SE527657C2 - Fiberoptisk givare - Google Patents

Description

- Fig. 3c är en schematisk vy av en temperatursensor innefattande en fiberoptisk givare enligt fig. 3a.

DETALJERAD BESKRIVNING I ñg. la visas schematiskt principen för en givare baserad på en optisk vàgledarbana bildad av en optisk fiber l. Den optiska vågledarbanan är avbruten vid ett flertal ställen och vid varje avbrotts- ställe 3 kan de invid varandra liggande brott- eller ändytorna förflyttas på något sätt, såsom förskju- törhållande till varandra genom påverkan av någon mekanisk anordning sym- eller ändytor den ena brott- eller ändytan samtidigt tör- íörflyttningen ändras vid avbrotten tas och/eller vridas, i boliskt visad vid 5, så att i alla par av brott- flyttas i förhållande till den andra brott- eller ändytan i paret. Vid därnpningen för ljus, som fortplantas i fibem, inmatat från en ljuskälla 7 och detekterat av en de- tektor 9. Genom att en mångfald avbrott finns anordnade, blir den erhållna dämpningen stor även därtör detekteras. Om det firms m avbrott och dämpningen blir den totala dämpningen i fibern på for en mycket liten fórflytming och kan lika och är lika med A, grund av avbrotten fiår en ljusvåg som passerar genom fibern vid varje avbrott är approximativt Aa-A” Iden i fig. lb visade utíöringsformen är givaren uppbyggd genom att den optiska fibern l är lindad ett stort antal varv i spiralfonn, skruvform eller så att den bildar en spole. Varje varv är av- brutet vid minst ett ställe, så att dessa ställen ligger i en yta 3, företrädesvis en plan yta men även en cirkulärcylindrisk yta eller cirkulärt konisk yta kan användas, se även nedan. Om spolen innehåller n varv, två avbrott finns i varje varv och dämpningen vid varje avbrott är approximativt lika och är li- ka med A, blir här den totala dämpningen i fibem på gund av avbrotten fór en ljusvåg som passerar genom fibem Am. = A4" Givaren kan framställas, genom att en optisk fiber 1 lindas till en spole ll irmehållande en mångfald varv. Lindningsvarven ges lämpligen en sådan tillräckligt stor diameter, att en ljusvåg med vald våglängd inte dämpas nämnvärt på grund av fibems lcrölcriing. För vanliga optiska fibrer och med vanligen använda våglängder fór ljus, som används för signaltransmission, bör då lind- ningsdiametem överstiga ca 10 mm.

Hela spolen ll giuts sedan in i ett polymermaterial, t ex med brytningsindex, som väsentligen skiljer sig från brytningsindex hos den optiska fiberns mantel. Irigjutningen kan utföras med hjälp av formsprutning eller sprutpressning beroende på typen av polymermaterial. Den gjutna polymerkrop- 00 0 0 0 0 0 0 0 0 000 0000 0 000 0 0 000 0 0000 000 0 0 0 000 000 Û 0 Û 0 I00 0 000 0 00.. t, 527 657 000 000 0 0 00 00 0 00 00 00 0 000 0 0 0 00 0000000 0 0 : 0 0 0 0 0 0 00 0 00 00 00 0 00 0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 0 0 00 I000 0000 00 3 pen 13 kan såsom visas ha formen av ett rätvinkligt block men varje annan form är givetvis möjlig att använda. Från blocket utsticker fiberns två ändar 15, 17, vilka är anslutna till ljuskällarr 7 resp. ljusdetektorn 9.

Den utna kroppen klyvs 13 sedan längs en lämplig yta 19, vilken såsom ovan nämnts kan 5 vara plan såsom visas eller cirkulärcylindrisk eller ha amtan lämplig form, exempelvis cirkulärt ko- nisk, så att de båda bildade, separata delarna 21, 23 kan röra sig i förhållande till varandra med sina ytor vid delningsytan i kontakt med varandra. Vid delningsytan ligger avbrottsställena 3. Delnings- ytan väljs 19, så att den passerar genom alla fibervarv, i det visade fallet två gånger genom varje varv. På fördelaktigt sätt passerar delningsytan också väsentligen vinkelrätt mot den optiska fibem to på alla de ställen, där delningsytan passerar genom den optiska fibern 1.

Den ena delen 21 av utkroppen kan exempelvis vara fast anbragt, medan den andra delen 23 är rörlig. Med lämplig upphängning/lagring av den andra delen kan då exempelvis mekaniska oscil- lationer i något objekt, ej visat, detekteras, vilket är mekaniskt kopplat till den andra delen 19.

