NO871064L - Fremgangsmaate og apparat for avfoeling av en maalestoerrelse. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG APPARAT FOR AVFØLING AV EN MÅLESTØRRELSE

OPPFINNELSEN BAKGRUNN

1. Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører følere til bruk i forbindelse med prosesstyreindustrier, og mer spesielt vedrører den feltplasserte anordninger som avføler og kommuniserer prosesstyre-målestørrelser, eller fysiske parametre, til et styrerom. De spesielle følere ifølge den foreliggende oppfinnelse blir eksitert fotokinetisk og detektert optisk, f.eks. ved hjelp av fiberoptikker. Typiske målestørrelser innbefatter temperatur, trykk, diferensialtrykk, strømning, nivå, og de forskjellige deriverte av disse fysiske parametre.

2. Bakgrunnsteknikk

Etter som fordelene med fiberoptisk basert kommunikasjon og styring av industrielle prosesser er blitt bedre kjent, er der lagt økende betydning på bruken av forskjellige fremgangsmåter med hensyn til enkel, rimelig og pålitelig kommunikasjon med lavnivå-utstrålingsenergi ved hjelp av fiberoptikker til måleområdet, idet der utføres de ønskede målinger, og den målte informasjon føres tilbake på fiberoptiske baner til styre- og målelokasjonen. Blant de mange problemer som konstruktørene for slike prosesstyresystemer står overfor, er behovet for minimalisering av antallet av optiske baner med lavt lysnivå, og å utføre nøyaktige og pålitelige målinger på en slik måte at den fremskaffede måleinformasjon kan kommuniseres ved hjelp av fiberoptiske signaler.

En viktig fordel med transdusere i henhold til den foreliggende oppfinnelse, går ut på at resonatorer kan eksiteres direkte ved strålingsenergi som tilføres via en optiske fiber. En annen fordel med transdusere i henhold til den foreliggende oppfinnelse, går ut på at resonansfrekvensen for resonatoren blir endret ved hjelp av den ytre fysiske para meter, hvilken frekvens kan fjernavføles. Enda en annen fordel med oppfinnelsen går ut på at resonansfrekvensen kan av-føles optisk og overføres langs en optisk fiber. En fordel med disse transdusere er at de effektivt kan eksiteres med så lite som (f.eks. men uten begrensning) ca. 1 mikrowatt med optisk effekt.

En annen betydelig fordel med oppfinnelsen som er beskrevet her, går ut på at all elektronikk ved målestedet blir eliminert, noe som reduserer følsomheten overfor lynutladning eller elektromagnetiske forstyrrelser (EMI) og elektromagnetiske puls-problemer (EMP) som har tilknytning til andre måleteknikker. Alle kraftforsyningskilder på installasjons-stedet blir eliminert, noe som reduserer vedlikeholdsproble-mene.

Enda en annen fordel med den foreliggende oppfinnelse går ut på at den fiberoptiske driv- og avfølingsmetode fjerner en iboende begrensning i det omgivende driftstemperaturområde ved eliminering av elektroniske kretser ved følerinstalla-sjonsstedet.

Resonanselementene i følerne kan masseproduseres og kalibreres på en rimelig måte for eliminering av vanskelig og kost-bar feltkalibrering.

Det er kjent at en stråle med stabilt lys kan føres langs en første fiberoptisk bane, moduleres, og returneres til et detektert punkt via ytterligere fiberoptiske baner. Se US patentskrift 4.345.482, 4.275.295 og 4.521.684. Det er også kjent at en første bølgelengde med utstrålende energi kan føres langs en fiberoptisk bane for stimulering av en resonans- trådf øler , og en annen bølgelengde med utstrålende energi kan føres langs den samme fiberoptiske bane for avføl-ing av trådoscillasjonene og returnere et signal som varierer med trådens vibrasjoner. Se US patentskrift 4.521.684.

Fjerneksitering og avføling ved hjelp av fiberoptiske ele menter er vist i "A Vibrating Wire Sensor With Optical Fibre Links and Force Measurement", av B.E. Jones og G.S. Philip, publikasjon nr. 05.1, "Sensors and Their Applications", UMIST Manchester (UK), 20-22 september, 1983. I disse publi-kasjoner blir målestørrelsen avfølt ved omforming av den fysiske parameter til en kraftendring som påvirker den spen-nign som er påtrykket resonanstråden. Den kjente fremgangsmåte for fjerndetektering og kommunikasjon ved hjelp av fiberoptiske midler krever alle multiple lysbaneveier, uavhen-gige kilder for oscillasjonsenergi for resonansorganet, mel-lomomforming av utstrålende energi til elektrisk energi, og forholdsvis høye kraftutstrålings-energinivåer som skal bæres av den fiberoptiske bane. Mange konfigurasjoner som ikke krever en separat kraftkilde ved følerinstallasjonsstedet, krever fremdeles elektrisk energikraftomformings-teknikker som begrenser konstruksjonen.

Dobbelt-avsluttede stemmegafler som utøver den høye "Q" som er nødvendig for resonatorer for den her beskrevne oppfinnelse, er omtalt i US patentskrift 4.372.173. Andre resonansmekaniske konstruksjoner er også kjent, idet disse endrer frekvens med påtrykt kilde, f.eks. resonanstråder eller ribber, og andre piezoelektriske krystaller.

Laveffekt optiske målestørrelser eller følere for fysiske parametre som egner seg for prosesstyring, er etterspurt i høy grad og resulterer i både lav kraftdrift såvel som fri-het fra elektromagnetisk forstyrrelse (EMI) og følsomhet overfor elektromagnetisk pulsødeleggelse.

For det formål for den her begrensede beskrivelse, skal begrepet "prosesstyring" innbefatte både individuelle variable prosesser og komplekse multivariable prosesser som innbefatter et stort antall av styrte prosessbetingelser som kan kjennetegnes som fysiske parametre eller "målestørrelser", f.eks. fluidumstrømning, fluidumhastighet, temperatur, trykk, differensialtrykk, nivå eller lignende. "Resonansmekanisk konstruksjon" slik dette begrepet brukes her, skal generelt omfatte bjelke, hul-søyle, skråbjelke og skrå hul-bjelke, og dobbelte eller andre multiple bjelkeelementer, og ribber, tråder eller andre fremstilte gjenstander og deres ekvivalenter, idet alle kan bringes i resonanse med spesielle oscillasjonsfrekvenser. Spesielt innbefattet er stemmegaffel-konstruksjoner med varianter som innbefatter enkel eller dobbelt avslutning, såvel som stemmegaffel-konstruksjoner med flere tinner.

Når uttrykket "fotokinetisk" brukes her, og uttrykket "foto-termisk", slik det benyttes i forbindelse med "stimulering", "oscillasjon", "eksitering", og lignende, skal det innebære fremgangsmåter som initierer bevegelse av en mekanisk konstruksjon ved hjelp av den lokaliserte påtrykning av utstrålende energi på nivåer som varierer med tiden, for derved å fremskaffe lokalisert påkjenning på påtrykningspunktet.

