NO166255B - Fiberoptisk kabel som reagerer paa mikroboeyekrefter. - Google Patents

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fiberoptisk kabel som reagerer på mikrobøyekrefter, for detektering av trykk ved hjelp av mekanisk påvirkning av fiberen i kabelen ved hjelp av såkalt periodisk forstyrrelse ved transmisjon av lys gjennom fiberen, slik dette er definert i den innled-ende del av det vedføyde patentkrav 1.

Teknikkens stilling

Det ovenfor omtalte prinsipp vedrørende detektering av trykk ved å tillate trykket å virke på en optisk fiber fremstilt av glass eller et plastmateriale, slik at det overførte lys blir forstyrret periodisk, er omtalt f.eks. i US patentskrift 4.163.397, SE patentpublikasjon 410 521 og EP publikasjon 008 2820. Ifølge EP publikajson 008 2820 blir denne periodiske forstyrrelse fremskaffet ved å sno et filament eller en tråd i skrueform rundt den optiske fiber, hvoretter en ytre mantel plasseres rundt filamentet og fiberkonstruksjonen. Når lys sendes gjennom fiberen og mantelen samtidig underkastes en trykkraft, vil denne trykkraft ha en tendens til å gjøre trådskruen eller- spiralen flatere. På denne måte blir der fremskaffet en serie periodiske bøyninger av fiberen, idet hver av disse svarer til en halv stigning av trådspiralen. Som et resultat av det, vil lyset som passerer gjennom fiberen, bli dempet, noe som kan påvises, f.eks. ved hjelp av en fotoelektrisk føler. Forskjellige fiberparametre påvirker dempningen av lyset. I tilfellet av en fiber som oppviser en parabolsk indekspro-fil, vil den periodiske forstyrrelse ha en kritisk periode-lengde som fremskaffer maksimal dempning. Denne periode-lengde kan utrykkes som:

=2 a/(2D)<1/2>, hvor D=(nQ-n1)/n0

= periodelengden av forstyrrelsen

ng = brytningsindeksen i kjernens sentrum nc = brytningsindeksen i mantelen a = fiberkjernens radius.

Omtale av oppfinnelsen

Et problem i forbindelse med den ovenfor kjente anordning ifølge EP publikajson 008 2810 er at dersom trådens diamet-er er av samme dimensjon som fiberen (d K. 0,3mm),'så vil tråden, fordi den er spunnet i spiralform rundt fiberen, medføre en upassende stor dimensjon av kabelen. Det er uønsket i tilfelle av visse bruksformål, f.eks. når kabelen som inneholder den preparerte fiber, skal skjules eller trekkes gjennom trange pasasjer. Dessuten kan det være van-skelig å få en nøyaktig definert periodisitet av forstyrrelsen dersom denne blir bestemt av stigningen hos trådspiralen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en kabel for å bestemme trykk hvor den periodiske forstyrrelse kan oppnåes med enkle elementer som gir stabilitet for den periodiske forstyrrelse når kabelen blir utsatt for trykk.

Kabelen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved det som fremgår av de vedføyde krav.

Kort omtale av tegningsfigurene

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj under henvisning til den vedføyde tegning.

Fig. 1 viser en første utførelsesform for en fiberoptisk kabel ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en annen utførelsesform og

fig. 3 viser en tredje utførelsesform for kabelen ifølge oppfinnelsen.

Ut:f ørelsesf ormer for oppfinnelsen

Fig. 1 viser et utsnitt av en kabel i henhold til oppfinnelsen for detektering av et trykk P som påføres kabelens kappe H. Trykket P kan være punktvis eller jevnt fordelt over kappen H. Den optiske fiber som inngår i kabelen, omfatter en kjerne C, en kjernemantel M og et omgivende sjikt H, den såkalte primærmantel hvis brytningsindeks er noe høyere enn brytningsindeksen for kjernemantelen.

Ved den ene ende av fiberkabelen befinner det seg en lys-kilde, mens ved den annen kabelende er der anordnet en lys-føler (ikke vist), idet lys blir overført gjennom fiberen F med en gitt modusfordeling. Lyskilden og føleren kan også være plassert ved en og samme ende av fiberen, og en ref-lektor anordnet ved den annen ende. En økning i trykket P vil resultere i større dempning av modiene, på grunn av det forhold at en del av effekten i hver modus er koblet til andre modi, f .eks. strålingsmodi, som resulterer i redusert overført effekt. Denne reduksjon kan indikeres på en pas-sende måte ved hjelp av fotoføleren.