Alternativt kan spolen 11 vid sin ena ände vara försedd med en reflektor för det av ljuskällan 15 7 till fibern 1 utsända ljuset, se fig. lc. Endast en ände 15' av fibem behöver då sticka ut utanför blocket och kan då vara ansluten till ljuskällan 7 och till ljusdetektom 9 via en kopplare 25. I detta fall erhålls 4n avbrott, varför den totala dämpningen på grund av avbrotten 3 är Am, = A4” 20 I en andra utföringsform, se fig. 2, är en spole ll' av en optisk fiber 1 ingjuten i material 13' endast o ' g själva spolen, så att en torusformad kropp 7' bildas, exempelvis en cirkulär torus så- som visas. Denna kan uppdelas längs en delningsyta 19, som går väsentligen vinkelrätt mot den op- tiska fibern, där delningsytan träffar denna I detta fall passerar dock delningsytan 19 varje fibervarv 25 endast en gång och genom delningen uppdelas inte utkroppen 13' i två separata delar. I stället Fas en enda del med ändytor, vilka ligger tätt mot varandra. Delen kan deformeras, så att ändytorna vid delningsytan förflyttas i förhållande till varandra. En sådan deformation kan liksom ovan detekteras på enkelt sätt. Dämpningen på grund av avbrotten för en spole med n varv är i denna utfliringsform: 30 Am = A-n Det inses, att i denna uttöringsfonn behöver strängt taget endast området av spolen vid den tilltänkta delningsytan ingjutas i lämpligt material, se mer nedan, medan övriga delar av spolen kan vara fria eller fixeras på annat sätt. 0 0 0 00 0 00 00 00 0000 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0000 0000 00 000000 0 0 000000 0 0 00 00 0000 4 Fiberspolen 11' enligt fig. 2a kan givetvis också ingjutas i exempelvis ett rätvinkligt såsom kvadratiskt block 13", se fig. 2b. Delningsytan 19' kan då också utformas som en cirkulärcylindrisk yta, som avdelar en fjärdedel av spolen till ett separat, mindre block 29, vilket kring en axel vid 31 år vridbar i förhållande till den större, återstående delen 33. 5 Ett fiberband, även kallat ribbonfiber, kan användas. Ett sådant innehåller flera optiska fib- rer, typiskt 2, 4, 8 eller 12 fibrer, lagda bredvid varandra i ett plan och sammanhållna genom ett skikt av akrylat. Ett utförande av en givare baserat på ett fiberband 35 visas i fig. 3a. Fiberbandet är försett med kontaktdon 37 vid sin vardera ände. En slingformad optisk väg bildas genom att klippa fiberbandet såsom vid 39 och svetsa ihop det igen med en fibers förskjutning. Härigenom 10 kan yttre fiberstycken 41, 43 brytas ut för att bilda ingång resp. utgång för ljus. Avbrottsytan er- hålls vid kontaktdonens 37 anslutningsyta 45 mot varandra.

En givare för avkännning av vibrationer visas schematiskt sådan visas i fig. 3b, där fiber- bandslingans 35 kontaktdon 37 är fästa vid en metallplatta/-anordning 47, som kan fjädra. När metallplattan vibrerar, erhålls ökad dämpning, genom att det sker en förflyttning eller vinkelför- 15 skjutning mellan kontaktdonen inbördes och därmed en motsvarande rörelse för varje fiberände i kontaktdonen.

En temperaturgivare baserad på ett fiberband visas schematiskt i fig. 3c. Mellan kontaktdo- nen 37 fmns ett gap vid skiljeytan 45 med bredd av exempelvis 0-10 um, som i figuren är ritad med överdriven bredd för att förtydliga. Kontaktdonen är liksom ovan fästa vid en metallplatta 20 49, som utskjuter in i det inre av en ramkonstruktion 51. En kudde 53 eller liknande fylld med vax är placerad mellan metallplattan och en del av ramen. Ett lämpligt vax kan exempelvis ha en smältpunkt av +55° C och en volymsändring av ca 15 % vid smältning/stelnande. Vid brand eller temperaturhöjníng av annan orsak, smälter vaxet och utvidgar sig, varigenom kudden 53 trycks mot metallplattan 49, så att denna böjs och kontaktdonen 37 förflyttas i förhållande till varandra 25 och orsakar den önskade, multipla dämpningen. Andra volymsutvidgande material än vax kan gi- vetvis användas. Det kan dock vid en tillämpning som brandvarnare vara en fördel att använda ett rnaterial med distinkt smältpunkt.

Vid användning av fiberband kan förutom färdiga kontaktdon oclså V-spår användas för att ge en noggrann positionering av fiberändar vid avbrottsställen. Förutom optiska fibrer avsedda för 30 signalöverföring kan också ett polymermaterial användas, som fungerar som vågledare. Plana vågledare tillverkade på/i plattor med hjälp av iritegrerad processteknik kan också användas för i att erhålla en ljusväg med ett flertal ställen, vid vilka en förflyttning, förskjutning eller vridning kan åstadkommas. Utformningen av vågledaren kan då vara exempelvis såsom visas i utförings- formen enligt fig. lb. 527 657 un: oo o Q n ø o a Q 0 o Med fördel finns något slag av brytningsindex-anpassade gel eller liknande material, ej vi- sat, i form av ett mycket tunt skikt mellan de två ytorna vid skiljeytan eller klyvninglínjen.