Uttrykket "utstrålingsenergi" vil her innbefatte energi ved en bølgelengde mellom 50.1 og 100 mikrometer, og innbefatter spesielt infrarødt, ultrafiolett, og synlig lysenergi. For enkelthets skyld kan slik utstrålingsenergi refereres generelt, og uten begrensning til "lys" eller "lysenergi". Slik utstrålingsenergi kan omtales som "stabil" eller "kontinuerlig" eller "kontinuerlig bølge" i den hensikt å sondre den fra signaler av utstrålende energi som er modifisert for å bære informasjon. Begrepet "utstrålingsenergi" innbefatter spesielt både koherent og inkoherent lysenergi. "Modulasjon" blir brukt i videste forstand her, og det er ment å knytte seg til en prosess for å modifisere egenskapene hos en lysstråle, slik at den varierer i trinn med den øyeblikkelige verdi hos et annet signal, og kan spesielt brukes her for å omtale amplitudemodulasjon. Begrepet "stabil" utstrålingsenergi slik det vil bli brukt her, refererer seg til utstrålingsenergi med hovedsakelig konstante intensitetsnivåer, (dvs. med fravær av korte variasjoner i intensitet) og har en hovedsakelig uendret spektralfordeling. Når det refereres til lyssignaler som bærer informasjon skal begrepene "lukket" og "avbrutt" brukes for å referere til modulert lys så vel som den mekanisme som bidrar til modulasjonen. Utstrålingsenergien som brukes for å eksitere resonanskonstruksjonen, blir vanligvis betegnet som "driv"- eller eksiterings-energien mens utstrålingsenergien som sendes til føleren for mottak av målesignal-informasjon blir referert til som "av-følings"-lys eller energi. Den utstrålingsenergi som bærer informasjonen, blir kalt "avfølingssignal"-lyset eller "modulert avfølingssignal".

"Fluider" innbefatter gasser og/eller væsker. Betegnelsen "kraft" blir brukt for å beskrive en hvilken som helst fysisk parameter eller fenomen som muliggjør bevegelse av et legeme eller modifisere legemets bevegelse, og innbefatter spesielt en kraft som utøves pr. enhetsareal (trykk) og en hvilken som helst parameter eller fenomen som muliggjør omforming til trykk. Det skal imidlertid forstås at det generelt er den kraft som virker på resonatoren, som bevirker at frekvensen for resonatoren varierer. Ved en utførelsesform av denne, vil imidlertid temperaturendringen fremskaffe en endring i elastisitetsmodulen hos en resonator i den hensikt å avføle temperatur som en målestørrelse.

Uttrykket "transduser" blir brukt for å beskrive en anord-ning som omformer energi fra en form til en annen, og slik det brukes her vil begrepene "opto-elektrisk tranduser" og "elektro-optisk transduser" mer spesielt beskrive en klasse av anordninger som kan brukes til omforming av utstrålingsenergi til elektrisk energi, og elektrisk energi til utstrålingsenergi .

OMTALE AV OPPFINNELSEN

I forbindelse med et system (f.eks. et prosesstyresystem)

hvor der kreves fjerndetektering av en eller flere målestør-relser, foreslås der ifølge den foreliggende oppfinnelse et apparat som kan brukes ved målingen av en eller flere måle-størrelser ved direkte fotokinetisk simulering av, og optisk detektering av, resonansmekaniske konstruksjonsfølere. Opp-

finnelsen innbefatter en resonansmekanisk konstruksjon med høy "Q", f.eks. en stemmegaffel eller lignende, organer for å kommunisere den fysikalske parameter til den resonansmekaniske konstruksjon (vanligvis som en kraft), i det minste en kilde for utstrålingsenergi, en eller flere baneveier for utstrålingsenergi, f .eks. optiske fibre for kommunikasjon av utstrålingsenergien til et lokalisert område for den resonansmekaniske konstruksjon, organer for direkte omforming av utstrålingsenergien til termisk energi som overføres i i det minste en del av den resonansmekaniske konstruksjon, samt organer for retur av i det minste en del av utstrålingsenergien langs minst en del av en av baneveiene.

Stemmegaffelen elle en annen resonansmekanisk konstruksjon (resonator) mottar den fysikalske parameter idet modulus endrer seg eller en kraft virker for å variere resonansfrekvensen hos resonatoren. Der sendes lys langs fiberoptikken til resonatoren, hvor den påtrykkes for å fremskaffe lokalisert oppvarming over et lite område av resonatoren, f.eks. eksiteringsstedet. Denne oppvarmingsvirkning fremskaffer en termisk strøm som kan måles i kalorier pr.sek. Den termiske strømdensitet er proporsjonal med lysintensiteten. Bare de tidsvarierende komponenter av det lys som faller inn på eksiteringsstedet, kan nyttes til å drive resonatoren, fordi det er denne tidsvarierende komponent som blir fulgt av de lokale temperaturgradienter inne i resonatormediet. Oppvarm-ingen bevirker en lav-nivå ekspansjon og påkjenning i resonatoren. Den lokaliserte oppvarming blir forsterket når eksiteringsstedet innbefatter organer for å forbedre virkning-en av omformingen fra lysenergi til varmeenergi. Forskjellige tynne filmer, f.eks. metall, kan være passende. Effektiv absorbsjon og omforming til varme er av nytte. Ved å la utstrålingsenergien variere på en regulær måte og med hensyn til intensitet over tid på oppvarmingsstedet, vil resonatoren blir eksitert til å vibrere. Lys kan også rettes mot en passende vibrasjonsflate for resonatoren, og en del av dette lys kan sendes tilbake til en annen lokasjon for detektering. Eksiteringslyset kan bæres på en første optisk fiber og avfølt lys kan bæres på en annen optisk fiber og returneres på en tredje optisk fiber. Det avfølte lys kan også returneres langs den annen optiske fiber til detekteringslo-kasjonen.

Alternativt kan eksiteringslyset ha en første bølgelengde sorn er selektivt rettet mot eksiteringsområdet, og avføl-ingslyset kan ha en annen bølgelengde som kan skilles fra den første bølgelengde og være selektivt rettet mot resonatorens vibrasjonsoverflate og reflekteres tilbake langs den samme optiske fiber. I dette tilfelle kan en eneste optisk fiber bære både eksiterings- og avfølingslyset til føler-stedet, og også bære det modulerte avfølingslys tilbake til en styrestasjon. En vanlig detektor, tilbakekoblingssløyfe, og signalutgangskrets, som ikke er vist på noen av de ved-føyde tegningsfigurer, er plassert på den sentrale stasjon for å komplettere tilbakekoblingssløyfen som er nødvendig for å understøtte drivoscillasjonen for resonatoren via optiske organer.

