DE8900690U1 - Fiber optic sensor for small tensile or compressive forces - Google Patents
Fiber optic sensor for small tensile or compressive forcesInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter-<LVL->Seneor für kleine Zug- oder Druckkräfte nach dem Oberbegriff dee Ansprüche 1. Er dient ale hochempfindlicher Dehnunge- oder Kontaktsensor.The invention relates to an optical fiber <LVL> sensor for small tensile or compressive forces according to the preamble of claim 1. It serves as a highly sensitive strain or contact sensor.
Ein LVL-Sensor für Zugkräfte mit den Merkmale», dee Oberbegriffs des Anspruchs 1 1st, in der DB-OS 35 20 900 beschrieben. Hler 1st um den LVL mindestens eine Vendel eines MetaJ.!drahtes, vorzugsweise ein Stahldraht von 0,08 mm Starke, oder eines Olaefadens gewickelt, und dafum ist eine zugfeste Umhüllung aufgebracht. Diese ist aus glasfaserverstärktem Kunststoff und drahtförmig mit einem AuBendurchmesser von etwa 2 mm.An LVL sensor for tensile forces with the features of the preamble of claim 1 is described in DB-OS 35 20 900. At least one coil of a metal wire, preferably a steel wire of 0.08 mm thickness, or an oil thread is wound around the LVL, and a tensile-resistant sheath is applied to it. This is made of glass fiber reinforced plastic and is wire-shaped with an outer diameter of about 2 mm.
Zu der Ausbildung der Vendel&eegr; sind zahlreiche Angaben gemacht, so über Durchmesser und Schlaglänge, und nebenbei auch, daß mehrere Vendeln im Parallel- oder Kreuzschlag um den primürbeschlchtsten LVL gewickelt werden können. - Zur Umhüllung sind verschiedene Materlallen angegeben, vorzugsweise faserverstärkte Kunstharze (Duroplaste) wie Polyesterharz mit unldlrektlonal orientierten Glasfasern, aber auch Thermoplaste.A lot of information is given about the design of the vendels, such as diameter and lay length, and also that several vendels can be wound around the primary LVL in parallel or cross lay. - Various materials are specified for the covering, preferably fiber-reinforced synthetic resins (thermosets) such as polyester resin with non-rectally oriented glass fibers, but also thermoplastics.
Dieser LVL-Seneor fUr Zugkräfte 1st empfindlicher als der in der alteren DB-PS 33 05 234 beschriebene Sensor, bei dem um den LVL eine Vendel aus harzdurchtr&nkten Glasfasern gewickelt, oder eine durch den Zusatz von körnigem Glas- oder Kroundpulver inhomogene Kunststoffsohicht aufgebracht 1st. Hler let auch die Anwendung eines solchen Sensors zur Überwachung von Betonbauwerken, wie einer Spannbeton-Brücke, beschrieben) Der LVL-Seneor befindetThis LVL sensor for tensile forces is more sensitive than the sensor described in the older DB-PS 33 05 234, in which a coil made of resin-impregnated glass fibers is wound around the LVL, or an inhomogeneous plastic layer is applied by adding granular glass or crystalline powder. He also describes the use of such a sensor for monitoring concrete structures, such as a prestressed concrete bridge. The LVL sensor is located
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sich In dem mäanderartig eingelegten Spanndraht der Brücke, und die Meßenden des LVL sind mit einem Licht-Durchgangsprüfgerät (Dämpfungsmeßgerät) verbunden, das eine laufende mechanische überwachung der Brücke ermöglicht.In the meandering tension wire of the bridge, and the measuring ends of the LVL are connected to a light continuity test device (attenuation measuring device), which enables continuous mechanical monitoring of the bridge.
j| umbilden.j| transform.
j§ So 1st in der DB-OS 36 28 083 eine Bodenplatte aus Balken mit eingelegten LVL-Drucksensoren beschrieben, bei denen die inhomogene Schicht zwischen LVL und Umhüllung eine Metalldrahtwendel 1st. Diese Bodenplatte wird in Gebäuden oder im Freien zur Objektschutz In den Boden eingelegt.j§ For example, DB-OS 36 28 083 describes a floor plate made of beams with inserted LVL pressure sensors, in which the inhomogeneous layer between LVL and casing is a metal wire spiral. This floor plate is inserted into the ground in buildings or outdoors to protect objects.
