SE413205B - Optiskt metdon - Google Patents

Description

_ »sun-e . eniszzn' *nu 10 15 20 2.51 30 55 .-.-.:r-r.)2;~.:_:......;w:i url-Wu. vaoeïëälz På. bifogade ritningar visar figurerna. 1, 2, 3 och 4 alternativa utföringsformer av ett mätdon enligt uppfinningen. Figurer-na 1a, 2a, 2b, 3a och 4a visar detal- jer i motsvarande huvudfigur; ' I samtliga ritningsfignxrer är den första ljusinledande fibern beteoknad 1, den andra ljusinledande fibern 13 och de två. ljusutledande fibrerna. 2 och 3. En lys- diod, alternativt en halvledarlaser, 4 med ett styrdon 7 'är anordnad att sända ljus in ifibern 1 och intensiteten hos ljuset är styrd av styrdonet. För fibern 13 finns en motsvarande ljuskälla 14 med ett styrdon 15. Det genom de ljusutled- ande fibrerna 2 resp 3 kommande ljusflödet mottages av fotodetektorerna. 5 resp 6, vars fotoströmmar förstärkas i elektronikenhetenza 8 resp 9.

Vid det i figur 1 visade mätdonet faller en del av ljuset från den första ljus- inledande fibsrn 1 genom ett horisontellt, genomskinligt fält 19 mellan tvâ skärm- ande partier 18 hos en skiva 17, som visas i figur 1b och som är placerad mellan sensordelen 20, som uppbär den fria änden av fibern 1 ooh sensordelen 25, som upp- bär fibrerna 2, 3 och 13. Figur 1b visar skivan 17 sedd i ett snitt I-I i figur 1. Sensordelen 20 är anordnad att kunna röra sig enligt pilen 20a i figur 1. När sensordelen 20 rör sig uppåt i förhållande till sensordelen 25, komer mer ljus att kopplas- från fibern 1 in i fibern 3 och mindre ljus från fibern 1 till fibern 2. När sensordelen 20 rör sig nedåt komer omvända förhållanden att råda. Efter- som fibrerna 2, 3 och 13 är fixerade i sensordelen 25 kommer ljuset från fibern 13 att kopplas in i fibrerna 2 och 3 genom reflexion mot de skärmande ytorna 18 på. skivan 17 på. ett sådant sätt, att fördelningen av ljuset från fibern 13 till fibrerna 2 och 3 är oberoende av den relativa rörelsen mellan sensordelarna 20 “h 25- Ljuset i fibern 13, som alstras av ljuskëllan 14, är modulerat av styrdonet 15 med frekvensen fo, som erhålles från en oscillator 16. För kompensering av de in- stabiliteter, 'som kan uppstå. i endera av fibrerna 2 resp 3 med tillhörande detek- tor 5 resp 6 och förstärkarelektronik 8 resp 9, är en reglerbar förstärkare 21, 'alternativt en multiplikator eller reglerbar spänningsdelare, ansluten till elektronikens 9 utgång och styrd från en reglerkrets 27 på. sådant sätt, att i skillnaden mellan amplitudema hos växelströmskomponenterna med frekvensen. fo på. elektronikens 8 resp förstärkarens 21 utgångar hålls lika med noll. Detta åstad- kommas genom att de båda detektorsignalernas fo-komponenter filtreras ut med hjälp av bandpassfilter 28 resp 22, likriktas i likriktare 29 resp 23 och där- a efter lågpassfiltreras i lâgpassfilter 30 resp 24. De så behandlade signalerna a påföras plus- resp minusingângen på. ett summeringsdon 26 och den därifrån er- ' hållna. skillnadssigixalen påföres regler-kretsen 27, som styr förstärkaren 21, så 4211:. L* 's-:w --, 10 15 20 25 50 35 _ .,>........1...--..«.1 , V... ,. 1so61s9-éwm att de båda fO-komponenterna från elektronikenheten 8 och förstärkaren 21 får samma amplitud, vilket garanterar riktig matchning av de två fiberoptik- och optoelelctronilcgrenarna från sensorn. För ett uppnå en absolutstabilisering av givarsystemet summeras signalerna från elektronikenheten 8 och förstärkaren 21 i ett summeringsdon 10. Smmasignalen lågpassfiltreras i ett lågpassfilter 51 och påföres ena ingången till ett subtraheringsdon 52, på. vars andra ingång på.- föres en referenssigial Vref. Donets 52 utsignal påföres en reglerkrets 55» 80111 5176611 5311518131 till lysdiodens 4 styrdon 7 och därmed reglerar ljuset från lys- dioden på. sådant sätt, att den filtrerade summasig-rzalen från filtret 51 hållas lika. med referenssigzzalen Vmf. Mätsigzzalen erhålles genom bildandet av skillna- den mellan de matchningsreglerade signalerna från enheterna 8 och 21 i ett subtra- heringsdon 11 och filtrering av skillnadssigrialen :L låpgassfiltret 54. Den filt- rerade signalen påföres ett mätinstrument, som kan vara. av någon i och för sig känd typ.

