B e s c h r e i b u n g
OPTISCHER SENSOR
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor mit mindestens einem faserförmi gen Lichtwellenleiter, der unter dem Einfluß eines Parameters, insbesondere einer Kraft, eines Druckes oder dergleichen seine Lichtübertragungseigenschaften ändert, wobei diese Änderung zur Messung des Parameters herangezogen wird.
In dem Aufsatz "Faserop ische Sensoren", R. Kist, in der Zeit¬ schrift "Technisches Messen", Juni 1984, werden verschiedene Anwendungsmöglichkei en von faserartigen Lichtwellenleitern in der Meßtechnik beschrieben und es wird auf die Vorteile der¬ artiger faseroptischer Sensoren näher eingegangen. Hervorzu-
heben sind dabei die außerordentlich hohe Auflösung, der ein¬ fache Aufbau auf Grund des Wegfalls von Wandlern und die un¬ mittelbar mögliche digitale Erfassung und Verarbeitung der ge¬ messenen Signale. Dabei werden die faseroptischen Sensoren unterteilt in vielwellige Fasern, bei der die Meßgröße die In¬ tensität, die Frequenz oder die Laufzeit eines Lichtsignals beeinflußt und in einwellige Fasern, bei denen vor allem die Amplitude, Phase und/oder Polarisation des Lichtsignals zur Messung herangezogen wird.
Die bisherigen Entwicklungen beschränken sich im wesentlichen auf Laboruntersuchungen. So wurde beispielsweise ein Licht¬ wellenleiter zur Messung von Parametern von Flüssigkeiten in diese eingetaucht. Aus der DE-PS 35 41 733 ist es ferner be¬ kannt, eine Faser metallisch zu ummanteln und auf einer Träger¬ struktur durch Schweißen oder galvanisches Einbetten zu fixieren. Die Haftfestigkeit und Temperaturbeständigkeit einer solchen Verbindungstechnik ist nicht unkritisch, wie in der Druckschrift im einzelnen ausgeführt wi d.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen faseroptischen Sensor anzugeben, der bei hoher Meßgenauigkeit verhältnis¬ mäßig unempfindl ch gegen äußere Einflüsse ist und äußerst einfach hergestellt werden kann.
Der erfindungsgemäße optische Sensor besitzt die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Durch die Einbettung des faserartigen Lichtwellenle ters wird dieser gegen mechanische und chemische Einflüsse gut geschützt Da das Schichtmaterial Kräfte bzw. Drucke vollständig auf den Lichtwellenle ter überträgt, ergibt sich eine verhältn smäßig hohe Meßgenauigkeit.
Bevorzugte We terbildungen des erfindungsgemäßen optischen Sen¬ sors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen optischen Sensors ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips des erfindungsgemäßen optischen Sensors, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des optischen
Sensors nach Fig. 2 im Schnitt, Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 5 eine Seitenansicht des Sensors nach Fig. 4, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer anderen Art von optischen Sensor gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 7 eine Draufsicht auf einen wesentlichen Teil des
Sensors nach Fig. 6, Fig. 8 eine gegenüber der Fig. 6 modifizierte
Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen optischen
Sensors im Schnitt, Fig. 9 einen Kraftmeßteppich mit optisch in Reihe geschalteten optischen Sensoren, Fig. 10 eine besonders geeignete Lichtwellenleiter¬ kombination, Fig. 11 ein Zweistrahl-Interferometer nach Mach-Zehnder in in einer anderen Ausfuhrungsform, Fig. 12a-12k verschiedene Ausfuhrungsformen von optischen
Kraftmeßsensoren, bei denen die Lichtwellenleiter auf den verschiedensten elastisch verformbaren
Körpern aufgebracht sind, und Fig. 13a,13b eine spezielle Ausfuhrungsform eines optischen
Kraftmeßsensors gemäß der Erfindung in zwei
Seitenansichten.
In Fig. 1 ist be spielsweise das Prinzip eines erfindungsge¬ mäßen optischen Sensors dargestellt, der als sogenannter Mach- Zehnder-Sensor arbeitet.