Claims (16)

527 657 PATENÖTKRAV

1. Givaranordning innefattande - en optisk vågledare, - en ljuskälla ansluten till en ände av den optiska vågledaren för utsändning av ljus i den optiska vågledaren, och - en detektor också ansluten till en ände av den optiska vågledaren för detektering av dämpning av fiän ljuskällan utsänt ljus, som fortplantas i den optiska vågledaren, k ä n n e t e c k n a d av att den optiska vågledaren bildar en optisk vågledarbana med minst två av- i brott, varvid den optiska vågledarens ändytor vid avbrotten är anordnade, så att vid förflyttriing av 20 25 30 en del av vägledarbanan törflyttas också ändytorna på en sida av varje avbrottsyta samtidigt med varandra i förhållande till ändytorna på den andra sidan, varigenom motstående ändytors läge i för- hållande till varandra samtidigt ändras och därmed den optiska kopplingen eller dämpningen i våg- ledarbanan vid varje avbrott, så att, även om fórflytmingen vid avbrotten är mycket liten, den erhåll- na dämpningen, på grund av den multiplicerande effekt, som erhålls, genom att minst två avbrott finns, blir så stor, att den kan detekteras av detektorn.

2. Givaranordning enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d av att vid avbrotten ligger delar av änd- ytoma hos den optiska vågledarbanan väsentligen i kontakt med varandra.

3. Givaranordning enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d av att vid avbrotten bildar motstående ändytor hos den optiska vågledarbanan gap med bredden 0 - 10 um.

4. Givaranordning enligt något av krav l - 3, k ä n n e t e c k n a d av att ljuskällan och detek- tom är anslutna till samma ände av den optiska vågledaren och att den motsatta änden av den optis- ka vägledaren är reflekterande ßr ljus som fortplantas i den optiska vågledaren.

5. Givaranordning enligt något av krav 1 - 4, känn etecknad av att den optiska vågle- darbanan har väsentligen skruvform.

6. Givaranordning enligt något av krav l - 4, känn etecknad av att den optiska vägle- darbanan har väsentligen spiralfonn.

7. Givaranordning enligt något av krav l - 5, känn ete cknad av att den optiska vågle- _ darbanan är bildad av optiska fibreri ett stycke fiber-band.

8. Givaranordning enligtkrav 7, kännetecknad av attfiberbandetvid varochenavsina ändar är försett med ett optiska kontaktdon med kontaktytor placerade intill varandra, så att avbrott i den optiska vågledarbanan bildas vid kontaktytoma.

9. Givaranordning enligt något avkrav 7 - 8, k ännetecknad av att de optiskafibremai fiberbandet vid ett ställe mellan fiberbandets ändar är avskurna och därefter förbundna med en när- mast vid sidan liggande fiber för bildande av den optiska vågledarbarian. U! IN) '<1 0\ UI ~J 7

10. Givaranordning enligt något av krav 1 - 6, k änn ete ckn a d av att den optiska vågle- daren är en optisk fiber, som för bildande av den optiska vågledarbanari är lindad till en spole med minst två varv.

11. Givaranordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att spolen är ingiuten eller fixerad 5 i ett material för bildande av en kropp, som vid en skiljeyta är uppdelad i två separata delkroppar, vilka är rörliga relativt varandra.

12. Givaranordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att spolen åtminstone delvis är in- gjuten eller fixerad i ett material för bildande av en kropp, som har en skiljeyta passerande minst en gång genom varje varv av spolen, så att områden av kroppen invid skiljeytan är rörliga relativt var- 10 andra.

13. Givaranordning enligt något av krav ll - 12, kânneteckn ad av att slciljeytan passe- rar väsentligen vinkelrätt mot den optisk fibern i den optiska vâgledarbanan vid de ställen, där skil- jeytan skär fibrerna.

14. Givaranordning enligtnågot avkrav 1 - 13, kännetecknad avenplatta, med vilken 15 den optiska vågledarbanan invid avbrotten är fast förbunden för att avkärma deformation av plattan

15. Givaranordning enligt krav 14, k änn et e c k a d av en kropp vilkens form och/eller storlek ändras vid varierande ternperatirr och vilken är kopplad till plattan ßr att defonnera dennai varierande grad vid varierande temperatur. _

16. Givaranordning enligt något avkrav 1 - ll, k ânnetecknad av att den optiska vägle- 20 darbanan invid avbrotten är förbunden med en kropp, vilkens form och/eller storlek ändras vid vari- erande temperatur.