NO157434B

NO157434B - MECHANICAL VOLTAGE SENSOR

Info

Publication number: NO157434B
Application number: NO81811426A
Authority: NO
Inventors: Gerald Meltz; Elias Snitzer
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1987-12-07
Also published as: AU6337580A; NO811426L; AU534043B2; NO157434C

Description

En avfølingsanordning for mekanisk spenning omfattende A sensing device for mechanical tension comprising

midler som reagerer under spenningspåvirkning og innbefatter en optisk fiber som kari plasseres der en spenning skal måles, og den optiske fiber er utstyrt med et antall kjerner som er atskilt fra hverandre i et omsluttende ytterlag, hvorved det oppstår en kobling av lys mellom kjernene, means which react under the influence of voltage and include an optical fiber which is placed where a voltage is to be measured, and the optical fiber is equipped with a number of cores which are separated from each other in an enveloping outer layer, whereby a coupling of light occurs between the cores,

en kilde for avgivelse av lys som ledes inn i den ene av kjernene og overføres, ved kobling, til tilgrensende kjerner på en måte som har forbindelse med spenningen som påvirker den optiske fiber, a source for emitting light which is directed into one of the cores and transmitted, by coupling, to adjacent cores in a manner related to the voltage affecting the optical fiber,

samt detektorer innrettet for mottakelse av lysenergien og avgivelse av et elektrisk signal som avhenger av intensiteten av nevnte lys. as well as detectors arranged for receiving the light energy and emitting an electrical signal which depends on the intensity of said light.

Optiske bølgeledere har vært kjent i flere år, og med inn-føringen av lavtapsglass er anordninger som er utstyrt med optiske bølgeledere, kommet til anvendelse i stadig økende antall på mange forskjellige områder, f.eks. som kommunikasjons- og overvåkingsinnretninger. En karakteristisk, optisk bølgeleder består av en dielektrisk kjerne som er fremstilt av et glassmateriale eller lignende med en bestemt brytningsindeks, og som omslutter av et andre materiale, vanligvis også et glassmateriale, med en lavere brytningsindeks. Dette omgivende materiale betegnes generelt som ytterbelegget. En lysstråle ledes gjennom denne sammensatte konstruksjon så lenge at brytningsindeksen for materialet i kjernen overstiger brytningsindeksen for materialet i ytterbelegget. En lysstråle i kjernen ledes stort sett langs kjerneaksen ved refleksjon fra grensesonen mellom kjernen og ytterbelegget. Optical waveguides have been known for several years, and with the introduction of low-loss glass, devices equipped with optical waveguides have come into use in ever-increasing numbers in many different areas, e.g. such as communication and monitoring devices. A typical optical waveguide consists of a dielectric core which is made of a glass material or the like with a specific refractive index, and which is surrounded by a second material, usually also a glass material, with a lower refractive index. This surrounding material is generally referred to as the outer coating. A light beam is guided through this composite construction for as long as the refractive index of the material in the core exceeds the refractive index of the material in the outer coating. A light beam in the core is guided mostly along the core axis by reflection from the boundary zone between the core and the outer coating.

Det har vært foreslått en rekke forskjellige utforminger av optiske bølgeledere med innbefatning av flermodus-indeksprofilen (the multimode step index profile), enkeltmodusprofilen (the single mode profile) og den graderte flermodus-indeksprofil (the multimode graded index profile). Den optiske enkeltmodus-bølge-leder kommer til anvendelse dersom det ønskes en eneste virke-måte. I en slik bølgeleder er kjernediameteren fortrinnsvis mindre enn 10 nm, mens differansen mellom kjernenes og ytterbeleggets brytningsindeks er av størrelsesorden 10 _3. Dette med-fører at bare modusen av den laveste orden vil opprettholdes i en slik bølgeleder. A number of different designs of optical waveguides have been proposed, including the multimode step index profile, the single mode profile and the multimode graded index profile. The optical single-mode waveguide is used if a single mode of operation is desired. In such a waveguide, the core diameter is preferably less than 10 nm, while the difference between the refractive index of the core and the outer coating is of the order of 10_3. This means that only the mode of the lowest order will be maintained in such a waveguide.

Det er videre blitt fremstilt optiske kabler med flere kjerner som er anordnet i mange forskjellige mønstre og anbrakt i et felles ytterbelegg. Systemet er kjent fra US-patentskrift 4.148.560. Det dreier seg i dette tilfelle om en anordning i form av et antall fibrer som er innleiret i et innkapslingsmateriale. Det er i nevnte patentskrift omtalt en optisk bunt som er anordnet mellom to armeringsstrenger og innleiret i et be-skyttelseslag av plastmateriale. Optical cables have also been manufactured with several cores which are arranged in many different patterns and placed in a common outer coating. The system is known from US patent 4,148,560. In this case, it concerns a device in the form of a number of fibers which are embedded in an encapsulation material. In said patent, an optical bundle is described which is arranged between two reinforcing strands and embedded in a protective layer of plastic material.

Et fenomen, kjent som "krysstale" mellom kjernene i et felles ytterlag, oppstår når lysenergien som forplantes langs en kjerne, overføres til en tilgrensende kjerne. Dette skyldes, som kjent at lysenergien ikke er fullstendig avgrenset til skillet mellom kjernen og ytterbelegget, men i realiteten trenger et kort stykke inn i ytterbelegget. A phenomenon known as "crosstalk" between the cores in a common outer layer occurs when the light energy propagated along one core is transferred to an adjacent core. This is due, as is known, to the fact that the light energy is not completely limited to the separation between the core and the outer coating, but in reality penetrates a short distance into the outer coating.

Det er konstatert at krysstalefenomenet i en bølgeleder med minst to kjerner vil variere i en viss grad som en funksjon av temperaturen. I en avhandling av N. S. Kapany og J. J. Burke, Optical Waveguides, utgitt i 1972, er det eksempelvis fastslått at det i to tettliggende glassfiberkjerner i et ytterbelegg opp-sto et optisk svevningsfenomen. I fortsettelsen fra side 255 er det beskrevet et eksperiment hvori det optiske svevningsfenomen i den nevnte, optiske bølgeleder varierte i avhengighet av om-givelsestemperaturen . It has been established that the crosstalk phenomenon in a waveguide with at least two cores will vary to a certain extent as a function of temperature. In a thesis by N. S. Kapany and J. J. Burke, Optical Waveguides, published in 1972, it was established, for example, that an optical levitation phenomenon arose in two closely spaced glass fiber cores in an outer coating. In the continuation from page 255, an experiment is described in which the optical floating phenomenon in the aforementioned optical waveguide varied depending on the ambient temperature.

En temperaturavfølingsanordning, basert på anvendelse av en optisk bølgeleder, er beskrevet i US-patentskrift 4.151.747. En temperaturavfølingsanordning omfatter en optisk bølgeleder. En lyskilde er plassert i den ene ende av bølgelederen, og en detektor er anbrakt i den annen ende. Temperaturforandringer kan deretter spores gjennom variasjoner i det mottatte lys ved detektoren. En annen versjon omfatter to optiske fibrer som er anbrakt side om side i et felles ytterlag. Innfallende lys som ledes langs den ene fiber, trenger ut av fiberveggen i en ut-strekning som varierer med fiberens temperatur. Den andre fiber befinner seg tilstrekkelig nær den første fiber, til å oppfange i hvert fall noe av det uttrengende lys fra den første fiber. Ved overvåking av det mottatte lys i den andre fiber, vil graden av temperaturvariasjon kunne bestemmes. A temperature sensing device, based on the use of an optical waveguide, is described in US patent 4,151,747. A temperature sensing device comprises an optical waveguide. A light source is placed at one end of the waveguide, and a detector is placed at the other end. Temperature changes can then be tracked through variations in the received light at the detector. Another version comprises two optical fibers which are placed side by side in a common outer layer. Incident light that is guided along one fiber penetrates out of the fiber wall to an extent that varies with the fiber's temperature. The second fiber is located sufficiently close to the first fiber to capture at least some of the escaping light from the first fiber. By monitoring the received light in the other fiber, the degree of temperature variation can be determined.