I den hensikt å oppnå den ovennevnte kobling mellom de nevnte modi, blir der innført en mekanisk forstyrrelse i fiberen. I tilfellet av en glassfiber kan forstyrrelsen fø-res inn ved å tillate at trykkraften P virker på primærman-tlen H (fig. 1), mens i tilfellet av en plastfiber er det tilstrekkelig for trykkraften P å virke direkte på kjernemantelen M. Forstyrrelsen er ment å skaffe en periodisk de-formasjon av fiberen. Denne forstyrrelse blir fremskaffet i den fiber som er innlemmet i kabelen i henhold til fig. 1, ved hjelp av et langstrakt deformert trådelement i form av en dobbelttråd-konstruksjon omfattende to snodde tråden Tl og T2. Trådene er tvunnet forholdsvis fast, slik at de ikke kan forskyves aksialt i forhold til hverandre i noen vesen-tlig grad når trykket P påføres primærmantelen H. Dobbelttråd-konstruks jonen Tl, T2 introduserer små isolerte kontaktflater , mot kjernemantelen M, som blir gjen-tatt med en gitt periodisitet d. Følgelig vil man oppnå optimal lysdempning gjennom fiberkjernen med en fiber av gitt dimensjon, nemlig når d = " X, = 2Tf a/(2D) 1/2. Ved denneutførelsesform blir dobbeltfilamentkonstruksjonen Tl, T2 plassert utstrakt langs fiberen og parallelt med denne.

Ved utførelsesformen for kabelen ifølge fig. 2 er dobblet-filamentkonstruksjonen Tl, T2 som omfatter de tynne tråder, spunnet som en spiral eller skrue rundt fiberen F. I likhet med utførelsesformen ifølge fig. 1 oppnår man små kontaktflater Y1, Y ? med gitte perioder d langs hele utstrek-ningen av trådkonstruksjonen. Ved denne utførelsesform kan kraften P være rette mot den omgivende kjernemantel M fra forskjellige retninger rundt fiberen, fordi den gitte de-formasjon av trådkonstruksjonen Tl, T2 sikrer at en trykkraft blir påtrykt mot kjernemantelen M.

Dimensjonen av trådkonstruksjonen Tl, T2, dvs. mellomrommet mellom kappen H og fiberen F, bør være av samme størrelses-orden som tversnittsdimensjonen av fiberen. Det muliggjør at trådkonstruksjonen Tl, T2 kan vindes med en større stigning rundt fiberen F, og den kritiske avstand d =\vil ikke være avhengig av spiralens stigning.

Ved utførelsesformen vist på fig. 3, omfatter det i lengderetningen deformerte element et stivt eller et elastisk tvunnet bånd B, som er viklet rundt fiberen. På denne måte blir isolerte kontaktflater Y^, Y^ dannet ved de steder hvor båndet ligger an mot kjernemantelen M, idet disse isolerte flater fremskaffer den periodiske forstyrrelse (d=Aj.

Det som skiller kabelkonstruksjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse fra tidligere kjente konstrukjonser,

er at det langstrakte elemente som strekker seg i lengderetningen rundt den optiske fiber fra begynnelsen blir deformert, slik at en periodisk forstyrrelse får mulighet til å opptre ved berøring av elementet med fiberen. Den fordel som man derved oppnår, ligger i det at man oppnår større frihet med hensyn til å disponere det forstyrrende element mellom kabeldekselet og fiberen, og derved større mulighet for å redusere tversnittsdimensjonene for hele kabelen, når denne skal brukes som et trykkavfølende organ.

Claims (5)

1. Fiberoptisk kabel som reagerer på mikrobøyekrefter, omfattende i det minste en fiber som danner del av en innretning som reagerer på trykk, idet en strålingskilde som er plassert ved den ene ende av kabelen, fører lys inn i fiberen, og en føler ved den annen kabelende måler intensi-teten av det lys som er overført gjennom fiberen, samtidig som der mellom kabelkappen (H) og fiberen (F) er anordnet i det minste et i lengderetningen forløpende element for inn-føring av en periodisk forstyrrelse langs i det minste en del av fiberen som reaksjon på trykket, karakterisert ved at elementet (Tl, T2, B) som strekker seg aksialt langs fiberen (F), ligger an mot fiberen langs hele eller deler av sin lengde og er slik utformet at der frem-skaffes isolerte berøringsflater (Y^, Y2) langs overflaten av fibermantelen, idet den innbyrdes avstand (d) mellom disse kontaktflater danner en periodisk lengde ( ) for denperiodiske forstyrrelse.

2. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at elementet omfatter to tvunnede tråder (dobbelt-filamentkonstruksjon) (Tl, T2), idet anlegg av hvert filament med overflaten av fibermantelen danner nevnte kontaktflater (Y Y2) .

3. Kabel som angitt i krav 1, karakterisert ved at elementet omfatter et bånd (B) som er tvunnet i den aksiale retning, for således å danne nevnte kontaktflater (Y^, Y^) ved anlegg mot overflaten av fibermantelen

4. Kabel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at elementet (Tl, T2, B) strekker seg parallelt med fiberen (F).

5. Kabel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at elementet (Tl, T2, B) er anordnet i form av en skruelinje eller spiral rundt fiberen (F)