Ved en annen utførelsesform kan både eksiterings- og avføl-ingslys føres langs en optisk fiber og bæres til et punkt i nærheten av resonatoren, hvor resonatoren delvis skjermer og lukker inne lyset, samtidig som der returneres en del som modulert avfølt lys. En del av dette lys er til å begynne med ikke forhindret av lukkevirkningen. Ved kommunikasjon av minst en del av det avstengte lys til en annen lokasjon på resonatoren (f.eks. via en kort optisk fiber), kan dette lys utnyttes til å bevirke den lokaliserte oppvarming som er nødvendig for å initiere og bibeholde eksiteringen. I dette sistnevnte tilfelle vil faseforholdet mellom avlukkingen av lyset og påtrykningen av lyset på resonatoren for bevirkning av oscillasjon, meget omhyggelig selekteres for optimal drift. Visse utførelsesformer for oppfinnelsen som er omtalt her, trenger ikke å ha en ekstra fiber for å bære eksita-sjonslys til et separat eksiteringssted, og i forbindelse med dobbelte stemmegaffler kan eksitering og avføling finne sted i den samme lokasjon på visse steder på resonatoren. Det skal gjøres oppmerksom på at den lokaliserte oppvarmingsvirkning kan påføres på forskjellige steder på overflaten av resonatoren. Med stemmegaffler som har forgreninger og enkelt eller dobbelt ende, har søkeren funnet ut at påtrykning av utstrålingsenergi på gaffelskrittet er spesielt hen-siktsmessig. Avfølingslys-signalet blir generelt best detektert på en lokasjon med betydelig bevegelse, i den hensikt å oppnå maksimal avfølingssignal-modulasjon før retur for detektering .

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet som en direkte fotokinetisk stimulering av, og optiske detektering av, resonansmekaniske konstruksjoner som avføler i det minste en fysisk parameter eller målestørrelse, ved utførel-se av følgende trinn: å fremskaffe utstrålingsenergi, å kommunisere baneveier (f.eks. optiske fibre) til den resonansmekaniske konstruksjon, deretter å omforme i det minste en del av utstrålingsenergien til tidsvarierende termisk energi som slippes ut i en del av den resonansmekaniske konstruksjon som en lokalisert påkjenning for å initiere oscillasjon av den resonansmekaniske konstruksjon. Lokalisert oppvarming på grunn av den termiske energi vil bevirke ekspansjon på det oppvarmede sted. Ved omforming av den målte fysikalske parameter til en kraft som er i stand til å endre frekvensen for den resonansmekaniske konstruksjon, kan resonansfrekvensen endres til det analoge for målestørrelsen. Da vil i det minste en del av utstrålingsenergien kunne returneres langs utstrålingsenergi-kommunikasjonsbanen(e) for fjerndetektering av målestørrelsen. For den foreliggende beskrivelses skyld, kan en slik utstrålingsenergi komme fra en ytterligere utstrål-ingsenergikilde, og kan eller kan ikke kommuniseres langs den samme fiberoptiske bane.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGURENE

En rekke trekk ved oppfinnelsen som er beskrevet her, vil fremkomme ved studium av de vedføyde tegningsfigurer som danner en del av beskrivelsen, og hvor der på de forskjellige figurene er brukt samme henvisningstall for tilsvarende elementer. Fig. 1 er et forenklet blokkdiagram over oppfinnelsen, for diskusjonsformål. Fig. 2 er et perspektivriss av en dobbelt stemmegaffel, og viser spesielle lokasjoner for påføring av eksiteringssigna-let og for dirigering/reflektering av avfølingssignalet. Fig. 3 viser en fremgangsmåte ifølge kjent teknikk men hensyn til å utføre avføling av en målestørrelse, men hvor tek-nikken krever omforming av lysenergien til elektrisk energi og deretter til elektromagnetiske krefter for å kraftforsyne resonatoren. Fig. 4 viser en utførelsesform for oppfinnelsen hvor separa-te optiske fiberbaneveier benyttes for a) kommunikasjon av det eksiterte lyssignal og b) kommunikasjon av avfølingssig-nalet til føleren og retur til det modulerte avfølingssignal for detektering. Fig. 5 viser en utførelsesform for oppfinnelsen hvor en eneste optisk fiberbanevei brukes for å kommunisere det eksiterte lyssignal og avfølingssignal-lyset til føleren, såvel som det modulerte avfølingssignal tilbake til styrestasjonen . Fig. 6 viser en annen utførelsesform for oppfinnelsen hvor en eneste optisk fiberbanevei blir benyttet for kommunikasjon av et eneste lyssignal til føleren såvel som både eksi-teringsignalet og avfølingssignalet, samtidig som det modulerte avfølings-retursignal også bæres i den eneste optiske fiberbanevei. Fig. 7 anskueliggjør en resonator som drives og avføles av et eneste fiberoptisk organ, hvor temperaturinduserte end ringer i elastisitetsmodulen hos resonatoren muliggjør temp-eraturmåling . Fig. 8 viser en utførelsesform for oppfinnelsen hvor på linje anordnede, tilpassede mønstre på resonatoren og ved enden av den optiske fiber kan utnyttes for både å drive og avføle resonansfrekvensen hos transduseren, og for kommunikasjon av den avfølte målestørrelse tilbake langs den samme eneste optiske fiberbane. Fig. 9 anskueliggjør de foretrukne eksitasjonssteder og de foretrukne avfølings og/eller eksitasjonssteder på en dobbelt stemmegaffel.

FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER FOR OPPFINNELSEN

På grunn av den store spennvidde av variasjoner med hensyn til å utføre oppfinnelsen, vil den foreliggende oppfinnelse bli begrenset til noen foretrukne anvendelser som er kjent for oppfinnelsen, men bare i den hensikt å illustrere oppfinnelsen og uten å begrense oppfinnelsens omfang.

På fig. 1 er der vist de grunnleggende elementer for appara-tet 10 for avføling av en målestørrelse, hvor en transduser 13 er plassert på et prosessted 11 som er adskilt fra et fjerntliggende sted 12, eller styrestasjon. En fysikalsk parameter (her identifisert som en pil med betegnelsen "p") blir ført til transduseren 13, som er forbundet med styre-stas jonen ved hjelp av en eller flere fiberoptiske baner 14 som utgjøres av optsike fibre. Styrestasjonen 12 innbefatter en avfølings-lyskilde 15, en driv-lyskilde 16, en avfølings-detektor 17, og en tilbakekoblingskrets 18 som er forbundet med styrestasjonsendene for de fiberoptiske baner.

Under drift vil drivlyskilden 16 sende et lyssignal langs i det minste en av de optiske fibre til transduseren 13, idet lyset eksiterer en resonator i transduseren 13 til vibrasjon. Avfølingslyskilden 15 sender et avfølingslys langs i det minste en av de optiske fibre til transduseren 13, idet det avfølte lys deretter påtrykkes tidsvarierende endringer (modulasjon), som er relatert til målingen av den fysikalske prameter p. Transdusesn 13 sender tilbake det modulerte av-følingslys til avfølingsdetektoren 17, som f.eks. kan være en fotodiode, og som kan være plassert ved styrestasjonen 12. Fotodioden innbefatter en fotoelektrisk transduser som omformer den modulerte avfølingslysenergi til et elektrisk signal, samtidig som dette elektriske signal kan forsterkes som nødvendig og kommuniseres til drivlyskilden via tilbakekoblingskretsen 18 for å fremskaffe en kontinuerlig strøm av drivkraftpulser for å drive lyskilden 16, for derved å lukke tilbake koblingssløyfen. Ved en utførelsesform av oppfinnel-sne som skal beskrives i det følgende i forbindelse med fig. 6, blir tilbakekoblingskretsen ikke benyttet, og der kreves bare kontinuerlig (stabil tilstand) drivkraft.

