hülle aus
Mantelmaterial umgeben ist, das einen niedrigeren Brechungsindex
(n) aufweist als der Kern. Der Kern ist normalerweise kreisförmig mit einem
ausreichend kleinen Durchmesser, so dass sich nur die Grundmode
entlang der nicht verjüngten Faser
ausbreiten kann. Diese Grundmode wird in der nicht verjüngten Faser
von der Kern-Mantel-Grenze geleitet. Der Kerndurchmesser ist normalerweise kleiner
als 15 μm,
doch es sind auch andere Größen bekannt.
Durch den Einsatz von Einmodenfasern und das Einführen des
Lichts entlang nur einer der nicht verschmolzenen Eingangsfasern
lassen sich stärkere Änderungen
des Teilungsverhältnisses durch
Biegen erzielen als bei Mehrmodenfasern. Der verjüngte schmale
Abschnitt kann so schmal gemacht werden, dass die Kernmaterial-Mantelmaterial-Berührungsfläche im schmalen
Abschnitt praktisch nicht mehr in der Lage ist, die Grundmode zusammenzuhalten
und zu leiten. In dieser Situation wird die Grundmode gut von der
Außengrenze
des Mantelmaterials (normalerweise die Grenzfläche mit der Luft) geleitet,
da sie sich entlang dem verjüngten schmalen
Abschnitt ausbreitet, so dass die Kerne keine Rolle mehr spielen.
Anfangs breitet sich die Grundmode entlang der (nicht verschmolzenen)
Eingangsfaser aus und wird vom Faserkern geleitet. Beim Eintritt
in den ersten verjüngten Übergangsabschnitt
trifft sie auf einen Kern mit allmählich kleiner werdendem Radius,
bis eine Stelle erreicht ist, wo der Kern zu klein ist, um die Grundmode
zu leiten, die dann „ausbricht" und von der Mantel-Luft-Grenzfläche geleitet
wird, d.h., dass das Ausbreitungsfeld jetzt über den gesamten Querschnitt
des schmalen Abschnitts verläuft.
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Es
ist bekannt, dass ein ausreichend verjüngter Bereich einer Einmodenfaser
weniger anfällig für Biegeverlust
ist als die nicht verjüngte
Faser, da die Grundmode, die bis dahin schwach durch den Kern zusammengehalten
wurde, im verjüngten
Bereich gut durch die Mantel-Luft-Grenzfläche zusammengehalten wird.
In dem Dokument „Miniature
High Performance Loop Reflector" von
Oakley et al., Electronics Letters, 5. Dezember 1991, Band 27, Nr.
25, S. 2334–2335,
wird beispielsweise berichtet, dass eine Biegung mit 1,5 mm Durchmesser
ohne Herbeiführung
eines messbaren Verlusts (d.h. in diesem Fall kleiner als 0,05 dB)
in einem verjüngten
schmalen Bereich einer Einmodenfaser gebildet werden kann, wobei
die nicht verjüngte
Faser einen Kerndurchmesser von 10 μm, einen Manteldurchmesser von
125 μm und
eine Grenzwellenlänge
von 1250 nm aufweist und der Manteldurchmesser im verjüngten schmalen
Abschnitt ursprünglich
mit 30 μm
angegeben wurde. Der wirkliche Manteldurchmesser im verjüngten schmalen
Abschnitt betrug einer später
veröffentlichten
Berichtigung zufolge tatsächlich
aber 15 μm.
Dagegen betrug der Mindest-Biegedurchmesser der
nicht verjüngten
Faser, der mit geringem Verlust vereinbar war, ungefähr 4 cm.
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Praktischerweise
können
die Lichtleitfaser-Abschnitte von bevorzugten Ausführungen
der vorliegenden Erfindung durch bidirektionale verschmolzene, verjüngte 2×2-Koppler
gebildet werden, die aus Einmodenfasern vorgeformt wurden. Auch solche
Vorrichtungen sind bekannt und als Beispiel in 2 dargestellt.
Jede nicht verjüngte
Faser 21, 22, 31, 32 umfasst
einen Kern 211, 221, 311, 321,
der von einem Mantel 212, 222, 312, 322 umgeben
ist. Im verjüngten
schmalen Abschnitt 1 wurden die Kerne durch das Verjüngungsverfahren
so sehr im Querschnitt verkleinert, dass sie beim Leiten des Lichts keine
Rolle mehr spielen. Die nominalen Positionen der jeweiligen Kerne
im verjüngten
schmalen Abschnitt sind als gestrichelte Linien 111, 121 dargestellt.
