DK156975B

DK156975B - Krafttransducer med et fiberoptisk kabel

Info

Publication number: DK156975B
Application number: DK127586A
Authority: DK
Inventors: Sven Anders Roland Persson
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1989-10-23
Also published as: DK156975C; EP0188512A1; DK127586D0; FI75049B; NO860737L; SE8403811D0; JPS61502785A; JPH0570772B2; SE443656B; DK127586A; FI75049C; FI860975A0; AU575196B2; AU4636785A; US4795232A; CA1265945A; WO1986000988A1; EP0188512B1; FI860975L; DE3564618D1

Description

0

DK 156975 B

Den foreliggende opfindelse angâr en krafttransdu-cer med et fiberoptisk kabel if0lge indledningen til pa-tentkrav 1 til detektering af tryk tilvejebragt ved en me-kanisk pâvirkning af fiberen i kablet, hvilken detektering 5 tilvejebringes ved en sâkaldt periodisk forstyrrelse af transmissionen af lys gennem fiberen.

Det er kendt at detektere tryk ved at lade trykket pâvirke en optisk fiber af glas eller plast sâledes, at en periodisk forstyrrelse af det transmitterede lys tilveje-10 bringes, soin tidligere beskrevet i eksempelvis US-A- -4.163.397, SE-A 410.521 og EP-A-0082820. If0lge EP-A--0082820 tilvejebrignes den periodiske forstyrrelse ved at vikle en trâd skrueformet omkring den optiske fiber, idet tràd og fiber omgives af en kappe. Ved lystransmis-15 sion gennem fiberen med samtidigt tryk pâ kappen, vil trykket pâvirke den i skrueform opviklede trâd sâledes, at den bliver fladere. Herved tilvejebringes en sérié periodiske b0jninger af fiberen, som hver især modsvarer den halve stigning af den i skrueform opviklede trâd. Herved dæmpes 20 lyset gennem fiberen, hvilket kan registreres f.eks. ved en fotoelektrisk detektor. Forskellige paramétré ved fiberen pâvirker lysets dæmpning. For en fiber med parabolsk indeksprofil optræder en kritisk periodelængde i tilknyt-ning til den periodiske forstyrrelse, som giver maksimal 25 dæmpning. Denne periodlængde fâs af: 2 A = 2^a/(2D) hvor 2D=[1- no/n^] A = forstyrrelsens periodelængde nc = brydningsindex i kærnens centrum 30 nQ = brydningsindex i kappen a = fiberkærnens radius.

I tilknytning til den ovennævnte kendte opbygning, som er omtalt i EP-A-0082820, er det et problem, at hvis 35 trâdens diameter er af samme st0rrelsesorden som fiberen (d£ 0,3 mm), vil trâden, som f01ge af at den er vundet

DK 156975B

2 Ο skrueformet omkring fiberen, tilvejebringe en ubekvem stor kabeldimension. Dette er under visse forhold ik-ke 0nskeligt, f.eks. nâr kablet med den sâledes opbyg-gede fiber skal skjules eller f0res gennem snævre pas-5 sager. Desuden kan det være vanskeligt at fâ en n0jag-tig defineret periodicitet af forstyrrelsen, nâr denne tilvejebringes ud fra den i skrueform opviklede trâds stigning.

Formâlet med den foreliggende opfindelse er 10 sâledes at tilvejebringe et kabel til registrering af tryk, i hvilket kabel den periodiske forstyrrelse kan tilvejebringes med simple elementer, som frembringer stabilitet i den periodiske forstyrrelse ved trykpâvirk-ning af kablet.

15 Det angivne formai opnâs med et kabel af den ind- ledningsvis omhandlede art, som if0lge opfindelsen er ejendommeligt ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

Det trykoverf0rende element mellem kablets be- 20 skyttelseslag og fiberen er if01ge opfindelsen sâledes udformet, at der ved et ydre tryk, som skal detekteres, pâ fiberen tilvejebringes stabile trykpunkter med en ind- byrdes periodisk afstand. Idet den periodiske afstand mellem trykpunkterne er udpeget lig med den kritiske 25 · periodelængde Λ, hvorved tilvejebringes optimal kobling mellem svingningsmâderne for det gennem fiberen trans- mitterede lys fâs maksimal dæmpning af lyset, hvilket kan detekteres, hvorved det ydre tryk kan detekteres.

Opfindelsen forklares i det f0lgende nærmere under 30 henvisning til tegningen, pa hvilken: fig. 1 er en afbildning af en f0rste udf0relsesform af et ved opfindelsen tilvejebragt fiberoptisk kabel, fig. 2 er en afbildning af en anden udf0relsesform, fig. 3 er en afbildning af en tredje udf0relsesform 35 af det ved opfindelsen tilvejebragte kabel.

0 3

DK 156975 B

Fig. 1 viser et afsnit af et kabel i£0lge opfindelsen til detektering af et tryk P, soin overf0res til kablets beskyttelseslag H. Den i kablet indgâende optiske fiber indbefatter en kerne C, en kappe M samt et denne omgivende 5 lag H/ det sâkaldte primærbeskyttelseslag, hvis brydnings-indeks er udpeget med en noget st0rre værdi end kappens brydningsindeks.

Ved fiberkablets ene ende er placeret en lyskilde, og ved dets anden ende er placeret en fotodetektor (ikke 10 vist), idet lyset transmitteres gennem fiberen F med en udpeget svingningsmâdefordeling. Det er ogsâ muligt at placere lyskilde og detektor ved samme ende af fiberen med en reflektor i den anden ende. En for0gelse af tryk-ket P frembringer en for0get dæmpning af svingningsmâder-13 ne idet en del af effekten i hver svingningsmâde kobles til 0vrige svingningsmâder, bl.a. svingningsmâder, hvor-ved overf0res nedsat effekt. Angivelse af denne effekt-nedsættelse kan pâ egnet vis tilvejebringes ved fotode-tektoren.