Fig. 2 er et forenklet diagram som bedre anskueliggjør hvor-dan en spesiell resonatorføler blir eksitert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. I dette tilfelle er resonator-kretsen en dobbeltbjelket gjenstand som vanligvis betegnes som en dobbelt (eller dobbeltendet) stemmegaffel 20, av og til betegnet forkortet DTF. Den er plassert på et prosessted 11 innenfor den ovenfor omtalte transduser 13. Der foreligger en styrestasjon 12 som inneholder en drivlyskilde 16 og avfølings- og utkretsen 19. På prosesstedet 11 vil den dobbelte stemmegaffel 20 innbefatte to viktige områder, et re-sonatoravfølingsområde 24 og et eksiteringsområde, i dette tilfelle åket 23 for gaffelen. Den dobbelte stemmegaffel som er vist, idet figuren viser en oppblåst målestokk for for-klaringens skyld, er forbundet med styrestasjonen via i det minste en fiberoptisk bane, f.eks. en optisk fiber 14. Av-følings- og utkretsen 19 og drivlyskilden 16 er forbundet langs tilbakekoblingsbanen 25.

Under drift vil lys bli sendt langs den optiske fiber fra LED drivlyskilden 16 til resonatoren 20, hvor lyset faller inn på den dobbelte stemmegaffel 20 på et eksiteringsområde, f.eks. åket eller skrittet 23. Det antas at fortonende fotokinetisk eksiterer den dobbelte stemmegaffel 20 ved frem-bringelse av varme (og derfor påkjenning) ved eksiteringsområdet 23. Lyset som kommer ut fra drivlyskilden 16, blir variert regulært i intensitet over tid, hvilket fremskaffer regulært fremkommende varmestimulert påkjenning ved eksiteringsområdet 23, og fremskaffer således oscillasjoner av resonatoren 20. Under vibrasjon av den dobbelte stemmegaffel 20, vil tinnene eller bjelkeelementene hos gaffelen under-kastes deformasjon, idet tinnene beveger seg frem og tilbake vinkelrett i forhold til den optiske fiber i nærheten av lokasjon eller området 24. Lys med stabil tilstand eller CW-lys blir ført langs den øvre fiber 14 for å opplyse gaffeltinnen ved resonator-avfølingsområdet 24. Overflaten av gaffeltinnen blir innrettet til ved refleksjon å returnere en tidsvarierende intensitet av lys fra gaffelen tilbake til avfølings- og utkretsen 19, hvor den tidsvarierende intensitet blir detektert og omformet til et elektrisk signal. Dette elektriske signal blir ført tilbake langs banen 25 til drivlyskilden 16 for å lukke oscillator-tilbakekoblingssløy-fen. Den fysikalske parameter p som skal måles, blir koblet til stemmegaffelen for å bevirke en endring i dennes frekvens relatert til den målte målestørrelse. En del av det elektriske signal kan føres ut som en elektrisk analog stør-relse for resonansfrekvensen.

Slik det fremgår av fig. 3, er der vist den kjente teknikk som fremkommer ifølge publikasjonene av Jones og Philp. En tynn tråd er strukket mellom et forankringssted og en trykk-membran. Tråden er plassert mellom polene for en permanent magnet og de to ender av tråden er elektrisk forbundet med en fotodiode 1 via en tilpasset omformer. Dersom lys med vekselende intensitet blir ført fra LED 1 via en optisk fiber til fotodiode 1, så vil en vekselstrøm bli ført gjennom tråden og den vil bevege seg i et plan som er vinkelrett i forhold til det som er definert av strømmen og magnetfeltet, med en frekvens lik den for intensitetsfluktuasjonene. Bevegelsen av tråden blir avfølt ved hjelp av to parallelle op-

tiske fibre som er plassert i et bevegelsesplan for tråden.

Den første av disse fibre får tilført lys med nominell kon-stant intensitet fra LED 2 i styreenheten. Dette lys vil når det forlater fiberen ved avfølingshodet, lyse opp tråden. Noe lys blir reflektert langs den annen av disse fibre og ført tilbake til styreenheten. Intensiteten hos dette returnerte lys er en funksjon av posisjonen av tråden i forhold til fiberendene. Når tråden vibrerer vil derfor en vekslende lysintensitet blir ført tilbake til styreenheten, i fase med oscillasjonen. Dette lys blir omformet til en elektrisk strøm ved hjelp av fotodiode 2, forsterket i styreenheten, og en del brukt til å drive LED 1 i resonans med tråden.

Slik det fremgår av fig. 4, er der vist en variant av måle-størrelses-føleren 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, som bare krever to fiberoptiske baner 14. En transduser 13 er innrettet til å måle størrelsen av en ukjent fysikalsk parameter (p). Transduseren 13 er plassert på prosess-stedet 11 og er ved hjelp av en fiberoptisk bane 14 forbundet med styrestasjon 12 med signalfremskaffende og prosiser-ende utstyr plassert hos seg. Selv om det er vist skjematisk med hensyn til å diskriminere mellom de fiberoptiske baner, så skal det forstås at for typiske prosessinstallasjoner hvor avstanden mellom feltinstrumentene og styrestasjonen er ca. en engelsk mil, vil disse to optiske fibre 14 være inne-sluttet i en eneste kabel med passende kledning for å danne bane for utstrålingsenergien eller lyset.

Til venstre på fig. 4 er der vist de grunnleggende mekaniske elementer hos transduseren 13, her vist som eksempel i form av en dobbelt stemmegaffel resonator 20 for illustrasjonens skyld og ikke med tanke på begrensning. Denne sammenstilling som består av en resonator som er fast anordnet i forhold til en ytterende 21, er slik anordnet at den fysiskalske parameter p blir overført til resonatoren som en kraft som påtrykkes den andre ytterende 22.

Virkemåten for resonatoren vil forstås blant ekseperter på området mekaniske resonatorer, og vil bli kort forklart for andre. En bjelke som ved begge ender er festet for ettergiv-ende vibrasjon, vil endre sin frekvens etter hvert som der påtrykkes aksiale påkjenninger, eller ettersom elastisitetsmodulen blir endret. Ved den foreliggende nye oppfinnelse vil føleren vanligvis bli betjent ved påtrykning av en lysstråle for utsendelse av utstrålingsenergi (som vanligvis varieres med hensyn til intensitet over tid) til et eksitasjonsområde 23, for således å fremskaffe oscillasjon hos resonatoren 20. Når resonatormaterialet ikke har en iboende evne til å absorberer utstrålingsenergi, f.eks. når en dobbelt stemmegaffel blir fremskaffet av smeltet kvarts, vil den fotokinetiske driveffekt være forholdsvis lav. Effekten for eksitasjonen blir i betydelig grad øket ved innlemmelsen av et utstrålingsenergi-absorberende materiale på eksiteringsområdet, hvis et slikt materiale er i stand til å over-føre utvidelseskreftene til resonatormaterialet. Molybden er blitt brukt med hell for å oppfylle denne hensikt. Ved å på-føre en annen kraft, vanligvis langs lengdeaksen av den dobbelte stemmegaffel 20, hvor kraften er relatert til den fysikalske parameter p som skal måles, kan resonansfrekvensen hos de oscillerende gaffeltinner være nøyaktig relatert til den fysikalske parameter. En stemmegaffel med enkel ende kan drives ved påtrykk av den regulært varierende lysstråleener-gi direkte på åket hos stemmegaffelen og avfølingsvibrasjon ved den utsatte ende av en av tinnene (se også fig. 7). Ettersom temperaturen (f.eks. den fysikalske parameter p) hos resonatoren blir variert, vil elastisitetsmodulen for tinne-materialet variere. Disse effekter bevirker at resonansfrekvensen for resonatoren vil endre seg med temperaturen.