Av interesse er også kjent en fiber som kan innleires i en kabel og anvendes for sporing av varme punkter. Et antall kjerner i det felles ytterlag er spesielt utformet og anordnet atskilt fra hverandre, slik at krysstalen innledningsvis inntreffer i det punkt hvor temperaturen overstiger et forutfastlagt nivå. Bølge-lengden av lyset som forplantes langs fiberen, kan endres, slik at det varme punkts nøyaktige beliggenhet i kabelens lengderetning kan bestemmes. Also of interest is a fiber that can be embedded in a cable and used for tracking hot spots. A number of cores in the common outer layer are specially designed and arranged separately from each other, so that the crosstalk initially occurs at the point where the temperature exceeds a predetermined level. The wavelength of the light propagated along the fiber can be changed, so that the exact location of the hot spot in the cable's longitudinal direction can be determined.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en avfølingsanordning som i særlig grad er egnet for måling av forandringer i hydrostatisk trykk eller spenning. Ved at følsom-heten overfor variasjoner i spenning eller hydrostatisk trykk optimaliseres. The purpose of the present invention is to produce a sensing device which is particularly suitable for measuring changes in hydrostatic pressure or tension. In that the sensitivity to variations in voltage or hydrostatic pressure is optimised.

Dette er oppnådd ved at detektorene er anordnet for å motta lys som utgår fra hver av kjernene, og ved at ytterlaget og hver enkelt av kjernene er slik dimensjonert og fremstilt av slike materialer at det bare vil opprettholdes en overføringsmodus av laveste orden, og at både dimensjonene av brytningsindeksene for kjernene og ytterlaget vil forandres p.g.a. den mekaniske spenning, slik at en forandring i intensiteten til det utgående lys fra kjernene forårsaket av modalinterferens mellom modiene til lysenergien som forplantes innenfor kjernene er avhengig av spenningen som påvirker den optiske fiber. This is achieved by the fact that the detectors are arranged to receive light emanating from each of the cores, and by the fact that the outer layer and each of the cores are so dimensioned and made of such materials that only a transmission mode of the lowest order will be maintained, and that both the dimensions of the refractive indices for the cores and the outer layer will change due to the mechanical tension, so that a change in the intensity of the outgoing light from the cores caused by modal interference between the modes of the light energy propagated within the cores is dependent on the tension affecting the optical fiber.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et forstørret, skjematisk riss av et trykk-målersystem som innbefatter en optisk fiber ifølge oppfinnelsen, som er optimalisert for avføling av variasjoner i hydrostatisk trykk. Fig. 2 viser et enderiss av den optiske fiber ifølge fig. Fig. 3A-3D viser skjematiske riss som omfatter mulige virkemåter i den optiske fiber ifølge fig. 1. Fig. 4 viser et enderiss av en annen versjon av den optiske fiber ifølge oppfinnelsen, som innbefatter et andre ytterbelegg. Fig. 5 viser et enderiss av en tredje versjon av den optiske fiber ifølge oppfinnelsen, som innbefatter et andre og et tredje ytterbelegg. Fig. 6 viser en fjerde versjon av den optiske fiber ifølge oppfinnelsen, som innbefatter et flertall kjerner for frem-bringelse av en utvetydig reaksjon over et vidstrakt område for hydrostatiske trykk. , Fig. 7 viser et diagram som angir den relative lysintensitet som en funksjon av svevningsfasen i lysenergien som forplantes langs en femkjerne-fiber. Fig. 8 viser en spenningsføler, innbefattende en optisk fiber ifølge oppfinnelsen, som er fastgjort til et utbøybart sub-strat, for måling av substratets deformasjon. Fig. 9 viser et tverrsnitt av den optiske fiber ifølge fig. 8. The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows an enlarged, schematic view of a pressure measuring system which includes an optical fiber according to the invention, which is optimized for sensing variations in hydrostatic pressure. Fig. 2 shows an end view of the optical fiber according to fig. Fig. 3A-3D show schematic drawings which include possible modes of operation in the optical fiber according to fig. 1. Fig. 4 shows an end view of another version of the optical fiber according to the invention, which includes a second outer coating. Fig. 5 shows an end view of a third version of the optical fiber according to the invention, which includes a second and a third outer coating. Fig. 6 shows a fourth version of the optical fiber according to the invention, which includes a plurality of cores for producing an unambiguous response over a wide range of hydrostatic pressures. , Fig. 7 shows a diagram indicating the relative light intensity as a function of the hovering phase of the light energy propagated along a five-core fiber. Fig. 8 shows a tension sensor, including an optical fiber according to the invention, which is attached to a bendable substrate, for measuring the deformation of the substrate. Fig. 9 shows a cross-section of the optical fiber according to fig. 8.

Det henvises innledningsvis til fig. 1 som viser en optisk bølgeleder 10 som er optimalisert for å reagere overfor forandringer i mekanisk spenning eller hydrostatisk trykk i lederens lengderetning, uavhengig av eventuelle temperaturendringer. Den optiske fiber innbefatter minst to kjerner 12 og 14 som ideelt er plassert i en rekke langs diameteren og som strekker seg langs den fulle lengde av den optiske kabel 10. Det er anordnet et ytterbelegg 16 som fullstendig omslutter hver av kjernene 12 og 14 i full lengde av kabelen. Begge kjerner 12 og 14 samt ytterbelegget 16 er fortrinnsvis fremstilt av et glassmateriale eller liknende, og valget av det spesielle materiale for tilvirkning av kjerne og ytterbelegg, kjernedimensjonen, den nøyaktige avstand mellom kjernene, osv. er faktorer som er vesentlig for oppfinnelsen, slik det fremgår av det etterfølgende. Reference is initially made to fig. 1 which shows an optical waveguide 10 which is optimized to react to changes in mechanical tension or hydrostatic pressure in the longitudinal direction of the conductor, regardless of any temperature changes. The optical fiber includes at least two cores 12 and 14 which are ideally arranged in a row along the diameter and which extend along the full length of the optical cable 10. An outer coating 16 is provided which completely encloses each of the cores 12 and 14 in full length of the cable. Both cores 12 and 14 as well as the outer coating 16 are preferably made of a glass material or similar, and the choice of the particular material for the manufacture of core and outer coating, the core dimension, the exact distance between the cores, etc. are factors that are essential to the invention, as it appears from the following.