Und In der DE-PatAnm P 38 09 957.8 ist ein LVL-Drucksensor beschrieben, bei dem die Inhomogene Schicht zwischen LVL und Umhüllung (Schutzmantel) wie die obenerwähnte körnige Kunststoffschicht ausgebildet 1st. Dieser Sensor bewirkt eine Signalgabe oder da© Auslösen von Schutzmaßnahmen bereite bei Kräften von etwa 1 H, und er wird vorwiegend als Kontaktsensor in der Sicherheitstechnik als Elnklemm-, Berührungs- oder Überfahrschutz eingesetzt.And in DE-PatAnm P 38 09 957.8, an LVL pressure sensor is described, in which the inhomogeneous layer between LVL and casing (protective sheath) is designed like the granular plastic layer mentioned above. This sensor causes a signal to be given or protective measures to be triggered at forces of around 1 H, and it is mainly used as a contact sensor in safety technology as anti-pinch, anti-contact or anti-run-over protection.
Von den eingangs (in der DB-OS 35 26 966> beschriebenen LVL-Zugsensoren ist bisher nur die Aueführungsform mit einer Veudel Im prakcIschen Betrieb. Dabei ergab sich an einem Sensor ohne Um-Of the LVL tension sensors described at the beginning (in DB-OS 35 26 966>), only the version with a Veudel is in practical operation so far. This resulted in a sensor without
; hUllung (Sensorseele), bestehend aus einem primärbeechlchteten Multlmode-LVL (0 außen ca. 175 &mgr;&agr;, Gradientenfaser 50/125? mit einem aufgeseilten Stahldraht (0 ca. 90 &mgr;&agr;) folgendes:; sheath (sensor core), consisting of a primary illuminated multimode LVL (0 outside approx. 175 μα, gradient fiber 50/125? with a stranded steel wire (0 approx. 90 μα) as follows:
Beim Aufbringen einer axial wirkenden Kraft wird dieser Sensor gedehnt, wobei der Stahldraht in den LVL eingeschnürt wird und diese to durch den Microbendingeffekt liohtdämpfende Eigenschaften mitteilt. Der Dämpfungsanstleg 1st linear mit der Dencng, solange der Microbendingeffekt wirksam ist. In aller Regel 1st dies tei einer Dehnung des Sensors bis 0.3 % der Fall. Aber bei größerer Dehnung lagert sich dieser Sensor eo um, daß schließlich der Stahldraht gerade gespannt und nun der LVL un Ihn gewickelt 1st. Spätestens ab diesem Dehnungezustand ändert sich die Dämpfung des Sensors nicht mehr.When an axial force is applied, this sensor is stretched, whereby the steel wire is constricted in the LVL and this imparts light-damping properties through the microbending effect. The damping effect is linear with the tension as long as the microbending effect is effective. This is usually the case for a stretch of the sensor of up to 0.3%. However, with greater stretching, the sensor shifts so that the steel wire is finally stretched straight and the LVL is now wound around it. At the latest, from this stretching state onwards, the damping of the sensor no longer changes.
Pl 4861 -3- 19.01.69Pl 4861 -3- 19.01.69
Bine Linearisierung der Dampfung wird durch die Umhüllung des Sensors mit faserverstärktem Kunststoff erreloht. Bei geeigneter Wahl der Parameter fUr LVL, Draht und Umhüllung gelingt die Herstellung eines Dehnungssensors mit linearem Dampfungs-Dehnungsverhaiten bis über 1,5 % Dehnung. Hierbei werden Verte von 0,2 bis 1,5 dB Dämpfung Je cm Dehnung erreicht.A linearization of the attenuation is achieved by covering the sensor with fiber-reinforced plastic. With a suitable choice of parameters for LVL, wire and covering, it is possible to produce a strain sensor with a linear attenuation-strain ratio up to over 1.5 % strain. Values of 0.2 to 1.5 dB attenuation per cm of strain are achieved.
Das Zusammenspiel der Parameter LVL-Draht-UmhUllung ist diffizil und schwer reproduzierbar. Dies macht die Herstellung eines sol-The interaction of the LVL wire coating parameters is complex and difficult to reproduce. This makes the production of such a
^ liner säe nanr &bgr; aiif uenrits. zaltrauband Und teuer.^ liner säe nanr &bgr; aiif uenrits. zaltrauband And expensive.