Slik det fremgår av fig. 4, vil den optiske fiber 14 fra styrestasjonen 12 strekke seg til følerområdet 11 og blir ført til et punkt i eller i nærheten av åket for den dobbelte stemmegaffel 20, her identifisert som eksiteringsområdet 23. Slik det vil fremgå i den følgende beskrivelse i forbindelse med fig. 6 og 9, er denne en ønsket, men ikke kritisk lokasjon, idet andre lokasjoner på denne eller andre resona-torkonstruksjoner kan benyttes med hell. Under drift vil den elektrooptiske krets i styrestasjonen 12 vist på fig. 4, fremskaffe systemdrivenergien ved hjelp av en regulert d-c kraftforsyning 30 som leverer en spenningsinngang til en lysemiterende diode (LED) eller avfølingslyskilde 15, og til en kraftforsterker 29 som på sin side driver en annen driv-lyskilde LED 16. LED 15 skaffer i forbindelse med et par mikrolinser 34 og en strålesplitter 36, lys av stabil tilstand til den avfølingsoptiske fiber for overføring til resonatoren 20. Bruken av mikrolinser 34 ved optiske grense-snitt gjennom hele systemet for å øke den optiske energi-overføring, er velkjent hos dem som er vel bevandret innen denne teknikk. Slike linser er tilgjengelige på markedet fra Nippon Sheet Glass Company. Fiberoptiske koblere kan benyttes istedenfor strålesplitterne og er passende for enten singel- eller multimodusfibre.

Slik det vil forstås så vil dette totale arrangement, som innbefatter en blanding av elektriske, mekaniske, termiske og optiske elementer, definere en oscillator med lukket sløyfe. Dessuten, slik det er velkjent for fagfolk på området, kan systemet konstrueres under bruken av passende for-sterknings- og faseskiftselektering for selvstart fra den elektriske støy som foreligger, eller til og med fra svake vibrasjoner som induseres i resonatoren 20, slik at sløyfen vil være i resonans i løpet av noen få driftssykluser.

Idet man studerer detaljene ved driften ved systemet vist på fig. 4, og man antar at resonatoren 20 er begynt å vibrere, vil der bli fremskaffet et a-c elektrisk signal ved avføl-ingsdetektoren, fotodiode 17, idet frekvensen vil være den samme som for resonatoren. Dette a-c signal blir deretter påtrykket en tilbakekoblingskrets 18. Dette nettverk eller tilbakekoblingskrets 18 omfatter en forsterker, fortrinnsvis en lavnivå a-c forsterker 26 som tjener til å forsterke sig-nalet fra avfølingsdetektoren, fotodiode 17, en korrige-rings- eller faseskiftkrets 27 som kompenserer for fasefor- skjellene i den lukkede sløyfe for vedlikehold av oscillasjonen, en pulsformer 28, og en forsterker, kraftforsterker 29. Utgangssignalet fra forsterkeren 29 blir drivspenningen for drivlyskilden LED 16, som i den forbindelse blir stimu-let til å avgi en flerhet av lyspulser. Disse lyspulser som overføres via en annen mikrolinse 34 og den øvre optiske fiber 14 til resonatoren 20 ved resonatorens eksiteringsområde (i dette tilfelle skrittet eller åket 23 og den dobbelte stemmegaffel), fremskaffer lokalisert oppvarming av åket, hvilket produserer bevegelser hos resonatoren 20, idet disse bevegelser er nøyaktig synkronisert med bevegelsen hos den dobbelte stemmegaffel 20 for fremskaffelse av defleksjon av resonatoren for hver suksessiv puls. Således vil utgangssignalet fra pulsformeren 28 representere resonansfrekvensen for vibrasjon og således en analog form av målestørrelsen, dvs. den fysikalske parameter p. Dette frekvenssignal kan leses ut direkte ved terminalen 31, som utgjør frekvensut-gangsterminalen, eller alternativt kan tilføres en omformer, f.eks. frekvens/likestrømsomformeren 32, for fremskaffelse av et d-c styresignal som er relatert til målestørrelsen.

På lignende måte kan endringer i resonansfrekvensen for de vibrasjoner som er bevirket av endringene i målestørrelsen, være optisk detektert og automatisk kompensert for i den lukkede sløyfetilbakekoblingskrets 18, for fremskaffelse av et nytt utgangssignal som representerer endringen i prosess-parameteren p. Konstruksjonsdetaljene ved en passende tilbakekoblingskrets av den type som er beskrevet ovenfor, torde ligge innenfor kunnskapene hos en fagmann.

Ved visse anvendelser kan det være ønskelig å fremskaffe en eneste optisk fiber for kommunikasjon mellom prosesstedet og styrestasjonen. For dette formål vil målestørrelseføleren 10 som er anordnet ifølge fig. 5, kunne være spesielt fordelaktig. For enkelthets skyld er detaljene ved de elektroniske driv- og tilbakekoblingskretser utelatt, idet det torde være tilstrekkelig å si at deres virkemåte vil være den samme som allerede omtalt i detalj ovenfor i forbindelse med fig. 4. Her vil utgangene fra et par LED kilder, drive lyskilden lambda 1 LED 40 og avfølingslyskilden lambda 2 LED 41 med sjelnbare forskjellige bølgelengder (hhv. lambda 1 og lambda 2), være bølgelengder multipleksert ved en dikroisk strålesplitter 42. Kilden lambda 1 LED fremskaffer et pulstog av lys ved en frekvens som ligger innen driftsområdet for resonatoren 20, mens avfølingslyskilden lambda 2 LED 41 fremskaffer en lysstråle med stabil tilstand. Disse to lysbølge-lengder blir transportert fra styrestasjonen 12 over en eneste fiberoptisk bane til en annen dikroisk strålesplitter 44 som befinner seg på prosesstedet, og som lar hovedsakelig alt av lambda 1 lyset passere til den dobbelte stemmegaffels åk 23 via en annen optisk fiber 14 for drift av resonatoren, samtidig som lambda 2 lyset blokkeres. På sin side vil så å si alt lambda 2 lyset med stabil tilstand bli reflektert av den annen strålesplitter 44, samtidig som avfølingssignalet med så å si ingenting av lambda 1 lyset blir dirigert langs lambda 2 lysbanen. Lambda 2 lyset blir dirigert via en annen optisk fiber til en lokasjon med maksimum resonatordeflek-sjon, eller resonatoravfølingsområdet, f.eks. området 24 for gaffeltinnen eller resonatoren.