Von einer monochro άti sehen Lichtquelle 1, etwa einer Laser¬ diode wird Licht über einen Polarisator 2 an einen Koppler 4a angelegt, der das Licht auf einen Meßlichtwellenleiter 3a und einen Referenzlichtwellenlei ter 3b aufteilt. Das aus den beiden Lichtwel lenlei tern 3a, 3b austretende Licht wird an einen weiteren Koppler 4b angelegt, in fotoelektrischen Elementen 5 detektiert, deren elektrischen Ausgangssignale in einem Pro¬ zessor 6 zu einem Ausgangswert verarbeitet werden, der in einer Anzeige 7 zur Anzeige kommt.
Das bisher beschriebene Prinzip ist bekannt. Erfindungswesen¬ tlich ist die Einbettung des Meß! chtwel lenle ters 3a in einem kraftübertragenden Material 10, bevorzugt elastomeres Material, das eine Kraft F im wesentlichen vollständig auf den Meßlicht¬ wellenleiter 3a überträgt. Ferner wird der Referenzlichtwellen¬ leiter 3b frei von dem Einfluß der Kraft F angeordnet. Er kann dabei in einem Hohlraum 12 des Materials 10 geführt sein; alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, den Referenz¬ lichtwellenleiter 3b zur Temperaturkompensati on außerhalb des elastomeren Materials 10 in der Nähe desselben anzubringen.
Das in Fig. 1 dargestellte Meßprinzip ist das eines Zweistrahl- interfero eters , wobei bei dem Mach-Zehnder-Interferometer die durch die Kraft F im Meßlichtwellenleiter 3a bewirkte Phasen¬ verschiebung gegenüber dem Licht im Referenzlichtwellenleiter 3b zur Messung herangezogen wird. Unter dem Einfluß der Kraft F verändert sich nämlich bei allseitigem Druck des elastomeren Materials 10 auf den Meßlichtwellenleiter 3a dessen Brechzahl n, was zur einer entsprechenden Phasenverschiebung führt. Eine andere A'nderung der Lichtübertragungseigenschaften des Me߬ lichtwellenle ters 3a wäre eine Längenänderung auf- Grund der
Kraft F oder eine Durchbiegung.
Das in Fig. 1 dargestellte Prinzip des Zwei strahl -Interfero- meters nach Mach-Zehnder ist nur ein Beispiel für den Einsatz eines einwelligen Lichtwellenleiters. Andere Möglichkeiten sind in den genannten Veröffentlichungen beschrieben, ein¬ schließlich der Anwendung von vielwelligen Lichtwellenleitern.
Wesentlich für die Erfindung ist die Art und Weise, wie die Lichtwellenleiter vorteilhaft untergebracht sind.
F g. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen optischen Sensors 20, der bevorzugt eine flächige Ausführung besitzt, das heißt, bei dem die Höhe oder Dicke wesentlich geringer ist als die Längen- und Breitendimension.
Der Sensor 20 besteht aus einer Schicht aus kraftübertragendem Material, bevorzugt elastomerem Material , in dem ein Meßlicht¬ wellenleiter 13a meanderförmig als obere Lage 23 eingebettet ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist dann der Bezugslichtwellen¬ leiter 13b in Röhren 22 ebenfalls meanderförmig in der Schicht 21 geführt. Der Referenzlichtwellenleiter 13b ist somit kräfte¬ frei angeordnet. Lichtwellenleiterkabel 14, 16 verbinden den Meßlichtwellenleiter 13a mit den Kopplern 4a bzw. 4b der Fig. 1 Ins gleicher Weise ist der Referenzl i chtwel len-1 ei ter 13b über llfcfotlei terkabel 18, 19 an die Koppler 4a, 4b angeschlossen.
s den Fig. 2 und 3 ergibt sich, daß der Meßl i chtwel! en- Teiter 13a auf Grund der meanderförmi gen Führung eine erheb- Tiche Länge aufweist, die zwischen Bruchteilen von Metern und einigen km liegen kann. Der Referenzlichtwellenleiter 13b besitzt bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise die gleiche Länge wie der Meßwellenleiter 13a. Bei Einwirkung einer Kraft F auf die Oberfläche der Schicht 21 wird diese Kraft voll-
ständig auf den Meßlichtwellenleiter 13a übertragen und das in ihm sich fortpflanzende, einwellige Licht wird in seiner Phase deutlich gegenüber dem Licht im Referenzlichtwellenle ter 13b verschoben. Diese Phasendifferenz läßt sich äußerst genau feststellen, so daß sich eine sehr Auflösung ergibt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines er¬ findungsgemäßen optischen Sensors 30, bei dem eine Schicht 21 aus elastomerem Material zwischen zwei Stahlplatten 32, 34 an¬ geordnet ist, so daß sich eine gleichmäßige Verteilung einer auf die obere Strahlplatte 32 wirkenden Kraft F in de r Schicht 31 ergibt.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 ist der Referenzl chtleiter 23b in einem größeren Hohlraum 36 ge¬ trennt von dem Meßl i chtwellenl ei ter 23a seitlich von diesem angeordnet. Ferner wurde der Meßl chtwellenleiter 23a in zwei übereinander angeordneten sich kreuzenden Lagen 24 und 26 meanderförmig gelegt, wodurch eine weitere Verlängerung des Meßl ichtwellenlei ters 23a möglich ist. Dabei kann der Ab¬ stand der beiden Lagen so gewählt sein, daß keine Lichtkopp¬ lung zwischen ihnen auftritt.