20 For frembringelse af den ovenfor nævnte kobling mellem svingningsmâderne indf0res en mekanisk forstyrrelse i fiberen. X tilknytning til en glasfiber kan forstyrrelse indf0res ved at lade en trykkraft P pâvirke det primære beskyttelseslag H (fig. 1), medens det for en glasfiber 25 kan være tilstrækkelig, at trykkraften P pâvirker kappen M direkte. Forstyrrelsen skal tilvejebringe en periodisk déformering af fibereri. I fiberen i kablet i fig. 1 tilvejebringes denne forstyrrelse ved et længdefor-l0bende, deformeret trâdelement udformet som en totrâds-30 opbygning med to snoede trâde og T2. Sammensnoningen af trâdene er temmelig hârd sâledes, at disse ikke i væsentlig grad kan forskydes indbyrdes og i længderetningen, nâr trykket P overf0r.es til det primære beskyttelseslag H.

Ved totrâdsopbygningen T1 og T2 er der tilvejebragt smâ 35 isolerede ber0ringsflader Y^f Y2 med kappen M, hvilke be-r0ringsflader er tilvejebragt med en vis periodicitet d.

4

DK 156975 B

0

For en udpeget fiberdimension tilvejebringes if0lge det tidligere omtalte en optimal dæmpning af lyset gennem fiberkernen nâr A =2jf a/(2D)^^. Trâdparret T^, Tj er i den foreliggende udf0relsesform placeret i en lige 5 linie langs med fiberen og parallel hermed.

I den ved opfindelsen tilvejebragte udf0relsesform af kablet i fig. 2 er det snoede trâdpar T^, T2 viklet i en skrueform omkring fiberen F. Ligesom udf0relsesformen i fig. 1 tilvejebringes der herved smâ ber0ringsflader Y^, Y2 10 med en vis période d i hele trâdelementets længde. Tryk- kraften P kan i denne udf0relsesform hâve forskellige ret-ninger omkring fiberen mod den omgivende kappe M, idet den registrerede deformation af trâdelementet T^, T 2 med sikkerhed er tilvejebragt ved en mod fiberkappen M 15 rettet trykkraft.

Trâdparret T^, T2's dimension, dvs. mellemrummet mellem beskyttelseslaget H og fiberen F skal være af samme st0rrelsesorden som fiberens tværsnitsdimension.

Derved kan trâdparret T^, T2 omvikles med en st0rre stig-20 ning omkring fiberen F, og den kritiske afstand d=A

kommer sâledes ikke til at afhænge af skruens stigning.

I den i fig. 3 viste udf0relsesform af den foreliggende opfindelse er det længdegâende, deformerende élément tilvejebragt af et stift eller elastisk, snoet 25 bând B, som er viklet omkring fiberen. Herved tilvejebringes isolerede ber0ringsflader Y^, Y2 hvor bândet ligger op til kappen M, hvilke ber0ringsflader kan til-vejebringe periodiske forstyrrelser (d=A).

Det, der adskiller kabelopbygningen if0lge den 30 foreliggende opfindelse fra kendte opbygninger, er, at det langsgâende element omkring den optiske glas-fiber allerede fra begyndelsen er deformeret sâledes, at der kan tilvejebringes en periodisk forstyrrelse ved ber0ring med fiberens kappeflade. Fordelen ved dette er, 35 at man har st0rre frihed til at placere det forstyrrende element mellem det ydre kabelbeskyttelseslag og fiberen, 5

DK 156975 B

0 hvorved der tilvejebringes st0rre mulighed for at nedsætte hele kablets tværdimensioner, nâr dette skal virke som trykregistrerende organ.

5 10 15 20 25 30 35

Claims

1. Krafttransducer med et optisk fiberkabel ind-befattende i det mindste en fiber (F) i en indretning til trykdetektering, i hvilken en strâlingskilde sender lys ind 5. fiberen og en detektor mêler intensiteten af det gennem fiberen transmitterede lys, idet der mellem kablets beskyt-telseslag (H) og fiberen (F) er tilvejebragt mindst et langsgâende trykoverf0rende element for tilvejebringel-se af en periodisk forstyrrelse langs i det mindste en 10 del af fiberen som f01ge af nævnte tryk, kendeteg- n.e t ved, at det langs med fiberen forl0bende trykover-f0rende element (T^, T2# B) er udformet sâledes, at det ligger an mod fiberen (F) med regelmæssigt fordelte ber0-ringspunkter (Y^, Y2), og at afstanden (d) mellem disse 15 punkter er sâledes udpeget, at den modsvarer perioden (Λ) i den b0lgeformede deformation af fiberen, som frembrin-ger optimal dæmpning af det i fiberen indsendte lys.

2. Kabel if0lge krav 1, kendetegnet ved, at det nævnte element er tilvejebragt af et hârdt 20 snoet trâdpar (T^, ^2^ f ^vor hver trâds anlæg mod fiberens kappeflade tilvejebringer de nævnte ber0ringspunkter (Y^, Y2).

3. Kabel if01ge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte element udg0res af et bând (B), hvilket 25 bând er snoet i sin længderetning sâledes, at der ved anlæg mod fiberens kappeflade tilvejebringes de nævnte be-r0ringspunkter (Y^, Y2)· 30 35