Den optiske bølgeleder er optimalisert for å reagere overfor spenning eller hydrostatisk trykk, og er derfor særlig egnet for å fungere i et system for måling av mekanisk spenning eller hydrostatisk trykk i et fjerntliggende punkt. Et slikt system vil innfatte en kilde 18 som er slik plassert at den overfører en stråle av lysenergi inn i den ene av de to kjerner, kjernen 12. Den optiske fiber 10 strekker seg fra plasseringsstedet for lyskilden 18 til en andre sone, eksempelvis i en beholder 20, hvor det skal måles en fysisk parameter, f.eks. et hydrostatisk trykk. Den optiske fiber strekker seg fra denne andre sone til en ytterligere sone, hvor det utgående lys fra de to kjerner 12 og 14 sammenholdes med intensiteten av den innfallende lysenergi. The optical waveguide is optimized to respond to tension or hydrostatic pressure, and is therefore particularly suitable for functioning in a system for measuring mechanical tension or hydrostatic pressure at a remote point. Such a system will include a source 18 which is positioned such that it transmits a beam of light energy into one of the two cores, the core 12. The optical fiber 10 extends from the location of the light source 18 to a second zone, for example in a container 20, where a physical parameter is to be measured, e.g. a hydrostatic pressure. The optical fiber extends from this second zone to a further zone, where the outgoing light from the two cores 12 and 14 is compared with the intensity of the incident light energy.

Av fig. 2 i tilknytning til fig. 1 fremgår det, slik som kjent, at så lenge brytningsindeksen for ytterbelegget 16 er mindre enn brytningsindeksen for hver av kjernene 12 og 14, From fig. 2 in connection with fig. 1 it appears, as is known, that as long as the refractive index for the outer coating 16 is less than the refractive index for each of the cores 12 and 14,

vil den innstrømmende lysenergi i hver kjerne stort-sett.over-føres gjennom den optiske fiber 10. Det eksisterende antall av individuelle modi i kjernene 12 og 14 er en funksjon av kjerne-materialets og ytterlagsmaterialets brytningsindekser, de enkelte kjernedimensjoner og bølgelengden av lys som forplantes gjennom bølgelederen. For et sirkelformet kjernetverrsnitt blir det mulige antall modi bestemt av den V-parameter som er gitt av the inflowing light energy in each core will largely be transferred through the optical fiber 10. The existing number of individual modes in the cores 12 and 14 is a function of the refractive indices of the core material and the outer layer material, the individual core dimensions and the wavelength of light that is propagated through the waveguide. For a circular core cross section, the possible number of modes is determined by the V parameter given by

forholdet: the relationship:

hvor a er kjerneradien, X er lysbølgelengden, n^ er kjernens brytningsindeks og ^ er ytterbeleggets brytningsindeks. For det foretrukne, elliptiske tverrsnitt ifølge oppfinnelsen kan V-parameteren bestemmes ved hjelp av ligning (1), idet verdien av a er gitt av den geometriske middelverdi for kjernetverr-snittets store og lille halvakse. Hvis V er mindre enn 2.405 (den første null i Bessel-funksjonen JQ) vil bare en modus av laveste orden, den såkalte HE^-modus, kunne opprettes. Hvis V antar verdier som er meget større enn 2.405, slik det forekommer når middeldiameteren 2a av .hver kjerne 12 er meget større, eller differansen mellom brytningsindeksen for kjernen og for ytterbelegget er større, vil det kunne opprettes mange modi i bølge-lederen. where a is the core radius, X is the light wavelength, n^ is the core's refractive index and ^ is the outer coating's refractive index. For the preferred, elliptical cross-section according to the invention, the V parameter can be determined using equation (1), the value of a being given by the geometric mean value for the major and minor semi-axis of the core cross-section. If V is less than 2.405 (the first zero in the Bessel function JQ) only a mode of the lowest order, the so-called HE^ mode, can be created. If V assumes values much larger than 2.405, as occurs when the mean diameter 2a of each core 12 is much larger, or the difference between the refractive index of the core and of the outer coating is larger, many modes can be created in the waveguide.

Som tidligere omtalt i korthet, er det et viktig trekk ved oppfinnelsen at krysstalen mellom de enkelte kjerner i en fler-kjerners bølgeleder foregår i avhengighet av spenning eller hydrostatisk trykk og i uavhengighet av temperaturen, og dette sær-trekk gjør det mulig å måle spenning eller hydrostatisk trykk i fiberens lengderetning. Materialene for fremstilling av kjernen og ytterbelegget i en slik bølgeleder er omhyggelig utvalgt, méd brytningsindekser henholdsvis n^ og n~ for kjernene og ytterbelegget. Den innbyrdes avstand mellom kjernene er liten mens den utvendige diameter av ytterbelegget er stor, slik at opp-tredende vekselvirkninger i grenseflaten som dannes av beleggets yttervegg, ikke innvirker på lysfordelingen i kjernene. Det er videre nødvendig at lyset forplantes i samsvar med modusen av laveste orden, HE^-modusen, som angitt ved den foregående ligning (1) . As previously discussed briefly, it is an important feature of the invention that the crosstalk between the individual cores in a multi-core waveguide takes place in dependence on voltage or hydrostatic pressure and independently of temperature, and this special feature makes it possible to measure voltage or hydrostatic pressure in the longitudinal direction of the fiber. The materials for manufacturing the core and the outer coating in such a waveguide are carefully selected, with refractive indices n^ and n~ respectively for the cores and the outer coating. The mutual distance between the cores is small, while the outer diameter of the outer coating is large, so that interactions occurring in the interface formed by the outer wall of the coating do not affect the light distribution in the cores. It is further necessary that the light is propagated in accordance with the mode of the lowest order, the HE^ mode, as indicated by the preceding equation (1).

Det henvises fortsatt til fig. 1 og 2, og det fremgår, som nevnt, at lyskilden 18 avgir en lysenergistråle som bare faller inn mot den ene av de to kjerner, kjernen 12, i rekken. Lyset er fortrinnsvis polarisert i samme retning som den korte akse i den elliptiske kjerne. Mens lyset forplantes gjennom fiberen vil det, som en funksjon av hydrostatisk trykk eller spenning, foregå krysstale til kjernen 14. Lysfordelingen 1^ og I2 fra fiberens utgangsflater er således en funksjon av spenningen eller det hydrostatiske trykk som påvirker fiberen. Detektorer 22 er utstyrt med polarisasjons-analysatorer, og reagerer derfor bare overfor samme polarisasjon som i det innfallende lys mot kjernen 12. Det har vist seg, at i visse tilfeller vil elliptiske kjerner som er anordnet innbyrdes parallelt og rettvinklet mot forbindelseslinjen mellom kjernesentrene, gi en sterkere koplingseffekt mellom kjernene enn den som oppnås, for samme kjerneareal og samme senteravstand, ved kjerner av sirkelformet tverrsnitt. Reference is still made to fig. 1 and 2, and it appears, as mentioned, that the light source 18 emits a beam of light energy which only falls on one of the two cores, the core 12, in the row. The light is preferably polarized in the same direction as the short axis of the elliptical core. While the light is propagated through the fiber, as a function of hydrostatic pressure or tension, crosstalk will occur to the core 14. The light distribution 1^ and I2 from the output surfaces of the fiber is thus a function of the tension or hydrostatic pressure affecting the fiber. Detectors 22 are equipped with polarization analyzers, and therefore only react to the same polarization as in the incident light towards the core 12. It has been shown that in certain cases, elliptical cores which are arranged parallel to each other and at right angles to the connecting line between the core centers will give a stronger coupling effect between the cores than that achieved, for the same core area and the same center distance, with cores of circular cross-section.