Figur 1b visar ett annat arrangemang för stsbilisering av mätsignalen till mät~ instrumentet 12. Utsigxxalerna från summsringsdonen 10 resp 11 påföres vie fil- terkretssrna 51 resp 54 en kvotbildare 65, vars utsignal påföres mätinstrumentet 12. Signalen Vref påföres då styrdonet 7 direkt, varigenom reglerkretsen 55 och subtraheringsdonet 52 utgår.

Figur 2 visar det aktuella sensorarrsrxgemanget tillämpat på. en sensor enligt huvudpatentet. Förutom att denna figur visar appliceringen av den andra ljusin- ledande fibern 15 i en annan sensortyp än den som visas i figur 1, visas även en elektronik, som är lämplig för det fall att ljuset i de två. ljusutledande fib- rerna 2 och 5 är 'smplitudmodulerade vid två. olika frekvenser fo och f1. Natur- ligtvis är denna. elektronik liksom elektroniken enligt figurerna. 1 och 5 använd- bar vid sensorvarianter enligt såväl huvudpatentet som tilläggspatentet 7805086.

Figur 2a visar mer detaljerat uppbyggnaden av sensorn med den azxdra ljusinledande fibern 15, från vilken ljus reflekteras mot en skärm 55 och in i de ljusutledande .fibrerna 2 och 5'på. ett sådant sätt, att förhållandet mellan det från fibern 15 till fibern 2 och från fibern 15 till fibern 5 reflekterade ljuset är konstant och oberoende av skärmens 55 läge. En del sv ljuset från den ljusinledsnde fibern 1 reflekteras mot en spegel 56 bakom skärmen 55 in i en spalt 37, som är upptagen i skärmen, och därefter in i de båda ljusutledsnde fibrerna 2 och 5. Skillnaden mel- lan de ljuàflöden, som uppträder i de båda ljusutledsnde fibrerna komer därigenom att bli en funktion av skärmens läge i horisontell led. Matchningsstabiliseringen åstadkommeshär genom' att i ett subtralxeringsdon 59 bildas skillnaden mellan de-s- tektorsigizalezns från kretsarna 8 och 21, varefter skillnadssigrialen passerar ett bandpassfilter 40, likriktes i en likriktsre 41 och efter att ha. passerat ett låg- 10 15 20 25 30 35 .- -. .. ...wave-vn *~ ~-\a :vara ..._.7...ä.ö6,.1..,8_..,9.;2 passfilter 42 påföres en regulator 45 som felsignal, varefter regulatorn styr den styrbara. förstärkaren 21 så, att skillnadssigxalen från donet 39 efter amplitudde- modulering vid frekvensen fo i kretsarna. 40, 41, 42 bâlles lika med noll. 'Absolut- stabiliseringen sker genom att signalerna från donen 8 och 21 summeras i suunme- ringsdonet 44, bandpassfiltreras- i ett filter 45, likriktae i en likriktare 46 och iágpaesfiitrem 1 ett :mer meant pafares ena ingången av ett subti-ahe- ringsdon 438, som bildar skillnaden mellan denna signal och en referenssigizal Vref.

Den erhållna skillnadssignalen användes som felsignal in till en regulator 49, vars utsignal styr en förstärkare 50, som reglerar amplituden hos utsignalen från en osoillator 51 med frekvensen f, på, ett sådant sätt, att den för frekvensen f1 i donen 45, 46 och 47 demodulerade summasigzmalen hållas lika med referenssigialen Vref. lfâtsigzzalen erhålles slutligen som skillnadssigxalen från donet 39, efter amplituddemodulering vid._ frekvensen f, i kretsarna 53, 54 och 55, till mätdonet 12. Signalen med frekvensen f genereras av en oscillator 52 och matar styrdonet O 15.