Alternativ dazu könnte eine der Lagen 24, 26 auch getrennt herausgeführt sein und nur einen derartigen Abstand von der anderen Lage haben, daß bei Krafteinwirkung eine Lichtaus- kopplung aus der eigentlichen Meßl ichtwel lenlei terl age in die andere Lage erfolgt, die dann zur Lokalisierung der Kraftein¬ wirkung auf die Schicht 31 verwendet werden kann. Bei einer derartigen Anordnung würde die obere Stahlplatte 32 bevor¬ zugt entfal 1 en .
Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 erfolgt ein entsprechender Anschluß an die Koppler 4a und 4b über Licht¬ leiterkabel 44, 46, 48, 49.
Ist der Meßlichtwellenleiter und der Referenzlichtwellenleiter nicht gleich lang, dann muß dies selbstverständlich bei der elektronischen Auswertung im Prozessor 6 entsprechend berück¬ sichtigt werden.
Durch Einbettung der Meß- und Referenzlichtwellenleiter in die elastomere Schicht lassen sich superflache Meßstrecken, ähn- llich Fördergurten oder dergleichen mit Verfahren herstellen, wrüe sie auch bei der Herstellung von Fördergurten aus elasto- πrß?rrem Material verwendet werden.
EEae der Referenzlichtwellenleiter in oder in der Nähe der elastomeren Schicht, etwa in der druckfreien Kammer 36 oder in den beispielsweise durch Rohre gebildeten 'Öffnungen 26 ge¬ führt ist, werden Temperaturänderungen wirksam kompensiert.
Bisher wurde angenommen, daß das kraftübertragende Material , in dem die Lichtwellenleiter eingebettet sind, ein elastomeres Material ist, wobei dieses bevorzugt blasenfrei hergestellt sein sollte. Dies kann entweder durch Aushärtung des elasto¬ meren Materials im Vakuum oder' durch Zentrifugal gießen erreicht ' werden, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.
An die Stelle des elastomeren Materials kann auch ein Material wσn; wesentlich größerer Härte treten, wenn dieses die auf die Sehne ι ausgeübten Kräfte bzw. Drucke vollständig oder zumindest gjl:efef rmig weitergibt. Als ein derartiges Material käme a?UCh Glas in Frage, wobei die bevorzugt aus Glas bestehenden iLüch-twel lenl ei ter in eine geschmolzene Glasfritte eingebettet werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Lichtwellen¬ leiter besitzt.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform des er¬ findungsgemäßen optischen Sensors in Anwendung auf eine Kraft¬ meßzelle, wie sie beispielsweise in der WO 86/03584 beschrieben ist.
Im Inneren eines topfförmigen Gehäuses 52 ist ein Kolben 54 unter Bildung eines engen Ringspaltes 55 geführt. Ein Raum 56 zwischen der Unterseite des Kolbens 54 und dem Boden des Ge¬ häuses 52 ist mit einem elastomeren Material gefüllt, in dem ein Meßlichtwellenle ter 58 eingebettet ist, der mit den Kopplern 4a, 4b (Fig. 1) über Lichtleiterkabel 66, 67 in Ver¬ bindung ste t.
Ein Bezugslichtwellenleiter 62 ist unabhängig vom Meßlicht¬ wellenleiter 58 untergebracht, beispielsweise in einer an der Unterseite des Gehäuses 52 ausgebildeten Öffnung 60, die mittels einer Deckplatte 64 verschließbar ist. Der Referenz¬ lichtwellenlei ter 62 steht wiederum über Lichtleiterkabel 68, 69 mit den Kopplern 4a und 4b in Verbindung.
Der Meßl ichtwellenlei ter 58 und bevorzugt auch der Referenz¬ lichtwellenlei ter 62 können eine erhebliche Länge zwischen Bruchteilen eines Meters und einigen hundert Meter. Die Licht¬ wellenleiter können wiederum meanderförmig ein- oder mehrlagig geführt sein. Eine alternative Form wäre eine spiralförmige, bifilare Ausbildung mit umgebogenem inneren Ende.
Fig. 8 zeigt eine gegenüber der Ausfü'hrungsform nach Fig. 6 modifizierte Ausführungsform eines optischen Sensors 70, bei dem der Referenzlichtwellenleiter weggelassen ist. Dies ist dann möglich, wenn eine Temperat irkompensation nicht erfor¬ derlich ist und zur Messung ein Impulsverfahren, »etwa in einem vielwelligen Li chtwel 1 e.nleiter verwendet wird.
Fig. 7 zeigt die Draufsicht auf die Ausführungsformen nach Fig. 6 und 8, zur Erläuterung der Herausführung der Licht- Teiterkabel 66, 67, 68, 69.
Das bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendete elastomere Material kann bevorzugt Silikon-Kautschuk sein. Weitere verwendbare Stoffe sind in der genannten WO 86/03584
angegeben. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoren können die in dieser Veröff ntlichung erläuterten Verfahren verwendet werden, wobei die Aushärtung des elasomeren Materials entweder in Vakuum erfolgt oder ein Zentri fugal gießen verwendet wird. Hierdurch läßt sich blasenfreies elastomeres Material herstellen, das Kräfte bzw. Drucke vollständig auf den Me߬ lichtwellenleiter 58 überträgt.
Flg. 9 zeigt eine Reihenschaltung mehrerer in Abstand zuein¬ ander angeordneter Kraftmeßzellen mit optischen Sensor gemäß den Fig. 6 bis 8, wobei die Lichtwellenleiter durch Licht¬ leiterkabel 80 bzw. 82 in Reihe geschaltet sind. Anfang und Ende werden wieder mit den Kopplern 4a, 4b (Fig. 1) ver¬ bunden. Auf diese Weise läßt sich ein ausgedehnter Kraft¬ meßteppich herstellen.
Fig. 10 zeigt einen Li chtwel 1enl ei teraufbau, gemäß dem min¬ destens drei, im Ausführungsbeispiel vier Lichtwellenleiter 90 zueinander parallel verlaufend zusammengeschmolzen sind. In¬ dem sich in der Mitte ergebenden Hohlraum kann dann der Referenzlichtwellenleiter 92 angeordnet werden.
Eine derartige Lichtleiterkombination kann dann an Stelle der Meßlichtwellenleiter meanderförmig oder spiralförmig oder dergleichen in die elasto ere Schicht eingebettet werden. Die Mießl ichtwel 1enlei ter 90 werden dann miteinander in Reihe ge¬ schaltet und es besteht eine exakte Längenbeziehung zwischen den Meßlichtwellenleitern 90 und dem Referenzlichtwellen¬ leiter 92.
Die äußeren Meßlichtwellenleiter 90 werden durch Druck be¬ lastet, was zu elastischen Spannungen in L ngs- und Querrich¬ tung in den Meßlichtwellenlei ter 90 führt, wodurch sich der Brechungsindex n diesen Lichtquellenleitern ändert. Der Be¬ zugswellenleiter 92 w rd von den Druckänderungen nicht beein¬ flußt.
Obwohl in Zusammenhang mit Fig. 1 optische Sensoren mit ein¬ welligen Lichtleitern beschrieben wurden, können beliebige andere Lichtwellenleiter wie Si de-Hole-Fasern , mit Draht um¬ wickelte Fasern, gedrehte Fasern mit druckentlasteter Referenzfaser zum Einsatz kommen. Das optische Meßprinzip ist auch nicht auf ein Zweistrahl -Interferometer nach Mach-Zehnder beschränkt, sondern die Erfindung ist bei beliebigen anderen Meßverfahren anwendbar.
Wie bei Dehnungsmeßstreifen-Vorrichtungen üblich, kann auch bei den vorstehend beschriebenen optischen Sensoren zum Ab¬ gleich zwischen Meßlichtwellenleiter und Referenzlichtwellen¬ leiter an einer geeigneten Stelle ein bevorzugt ablängbarer Lichtwellenleiterabschn tt angeordnet sein, der zum Beispiel zur Nul 1 ompensati on dem einen oder anderen Lichtwellenleiter in Reihe geschaltet wird.
Von Bedeutung für die Erfindung ist, daß sich die Lichtwellen¬ leiter auf einfache Weise in Form eines Gewebes in dem elasto¬ meren Material einbetten lassen, etwa mit Verfahren wie sie bei der Herstellung von Fördergurten oder dergleichen bekannt sind. Die Lichtwellenleiterpakte können auch auf einer blatt¬ förmigen Unterlage aufgebracht sein, die dann in das elasto- mere Material eingebettet wird. Die Meanderfü rung kann bei¬ spielsweise mittels Webtechnik erreicht werden, das heißt, daß beispielswe se mit Schuß und Kette gearbeitet wird.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen eine Modifikation des Interferometers nach Fig. 1. Hierbei ist abweichend der Meßlichtwellenleiter 3a an einem elastisch verformbaren Körper 10 angebracht, der in einer Halterung 8 einseitig eingespannt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Meßlichtwellenleiter 3a auf der Oberseite des Körpers 10 angeordnet, während sich die Referenzlichtwellenleiter 3b auf dessen Unterseite befindet. Dies ist abweichend von der an sich bekannten Anordnung, bei der der Referenzlichtwellenleiter 3b unbeeinflußt von der auf den Körper 10 wirkenden Kraft F ist.
Unter der Einwirkung dieser Kraft F biegt sich der Körper 10 durch, wodurch der Meßlichtwellenleiter 3a gedehnt und der Referenzlichtwellenleiter 3b gestaucht wird. Hierdurch ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen den Lichtanteilen, die durch die beiden Lichtwellenleiter 3a, 3b laufen. Diese Phasenverschiebung wird in den Einrichtungen 5, 6 festgestellt. Aus der Phasenverschiebung wird ein entsprechender Kraftwert berechnet und mittels der Anzeige 7 angezeigt.
Wie bereits erwähnt, kann der Referenzlichtwellenleiter 3b auch unbeeinflußt von der Kraft F, das heißt getrennt vom Körper 10 angeordnet werden. Andererseits bietet sich bei der Fig. 11 gezeigten Lösung die Möglichkeit, die Dehnung bzw.. Stauchung der Lichtwellenleiter 3a und 3b getrennt auszuwerten und ähnlich wie bei dem üblichen Widerstandsmeßverfahren eine Differenzbildung vorzunehmen. Der Referenzlichtwellenleiter 3b kann auch entfallen, wenn eine Temperaturkompensation nicht erforderlich ist oder elektronisch im Prozessor 6 vorgenommen wird. In diesem Falle erfolgt die Lichtübertragung mittels eines Zeitmeßverfahrens, bei dem die Laufzeit von Lichtimpulsen durch den Meßlichtwellenleiter 3a festgestellt wird.
In Fig. 11 ist lediglich ein gerader Lichtwellenleiterabschnitt für den Meß- und den Referenzlichtwellenleiter 3a, 3b gezeigt. Erfindungsgemäß werden jedoch Lichtwellenleiter von erheblicher Länge verwendet, die im Bereich von Bruchteilen von Metern bis zu einigen Kilometern liegen können.
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Der Körper 10 kann bei üblichen Dehnungsmeßstreifenvorrichtungen eine Metallfeder sein oder aus Glas, Keramik, nichtkriechendem Kunststoff oder Polymerbeton bestehen. Wesentlich für die Erfindung ist die Anbringung der Lichtwellenleiter 3a, 3b auf dem Körper 10. Dies erfolgt durch Einbettung der Lichtwellenleiter in einer Glasmasse oder -fritte, deren Schmelzpunkt niedriger liegt als derjenige der Lichtwellen¬ leiter 3a, 3b.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Sensors werden der bzw. die Lichtwellenleiter 3a, 3b entsprechend dicht meanderförmig in Zug- bzw. Dehnrichtung, bei linearer Beanspruchung gegebenenfalls bifilar spiralförmig, in eine geschmolzene Glasmasse oder -fritte eingebettet, die auf dem Körper 10 aufgebracht ist bzw..wird. Die Lichtwellenleiter können dabei nach Art eines Gewebes vorliegen oder auf einem Glasgerüst aufgebracht sein. Alternativ dazu, können die Lichtwellenleiter auf der Oberfläche des Körpers 10 aufgebracht und mittels Glas dort verschmolzen werden. Auch wäre es möglich, die Lichtwellenleiter auf einer blattförmigen Unterlage aufzubringen, die vorzugsweisee aus einem sich beim SchmelzVorgang verflüchtigenden Material besteht.