Et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelse har forbindelse med forandringen i fordelingen av lysenergi mellom kjernene 12 og 14 som en funksjon av en endring i spenningen eller det hydrostatiske trykk mot den optiske fiber 10. Dette fenomen er forklart i det etterfølgende. De fire normale modi som kan styres, er enkeltpolarisert med de transversale E-felt innrettet parallelt med eller rettvinklet mot en forbindelseslinje mellom kjernesentrene. Som det fremgår av fig. 3, kan de fire modi omfatte to ortogonalt polariserte par, et symmetrisk par, fig. 3A og 3B, og et anti-symmetrisk par, fig. 3C og 3D. Da det bare er kjernen 12 som ekssiteres av lysenergi fra kilden, med polari-seringen rettet parallelt med forbindelseslinjen mellom kjernesentrene, vil den symmetriske, kombinerte modus ifølge fig. 3B og den anti-symmetriske, kombinerte modus ifølge fig. 3D forløpe med samme intensitet. Det oppstår krysstale mens lysenergien forplantes gjennom kjernen, og de nevnte modi har et slikt fase-forhold at lysenergien overføres mellom innbyrdes tilgrensende kjerner. Mens lyset forplantes langs bølgelederen vil det, som følge av et svevningsfenomen forårsaket av modalinterferens, oppstå en romlig interferens som kan analyseres som en energi-strøm mellom innbyrdes tilgrensende kjerner. Som tidligere nevnt er tvillingkjernefiberens normale modi lineære kombinasjoner av den laveste orden HE^ enkeltkjerneekssiteringer. En normal modus er en feltfordeling som forplantes langs fiberaksen uten forandring i sitt tverrsnittsintensitetsmønster. Avhengighetsforholdet for z (fiberaksen) og tiden i en normal modus fremkommer av en enkel, harmonisk funksjon Re [exp {i(cut - 6iz)J , hvor Re [\ . :j betegner den Te elle' ";e del av VførrélseW* i hakeparentestegn, mens overføringskonstanten 3^ innbefatter indeksen i for å angi de forskjellige og mulige HE^-kombinasjoner som vist i fig. 3A-3D. Fire distinkte feltfordelinger utgjør de mulige, normale modi for. tvillingkjernefiberen. De består av to ortogonalt polariserte, symmetriske og anti-symmetriske par (se fig. 3). ;La iJj^, i = 1, 2, 3, 4,betegne amplitydene for de fire normale, modi. Belysing av en enkelt kjerne er ekvivalent med ekssitering av et par modi, nemlig en symmetrisk og anti-symmetrisk kombina-sjon med samme polarisasjon. Med 32 0<3 ^4 som overføringskons-tanter for den symmetriske modus ifølge fig. 3B og den anti-symmetriske modus ifølge fig. 3D, vil energifordelingen mellom de to kjerner være en funksjon av differansen 2Ag = $ 2~^ 4 °^ avstanden langs fiberen. I en avstand z^ = 17/(2Af3) viser de to kombinerte modi ifølge fig. 3B og fig. 3D en faseforskyvning av nøyaktig 180°, og alt lys befinner seg i den høyre kjerne. Ved en avstand mindre enn z-^ vil noe av lyset befinne seg i hver av kjernene, og det samme gjelder for større avstander hvor fase-differansen mellom disse modi fortsetter å øke. I en avstand Z£ -<*>2z^ er de kombinerte modi nøyaktig i fase, slik de var ved inngangsenden, og lyset returnerer til den venstre kjerne. Under lysoverføringen langs tvillingkjernefiberen vil et svevningsfenomen som skyldes modalinterferens, forårsake en romlig interferens som kan sammenliknes med en energivekselvirkning mellom kjernene. Svevningsbølgelengden X, er likTiyAB. For to sirkulære kjerner med radius a og en avstand d mellom kjernesentrene er svevningsbølgélengden uttrykt ved hvor An important feature of the present invention relates to the change in the distribution of light energy between the cores 12 and 14 as a function of a change in the voltage or hydrostatic pressure against the optical fiber 10. This phenomenon is explained in the following. The four controllable normal modes are singly polarized with the transverse E-fields aligned parallel to or at right angles to a connecting line between the core centers. As can be seen from fig. 3, the four modes may comprise two orthogonally polarized pairs, a symmetrical pair, fig. 3A and 3B, and an anti-symmetric pair, Figs. 3C and 3D. Since only the core 12 is excited by light energy from the source, with the polarization directed parallel to the line of connection between the core centers, the symmetrical combined mode according to fig. 3B and the anti-symmetric combined mode of FIG. 3D course with the same intensity. Crosstalk occurs while the light energy is propagated through the core, and the aforementioned modes have such a phase relationship that the light energy is transferred between mutually adjacent cores. While the light is propagated along the waveguide, as a result of a hovering phenomenon caused by modal interference, a spatial interference will occur which can be analyzed as an energy flow between mutually adjacent cores. As previously mentioned, the normal modes of the twin core fiber are linear combinations of the lowest order HE^ single core excitations. A normal mode is a field distribution that propagates along the fiber axis without change in its cross-sectional intensity pattern. The dependence of z (the fiber axis) and the time in a normal mode results from a simple, harmonic function Re [exp {i(cut - 6iz)J , where Re [\ . :j denotes the Te ell' ";th part of VförrelseW* in square brackets, while the transfer constant 3^ includes the index i to indicate the various and possible HE^ combinations as shown in Figs. 3A-3D. Four distinct field distributions constitute the possible , normal modes of the twin core fiber. They consist of two orthogonally polarized, symmetric and anti-symmetric pairs (see Fig. 3). ;Let iJj^, i = 1, 2, 3, 4, denote the amplitudes of the four normal, modes Illumination of a single nucleus is equivalent to the excitation of a pair of modes, namely a symmetric and anti-symmetric combination with the same polarization, with 32 0<3 ^4 as the transfer constant for the symmetric mode according to Fig. 3B and the anti-symmetric modes according to Fig. 3D, the energy distribution between the two cores will be a function of the difference 2Ag = $ 2~^ 4 °^ the distance along the fiber At a distance z^ = 17/(2Af3) the two combined modes show according to Fig. 3B and Fig. 3D a phase shift of exactly 180°, and all light is in the right e core. At a distance less than z-^ some of the light will be in each of the cores, and the same applies to larger distances where the phase difference between these modes continues to increase. At a distance Z£ -<*>2z^ the combined modes are exactly in phase, as they were at the input end, and the light returns to the left core. During the light transmission along the twin-core fiber, a hovering phenomenon due to modal interference will cause a spatial interference that can be compared to an energy exchange between the cores. The levitation wavelength X, is equal to TiyAB. For two circular cores with radius a and a distance d between the core centers, the suspension wavelength is expressed by where

K0°^ Kl er ^e m°difiserte Hankel-funksjoner av orden henholdsvis null og én, og d er avstanden mellom kjernesentrene. K0°^ Kl are modified Hankel functions of order zero and one, respectively, and d is the distance between the core centers.