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Es
wurden zahlreiche Modelle für
den Mechanismus vorgeschlagen, mit dem Lichtleistung, die in nur
eine der Eingangsfasern 21, 22 eintritt, zwischen
den zwei Ausgängen 31, 32 aufgeteilt
wird. Eine der befriedigensten Erklärungen ist wie folgt (siehe
beispielsweise „Analyse
d'un coupleur bidirectionnel
a fibres optiques monomodes fusionnees" von Bures et al., Applied Optics, Band
22, Nr. 12, 15. Juni 1983, S. 1918–1922): Der verschmolzene,
verjüngte
schmale Abschnitt 1 kann als einziger Leiter für das optische
Feld angesehen werden, da die Kerne in diesem Bereich zu klein sind,
um irgendeine Rolle zu spielen. Der Mantel dieses einzigen Leiters ist
die umgebende Luft. Die sich entlang einer der Eingangsfasern – beispielsweise
der Faser 21 – ausbreitende
Grundmode, die anfangs im Kern 211 zusammengehalten wird,
trifft beim Eintritt in den verjüngten Übergangsbereich 2 auf
einen Kern, der kleiner wird. Die Grundmode kann an einer Stelle schließlich nicht
mehr vom Kern 211 zusammengehalten werden, „bricht
aus" und wird nun
vom „einzigen
Leiter" zusammengehalten,
der den gesamten Querschnitt des Mantelmaterials im verjüngten schmalen
Abschnitt 1 umfasst.
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Der
einzige Leiter, der der verjüngte
schmale Abschnitt ist, wird nur an einer Seite angeregt, da Licht
nur entlang einer der Eingangsfasern eingeführt wird. 3(a) zeigt
einen schematischen Querschnitt des verjüngten schmalen Abschnitts 1 entlang der
Linie A von 2. Diese Figur stellt die Anregung an
einer Seite des einzigen Leiters schematisch dar, wobei der Pfeil
das elektrische Feld repräsentiert. Diese
Anregung an einer Seite kann als eine Überlagerung der zwei niedrigsten
Moden des einzigen Leiters betrachtet werden: der Grundmode und
einer antisymmetrischen Mode (in 3(b) dargestellt).
Diese zwei Moden haben verschiedene Ausbreitungskonstanten (d.h.
sie breiten sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit entlang dem
einzigen Leiter aus), und ihre Überlagerung
entlang dem verjüngten schmalen
Abschnitt führt
zu einem Schwebungsmuster, dessen Frequenz durch die Differenz zwischen diesen
Ausbreitungskonstanten bestimmt wird.
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Bei
einem perfekt symmetrischen Koppler heben sich an bestimmten Positionen
entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt die elektrischen Felder der zwei Moden in einer
Hälfte
des einzigen Leiters auf, während
sie in der anderen Hälfte
kombiniert werden und eine maximale Größe erreichen. Bewegt man sich
gedanklich entlang dem schmalen Abschnitt, wird die Situation dann
umgekehrt. Demzufolge läuft
die Energie abwechselnd von einer Seite des einzigen Leiters zur
anderen, wenn man sich entlang dem schmalen Abschnitt bewegt. Das
Teilungsverhältnis
der Leistung in den Ausgangsfasern 31, 32 hängt somit
von der Position des zweiten verjüngten Übergangsabschnitts 3 relativ
zum Schwebungsmuster ab, d.h. von der Strecke, die die beiden Moden
entlang dem einzigen Leiter durchlaufen müssen, bevor das Lichtfeld wieder
von den Kernen 311, 321 der separaten Ausgänge eingefangen
wird. Das Teilungsverhältnis
ist demnach eine Funktion der Länge
des verjüngten
schmalen Abschnitts 1.
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Änderungen
des Teilungsverhältnisses
können
dadurch erzielt werden, dass eine positive Dehnung (Längsdehnung)
auf den verjüngten
Bereich angewandt wird; ein auf diesem Prinzip basierender Sensor
wird in dem Dokument „Ratiometric
fibre-optic sensor utilizing a fused biconically tapered coupler" von Booysen et al.,
SPIE, Band 1584, Fibre Optic and Laser Sensors IX (1991), S. 273–279, offenbart.
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Bei
einem gerade gehaltenen, perfekt symmetrischen (d.h. aus im Wesentlichen
identischen Fasern gebildeten) Koppler bietet das obige Modell eine
gute Erklärung
für die
beobachteten Ergebnisse. Das erreichbare maximale Teilungsverhältnis (MTV) beträgt 100%,
d.h., dass die gesamte Ausgangsleistung in einer Faser oder der
anderen gegeben ist. Wenn der verjüngte schmale Abschnitt aber
gebogen wird, lässt
sich das Modell schwierig anwenden. Wenn außerdem der verjüngte schmale
Abschnitt in der nominalen Ebene der Fasern gebogen wird, ergibt
sich hier ein struktureller Unterschied zwischen dem Teil des einzigen
Leiters an der Innenseite der Biegung und dem an der Außenseite.
Das MTV ist nicht mehr durch die Symmetrie beschränkt und
kann jeden Wert annehmen. Ein MTV unter 100% bedeutet, dass nicht
die gesamte Ausgangsleistung in einer der beiden Ausgangsfasern
vorliegen kann. Eine der Fasern ist nicht in der Lage, mehr als
eine Maximalmenge – unter
100% – der
gesamten Ausgangsleistung zu übertragen.
Das Dokument „Wavelength-flattened
response in bent fibre couplers" von
O'Sullivan et al.,
Electronics Letters, 30. Juli 1992, Band 28, Nr. 16, S. 1485–1486, beschreibt
die Änderung
des MTV eines symmetrischen verschmolzenen, verjüngten Kopplers in einer Einmodenfaser
als Funktion des Biegewinkels, wenn der verjüngte Bereich in der Ebene der
Fasern gebogen wird. Der verjüngte
schmale Bereich ist anfangs gerade, und der Zweck des Biegens besteht
darin, dem Koppler eine Wellenlängen-geglättete Empfindlichkeit
zu verleihen.
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Eine ähnliche
Situation gilt dann, wenn der verjüngte schmale Bereich aus unähnlichen
Lichtleitfasern gebildet wurde, beispielsweise aus Fasern mit unterschiedlichen
Durchmessern. Im Allgemeinen ist eine der Ausgangsfasern nicht in
der Lage, das gesamte Ausgangslicht zu übertragen.
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Man
kann diese asymmetrischen Effekte dahingehend verstehen, dass sie
aus der ungleichen Anregung der zwei oben beschriebenen Moden resultieren – d.h. während die
beiden Moden durch den verjüngten
schmalen Abschnitt verlaufen, wird die Eingangsleistung ungleich
zwischen ihnen aufgeteilt.
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Der
verjüngte
schmale Abschnitt sollte nicht als ein einziger Leiter angesehen
werden, sondern statt dessen als zwei separate Leiter, die durch
Biegen in ihrer gemeinsamen Ebene unterschiedlich beeinflusst werden.
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Der
verjüngte Übergangsabschnitt
kann mit zwei nicht verschmolzenen Lichtleitfaser-Abschnitten (die
beispielsweise den zwei nominalen Eingangsfasern eines herkömmlichen
Kopplers entsprechen) verbunden sein.
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Licht
kann daher aus dem Sensor entlang einer nominalen Eingangsfaser
des Kopplers austreten.
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Da
ein einziges Faserpaar als Ein- und Ausgang verwendet und das Licht
von einem Ende des verjüngten
schmalen Abschnitts reflektiert wird (statt geschleift zu werden),
wurden die Größe und Komplexizität des Sensors
weiter reduziert.
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Das
reflektierende Ende des verjüngten schmalen
Abschnitts kann durch Abtrennen (Zerschneiden) hergestellt werden
und verspiegelt sein, um den Anteil des Eintrittslichts, das entlang
dem verjüngtem
schmalen Abschnitt zurück
reflektiert wird, zu vergrößern. Die
Reflexion kann jedoch auch durch andere Mittel erreicht werden.
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Bei
Ausführungen,
wo der verjüngte Übergangsabschnitt
mit zwei nicht verschmolzenen Abschnitten verbunden ist, kann ein
zweiter Lichtdetektor vorgesehen sein, so dass Signale erzeugt werden können, die
einen Parameter des Lichts angeben, das zu jedem nicht verschmolzenen
Abschnitt übertragen
wird. Mit geeigneten Mitteln kann ein Ausgangssignal erzeugt werden,
das von der Messgröße, aber
nicht von der Eingangsleistung abhängt.
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Die
Lichtleitfaser-Abschnitte der Erfindung können praktischerweise wieder
aus einem bekannten bidirektionalen verschmolzenen, verjüngten 2×2-Koppler gebildet
werden, der wie zuvor Einmodenfasern umfassen kann. Diese bekannten
Vorrichtungen können
zur Verwendung in Anordnungen gemäß dieser Ausführung an
einer Stelle entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt durchgeschnitten werden. Dann wird nur eine Hälfte der
zerschnittenen Struktur benötigt.
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Die
Länge des
verjüngten
schmalen Abschnitts kann vorteilhafterweise so gewählt werden, dass
sie die gewünschte
Steifigkeit ergibt.
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Im
Folgenden werden die Mechanismen beschrieben, durch die das Biegen
des verjüngten schmalen
Abschnitts das Teilungsverhältnis
der Lichtleistung verändert,
die entlang den nicht verschmolzenen Faserabschnitten zurück übertragen wird.
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Das
optische Feld im verjüngten
Abschnitt ist sehr empfindlich für Änderungen
der Geometrie, und das Biegen des verjüngten schmalen Abschnitts führt normalerweise
zur einer Änderung
des Teilungsverhältnisses.
Der Begriff „Biegen" dient zur Bezeichnung
eines Vorgangs, der ein teilweises oder vollständiges Verformen, Krümmen, Verziehen
oder Verändern
im verjüngten
schmalen Abschnitt bewirkt.
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Bei
Ausführungen,
wo das Ausgangsende einen einzigen nicht verschmolzenen Abschnitt
umfasst, führt
die Verformung des verjüngten
schmalen Abschnitts im Allgemeinen zu einer Änderung des Parameters des
Lichts, das zum Ausgangsabschnitt übertragen wird, beispielsweise
zu einer Änderung der
Lichtintensität.
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Der
Sensor ist so angeordnet, dass die auf den verjüngten schmalen Abschnitt angewandte
Biegung der von der Sensoranordnung gemessenen Größe entspricht,
d.h. der Messgröße. Die
angewandte Biegung ist daher eine im Wesentlichen reproduzierbare
Funktion der Messgröße. Das
Ende des verjüngten
schmalen Abschnitts kann beispielsweise um eine Strecke zur Seite
gekrümmt
sein, die proportional zur Größenordnung
der Messgröße ist.
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Aus Änderungen
der Messgröße resultieren Änderungen
der auf den verjüngten
schmalen Abschnitt angewandten Biegung und demnach Änderungen
des Teilungsverhältnisses.
Dies wiederum führt
zu einer Änderung
des Signals, das vom Lichtdetektor erzeugt wird und demzufolge dazu
verwendet werden kann, die Messgröße zu kontrollieren.
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Der
verjüngte
schmale Abschnitt und die zwei nicht verschmolzenen Abschnitte können vorteilhafterweise
im Wesentlichen in derselben Ebene liegen; das Biegemittel kann
so angeordnet sein, dass es den verjüngten schmalen Abschnitt in
dieser Ebene verformt, wobei die nicht verschmolzenen Abschnitte
fest gehalten werden. Diese Ebene ist normalerweise parallel zur
Hauptsymmetrieachse des verjüngten
schmalen Abschnitts, so dass eine Verformung in dieser Ebene eine
ungleiche Dehnung der zwei „Hälften" des verjüngten schmalen
Abschnitts bewirkt, die den jeweiligen einzelnen Fasern entsprechen.
Auch hier kann diese ungleiche Dehnung bei einer vorgegebenen Verformung
eine stärkere Änderung
des Teilungsverhältnisses
verursachen.
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Bei
Ausführungen
der Erfindung kann der verjüngte
schmale Abschnitt einen im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt mit einer
Hauptsymmetrieachse in einer Richtung aufweisen, die einer Linie entspricht,
die die nominalen Mitten der einzelnen Fasern während des Herstellungsverfahrens
(Verschmelzen und Verschmälern)
verbindet. Der Querschnitt kann je nach den Formen und Größen der
einzelnen Fasern und dem Grad der Verschmelzung kreisförmig, elliptisch,
achtförmig
(zwei einander überlagernden
Kreisen ähnelnd)
oder andersförmig sein.
Die zwei Fasern müssen
natürlich
nicht dieselbe Form oder Größe aufweisen.
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Die
Fasern können
vorteilhafterweise so verschmolzen sein, dass der verjüngte schmale
Abschnitt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Dies ist deswegen von Vorteil, weil ein kreisförmiger Querschnitt leichter
wiederholbar als andere Geometrien ist. Obwohl hier keine Haupt- oder
Nebensymmetrieachse vorhanden ist, gibt es eine funktionelle Hauptachse,
die durch die Ausrichtung des Übergangsbereichs
definiert ist, der die nicht verschmolzenen Abschnitte mit dem schmalen Abschnitt
verbindet.
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Vorteilhafterweise
kann die Messvorrichtung ferner einen rohrförmigen Sondenkörper umfassen und
das Biegemittel eine elastische Membran aufweisen, die so angeordnet
ist, dass sie sich entsprechend einer Druckdifferenz zwischen Bereichen
im Sondenkörper
und außerhalb
des Sondenkörpers verformt.
Der Sensor kann im Sondenkörper
an einem Ende angeordnet sein, wobei der verjüngte schmale Abschnitt zum
Ende hin verläuft
und die Ein-/Ausgangsfasern entlang der Sonde zurücklaufen.
Bei dieser Ausführung
wird die Verformung der Membran zum verjüngten schmalen Abschnitt übertragen
und das Teilungsverhältnis
entsprechend der Druckdifferenz moduliert.
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Die
Membran kann ein winkliges Ende des rohrförmigen Sondenkörpers abdichten
und in direktem Kontakt mit dem verjüngten schmalen Abschnitt stehen.
Der verjüngte
schmale Abschnitt kann so angeordnet sein, dass er nominal entlang
der Längsachse
der Sonde liegt. Bei dieser Anordnung biegt die Verformung der Membran
vorteilhafterweise den verjüngten
schmalen Abschnitt von der Achse – d.h. von dessen Ebene – fort.
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Der
Sondenkörper
kann sowohl flexible als auch starre Abschnitte sowie einen starren
Abschnitt bei oder näher
an einem Ende umfassen. Die Membran kann eine Öffnung im starren Abschnitt
abdichten. Der Sondenkörper
kann ein Katheter sein und einen Außendurchmesser von 1 mm oder
weniger aufweisen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in Anspruch 1 definiert
ist, ist ein Sensor vorgesehen, der Folgendes umfasst:
einen
verjüngten
schmalen Abschnitt einer Lichtleitfaser, der durch Verschmelzen
und Verschmälern
jeweiliger Abschnitte von mindestens zwei Lichtleitfasern ausgebildet
ist, wobei der verjüngte
schmale Abschnitt ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,
und
einen verjüngten Übergangsabschnitt
einer Lichtleitfaser, der das erste Ende des verjüngten schmalen Abschnitts
mit mindestens einem nicht verschmolzenen Abschnitt der Lichtleitfaser
verbindet, wobei jeder nicht verschmolzene Abschnitt ein nicht verschmolzener
Abschnitt von jeweils einer der mindestens zwei Lichtleitfasern
ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende des verjüngten schmalen
Abschnitts als ein Mittel ausgebildet ist, um das Licht, das sich
entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt vom ersten zum zweiten Ende ausbreitet, entlang
dem verjüngten
schmalen Abschnitt zum ersten Ende zurück zu reflektieren.
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Der
Sensor kann ferner ein Biegemittel umfassen, dass so angeordnet
ist, dass es zumindest einen Teil des verjüngten schmalen Abschnitts entsprechend
einer Messgröße biegt.
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Der
Körper
kann wieder einen im Wesentlichen starren Abschnitt umfassen, und
einer oder mehrere der nicht verschmolzenen Abschnitte können am
starren Abschnitt befestigt sein.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in Anspruch 8 definiert
ist, ist ein Messverfahren vorgesehen, dass folgende Schritte umfasst:
Einführen von
Licht in einen verjüngten
schmalen Abschnitt eines verschmolzenen, verjüngten faseroptischen Kopplers
entlang einer nominalen Eingangsfaser des Kopplers;
an einem
zweiten Ende des verjüngten
schmalen Abschnitts, Reflektieren zumindest eines Teils des Lichts,
das sich von der Eingangsfaser aus entlang dem verjüngten schmalen
Abschnitt ausbreitet, zurück
zur Eingangsfaser;
Erzeugen eines Signals, das einen Parameter
des reflektierten Lichts angibt, das vom verjüngten schmalen Abschnitt zu
einer nominalen Eingangsfaser des Kopplers übertragen wird;
Verziehen
zumindest eines Teils des verjüngten schmalen
Abschnitts entsprechend einer Messgröße; und
Verwenden des
Signals, um eine Angabe der Messgröße bereitzustellen.
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Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines bekannten verschmolzenen, verjüngten Kopplers, der
zur Verwendung in Ausführungen
der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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2:
eine schematische Darstellung eines bekannten verschmolzenen, verjüngten Monomode-Kopplers,
der zur Verwendung in Ausführungen der
vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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3:
eine sehr schematische Darstellung der Muster elektrischer Felder
bei Moden am Eingangsende eines verjüngten schmalen Abschnitts, der
nur durch Licht von einer seiner Eingangsfasern angeregt wird;
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4:
eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einer
weiteren Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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5:
eine schematische Darstellung verschiedener Ansichten eines Teils
eines Sensors gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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6:
eine schematische Darstellung der Sonde gemäß einer weiteren Ausführung;
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7:
eine schematische Darstellung eines Sensors, der die vorliegende
Erfindung verkörpert und
in einem Windkanal eingebaut ist, um einen Fluidstrom zu überwachen;
und
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8:
eine schematische Darstellung eines Beschleunigungssensors, der
die vorliegende Erfindung verkörpert.
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Bezug
nehmend auf 4 umfasst der Sensor zwei nicht
verschmolzene Lichtleitfaser-Abschnitte 31, 32,
die über
einen verjüngten Übergangsbereich 3 verschmolzen
und zusammen verjüngt
sind, um einen verjüngten
schmalen Abschnitt 1 zu bilden, der an einer reflektierenden
Oberfläche 101 endet. Das
Ende des verjüngten
schmalen Abschnitts ist in 4(b) detaillierter
dargestellt. Die reflektierende Oberfläche 101 wurde durch
Abtrennen (d.h. Durchschneiden) des verjüngten schmalen Abschnitts gebildet
und ist im Wesentlichen eben. Die reflektierende Oberfläche ist
in einem Winkel θ zur
nominalen Längsachse
des verjüngten
schmalen Bereichs angeordnet. In diesem Beispiel ist θ spitz,
er sollte Idealerweise aber 90° betragen.
Die reflektierende Oberfläche 101 wurde
ferner verspiegelt, um ihr Reflexionsvermögen zu erhöhen.
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Licht
wird nur an einem der nicht verschmolzenen Abschnitte 31 eingeführt, und
zwar von einer LED über
einen Seitenzweig 33 einer Lichtleitfaser, der in geeigneter
Weise mit dem nicht verschmolzenen Abschnitt 31 verspleißt ist.