Den dobbelte stemmegaffel 20 som er montert inne i transduseren 13, er festet til den ene ytterende 21, og en langsgående kraft som er relatert til den fysikalske parameter p, blir påført den annen ytterende 22 for variasjon av stemme-gaffelens 20 resonansfrekvens, slik det er omtalt ovenfor.

Det returnerende avfølingssignal blir reflektert av den dobbelte stemmegaffel 20 fra resonatoravfølingsområdet, bjelkekanten 24, og som før blir lambda 2 lyset med stabil tilstand modulert av bjelkekanten 24 for å fremskaffe et alternerende signal svarende til den fotokinetisk induserte bevegelse av resonatoren 20. Det modulerte avfølingssignal blir returnert via de fiberoptiske baner 14 og 43 til den tredje strålesplitter 45, hvor en del av det modulerte lys blir ført derigjennom og langs en optisk fiber til en avfølings-detektor 17. Et lambda 2 båndpassfilter som blokkerer lambda 1 lys, kan brukes for å begrense bølgelengden av lys som når frem til avfølingsdetektoren 17. Dette signal blir deretter optisk detektert til avfølingsdetektorfotodioden 17 og ført tilbake via et passende nettverk (tilbakekoblingskretsen 18) for å lukke sløyfen med drivlyskilden 40, for derved å inn-stille pulstogfrekvensen på resonansfrekvensen for den dobbelte stemmegaffel 20.

Fig. 6 anskueliggjør en optisk drevet, selvisolerende versjon av den foreliggende oppfinnelse, nemlig målestørrelses-føleren 10, hvor en eneste optisk fiber 14 bærer en eneste lysstråle til føleren. Mer spesielt vil en CW-lysstråle med stabil tilstand føres langs en optisk fiber 14 ytterst til høyre på figuren, idet dette lys er vist ved hjelp av en pil trukket med hel linje. Lysstrålen passerer fra styrestasjonen 12 til transduseren 13 plassert på prosesstedet 11. Den dobbelte stemmegaffel 20 er festet ved sin ene ytterende 21 og en langsgående påkjenning som relaterer seg til den fysikalske parameter p, blir påført den annen ytterende 22 for variasjon av resonansfrekvensen for den dobbelte stemmegaffel 20, slik det er omtalt ovenfor. Lysstrålen er rettet mellom tinnene for den dobbelte stemmegaffel 20, slik at lyset blir "kappet opp" når stemmegaffelen er i bevegelse. Noe av det oppkappede lys blir ført gjennom stemmegaffelen under den utoverrettede påvirkning av tinnene, og blir pluk-ket opp av en annen optisk fiber 14. Lyset føres til eksiteringsområdet ved åket 23 for den dobbelte stemmegaffel 20 for påvirkning av den dobbelte stemmegaffel 20 til vibrasjon på grunn av lokalisert oppvarming, slik det er omtalt ovenfor. Under den innoverrettede påvirkning av stemmegaffeltin-nene, vil lyset med stabil tilstand eller CW-lyset i det minste delvis være blokkert fra å kunne passerer til eksiteringsområdet, og blir reflektert tilbake langs den optiske fiber 14 til styrestasjonen 12 som en lysstråle med alternerende intensitet. Ved styrestasjonen vil deler av det vekslende lys ved hjelp av en fiberkobler eller strålesplitter 38 bli ført til en detektor (ikke vist). Det skal noteres at det er nødvendig å sikre at lyspulsene ankommer eksiterings området på riktig tidspunkt for å stiumlere bevegelse, dvs. faseforholdet må selekteres nøyaktig for å understøtte oscillasjon. Faserelasjonen kan modifiseres ved innføring av termiske bølgeforsinkelseslag mellom de to lysabsorberende belegg og resonatorkonstruksjonen.

Den selvisolerende versjon av målestørrelse-føleren 10 som er vist på fig. 6, innbefatter modulasjon av avfølingssigna-let ved resonatoravfølingsområdet og eksitering via en optisk fiber 14 rettet mot eksiteringsområdet 23. Plasseringen av eksiteringsområdet 23 og resonator-avfølingsområdet 24 er bare vist for oversiktens skyld. En dobbelt stemmegaffel har sin maksimale bevegelse ved et punkt for høy vekselpåkjen-ning, slik at lysmodulasjon og avblending av den lysstråle-induserte fotokinetiske effekt kan finne sted på samme punkt. Flere slike punkter er blitt vist til å kunne befinne seg på resonatoren, spesielt i forbindelse med dobbelte stemmegafler 20. Et slik punkt kan være kanten av tinnen ved omtrent midtpunktet av tinnen langs denne lengdeakse. Ruti-neeksperimentering med denne eller andre former for resonatorer vil åpenbare en flerhet av slike lokasjoner, idet sel-ekteringen av en spesiell lokasjon er avhengig av den brukte resonators oppbygning og blir således opptil fagmannen å selektere i et gitt tilfelle. Se også den følgende omtale i forbindelse med fig. 9.

Ved en spesiell versjon av oppfinnelsen, kan denne være nyt-tig som en temperaturtølger, slik det fremgår av fig. 7. Lyspulser med en første bølgelengde lambda 1, fra en ikke vist lyskilde, blir ført til en transduser 13 (på prosess-stedet). Dette lambda 1 lys beveger seg via en fiberoptisk bane 43 til fiberkoblere 38 ved transduseren 13. Pulsene er i fase med resonansvibrasjonen, og faller inn på eksiteringsområdet 23 ved åket for resonatoren 46, hvilket innebæ-rer eksitering av resonatoren til resonans ved hjelp av fotokinetisk effekt, slik det er omtalt ovenfor. Bevegelsen av tinnene foregår i papirplanet, idet bevegelsen blir optisk detektert og returnert til styrestasjonen (ikke vist). Dette avfølingssignal kan utsendes som en stabil lambda 2 bølge-lengde langs den fiberoptiske bane 43, reflekteres av reso-natortinnen, og blir returnert via den fiberoptiske bane 43.

Selv om en flerhet av materialer kan passe for sammenset-ningen av singel-stemmegaffelen 46, vil smeltet kvarts vanligvis være passende, fordi det er blitt oppdaget at dette materialet har en fordelaktig temperaturavhengighet i forhold til elastisitetsmodusen. Ekpansjonskoeffisienten er liten og utgjør bare en liten bidragsyter hva angår frekvens-endring i forhold til temperatur. Det er et stabilt materialet for måletransdusere, og det er rimelig og lar seg lett smelteforbinde til en passende sammenstilling.