En forandring i hydrostatisk trykk eller spenning vil generelt forårsake en forandring i A, og en forlengelse eller en forkortelse av fiberlengden L. Nettovirkningen fremkommer som en motsvarende variasjon i svevningsf asen <j)=A3"L ved enden av fiberen av den opprinnelige lengde L. Med henblikk på fullstendig krysstale, dvs. total éffektoverføring fra den første til den andre kjerne, er det nødvendig at fasehastighetene under forplantingen i de to kjerner viser samme størrelse og brytningsindeks. Det kan imidlertid også benyttes to kjerner av forskjellige glassmåterialer med ulike brytningsindekser og motsvarende forskjellige dimensjoner, med de samme fasehastig-heter for fiberens driftsbølgelengde. For to sirkulære kjerner i et felles ytterbelegg er forandringen av svevningsfasen i avhengighet av temperaturen bestemt av: A change in hydrostatic pressure or tension will generally cause a change in A, and a lengthening or shortening of the fiber length L. The net effect appears as a corresponding variation in the levitation phase <j)=A3"L at the end of the fiber of the original length L With a view to complete cross-talk, i.e. total effect transfer from the first to the second core, it is necessary that the phase velocities during the propagation in the two cores show the same size and refractive index. However, two cores of different glassware materials with different refractive indices and correspondingly different dimensions, with the same phase velocities for the fiber's operating wavelength.For two circular cores in a common outer coating, the change of the floating phase as a function of temperature is determined by:

hvor a og £ betegner henholdsvis koeffisienten for den lineære varmeutvidelse og for brytningsvinkelen (n^dn/dT) så vel for kjernen som for ytterbelegget, dvs. at nevnte materialegenskaper er antatt å være de samme for kjernen og ytterbelegget i dette eksempel av oppfinnelsen. En forandring i temperaturen vil medføre en endring i fiberens dimensjoner og i brytningsindeksen for kjernene og for ytterbelegget. I alminnelighet vil så vel varmeutvidelseskoeffisientene som varmekoeffisientene både for kjernematerialet og ytterlagsmaterialet være innbyrdes ulike, men for å forenkle beskrivelsen er det antatt at kjernen where a and £ denote respectively the coefficient for the linear heat expansion and for the angle of refraction (n^dn/dT) both for the core and for the outer coating, i.e. that said material properties are assumed to be the same for the core and the outer coating in this example of the invention. A change in temperature will cause a change in the fiber's dimensions and in the refractive index for the cores and for the outer coating. In general, both the thermal expansion coefficients and the thermal coefficients for both the core material and the outer layer material will be mutually different, but to simplify the description it is assumed that the core

og ytterbelegget har de samme, termiske materialegenskaper. and the outer coating have the same thermal material properties.

Under antakelse av at materialparametrene a og t, er de samme for kjernematerialet og ytterlagsmaterialet, er vilkåret for at svevningsf asen <j> skal være uavhengig av temperaturen bestemt av: Assuming that the material parameters a and t are the same for the core material and the outer layer material, the condition for the floating phase <j> to be independent of the temperature is determined by:

Samme betingelse gjelder for at svevningsfasen skal være uavhengig av ensartet, hydrostatisk trykk. Følgelig vil en temperaturuavhengig trykkmåling basert på observasjon av forandring i krysstale ikke kunne gjennomføres med en fiber hvori kjernene og ytterbelegget er fremstilt av materialer med identiske verdier for a og x,. Hvis a og r, er forskjellige for kjernene og ytterbelegget, er det mulig å gjøre cf> uavhengig av temperaturen men fremdeles avhengig av det uforandrete, hydrostatiske trykk. Alternativt kan a og £ være de samme for kjernene og ytter-.belegget, men et andre ytterlag er i så fall påsveiset fiberens yttervegg, som beskrevet i det etterfølgende. Ved riktig valg av materiale og tykkelse for det andre ytterlag og av materialer for kjernene og det første ytterbelegg, og utformingen av disse, kan svevningsfasen for krysstalen mellom kjernene gjøres tem-pera turuavhengig men samtidig avhengig av ensartet, hydrostatisk trykk. I tilfelle av strekkspenning langs fiberaksen kan kjernene med bare ett ytterbelegg, hvor a og ? er de samme for kjerner og ytterbelegg, være slik anordnet at svevningsfasen blir avhengig av størrelsen av den langsgående strekkspenning men uavhengig av så vel temperatur som ensartet, hydrostatisk trykk. The same condition applies for the hovering phase to be independent of uniform hydrostatic pressure. Consequently, a temperature-independent pressure measurement based on observation of changes in cross-talk will not be possible with a fiber in which the cores and the outer coating are made of materials with identical values for a and x,. If a and r are different for the cores and the outer coating, it is possible to make cf> independent of the temperature but still dependent on the unchanged hydrostatic pressure. Alternatively, a and £ can be the same for the cores and the outer coating, but a second outer layer is then welded to the outer wall of the fiber, as described below. With the right choice of material and thickness for the second outer layer and of materials for the cores and the first outer coating, and the design of these, the floating phase for the crosstalk between the cores can be made temperature-independent but at the same time dependent on uniform, hydrostatic pressure. In the case of tensile stress along the fiber axis, the cores with only one outer coating, where a and ? are the same for cores and outer coverings, be arranged so that the floating phase depends on the magnitude of the longitudinal tensile stress but is independent of both temperature and uniform hydrostatic pressure.

På liknende måte kan ensrettet spenning som virker på tvers av fiberaksen, fremkalle en forandring i svevningsfasen for lyset som forlater fiberen som består av kjerner og et enkelt ytterbelegg, hvor a- og t;-verdiene for materialen hvorav nevnte deler er fremstilt, er de samme, og hvor V-verdien og forholdet d/a er slik valgt at svevningsfasen blir uavhengig av temperatur og ensartet, hydrostatisk trykk. Similarly, unidirectional voltage acting across the fiber axis can induce a change in the flight phase of the light leaving the fiber consisting of cores and a single outer coating, where the a and t; values for the materials from which said parts are made are the same, and where the V value and the ratio d/a are chosen in such a way that the hovering phase is independent of temperature and uniform, hydrostatic pressure.

Enkeltytterlags-versjonen ifølge fig. 1 og 2 omfatter to identiske kjerner med middelradius a og senteravstand d i et enkelt og ensartet ytterbelegg. Kjernenes materialparametre er n^, a og og ytterbeleggets parametre er = ot og é^/ dvs. at bare temperaturkoeffisientene for brytningsindeksene er forskjellige for kjerne og ytterbelegget. Betingelsen for svevningsf asens temperaturuavhengighet er således: The single outer layer version according to fig. 1 and 2 comprise two identical cores with mean radius a and center distance d in a single and uniform outer coating. The core's material parameters are n^, a and and the outer coating's parameters are = ot and é^/, i.e. only the temperature coefficients for the refractive indices are different for the core and the outer coating. The condition for the temperature independence of the floating phase is thus:

i in

hvor den vertikale linje med indeksen null angir temperaturuavhengighet. I avhengighet av en sylindrisk, elastisk deformasjon med f raks jonsforandring i fase A <}>/({> for lys som utgår fra enden av fiberen, er: where the vertical line with index zero indicates temperature independence. Depending on a cylindrical, elastic deformation with fractional change in phase A <}>/({> for light emanating from the end of the fiber, is:

hvor ez og e betegner ;de langsgående og radiale spenninger som ved ensartet, hydrostatisk trykk og for kjerne og ytterbeleggs-materialer hvis Youngs-moduler er E ] = E2 = E og Poisson's forhold er = v2 = v, er gitt av where ez and e denote the longitudinal and radial stresses which, at uniform hydrostatic pressure and for core and cladding materials whose Young's moduli are E ] = E2 = E and Poisson's ratio is = v2 = v, are given by

Under innvirkning av en elastisk deformasjon vil brytningsindeksene forandres. Generelt vil brytningsindeksen for en gitt polarisasjonstilstand være en lineær funksjon av de tre hovedspenninger. Det antas at den spennings-optiske koeffisient for spenningen parallelt med polarisasjonen er gitt av p^ og at koeffisienten for spenningen perpendikulært mot polarisasjonen er gitt av P-^- <!>Selv om brytningsindeksene for kjernematerialet og for ytterlagsmaterialet viser forskjellig., temperaturavhengighet, dvs. C^?2' er ^e sPennin9s-°Ptiske effekter i kjernematerialet og ytterlagsmaterialet antatt å være like, for å forenkle beskrivelsen. Forandringene i brytningsindeksene i avhengighet av det ensartede, hydrostatiske trykk er således gitt av: Under the influence of an elastic deformation, the refractive indices will change. In general, the refractive index for a given polarization state will be a linear function of the three main voltages. It is assumed that the stress-optical coefficient for the stress parallel to the polarization is given by p^ and that the coefficient for the stress perpendicular to the polarization is given by P-^- <!>Although the refractive indices for the core material and for the outer layer material show different., temperature dependence, ie C^?2' are ^e sPennin9s-°Ptic effects in the core material and the outer layer material assumed to be equal, to simplify the description. The changes in the refractive indices depending on the uniform hydrostatic pressure are thus given by:

Ved å erstatte ligning (10) og (11) med ligning (9) blir forandringen i svevningsfasen: By replacing equations (10) and (11) with equation (9), the change in the hovering phase becomes:

Hvis svevningsfasen gjøres temperaturuavhengig, velges materialer og utforming slik at (V/F) (dF/dV) bestemmes av den høyre side av ligningen (8), og det endelige resultat for den temperatur-uavhengige svevningsfase som imidlertid er avhengig av ensartet, hydrostatisk trykk, fremkommer av: If the hovering phase is made temperature-independent, materials and design are chosen so that (V/F) (dF/dV) is determined by the right-hand side of equation (8), and the final result for the temperature-independent hovering phase which, however, depends on uniform, hydrostatic pressure, resulting from:

Uavhengig av hvorvidt verdiene for a og r, er de samme for kjerne-og ytterlagsmaterialer, kan svevningsfasen gjøres avhengig av ensartet, hydrostatisk trykk men uavhengig av temperaturen på en annen måte. Fig. 4 viser et andre belegg av tykkelse t, som er påsveiset det første ytterbelegg. Det første belegg har radien g og det andre belegg har radien h. Selv om kjernene og det første belegg kan ha forskjellig varmeutvidelseskoeffisient, vil det for beskrivelsen være tilstrekkelig å anta at = c^, men at det andre beleggs varmeutvidelseskoeffisient a 3 er forskjellig fra o^- Både Youngs-modulen E og Poissons-forholdet v antas å være de samme for samtlige tre soner. Betingelsen for svevningsfasens temperaturuavhengighet er følgelig: Regardless of whether the values for a and r are the same for core and outer layer materials, the floating phase can be made dependent on uniform hydrostatic pressure but independent of temperature in a different way. Fig. 4 shows a second coating of thickness t, which is welded onto the first outer coating. The first coating has radius g and the second coating has radius h. Although the cores and the first coating may have different thermal expansion coefficients, it will be sufficient for the description to assume that = c^, but that the second coating's thermal expansion coefficient a 3 is different from o^- Both Young's modulus E and Poisson's ratio v are assumed to be the same for all three zones. The condition for the temperature independence of the floating phase is therefore:

Dette uttrykk kan utledes ved innføring av de grensebetingelser for spenningene som er et resultat av dobbeltbeleggs-utformingen. This expression can be derived by introducing the boundary conditions for the stresses that are a result of the double coating design.

Forandringen i svevningsfasen grunnet ensartet, hydrostatisk trykk er gitt av ligning (9): og The change in the hovering phase due to uniform hydrostatic pressure is given by equation (9): and

men med (VF ^ dF/ dV) gitt åv ligning (14). Det andre belegg 96 kan bestå av hvilket som helst materiale med en varmeutvidelseskoeffisient som er forskjellig fra utvidelseskoeffisienten for det første belegg 94.'På grunn av sin stabilitet er glass det foretrukne materiale, men det kan også benyttes et metall-eller plastmateriale, idet nøkkelbetingelsen er at det andre belegg 96 har en annen varmeutvidelseskoeffisient enn det første belegg 94. Hvis det andre belegg 96 består av glass, but with (VF ^ dF/ dV) given by equation (14). The second coating 96 can consist of any material with a coefficient of thermal expansion different from the coefficient of expansion of the first coating 94. Because of its stability, glass is the preferred material, but a metal or plastic material can also be used, the key condition being is that the second coating 96 has a different thermal expansion coefficient than the first coating 94. If the second coating 96 consists of glass,

kan det være fordelaktig å tilføye et ytterligere eller tredje belegg. De glasstyper som er vanlig anvendt for lavtaps-fibrer for telekommunikasjoner og detektorer, inneholder ofte meget store prosentdeler av smeltet silisiumoksyd. - Dette materiale har lav utvidelseskoeffisient og det vil derfor, for å anordne et andre belegg med en avvikende utvidelseskoeffisient, være nødvendig å anvende et materiale med høyere varmeutvidelses-koef f isient. Dette er uønsket, fordi ytterflaten i den ferdige fiber derved påføres en strekkspenning med derav følgende mulig-het for fremtidig fiberbrudd. For å unngå at ytterflaten påføres slik strekkspenning, kan det tilføyes et ytterligere belegg med en utvidelseskoeffisient ot^ som er mindre enn utvidelseskoeffisienten a., for det andre belegg. I forhold til radien av det første belegg må tykkelsen av de to øvrige belegg justeres for å gi den nødvendige nulltemperatur-uavhengighet under samtidig oppnåelse av den ønskete avhengighet av ensartet, hydrostatisk trykk eller av ensrettet, langsgående eller tversgående spenning. it may be advantageous to add a further or third coating. The types of glass commonly used for low-loss fibers for telecommunications and detectors often contain very large percentages of fused silicon oxide. - This material has a low coefficient of expansion and it will therefore be necessary to use a material with a higher coefficient of thermal expansion in order to arrange a second coating with a different coefficient of expansion. This is undesirable, because the outer surface of the finished fiber is thereby subjected to a tensile stress with the consequent possibility of future fiber breakage. In order to avoid such tensile stress being applied to the outer surface, a further coating can be added with an expansion coefficient ot^ which is smaller than the expansion coefficient a., for the second coating. In relation to the radius of the first coating, the thickness of the other two coatings must be adjusted to provide the necessary zero-temperature independence while simultaneously achieving the desired dependence on uniform, hydrostatic pressure or on unidirectional, longitudinal or transverse stress.

Fig. 5 viser en versjon av oppfinnelsen, hvor de to kjerner 100 og 102 er omgitt av et første ytterlag 104, et andre ytterlag 106 og et tredje ytterlag 108. Fig. 5 shows a version of the invention, where the two cores 100 and 102 are surrounded by a first outer layer 104, a second outer layer 106 and a third outer layer 108.

Ved strekkspenning langs fiberaksen kan konstruksjonen In the case of tensile stress along the fiber axis, the construction can

med et ytterlag og med samme verdier av a og £ for kjernen og with an outer layer and with the same values of a and £ for the core and

for ytterlagsmaterialet gi en temperaturuavhengig spenningsmåling. I et slikt tilfelle gjelder-ligning (9), men med An,/n, = An^/n-, for the outer layer material provide a temperature-independent voltage measurement. In such a case, equation (9) applies, but with An,/n, = An^/n-,

hvor T betegner den aksialt strekkraft. Dette gir: where T denotes the axial tensile force. This gives:

Fig. 6 viser en annen versjon av den optiske fiber ifølge foreliggende oppfinnelse, som er velegnet for funksjon i et system for måling av spenning eller hydrostatisk trykk i en sone i fiberens lengderetning. Versjonen innbefatter en rekke kjerner og er spesielt egnet for måling av spenning eller hydrostatisk trykk i de tilfeller hvor det kreves entydige regist-reringer over et vidt område. Den viste, optiske fiber 50 innbefatter en rekke kjerner 52 som fortrinnsvis er ellipseformet på samme måte som tidligere beskrevet i forbindelse med dobbelt-kjerne-versjonen. Hver av kjernene 52 omsluttes fullstendig av et første ytterlag 54 i full lengde av den optiske fiber 50. Fig. 6 shows another version of the optical fiber according to the present invention, which is suitable for function in a system for measuring voltage or hydrostatic pressure in a zone in the longitudinal direction of the fiber. The version includes a number of cores and is particularly suitable for measuring voltage or hydrostatic pressure in cases where unambiguous registrations are required over a wide area. The optical fiber 50 shown includes a number of cores 52 which are preferably elliptical in the same manner as previously described in connection with the double-core version. Each of the cores 52 is completely enclosed by a first outer layer 54 in the full length of the optical fiber 50.

Et andre ytterlag 56 er anordnet utenpå det første ytterlag 54 langs den fulle lengde av den optiske fiber. A second outer layer 56 is arranged outside the first outer layer 54 along the full length of the optical fiber.

Den optiske fiber 50 strekker seg gjennom den sone hvori det hydrostatiske trykk, eksempelvis i en beholder 58, skal måles. Fra en kilde 6 0 ved den optiske fibers inngangsende ledes en lysenergistråle mot endeflaten av en av kjernene 52, for å overføres til denne vilkårlige og ledes langs aksen av denne. Ved fiberens utgangsende vil den utstrålende lysenergi fra hver av kjernene ledes til en detektor såsom detektorene 62, 64 og 66 og frembringe en serie av elektriske signaler som varierer med fordelingen av den utstrålende lysenergi fra den optiske fibers utgangsflate, på samme måte som tidligere beskrevet. Inngangs-lysenergien blir fortrinnsvis polarisert der hvor den primære akse av interesse er langs ellipsens korte akse, og detektorene 62, 64 og 66 innbefatter polariserings-filtre, eller tilsvarende, slik at de elektriske signaler som representerer fordelingen av utgående lysenergi fra fiberen, primært tilknyttes lysenergien langs samme akse. The optical fiber 50 extends through the zone in which the hydrostatic pressure, for example in a container 58, is to be measured. From a source 60 at the input end of the optical fiber, a beam of light energy is guided towards the end face of one of the cores 52, to be transferred to this arbitrary one and guided along its axis. At the fiber's output end, the radiating light energy from each of the cores will be directed to a detector such as detectors 62, 64 and 66 and produce a series of electrical signals that vary with the distribution of the radiating light energy from the optical fiber's output surface, in the same way as previously described. The input light energy is preferably polarized where the primary axis of interest is along the short axis of the ellipse, and the detectors 62, 64 and 66 include polarization filters, or equivalent, so that the electrical signals representing the distribution of outgoing light energy from the fiber are primarily associated the light energy along the same axis.

Som tidligere omtalt er det et viktig trekk ved den foreliggende oppfinnelse at den optiske fiber 50 kan fremstilles slik at den vil reagere overfor spenning og hydrostatisk trykk, og samtidig være upåvirkelig av temperatur, som følge av valget av materiale for kjernene 52 samt ytterlagene 54 og 56, dimen-sjoneringen av kjernene 52, avstanden mellom nærmestliggende kjerner osv. Dette resulterer i krysstale eller tverroverføring til tilgrensende kjerner av lysenergien som forplantes gjennom en av kjernene, som en funksjon av det hydrostatiske trykk i en forutvalgt sone i fiberens lengderetning. Denne spesielle fler-kjerneversjon vil blant annet gi entydige måleresultater ved-rørende hydrostatisk trykk over et videre område enn det som kan oppnås ved anvendelse av bare to kjerner. As previously discussed, it is an important feature of the present invention that the optical fiber 50 can be manufactured so that it will react to voltage and hydrostatic pressure, and at the same time be unaffected by temperature, as a result of the choice of material for the cores 52 and the outer layers 54 and 56, the dimensioning of the cores 52, the distance between adjacent cores, etc. This results in cross talk or transverse transfer to adjacent cores of the light energy propagated through one of the cores, as a function of the hydrostatic pressure in a preselected zone in the longitudinal direction of the fiber. This special multi-core version will, among other things, provide unambiguous measurement results regarding hydrostatic pressure over a wider range than what can be achieved by using only two cores.

Den ovenstående beskrivelse av forholdene i dobbeltkjerne-tilfellet kan utvides til å omfatte flerkjernesystemet ved betraktning av vekselvirkningene mellom innbyrdes tilgrensende kjerner. Det vil innses at anvendelsen av et økende antall kjerner 52 øker det nyttige målingsområde uten å minske følsom-heten hos den optiske fiber 50 overfor variasjoner i spenning eller hydrostatiske trykk. I en antatt, lineær rekke av jevnt fordelte kjerner 52 mottar den ene kjerne lys av intensiteten IQ. Lysintensiteten I (M,R) som utgår fra den M'te kjerne, for belysning av bare den R'te kjerne i en fiber av lengde L, er bestemt av: The above description of the conditions in the double-core case can be extended to include the multi-core system by considering the interactions between mutually adjacent cores. It will be appreciated that the use of an increasing number of cores 52 increases the useful measurement range without reducing the sensitivity of the optical fiber 50 to variations in voltage or hydrostatic pressure. In an assumed linear series of evenly spaced cores 52, one core receives light of intensity IQ. The light intensity I (M,R) emanating from the M'th core, for illumination of only the R'th core in a fiber of length L, is determined by:

hvor u = 2 cos [qir/ (N+lj] where u = 2 cos [qir/ (N+lj]

og M, R = 1, 2, ..., N. and M, R = 1, 2, ..., N.

Hvis det er anordnet fem identiske kjerner hvorav den ene er belyst, kan lysfordelingen som en funksjon av L fremstilles som vist i fig. 7. Forholdet mellom fordelingen av den utgående lysenergi fra den optiske fiber 52, som en funksjon av spenning eller hydrostatisk trykk, kan iakttas i fig. 7. Det bør bemerkes at abscissen L/X^ motsvarer J^f ganger svevningsfasen <j>. Fordelingen av lysenergien som utgår fra kjerneendene som en funksjon av trykk eller spenning, kan fremstilles under hensyntaking til at svevningsfasen 4> er en lineær funksjon av hydrostatisk trykk eller spenning, slik at abscissen er ekvivalent med trykket. F.eks. ved et trykk P-^ er lysfordelingen fra kjernene 52 vist ved linjen P^ i fig. 7. Ved et trykk P 2 er lysfordelingen vist ved en linje P2, og trykkene mellom P^ og P2 gir motsvarende lysenergifordeling, som vist mellom linjene P^ og Pj. If five identical cores are arranged, one of which is illuminated, the light distribution as a function of L can be produced as shown in fig. 7. The relationship between the distribution of the outgoing light energy from the optical fiber 52, as a function of voltage or hydrostatic pressure, can be observed in fig. 7. It should be noted that the abscissa L/X^ corresponds to J^f times the hover phase <j>. The distribution of the light energy emanating from the core ends as a function of pressure or voltage can be produced taking into account that the hovering phase 4> is a linear function of hydrostatic pressure or voltage, so that the abscissa is equivalent to the pressure. For example at a pressure P-^ the light distribution from the cores 52 is shown by the line P^ in fig. 7. At a pressure P 2 , the light distribution is shown by a line P2, and the pressures between P^ and P2 give corresponding light energy distribution, as shown between the lines P^ and Pj.