Das Eintrittslicht verläuft
durch den Übergangsbereich 3 und
breitet sich entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt 1 zur Endoberfläche 101 aus, wo es
entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt zurück
reflektiert wird. Bei der Rückkehr
zum Übergangsabschnitt 3 wird
das Eintrittslicht zwischen den zwei nicht verschmolzenen Abschnitten 31, 32 aufgeteilt.
Das Teilungsverhältnis
ist eine empfindliche Funktion der Geometrie des verjüngten schmalen
Abschnitts 1. Das vom verjüngten schmalen Abschnitt 1 aus
entlang jedem der nicht verschmolzenen Abschnitte 31, 32 zurückkehrende
Licht wird zu jeweiligen Fotodioden 61, 62 geleitet,
die Signale S1, S2 erzeugen, die das Teilungsverhältnis der
Leistung angeben. Diese Signale S1, S2 werden in einem Addieren 63 kombiniert,
wobei durch einen Subtrahieren 64 ein Signal erzeugt wird, das
die Differenz zwischen ihnen angibt. Die Summen- und Differenzsignale
werden dann in einem Dividieren 7 zueinander ins Verhältnis gesetzt,
um ein Ausgangssignal S0 zu erzeugen, das
das Teilungsverhältnis
angibt und unabhängig
von der Ausgangsleistung der LED 4 ist.
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Bei
bestimmten anderen bevorzugten Ausführungen ist der Subtrahieren
nicht erforderlich. Bei diesen Ausführungen werden eines oder andere
der Signale durch die Summe der beiden geteilt, um einen Wert des
Teilungsverhältnisses
zu erhalten, der zwischen 0 und 1 variieren kann. Diese Zahl kann
mit 100 multipliziert werden, um das Teilungsverhältnis in Prozent
anzugeben.
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Bei
der Ausführung
von 4 ist das Biegemittel ein Bimetallstreifen 53 mit
einem überstehenden
Teil 54 an einem Ende. Die Verformung des Bimetallstreifens 53 ist
eine Funktion der Temperatur, und Änderungen dieser Verformung
werden durch den überstehenden
Teil 54 zum verjüngten
schmalen Abschnitt 1 übertragen.
Ein Teil des verjüngten Übergangsabschnitts 3 ist
in einem Silikongummiblock 8 eingekapselt und an einem
Ende des Bimetallstreifens 53 befestigt. Ein Teil des Übergangsbereichs 3 bleibt
nicht eingekapselt und kann sich daher verziehen, während der
verjüngte
schmale Abschnitt 1 gebogen wird. Der verjüngte Übergang 3 wurde
mit einem gekrümmten
Profil 300 geformt, um seine Steifigkeit zu verringern.
Als Folge dieser Merkmale ist das Teilungsverhältnis eine besonders empfindliche Funktion
der Biegung, die auf den ungestützten
verjüngten
schmalen Abschnitt und einen Teil des Übergangsabschnitts angewandt
wird.
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Bezug
nehmend auf 5 umfassen die faseroptischen
Abschnitte des Sensors bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung
zwei nicht verschmolzene Einmodenfaser-Abschnitte 31, 32,
die über
einen Übergangsbereich 3 verschmolzen
sind und zusammen schmaler werden, um einen verjüngten schmalen Abschnitt 1 zu
bilden, der entlang seiner Länge
einen im Wesentlichen gleichmäßigen elliptischen
Querschnitt aufweist. Das Ende 101 des verjüngten schmalen
Abschnitts 1 ist senkrecht zur nominalen Längsachse
des verjüngten schmalen
Abschnitts durchgeschnitten, um eine reflektierende Oberfläche zu bilden.
Der elliptische Querschnitt hat eine Hauptsymmetrieachse A1, während der
verjüngte
schmale Abschnitt 1 so angeordnet ist, dass alle Positionen
entlang seiner Länge
A1 im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene P liegen. Die Mitten
der nicht verschmolzenen Abschnitte 31, 32 sind
ebenfalls so angeordnet, dass sie im Wesentlichen in der Ebene P
liegen. Das Biegemittel ist so angeordnet, dass es den verjüngten schmalen
Abschnitt 1 in der Ebene P biegt, indem eine Kraft F angewandt
wird, die eine zur Ebene P parallele Komponente mit einer Größe aufweist,
die von einer zu messenden Größe abhängt.
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5(a) zeigt eine perspektivische Darstellung
eines Teils des Sensors, während 5(b) eine Draufsicht zeigt. Die Kerne 311, 321 der
einzelnen Einmodenfasern werden über
den verjüngten Übergangsabschnitt 3 verkleinert
und haben im verjüngten
schmalen Abschnitt 1 vernachlässigbare Querschnitte. Hier
bedeutet „vernachlässigbar", dass die Kerne
im verjüngten
schmalen Abschnitt im Wesentlichen nicht mehr in der Lage sind,
die Grundmode zusammenzuhalten, die sich im Sensor entlang einer der
Fasern 31, 32 ausbreitet.
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Der
verjüngte
schmale Abschnitt 1 hat nominal zwei Hälften 1A, 1B,
die dem Material der jeweiligen einzelnen Fasern 31, 32 entsprechen. 5(b) zeigt die Position des verjüngten schmalen
Abschnitts 1, nachdem er durch die Kraft F in der Ebene P
gebogen wurde, was zu einer ungleichen Dehnung der zwei nominalen
Hälften 1A, 1B führt. Diese asymmetrische
Dehnung bewirkt eine Änderung
des Teilungsverhältnisses,
da das vom Ende 101 reflektierte Licht wieder durch die
Kerne 311, 321 eingefangen wird.
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Bezug
nehmend auf 6 hat ein Sondenkörper 91 bei
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung die Form eines Rohrs, das an einem Ende
rechtwinklig durchgeschnitten ist. Ein Führungselement 99 ist
am rechtwinklig geschnittenen Ende des Rohrs 91 befestigt
und dichtet es ab. Ein Loch 912 in der Seite des Rohrs 91 ist
durch eine flexible Hülse 500 abgedichtet,
wobei der Abschnitt der Hülse,
der über
dem Loch 912 liegt, eine flexible Membran 55 ausbildet.
Ein Verschluss 8 aus einkapselndem Silikongummi hält im Rohr 91 die
nicht verschmolzenen Lichtleitfaser- Abschnitte 31, 32 und
bildet zusammen mit einem Stützkeil 92 eine
Abdichtung quer über
das Rohr 91. Ein verjüngter Übergangsabschnitt 3 und
ein verjüngter
schmaler Abschnitt 1 werden nicht durch den Silikongummiblock 8 gestützt, und
der verjüngte
schmale Abschnitt 1 endet an einer reflektierenden Oberfläche 101.
Licht wird an einer der nicht verschmolzenen Lichtleitfasern 31 eingeführt und
breitet sich entlang dem verjüngten
schmalen Abschnitt 1 aus. Die Reflexion an der Oberfläche 101 bewirkt,
dass das Eintrittslicht entlang den Fasern 32 zurückkehrt,
wobei die separaten Signale überwacht
werden. Die Verformung des verjüngten
schmalen Abschnitts 1 führt
zu Änderungen
des Teilungsverhältnisses.
Ein Raum 94 im Sondenkörper 91 ist
durch die flexible Hülse 500,
das Führungsmittel 99,
den Stützkeil 92 und
den einkapselnden Block 8 gegenüber dem Raum außerhalb der
Sonde abgedichtet. Die elastische Membran 55 verformt sich
entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Räumen, und diese Verformung
wird mittels eines Elements 551, das an der Innenfläche der Membran 55 befestigt
und in Kontakt mit dem verjüngten
schmalen Abschnitt angeordnet ist, zum Ende des verjüngten schmalen
Abschnitts 1 übertragen.
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Bei
einer anderen Ausführung
umfasst das Eingangsende des verschmolzenen, verjüngten Kopplers
zwei Eingangsfasern; Licht wird am verjüngten schmalen Abschnitt gleichzeitig
entlang beiden Fasern eingeführt.
Die Intensitäten
des Lichts, das entlang jeder Faser eintritt, sind verschieden, und
ein Verziehen des verjüngten
schmalen Abschnitts führt – wie oben
beschrieben – zur Änderung eines
Ausgangssignals eines in geeigneter Weise angeordneten Lichtdetektors.
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Bei
noch einer anderen Ausführung
werden unterschiedliche Lichtwellenlängen entlang jeder „Eingangsfaser" eingeführt und
Wellenlängenempfindliche
Lichtdetektoren verwendet. Bei solchen Anordnungen können die
Teilungsverhältnisse
der jeweiligen unterschiedlichen Wellenlängen abgeleitet werden, wobei
sich der Vorteil ergibt, dass mehr Information über den Zustand des Kopplers
erhalten werden kann, so dass die Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit
verbessert oder sogar ein Temperaturausgleich erzielt werden kann. 7 zeigt
eine schematische Draufsicht eines Sensors, der die vorliegende
Erfindung verkörpert.
Dieser Sensor dient zur Messung der Geschwindigkeit eines Fluidstroms (beispielsweise
in Windkanälen).
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Der
Sensor von 7 umfasst eine nominale Eingangsfaser 21 und
eine nominale Ausgangsfaser 31, die verschmolzen sind und
schmaler werden, um einen verjüngten
schmalen Abschnitt 1 zu bilden, der zur Bildung einer reflektierenden
Oberfläche 101 durchgeschnitten
ist. Nicht verschmolzene Abschnitte der Fasern 21, 31 sind
in einer starren Halterung 800 eingekapselt, wobei der
verjüngte
schmale Abschnitt aus einer Oberfläche der Halterung hervorsteht.