Daher liegt der Brfindung die Aufgabe zugrunde, den LVL-Sensor so auszubilden, daß in erster Linie seine Herstellung vereinfacht, daneben aber auch seine Meilempfindlichkeit erhöht wird.Therefore, the invention is based on the task of designing the LVL sensor in such a way that its manufacture is simplified, but at the same time its sensitivity is increased.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt im wesentlichen durch die Auswahl der günstigsten Ausfuhrungsform aus den in der DB-OS 35 23 966 angegebenen Möglichkeiten, und sie ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Sie besteht im wesentlichen darin, daß um den LVL mehrere Vendeln, vorzugsweise zwei Wendet In aus Stahldraht, im Kreuzschlag j-^wlckelt sind, einzelheiten sind in den UnteransprUchen angegeben, wovon die Ansprüche 2 bis 4 die Ausbildung der Vendeln, und 5 bis 7 die Ausbildung der Umhüllung Letreffen.This problem is solved essentially by selecting the most favorable embodiment from the options specified in DB-OS 35 23 966, and it is specified with the characterizing features of claim 1. It essentially consists in the fact that several coils, preferably two coils made of steel wire, are wound around the LVL in a cross lay, details are specified in the subclaims, of which claims 2 to 4 concern the design of the coils, and 5 to 7 concern the design of the sheathing.
Die mit der Brfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die obenerwähnten Mangel bei der Sensorherstellung behoben sind und die Sensorempfindlichkeit erheblich erhöht ist. ffunmehr wird die Funktion das Sensors fast allein von der Sensorseele (LVL und d^rua zwei Vendeln im Kreuzschlag) ausgeübt, und die spatere Umhüllung mit Faserverbundwerkstoff ändert die optischen Sensoreigenschaften kaum mehr und dient lediglich der Erhöhung der mechanischen Stabilität.The advantages achieved with the invention are that the above-mentioned deficiencies in sensor production have been eliminated and the sensor sensitivity has been significantly increased. The sensor function is now carried out almost exclusively by the sensor core (LVL and two veneers in a cross-lay), and the subsequent coating with fiber composite material hardly changes the optical sensor properties and only serves to increase the mechanical stability.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben. Die Figur zeigt einen LVL-Sensor mit einer Umhüllung aus Faserverbundwerkstoff, bei dem auf den LVL zwei Stahldrahtwendel&eegr; im Kreuzschlag gewickelt sind.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. The figure shows an LVL sensor with a sheath made of fiber composite material, in which two steel wire coils&eegr; are wound crosswise on the LVL.
MintMint
Pl 48G1 -4- 19.01.69Pl 48G1 -4- 19.01.69
1 Mu ti mode-LVL 50/125 primarbesohichtet, 0 außen 175 &mgr;&igr;&eegr;1 Multi mode LVL 50/125 primary coated, 0 outside 175 μm²
2 Stahldraht, 0 90 &mgr;&eegr;2 steel wire, 0 90 μηι
2&Ggr;· ebensolcher Stahldraht, Im Kreuzsohlag gegen den ersten Draht2&Ggr;· same steel wire, in cross lay against the first wire
3 Umhüllung aus glasfaserverstärktem Polyesterharz 3' strukturierte Oberfläche der Umhüllung3 Cover made of glass fibre reinforced polyester resin 3' structured surface of the cover
Der im Kreuzschlag zum ersten Draht 2 auf den LVL 1 gewickelte zweite Draht 2' verhindert bei größerer Dehnung die obenerwähnte Umlagerung des LVL und fixiert ihn in seiner ursprünglichen Lage (der Sensorlangsachse) auch bei großer Dehnung.The second wire 2' wound crosswise to the first wire 2 on the LVL 1 prevents the above-mentioned rearrangement of the LVL in the event of greater stretching and fixes it in its original position (the sensor's long axis) even in the event of great stretching.
Beide Drahte können in einem Arbeitsgang mit Kreuzschlag (Gegenschlag) und sonst gleichen Parametern (Schlaglange, Abzugskrafte) um den in der Mitte laufenden LVL verseilt werden. Bs kann aber anch der zweite Draht nachtraglich aufgebracht werden. Eine bevorzugte Umhüllung besteht aus einem hochfesten Faserverbundwerkstoff, bei dem unidirektlonal ausgerichtete Glasfasern mit Polyesterharz verbunden sind.Both wires can be twisted around the LVL running in the middle in one operation using a cross lay (counter lay) and otherwise the same parameters (lay length, pull-off forces). However, the second wire can also be applied later. A preferred coating consists of a high-strength fiber composite material in which unidirectionally aligned glass fibers are bonded with polyester resin.