Die Herstellung kann entweder in einem Verfahrensvorgang ablaufen, bei dem die Lichtwellenleiter etwa aus einem Glasgerüst auf dem Körper 10 angeordnet und dann mit geschmolzener Glasmasse eingebettet werden. Diese besitzt natürlich einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Lichtwellenleiter.
Die Herstellung kann aber auch schichtenweise erfolgen, nämlich unter Anbringen einer ersten Glasschicht auf dem Körper 10, Anordnen der Lichtwellenleiter auf der Glasschicht und Abdecken der Lichtwellenleiter mittels einer zweiten Glasmassenschicht.
Besonders vorteilhaft ist ein Herstellungsverfahren, bei dem der Körper 10 aus dem nichtkriechenden Material, vorzugsweise Glas gegossen wird, wobei dann die Lichtleiterfäden, etwa auf einem Glasgerüst in der Gießform für den Körper 10 angeordnet und beim
Gießvorgang bereits mit eingegossen werden, so daß sich eine integrierte Einheit ergibt. Voranstehend wurde als Einbettungsmasse vorwiegend Glas angegeben. Es kommen jedoch auch andere Materialien in Frage, sofern diese kein "Kriechen" unter Last aufweisen. Ein Beispiel dafür wäre ein Zweikomponenten-Gießharz.
'Nachdem anhand von Fig. 11 die prinzipielle Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen optischen Kraftmeßsensors erläutert wurde, seien nachstehend Möglichkeiten zur technischen Realisierung angegeben.
Prinzipiell kann der erfindungsgemäße optische Kraftmeßsensor in gleicher Weise ausgebildet werden, wie bekannte Dehnungsmeßstreifen-Wägezellen. Hierzu wird beispielsweise verwiesen auf den VDI-Bericht Nr. 312, 1978 von .D. Meißner und R. Süß "Beitrag zur Prüfung von Dehnungsmeßstreifen-Wägezellen auf Eignung zum Einsatz in eichfähigen, elektromechanischen Waagen".
Die Figuren 12a bis 12k zeigen die in diesem Bericht angegebenen Ausführungsbeispiele. So zeigt Fig. 12a einen Stempelkraftgeber 120 von beispielsweise zylinderförmiger Ausbildung, bei dem der eine Lichtwellenleiter 3a vorzugsweise vielfach um den Umfang herumgewickelt ist, während der Lichtwellenleiter 3b beispielsweise meanderförmig in Stauchrichtung auf dem Körper aufgebracht ist.
12b zeigte einen ähnlichen Stempelkraftgeber 122 in Form einer Hohlwelle mit aufgewickeltem Lichtleiter 3a und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers in Stauchrichtung angebrachten Lichtwellenleitern 3b, die bevorzugt in Reihe geschaltet sind.
Fig. 12c zeigt einen Torsionsring 124 mit beispielsweise auf der Spitze stehendem quadratischen Querschnitt, wobei der Lichtwellenleiter 3a im Bereich der oberen Ringkante und der Lichtwellenleiter 3b im Bereich der unteren Ringkante angeordnet ist.
Die Fig. 12d und 12 zeigen wieder Stempelkraftgeber 126 bzw. 128, wobei in diesem Falle in einer senkrecht zur Krafteinleitungsrichtung verlaufenden zylindrischen Öffnung Lichtleiterpaare 3a und 3b in Zug- bzw. Stauchrichtung aufgebracht sind.
Fig. 12f veranschaulicht einen balkenformigen einseitig eingespannten Körper 130 mit einer zylindrischen Öffnung, in der wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2d Lichtwellenleiterpaare 3a und 3b angeordnet sind.
Fig. 12g stellt schematisch einen balkenformigen Scherkraftgeber 132 dar, bei dem in einer horizontal aufgeweiteten Öffnung Lichtwellenleiter 13a und 13b unter einem Winkel von 45° gegenüber der Krafteinleitungsrichtung und zueinander im rechten Winkel versetzt meanderförmig angeordnet sind.
Fig. 12 h zeigt einen balkenformigen Geber nach Art eines Doppellenkers, bei dem im Balken 134 horizontal nebeneinander zwei zylindrische Öffnungen vorgesehen sind. Die
Lichtwellenleiter 3a bzw. 3b sind paarweise gegenüberliegend auf der Ober- bzw. Unterseite des Balkens 134 an den jeweils dünnsten Stellen angeordnet.
Bei einem weiteren balkenformigen Dehungsmeßstreifengeber 136 ist nur der Meßlichtwellenleiter 3a unter Krafteinwirkung auf der- Ober- (oder Unterseite) des Balkens vorzugsweise meanderförmig in Zug- bzw. Stauchrichtung aufgebracht, während ein Referenzlichtwellenleiter 23b auf der Rückseite des Balkens ahne Krafteinfluß angeordnet ist.
Fig. 12k zeigt schließlich einen balkenformigen Dehnungsmeßstreifengeber 138 mit der auf der Ober- und der Unterseite angeordneten, vorzugsweise meanderförmig geführten Lichtwellenleitern 3a bzw. 3b.
Bei allen Ausfuhrungsformen lassen sich die Lichtwellenleiter gemäß dem erfindungsge äßen Verfahren aufbringen und einbetten.
Zur Auswertung der Veränderung der Lichtübertragungs- Eigenschaften der Lichtwellenleiter können die verschiedensten bekannten Verfahren verwendet werden, auf die bereits eingangs hingewiesen wurde.
Die Fig. 3a und 3b zeigen zwei andersartige Ausfuhrungsformen von erfindungsgemäßen optischen Kraftmeßsensoren. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a ist ein Stempelkraftgeber 140 horizontal durchgeschnitten und mit einer Zwischenlage versehen, in der Licht der Lichtwellenleiter 3a eingebettet ist. Neben einer meanderförmigen Leiterführung könnte bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt eine bifilare spiralförmige Anordnung gewählt werden, die aus einem einzigen Lichtwellenleiter besteht, der in der Mitte umgebogen ist. Es besteht auch die Möglichkeit zwei Lagen mit zwei unabhängigen Lichtwellenleitern mit sich senkrecht überlagernder Meanderfuhrung zu verwenden. Die Lichtwellenleiter sind wiederum in Glas eingebettet oder aber in diesem Falle in einem möglichst blasenfreien elastomeren Material, das die auf den Stempel ausgeübte Kraft vollständig auf den bzw. die Lichtwellenleiter 3a überträgt. Die Schicht ist gleichzeitig der Körper 10. Fig. 3b zeigt eine ähnlich funktionierende Ausfuhrungsform, bei der der Lichtwellenleiter 3a zwischen zwei Scheiben, beispielsweise Unterlagsscheiben 142, 144 angeordnet ist. Mit einer derartigen Anordnung könnte das Anziehen von Schrauben auf einen gewünschten Druck bestimmt werden.
ffüαr die Ausführungsbeispiele der Figuren 3a und 3b könnte auch e__n kombinierter Lichtwellenleiter gemäß Fig. 10 Verwendung finden.
W/ie bei Dehnungsmeßstreifen-Vorrichtungen üblich, kann auch bei den vorstehend beschriebenen optischen Sensoren zum Abgleich zwischen Meßlichtwellenleiter und Referenzlichtwellenleiter an einer geeigneten Stelle ein bevorzugt ablängbarer Lichtwellen¬ leiterabschnitt angeordnet sein, der zum Beispiel zur Nullkompensation dem einen oder anderen Lichtwellenleiter in Reihe geschaltet wird.
Abschließend sei noch erwähnt, daß sich die Lichtwellen-
leiteranordnungen oder -pakete auf einfache Weise mittels Lichtleiterkabeln oder Weiterführung des Lichtwellenleiters in Reihe schalten lassen. Somit können beispielsweise mehrere in Abstand zueinander angeordnete Sensoren optisch miteinander in Reihe geschaltet werden.
Selbstverständlich kann mit dem optischen Kraftmeßsensor auch ein Druck gemessen werden. Hierzu wird der Körper 10 beispielsweise als Membran ausgebildet, auf deren Flächen die Lichtwellenleiter in erfindungsgemäßer Weise aufgebracht werden.