Der Sensor ist schematisch mit einer Oberfläche des Halterungsblocks 800 dargestellt,
der an einer Wand W eines Windkanals befestigt ist, und ist so angeordnet,
dass der verjüngte
schmale Abschnitt nominal senkrecht zur generellen Richtung des
Fluidstroms verläuft.
Während
die Geschwindigkeit des Fluidstroms steigt, nimmt auch die Verformung
des verjüngten
schmalen Abschnitts zu; das Kopplungsverhältnis des reflektierten Lichts
zwischen den zwei Fasern dient als Maß der Fluidgeschwindigkeit
im Windkanal.
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8 zeigt
eine weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung, die wieder ein Sensor ist, der sich
zur Messung von Vibrationen und/oder Beschleunigungen eines Prüfgegenstands
O eignet. In diesem Beispiel ist das Messgrößen-empfindliche Element ein
verjüngter
schmaler Abschnitt eines verschmolzenen, verjüngten Kopplers, der durchgeschnitten
und verspiegelt ist, um eine reflektierende Oberfläche 101 zu
bilden. An dem durchgeschnittenen verjüngten schmalen Abschnitt, der
von einer Oberfläche
eines einkapselnden Körpers 800 aus verläuft, ist
eine Masse M in einem vorher bestimmten Abstand d zur Stützstelle
(d.h. der Körperoberfläche) befestigt.
Der vorher bestimmte Abstand wird so gewählt, dass er die gewünschte Ansprechcharakterisitik
bereitstellt.
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Das
Ende 101 des verjüngten
schmalen Abschnitts 1 und die Masse werden nicht vom einkapselnden
Körper 800 gestützt, so
dass der verjüngte schmale
Abschnitt als Antwort auf eine Beschleunigung des Körpers O,
an dem der Sensor befestigt ist, einer Verzugskraft ausgesetzt ist.
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Der
Sensor umfasst ferner ein Gehäuse
E (eine Umschließung),
das den zerbrechlichen und empfindlichen verjüngten schmalen Abschnitt schützt.
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Bei
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung kann der Sensor also ferner einen (vorzugsweise
starren) Körper
umfassen, der zumindest einen Teil des nicht verschmolzenen Lichtleitfaser-Abschnitts
oder jeden nicht verschmolzenen Lichtleitfaser-Abschnitt einkapselt,
wobei der verjüngte
schmale Abschnitt so von einer Körperoberfläche aus
verläuft,
dass sein zweites Ende relativ zum Körper verformbar ist, damit
der verjüngte
schmale Abschnitt gebogen werden kann. Der verjüngte schmale Abschnitt kann
so angeordnet sein, dass er sich in Folge einer Beschleunigung des
Körpers
oder des am Körper
vorbeifließenden
Fluidstroms biegt.
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Am
verjüngten
schmalen Abschnitt kann eine Masse in einem Abstand zur Körperoberfläche befestigt
sein.
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Eine
Oberfläche
des Körpers
kann an eine Befestigung an der Anordnung angepasst sein, wodurch
bei der Verwendung die Spitze bzw. das zweite Ende relativ zur Anordnung
verformbar ist. Der Körper
kann an der Oberfläche
der Anordnung angebracht sein, wobei der verjüngte schmale Abschnitt in einen
an der Oberfläche
der Anordnung vorbeifließenden
Fluidstrom hinein verläuft.
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Der
verjüngte
schmale Abschnitt kann von der Oberfläche einer Öffnung aus durch den Körper verlaufen,
wodurch der Körper
mechanischen Schutz für
den verjüngten
schmalen Abschnitt bereitstellt. Bei der Verwendung kann die Öffnung so
angeordnet sein, dass sie Fluidstrom am verjüngten schmalen Abschnitt vorbei
zulässt.
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Der
Sensor kann eine Umschließung
umfassen, die den einkapselnden Körper und den verjüngten schmalen
Abschnitt vollständig
umschließt
und dennoch erlaubt, dass der verjüngte schmale Abschnitt darin
verzogen wird.
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Der
Sensor von 8 ist demzufolge für die Erkennung/Messung
von Vibrationen und/oder Beschleunigungen geeignet, d.h. er kann
Teil eines Beschleunigungsmessers sein. Bei Fluidstrom-Geschwindigkeitssensoren
und Beschleunigungs-/Vibrationssensoren bieten die geringe Größe und die passive
Beschaffenheit der faseroptischen Sensoren klare Vorteile gegenüber herkömmlichen
bekannten Anordnungen.
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Jedes
in dieser Beschreibung (wobei dieser Begriff die Ansprüche umfasst)
offenbarte und/oder in den Zeichnungen dargestellte Merkmal kann
unabhängig
von anderen offenbarten und/oder dargestellten Merkmalen in die
Erfindung integriert werden.