På fig. 8 er der vist det grunnleggende ved en målestørrel-seføler 10 som utnytter en spesielt interresant avfølings-metode, hvor den dobbelte stemmegaffelresonator 20 blir detektert optisk ved hjelp av en effektiv fremgangsmåte som bare krever en eneste fiber. Ved denne konfigurasjon har en fiberoptisk bane 43 et mønster B som kan ha form av alternerende striper med høy og lav ugjennomskinnelighet på sin ende, såvel som ved anvendelsen av alternative ugjennomskin-nelig striper på enden av en fiberoptisk bane, f.eks. den fiberoptiske bane 48. En resonator med et tilpasset mønster 47 påført sin overflate på et passende avfølingsområdet 24 og den fiberoptiske bane 48 blir plassert i tett nærhet av hverandre, slik at ved føring av lys langs den fiberoptiske bane fra styrestasjonen (ikke vist) til prosessområdet 11, vil det lys som når enden av den fiberoptiske bane, bli delvis blokkert av mønsteret 47. Noe av lyset får tillatelse til å passere forbi mønsteret A. Det lys som blir ført gjennom mønsteret A, vil falle inn på et tilpasset reflekterende mønster B på overflaten av resonatoren ved avfølingsområdet 24. Et optisk modulert lyssignal relatert til den fysikalske parameter p, blir deretter returnert via den optiske fiber. Som et eksempel, men uten å være begrensende, kan der benyttes alternerende stripemønstre på mer enn en mikrometer, og opptil minst ti mikrometer, for å stimulere avfølingsfølsom- heten med hensyn til vibrasjon av gaffeltinnene. Med en mul-timodusfiber som er avsluttet med et mønster, kan fiberdia-meteren være meget større og fremdeles oppnå høy bevegelses-sensitivitet. Alternative stripemønstre på ca. 5 mikrometer er spesielt gunstig i forbindelse med avføling av gaffelre-sonatorer som drives med liten effekt.

Fig. 9 viser forskjellige mer prominente lokasjoner med hensyn til eksitering av dobbelte stemmegafler, her områdene 50, og en flerhet av prominente lokasjoner for avføling av resonatorvibrasjon, her områdene 51. Det skal gjøres oppmerksom på at avfølingsområdene 51 også kan tjene som eksi-teringsområder.

Dobbelte stemmegafler (DTF) av visse materialer, f .eks. kvarts, kan fremstilles på en enkel måte. Man tror at det er mulig å masseprodusere DTF-elementer med felles egenskaper. Formlene (1) og (2) viser førsteordens uttrykk for den ube-lastede driftsfrekvens og for enrding i den frekvens som har med den påførte belastning. I disse formler er driftsfrekvensen (fo) den naturlige resonansfrekvens hos nevnte DTF, målt i hertz, uten at der påføres noen aksial belastning, delta-f (/^f) utgjør endringen i resonansfrekvensen på grunn av en påført aksial belastning, E betegner elastisitetsmodul langs den langsgående akse for DTF, F representerer den påtrykte aksiale belastning, og kan enten være positiv eller negativ (det skal noteres at hver tinn mottar en halvpart av den påtrykte aksiale belastning), rho ( p) representerer densiteten av DTF-materialet, m utgjør lengden av spalten, w utgjør tinnbredden, og t betegner tykkelsen av tinnene. Formlene (1) og (2) er generelle hva angår et hvilket som helst gaffelmateriale eller geometri.

Der kan i transduseren innlemmes individuelle DTF-elementer, som ikke trengs å kalibreres i felten.

For å oppnå det ønskede mål blir stemmegafler fabrikert slik at de ved installasjon i komplette transdusere, oppviser en naturlig resonansfrekvens (dvs. når de er uten belastning) under den ønskede driftsfrekvens, og en endring av resonansfrekvens (delta-f, ellerAf) på grunn av påtrykt aksial belastning dividert med driftsfrekvensen i forhold til den aksiale belastning som påføres DTF innenfor de ønskede tole-ranser. Små metallputer (eller lignende) blir plassert på tinnene nær senter for hver tinn under fremstillingen.

Disse små puter som kan f.eks. være av gull, kan reduseres ved hjelp av en første lasertrimmeoperasjon for effektivt å redusere densiteten (rho ellerp) for gaffelen uten endring av den restaurerende kraft hos kvartsen. En annen lasertrimmeoperasjon kan utføres for å fjerne noe av bjelkematerial-tykkelsen (dimensjon t), for endring av delta-f/driftsfre-kvensavhengigheten på den påtrykte aksialbelastning. Dette materialfjerningstrinn kan forsterkes ved doping eller be-legning av DTF-materialet i visse tilfeller, f.eks. når DTF-materialet fremstilles av kvarts. Ved denne annen trimmeope-rasjon går målet ut på å endre gaffeltinnenes stivhet uten å endre driftsfrekvensen ved ingen påkjenning.

Man har grunn til å tro at lineæriteten hos DTF kan justeres ved endring av lokasjonen for det materialet som fjernes. Også trimmingen av finnenes bredde eller lengden av sporet kan påvirke driftsfrekvensen og således også avhengigheten av belastningsendringen med hensyn til frekvensavhengighet av driftsfrekvensen.

En rekke fordeler ved den foreliggende oppfinnelse er nå blitt omtalt i detalj ovenfor. Et instrumenteringssystem for prosesstyreinstallasjoner, som omfatter en resonanselement-føler er blitt demonstrert, idet denne betjenes ved hjelp av omforming av lysenergi til varme og deretter til fysisk bevegelse, samtidig som måledata overføres i form av frekvens via et optisk avfølingssystem. Ved å eliminere elektrisk overføring mellom prosesstedet og styrestasjonen via elek triske ledere, og ved å eliminere alle transduser-elektriske kretser ved prosesstedet, vil man kunne fjerne alle problemer som knytter seg til elektromagnetisk støy slik tilfellet er i forbindelse med slike tidligere kjente styrestystemer. Installasjonen av optiske nettverk som fungerer i prosessan-legg, kan forenkles ved at man eliminerer behovet for sepa-rate optiske fiberledere for kraftforsyning og avføling, idet man effektivt fremskaffer forbedret toveis kommunikasjon via en eneste optisk fiber. Dessuten vil tilbakekob-lingsteknikken ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjøre bibeholdelse av vibrasjoner, såvel som å forenkle den maksimale amplitude for resonatoroscillasjonen i forbindelsen med den lavest mulige effektinngang. Dette arrangement vil således være spesielt anvendelig for å tillate bruken av utstrå-lingsenergikilder med lav effekt for kommunikasjon over de avstander det her er tale om, samtidig som man likevel bibe-holder et effektivt signal/støy-forhold.

Selv om foretrukne utføreslesformer for oppfinnelsen er blitt omtalt ovenfor, er disse beskrivelser ene og alene av illustrativ natur og er ikke ment som noen begrensning. En flerhet av modifikasjoner vil være åpenbare for fagfolk på området. F.eks. er oppfinnelsen blitt omtalt i det ovenstå-ende som å virke med resonanselementfølere som blir aktivert ved omforming av lysenergi til lokalisert oppvarming av resonatoren. Det skal forstås at andre teknikker kan anvendes for å påtrykke lysenergien til føleren for å bevirke reso-nansf ysikalsk bevegelse uten å avvike fra oppfinnelsens ram-me, slik denne er definert i de vedføyde krav.

Claims (27)

1. Apparat for bruk i forbindelse med måling av en fysikalsk parameter ved direkte fotokinetisk stimulering og optisk detektering av resonansmekaniske konstruksjoner, omfattende : a) resonansmekaniske konstruksjonsorganer for vibrasjon, b) organer for å kommunisere den fysikalske parameter til de resonansmekaniske konstruksjonsorganer, c) kildeorganer for utstrålingsenergi for fremskaffelse av i det minste en stråle med strålingsenergi, d) baneorganer for utstrålingsenergi for kommunikasjon av utstrålingsenergien til et første området av nevnte resonansmekaniske konstruksjon, e) organer for direkte å omforme utstrålingsenergien til termisk energi som ledes i minst en del av den resonansmekaniske konstruksjon, og f) organer for å returenere i det minste en del av utstrålingsenergien langs i det minste en del av baneorganene som et modulert signal relatert til vibrasjonen for resonanskonstruksjonen.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ytterligere innbefatter organer til å detektere det returnerte modulerte signal, organer for å fremskaffe et utgangssignal relatert til det returnerte modulerte signal, og organer for å lukke en oscillasjonssløyfe til-dannet av kildeorganene for utstrålingsenergi, baneorganene for utstrålingsenergi, de resonansmekaniske konstruksjonsorganer, omformingsorganene fra utstrålingsenergi til termisk energi, organer for tilbakeføring av et modulert signal, samt organer for å detektere det returnerte modulerte signal og nevnte organer for fremskaffelse av et utgangssignal.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at de resonansmekaniske konstruksjonsorganer er en bjelkekonstruksjon.

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at bjelkekonstruksjonen omfatter en eneste bjelke.

5. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at bjelkekonstruksjonen er en multippel-bjelke.

6. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon er en stemmegaffel .

7. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det innbefatter et resonator-overflatebelegg som øker varmeabsorbsjonen.

8. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon er hul.

9. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at den mekaniske konstruksjon utgjøres av en lang-strakt konstruksjon som innbefatter en overflateflate, en bakre flate og i det minste et område på flateoverflaten som er innrettet til å motta utstrålingsenergi og omforme utstrålingsenergien til en påkjenning i den resonansmekaniske konstruksjon.

10. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første område av den resonansmekaniske konstruksjon er et eksitasjonsområde, og at baneorganene for utstrålingsenergien innbefatter en første fiberoptikk for kommunikasjon av eksitasjonsenergien til eksitasjonområdet.

11. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon innbefatter et optisk modulasjonsavfølingsområde, og at baneorganene for utstrålingsenergi kommuniserer et optisk avfølingssignal til det optiske modulasjonsavfølingsområde.

12. Apparat som angitt i krav 11, karakterisert ved at det første område for den resonansmekaniske konstruksjon er et eksitasjonsområde, og at avføl-ingsområdet og det første område er det samme.

13. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon er innrettet til intermitent å avbryte i det minste noe av utstrålings-energistrålen langs baneorganet for utstrålingsenergien, og dessuten innbefatter ytterligere baneorganer for utstrålingsenergi for befordring av avbrutt utstrålinsenergi til nevnte første område av nevnte resonansmekaniske konstruksjon.

14. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det er optisk eksitert og er selv-oscillerende.

15. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første område av den resonansmekaniske konstruksjon er et eksiteringsområde, og ytterligere omfatter avlukkingsorganer for å avbryte utstrålingsenergien, og at en eneste stabil utstrålende energistråle kan kommuniseres langs en eneste fiberoptisk bane til nevnte organer for av-lukking av optisk energi, idet denne ytterligere omfatter organer for å kommunisere en del av den avlukkede utstrålingsenergi til eksiteringsområdet.

16. Apparat som angitt i krav 15, karakterisert ved at det første område for den resonansmekaniske konstruksjon er et eksiteringsområde, og at avføl-ingsområdet og det første området er det samme.

17. Apparat som angitt i krav 15, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon dessuten omfatter organer for å reflektere utstrålingsenergi tilbake langs de fiberoptiske baneorganer generelt bare under avbrytelsen av utstrålingsenergien.

18. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at den resonansmekaniske konstruksjon er en multippel bjelkeanordning med i det minste to bjelker, idet en første bjelke innbefatter organer for å reflektere utstrålingsenergi, samtidig som baneorganene for utstrålingsenergien er innrettet til å dirigere utstrålingsenergi til det første område av den resonansmekaniske konstruksjon, og or-ganet for å returnere i det minste en del av utstrålingsenergien utgjøres av nevnte organ for refleksjon av utstrålingsenergi .

19. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at organene for å kommunisere utstrålingsenergi til det første området av nevnte resonansmekaniske resonator blir avsluttet ved hjelp av et mønster av alternerende ref-leksjons- og transmisjonsområder, samtidig som det første området av den resonansmekaniske konstruksjon innbefatter et tilpasset mønster av alternerende områder, idet et av disse er gruppeområder som er absorbsjonsdyktige, og at de to mønstre er innrettet i forhold til hverandre for å gjøre det lettere for fotokinetisk stimulering av resonanskonstruksjonen til vibrasjon og optisk refleksjon av vibrasjonsfrekvensen .

20. Fremgangsmåte for fotokinetisk stimulering og optisk detektering av en resonansmekanisk konstruksjon som avføler i det minste en fysikalsk parameter, omfattende følgende trinn: a) fremskaffelse av utstrålingsenergi fra i det minste en første kilde for utstrålingsenergi, b) å kommunisere utstrålingsenergien langs i det mins te en utstrålingsenergi-kommuniserende bane til en resonansmekanisk konstruksjon, c) direkte å omforme i det minste en del av utstrålingsenergien til termisk energi, d) å fordele den termiske energi i en del av den resonansmekaniske konstruksjon som påkjenning for å eksitere vibrasjon av den resonansmekaniske konstruksjon, e) å alternere frekvensen for den resonansmekaniske konstruksjon som en funksjon av den målte fysikalske parameter, f) å modulere en del av den utstrålte energi i henhold til vibrasjonsfrekvensen, g) å returnere i det minste en del av den utstrålende energi langs utstrålingsenergi-kommunikasjonsbanen som et modulert avfølingssignal, og h) å detektere det modulerte avfølingssignal for å fremskaffe et signal som relaterer seg til den fysikalske parameter.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter det trinn å tilbakeføre et signal som er avledet fra det detek-terte modulerte avfølingssignal til den første kilde for utstrålingsenergi .

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter å fremskaffe en første utstrålinsenergi for fotokinetisk eksitering av den resonansmekaniske konstruksjon.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at utstrålingsenergien for avføling av vibrasjonsfrekvensen blir modulert ved hjelp av den resonansmekaniske konstruksjon.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter det å fremskaffe utstrålingsenergi for optisk avføling av vibra-sjonsf rekvensen for den resonansmekaniske konstruksjon.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 22, karakterisert ved at den første utstrålingsenergi er av en første bølgelengde, og den annen utstrålingsenergi har en annen sjelnbar forskjellig bølgelengde.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at den første utstrålingsenergi og utstrålingsenergien for avføling av vibrasjonsfrekvensen bæres på en eneste optisk fiber.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at trinnet c) omfatter: c) å avlukke utstrålingsenergien ved at denne avbrytes av en del av den resonansmekaniske konstruksjon, og å føre den avlukkede utstrålingsenergi til delen av den resonansmekaniske konstruksjon for eksitering av denne ved omforming av den avlukkede utstrålingsenergi til en tidsvarierende termisk energi i den hensikt å fremskaffe egen oscillasjon.