Figur 2b visar en variant av sensorn enligt figur 2a. Genom en något annorlunda. utformning av skärmen 35 i sensorn komer mindre ljus att koma in i de båda ljusutledande fibrerna 2 och 3 då skärmen rör sig åt vänster, medan mer ljus kommer in i fibrerna då. skärmen rör sig åt höger. Detta medför, att summaljuset är en funktion av skärmens läge medan skillnadsljuset är konstant och oberoende av skärmens rörelse i sidled. Spalten 37 i figur 2a komer då att motsvaras av de båda spaltöppningarna 37a och 37b i figur 2b. I elektroniken medför ändringen av spalten att subtraheraren 39 skall vara en summstor och summeringsdonet 44 skall utbytae mot en subtraherere. I övrigt är elektroniken oförändrad.

Figur 3 visar, att man -i stället för att koppla in ljuset från den andra ljusin- ledande fibern 13 till de ljusutledande fibrerna 2 och 3 i själva sensorn, kan man göra. detta utanför sensorn någonstans mellan sensorn och ljusdetektorema. Då. er- hållas emellertid ingen matohningsreglerizzg för den del av det ljusutledande fiber- paret, som befinner sig mellan sensorn och inkopplingsstället. De i sensorn ingå.- ende elementen har beskrivits i anslutning till figur 1 och upprepas därför ej här.

För att få. in ljus från den andra ljusinledande fibern 13 till de ljusutledende fibrerna finns en fiberskarv 56 och figur 3a visar ett snitt efter linjen A-A i figur 3.med konfigurationen av de tre fibrerna. Elektroniken skiljer sig i detta fall från det som visas i figur 1 genom att en fyrkantvåg användes i stället för en sinusvåg för modulering av ljuskällan 14. Detta medför, att demoduleringen av skillnadssignalen frân donet 11 kan utföras medelst filtrering i ett filter 60, som är anslutet till donets 11 utgång, faskänslig likriktning i en likriktare 61 och lågpassfiltrerixxg i ett filter 62 för bildande av felsignalen till regulatorn 27. I övrigt är elektroniken uppbyggd så. som visas i figur 1.

I .

Claims (15)

10 15 20 25 "äos1 912 5 I de hittills beskrivna figurerna visas att två. ljusutledande fibrer användes för att överföra information om mätvärdet. Figur 4 visar ett arrangemang, där endast en ljusutledande fiber Éa + öb användes för överföring av mätsignalen från sensorn till mätelektroniken. I själva sensorn. finns en glasskiva 17, som vid sin rörelse i dubbelpilens i figur 4a riktning medelst en på. skivan anordnad skärm 18 avskär-mar mer eller mindre av det ljus, som från den ljusinledende fi- 'bern 1 efter reflexion i den speglande ytan 36 när änden av den ljusutledande fibern Sa. Eftersom ingen skärm finns framför den ljusutledande fibern 2a, komer det ljus som reflekteras in i denna. icke att påverkas av glasskivans 17 rörelser. Figur 4a viar glasskivan 17 med skärmen 18 sedd vinkelrätt mot fiberändytoma. Från lysdioden 4 sänds ett kontinuerligt ljus till sensorn genom fibern 1. Den del av detta ljus, som reflekteras av spegeln 36 in i den ljusutledande fibern 2a, ledes via en fiberskarv 56 vidare av fibern 2b till fotodioden 5, vars foto- ström förstärks i förstärkaren 8 och ledes via ett lâgpassfilter 65 till ena. in- gången av en subtraherare 32, där den jämföras med en referenssigazal Vmf. Från subtraheraren erhålles en felsimal, som via. reglerlcnetsen 53 Påföres lysdiodens 4 etyrden 7, som styr lysdioden, så att utsignalen från filtret 63 halles lika med Vnf. Det ljus, som efter passage förbi skärmen 18 komer in i fibrerna ia, förs vidare genom fibern Bb till fotodioden 6, vars fotoström förstärks i för- stärker-na 9 och 21 ooh efter lågpassfiltrering i filtret 64 används som mätsignal ooh pâförs mätinstrumentet 12. Pâ. sanfmasätt som visats oohlbeskrivits i samband med figur 5 användes det av ljuskällan 14 emitterade och genom fibern 13 utsända ljuset för att via fibrerna 2b och Bb reglera förstärkaren 21, så att skillnaden mellan utsignalerna från förstärkarna 8 och 21 hålls lika med noll med avseende på växelljuset genom fibern 13. PATEIVPICRAV

1. Optiskt mätdon enligt patentlcravet 1 i patentet 7713207-4 för användning vid mätning av fysikaliska storheter och irmehållande en optisk sensor, i .vilken en första' Ijusinledande fiber (1) är anordnad för att till sensorn in- föra ljus för generering av dels en mätsigrxal och dels en stabiliserings- signal i de ljusutledande fibrerna (2, 3), k ä n n e t e c k n a t därav, att en andra ljusirxledande fiber (15) är anordnad att införa ljus i de ljus- utledsnde fibrerna för generering av en andra stabiliseringssignal i dessa fibrer. 7806189-2