Tallrike versjoner av et system for måling av en spenning eller et hydrostatisk trykk under anvendelse av en av de beskrevne utførelsesformer av en optisk fiber er tenkelige. Numerous versions of a system for measuring a voltage or a hydrostatic pressure using one of the described embodiments of an optical fiber are conceivable.

Det er eksempelvis i fig. 8 vist en versjon av oppfinnelsen It is, for example, in fig. 8 shows a version of the invention

som er særlig egnet for registrering av en bøyespenning. En optisk fiber 70 er, ved hjelp av sement eller annet, jevnfør- which is particularly suitable for recording a bending stress. An optical fiber 70 is, by means of cement or otherwise, uniformly

bart festemiddel, forankret til et bæreelement 72. Bæreelementet 72 fastholdes ubevegelig i den ene ende (den nedre ende i figuren), mens den annen ende fritt kan svinge eller bøyes i forutvalgt grad (vist ved strekete linjer) under innvirkning av en over- bare fastening means, anchored to a support element 72. The support element 72 is held motionless at one end (the lower end in the figure), while the other end can freely swing or bend to a preselected degree (shown by dashed lines) under the influence of an over-

ført kraft H. Bæreelementets 72 dimensjon L2 er stor i forhold til dimensjonen Li, for å øke følsomheten overfor kraften H. carried force H. The dimension L2 of the support element 72 is large in relation to the dimension Li, in order to increase the sensitivity to the force H.

En lysenergikilde 74 er slik plassert ved fiberens inngangs- A light energy source 74 is thus placed at the input of the fiber

ende, at lyset ledes inn i en av kjernene. En detektor 76 som er plassert ved utgangsenden av fiberen 70, foretar måling av den utgående lysmengde fra hver av kjernene, og avgir et utgangs-signal proporsjonalt med lysmengden. Variasjon i bøyningen av bæreelementet 72 fremkaller motsvarende forandringer i spenningen som påvirker den optiske fiber 70. Som tidligere beskrevet vil denne spenningsvariasjon i sin tur medføre forandring i krysstalen mellom innbyrdes tilgrensende kjerner, i tilknytning til forandringen i intensiteten av lyset som utgår fra den optiske fiber 70. end, that the light is guided into one of the cores. A detector 76, which is placed at the output end of the fiber 70, measures the output amount of light from each of the cores, and emits an output signal proportional to the amount of light. Variation in the bending of the carrier element 72 causes corresponding changes in the voltage which affects the optical fiber 70. As previously described, this voltage variation will in turn cause a change in the crosstalk between mutually adjacent cores, in connection with the change in the intensity of the light emanating from the optical fiber 70.

Den ovenstående beskrivelse med tilhørende tegninger omfatter en foretrukket versjon av oppfinnelsen, og det vil være åpenbart for den fagkyndige at ulike forandringer vil kunne foretas innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav. The above description with associated drawings includes a preferred version of the invention, and it will be obvious to the person skilled in the art that various changes can be made within the scope of the subsequent patent claims.

Claims

1. Sensing device for mechanical stress comprehensive means which react under voltage influence and include an optical fiber (10) which can be placed where a voltage is to be measured, and the optical fiber (10) is equipped with a number of cores (12,14) which are separated from each other in an enveloping outer layer, whereby a coupling of light occurs between the nuclei, a source (18) for emitting light which is directed into one of the cores and transmitted, by coupling, to adjacent cores in a manner related to the voltage affecting the optical fiber, as well as detectors (22,24) arranged for receiving the light energy and for emitting an electrical signal which depends on the intensity of said light, characterized in that the detectors (22,24) are arranged to receive light emanating from each of the cores, and in that the outer layer and each of the cores are so dimensioned and made of such materials that only a transmission mode of the lowest order will be maintained, and that both the dimensions and the refractive indices of the cores and the outer layer will change due to the mechanical tension, so that a change in the intensity of the outgoing light from the cores caused by modal interference between the modes of the light energy propagated within the cores is dependent on the tension affecting the optical fiber.

2. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that the optical fiber (10) comprises a first outer layer (16) which surrounds the cores, and that the temperature coefficient for the refractive indices of the cores and the first outer layer are different from each other, so that the hovering phase of the modal interference becomes dependent on the voltage but independent of temperature variations.

3. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that the optical fiber (10) comprises a first outer layer (94) which surrounds the cores (90,92) and a second outer layer (96) which surrounds the first outer layer (94), and that the second outer layer's linear thermal expansion coefficient is different from the first outer layer, and that the first outer layer and the second outer layer have such thicknesses that the modal interference's hovering phase for coupling light between the cores varies as a function of the voltage, but is independent of temperature changes.

4. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that the optical fiber (10) comprises a first outer layer (104) which surrounds the cores (100, 102), a second outer layer (106) which surrounds the first outer layer (104) and a third outer layer (108) which encloses the second outer layer (106), and that the third outer layer has a smaller, linear thermal expansion coefficient than the second outer layer, while the second outer layer has a different, linear thermal expansion coefficient than the first outer layer, and that the second outer layer and the third outer layer has such thicknesses that the modal interference's floating phase in the transmission is a function of the voltage, but is independent of temperature changes.

5. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that the optical fiber (50) comprises a number of cores (52) which are distributed along the diameter of the outer layer (54), where each of the cores is so dimensioned and made of such material that only the lowest order transmission mode can be maintained, and that the intensity of the outgoing light from the fiber is only related to the voltage affecting the fiber.

6. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that the distance between the row of cores (52) and the outer layer, the core dimension and the material parameters for the optical fiber (50) are chosen in such a way that the hovering phase of the modal interference is independent of the temperature.

7. Sensing device in accordance with claim 6, characterized in that the optical fiber (50) is designed to react under the stress of a longitudinal tensile force.

8. Sensing device in accordance with claim 6, characterized in that the optical fiber (50) is arranged to react under voltage influence of a unidirectional transverse force.

9. Sensing device in accordance with claim 6, characterized by means that react under the voltage influence of a uniform, hydrostatic pressure.

10. Sensing device in accordance with claim 1, characterized in that each of the cores (52) in the optical fiber (50) has an elliptical cross-sectional shape with a major and a minor axis, and that the cores are placed next to each other in the outer layer (54) with the small axes in mutual flight, whereby the coupling of light between the cores is favoured.

11. Sensing device in accordance with claim 10, characterized in that the light emanating from the source (60) of one of the cores (52) in the row is polarized in the same direction as the direction of the minor axes in the cross-sectional surfaces of the cores, and that the detectors (62, 64,66) include polarization means and thereby react primarily to light that is polarized in the same direction as the direction of the minor axes in the elliptical core cross-sectional surfaces.