Bei einem solchen Sensor ist nicht nur das Dampfungs-Dehnungsdiagramm zu größerer Dehnung hin linearisiert, sondern es ist auch die Sensorempfindlichkeit erheblich erhöht. Lag diese bisher bestenfalls bei 1,5 bis 2 dB Dampfung Je ~m Dehnung, werden nun ohne Jeden weiteren mechanischen Verstärkungsmechacismus Verte bis &thgr; dB/cm erreicht. Dies rührt insbesondere von den Kräften her, die von den Stahldraht-Kreuzungsstellen auf den LVL einwirken.With such a sensor, not only is the attenuation-strain diagram linearized towards greater strain, but the sensor sensitivity is also significantly increased. Previously, this was at best 1.5 to 2 dB attenuation per ~m of strain, but now values of up to θ dB/cm are achieved without any additional mechanical amplification mechanism. This is due in particular to the forces that act on the LVL from the steel wire crossing points.
PaEt man die Periodizitat dieser Kreuzungspunkte durch geeignete Vahl der Vendelschlaglängen an dis sogenannte Pitchlänge der Gradientenfaser (d. h. die doppelte Linsenbrennweite der durch die Gradientenfaser simulierten Samuellinsenfolge) an, so steigt die Sensorempfindlichkeit auf Verte über 10 dB/cm. In diesem Fall muß allerdings die Abzugskraft der Stahldrahte soweit reduziert werden, daß keine zu hohe Grunddampfung des Sensors entsteht.If the periodicity of these crossing points is adjusted to the so-called pitch length of the gradient fiber (i.e. twice the focal length of the Samuel lens sequence simulated by the gradient fiber) by a suitable choice of the pitch length, the sensor sensitivity increases to values of over 10 dB/cm. In this case, however, the pulling force of the steel wires must be reduced to such an extent that the basic attenuation of the sensor is not too high.
Fl 4561 -5- 19.01.59Fl 4561 -5- 19.01.59
Die hohe Querdruckempfindliohkeit dieses Dehnungssensora kann dazu benutzt werden, Ihn als empfindlichen Kontaktsensor zu verwenden. Wird er in Bereiche appllziert, wo QuerdrUcke (z. B. durch das Gewicht eines Menschen) auftreten, so ist leicht eine opto-elektronisch vorgegebene Schwelle Uberschreitbar. In diesem Fall erzeugt der Sensor eine einstellbare Kontaktanzeige, die auBei— ordentlich empfindlich reagiert. In Reihe geschaltete Schwellen können zur Kontakteelektlon herangezogen werden.The high sensitivity to transverse pressure of this strain sensor can be used to use it as a sensitive contact sensor. If it is applied to areas where transverse pressure occurs (e.g. due to the weight of a person), an opto-electronically set threshold can easily be exceeded. In this case, the sensor generates an adjustable contact display that reacts extremely sensitively. Thresholds connected in series can be used for contact electronics.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8900690U DE8900690U1 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Fiber optic sensor for small tensile or compressive forces |
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| DE8900690U DE8900690U1 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Fiber optic sensor for small tensile or compressive forces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE8900690U1 true DE8900690U1 (en) | 1989-09-28 |
Family
ID=6835277
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE8900690U Expired DE8900690U1 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Fiber optic sensor for small tensile or compressive forces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8900690U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3942556A1 (en) * | 1989-12-22 | 1991-06-27 | Felten & Guilleaume Energie | Temp.-insensitive light waveguide strain gauge - has central, prim. coated waveguide enclosed by crossed coils e.g. further light waveguides and protective casing |
| DE19530985C1 (en) * | 1995-07-18 | 1996-10-02 | Felten & Guilleaume Energie | Moisture or steam sensor |
-
1989
- 1989-01-23 DE DE8900690U patent/DE8900690U1/en not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3942556A1 (en) * | 1989-12-22 | 1991-06-27 | Felten & Guilleaume Energie | Temp.-insensitive light waveguide strain gauge - has central, prim. coated waveguide enclosed by crossed coils e.g. further light waveguides and protective casing |
| DE19530985C1 (en) * | 1995-07-18 | 1996-10-02 | Felten & Guilleaume Energie | Moisture or steam sensor |
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