2. lllätdon enligt patentkravet 1, k ä. n n e t e o k n a t av anordningar för bildandet av skillnaden mellan de av ljuset från den andra ljusinledande fibern genererade stabiliseringssignalema i de ljusutledande fibrerna, samt användandet av nämnda signal för styrning av matchningen mellan de två. ljusutledands fibrerna med tillhörande detekterar och elektronik.

5. Mätdon enligt patentkravet 1, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att ljuset i de bade ljuemiedende fibrer-ne (1, 15) är meduieret med elnte frekvens.

4. Màïtdon enligt patentlmavet 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att en av de ljusinledande fibrerna överför konstant ljus medan den andra ljusinledande fibern överför ljus modulerat med en viss frekvens. _

5. _ Mätdon enligt patentkravet 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att ljuset i de ljusinledande fibrerna har olika våglängd. '

6.7 Mätdon enligt patentkravet 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att ljus in- föras växelvis i de ljusinledande fibrerna.

7. Mâltdon enligt patentkravet 1, innehållande detekterar (8, 9) för detektering - av signalerna från de ljusutledande fibrerna och omvandling av dessa signaler till elektriska signaler, k ä. n n e t e o k n a t därav, att det innehåller filter- kretsar för uppdelning av de elektriska signalerna i en första komponent härrör- ande från den första ljusínledande fibern och en andra komponent här-rörande från den andra. ljusinledande fibern.

8. Mätdon enligt patentkravet 7, klä n n e t e c k.n a t 'av anordningar för summering av signalerna från de båda. detektorerna med avseende på. den första. komponenten och användning av summasignalen som styrsignal för den förste ljusin- ledande fiber-ne ijuekäiie (4) een/eller detekterelektreniken på. ett eedent eätt, att summan av detektorsigrxalerna. med avseende pâ. den första komponenten hållas .konstant .

9. lfätdon enligt patentkravet 7, k ä. n n e t e c k n a t av anordningar för bildande av skillnaden med avseende på. den första komponenten av signalerna. från de båda. ljusutledande fibrerna och fór användande av denna. skillnadssigtxal som etyreignel tm den företa muemledende fiber-ne (1) ijuexalle (4) pd ett eddent sätt, att skillnaden mellan signalerna från de ljusutledande fibrernas detektor- anordningar ((8, 9,' 21) med avseende på. den första komponenten hållas konstant. 7806189-2

10. Mätdon enligt patentkravet 7, k 'a'. n n e t e c k n a. t av anordningar för bildande av summan av signalerna från detektorerna (8, 9, 21) med avseende på. den första komponenten, varvid nämnda sununa utgör mätsigzml.

11. Mätdon enligt patentkravet 7, k ä. n n e t e c k n a t av anordningar (11, 29) för bildande av skillnaden mellan signalerna från de 'båda detektorerxza. med avseende på. den företa komponenten, varvid nämnde. skillnad utgör mäteignal.

12. Mätdon enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a t av anordningar (18, 19, 20, 23, 24, 25) för bildande av skillnaden mellan detektorsigrzalenza med avseende på. den andra komponenten och för användande av nämnda skillnad för styrning av kärsliglieten hos en av detektorkretsarna så att skillnaden mellan signalerna från de 'båda detektorerrza. med avseende på. den andra/komponenten hålles lika. med noll.

13. Mätdon enligt patentkravet 7, k ä. n n e t e o k n aät av anordningar för härledning av den första komponenten ur en av detektorsigxaalerrza och för användning av denna komponent som styreigzxal. för den första ljusinledande fiberns ljuskälla och/eller detektorelektroniken på. ett sådant sätt, att nämnda första komponent hållas konstant.

14. Mätdon enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a. t av anordningar för härlednizng av den första komponenten ur en av detektorsigxalenxa., varvid denna utgör mätsigrxal.

15. Mätdon enligt patentkravet 7, k ä. n n e t e c k n a t av anordningar (10, 11) för bildande av summan och skillnaden mellan signalerna från de båda detektorerna (8, 9) med avseende på. den första komponenten, samt anordningar (51, 34, 65) för bildande av kveten mellan nämnda summa- och sknmaapsig-nanar, och att nämnda kvot påföres mätinstrumentet (12) som mätsigual. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: