WO2010136365A1 - Method and arrangement for determining the elongation or compression of a fiber-optic grating - Google Patents

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WO2010136365A1 PCT/EP2010/056883 EP2010056883W WO2010136365A1 WO 2010136365 A1 WO2010136365 A1 WO 2010136365A1 EP 2010056883 W EP2010056883 W EP 2010056883W WO 2010136365 A1 WO2010136365 A1 WO 2010136365A1
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Stephan Rinck
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    • G01D5/35354—Sensor working in reflection

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the elongation or compression of a fiber optic grating, preferably in connection with the measurement of changes in length, such as in the evaluation of the vibration or deformation of an object.
  • the invention further relates to a fiber grid deformation sensor operating according to this method.
  • Fiber optic gratings of the type used here are known as fiber Bragg gratings.
  • Fiber Bragg gratings are interference fringes inscribed in optical fibers which act as narrow band filters, reflecting back a certain wavelength from the light incident on the fiber. This wavelength is dependent on the grating period of the interference grating and the refractive index of the optical fiber. If a fiber Bragg grating is firmly connected to an object to be examined for changes in length, for example in the form of expansions or compressions, the elongation or compression of this object also causes an expansion or compression of the optical fiber, thereby changing the grating period of the fiber -Bragg grid and thereby also the Wei- wavelength of the reflected light.
  • the strain or compression of the fiber Bragg grating or the change in the lattice constant caused thereby is referred to in the context of the following description of the invention as a deflection of the fiber Bragg grating.
  • WO 2006/108468 A1 describes the use of a fiber Bragg grating in a spot welding arrangement for joining workpieces.
  • the deformation of welding tongs elements is measured with the fiber Bragg grating, and conclusions are derived from the measurement results on the welding spot quality and thus also on the quality of the welded joint.
  • a disadvantage of the previously known arrangements for determining the elongation or compression of objects by means of fiber optic gratings is the high technical and therefore costly effort for signal conversion, which is required to determine from the wavelength of the reflected light, the change in length and display. This signal conversion has hitherto been carried out by means of spectrometers and is therefore associated with relatively high costs.
  • the object of the invention is to further develop the method known per se with regard to possible cost reduction.
  • the object of the invention is to specify at least one fiber grating deformation sensor operating according to the improved method.
  • the fiber Bragg gratings have the same characteristics, in particular the same center wavelength.
  • the fiber Bragg grating S operates according to the invention in the sense of a sensor. If the fiber Bragg grating S is firmly connected to an object to be examined for unacceptable change in length, the grating period of the fiber Bragg grating S and thus the wavelength ⁇ S, which serves as sensor wavelength, changes with the deformation of the object.
  • the fiber Bragg grating M operates according to the invention in the sense of a modulator. With the periodic stretching and compression or deflection of the fiber Bragg grating M it is achieved that the wavelength ⁇ M, which serves as the modulation wavelength, changes with the same periodic sequence.
  • the method according to the invention can generally be used to control or measure physical quantities, the variation of which, in conjunction with a fiber Bragg grating, results in a change in the wavelength ⁇ S as sensor wavelength.
  • the invention also includes a procedure in which, instead of the periodic deflection of the fiber Bragg grating M, the two selective wavelengths ⁇ M and ⁇ S are kept identical, by the deflection of the fiber Bragg grating M being continuous with the deflection of the fiber Bragg grating S is tracked and closed by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M, the modulator, to the position of the fiber Bragg grating S, the sensor.
  • Embodiments of the invention are expressly considered to be equivalent, in which, with a fiber Bragg grating S from the wavelength range ⁇ L, first the wavelength ⁇ S as the sensor wavelength and only then with another fiber Bragg grating M from the remaining spectrum the wavelength ⁇ M as the modulation wavelength is selected. Again, after selection of the wavelengths ⁇ M and ⁇ S, the intensity of the remaining radiation component is evaluated as already described.
  • the invention further relates to a fiber grating deformation sensor operating according to the method described above.
  • the fiber grating deformation sensor according to the invention comprises in its general structure: a light source emitting light with a wavelength range ⁇ L, at least one fiber Bragg grating M for selecting a wavelength ⁇ M from the coupled-in light, at least one fiber Bragg grating S for Selection of a wavelength ⁇ S from the injected light, wherein the coupling of the light with the wavelength range .DELTA. ⁇ L is first provided in the fiber Bragg grating M and then in the fiber Bragg grating S or, conversely, first in the fiber Bragg grating S and then in the fiber Bragg grating M.
  • At least one detector to which the remaining radiation component is directed after selection of the wavelengths ⁇ M and ⁇ S, and whose signal output is connected to a control and evaluation circuit, wherein the control and evaluation circuit is designed for periodic or continuous comparison of the detector output in Dependent on the deviation of the intensity at ⁇ M ⁇ ⁇ S of a given intensity at ⁇ M ⁇ S applied signal and for outputting information about an equal or unequal expansion or compression of the fiber Bragg grating S, wherein each fiber Bragg grating M with a device for generating mechanical vibrations and thus coupled to the periodic deflection.
  • the fiber grating deformation sensor is equipped with a calibration device which is designed to convert the wavelength ⁇ M into the desired physical variable.
  • the desired physical variable can then be measured at the location of the fiber Bragg grating S, the sensor, by comparing the selective wavelengths ⁇ M and ⁇ S.
  • a piezoelectric actuator or a voice coil system is provided for generating the mechanical vibrations.
  • the light source is designed as a broadband fiber optic light source that emits light with a spectral range of 50 nm at a constant intensity.
  • the detector may be formed, for example, as a photodiode.
  • a device instead of the device for generating mechanical vibrations, a device is provided by which the deflection of the fiber ⁇ selected for selection of the wavelength ⁇ M Bragg grating M continuously the deflection of the fiber Bragg grating S. is tracked so that the two wavelengths ⁇ M and ⁇ S are kept identical.
  • the drive and evaluation circuit for measuring the deflection of the fiber Bragg grating M and thus to the determination of the current deflection of the fiber Bragg grating S and the conversion of this deflection is formed in the physical quantity to be determined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light reflected back from a fiber Bragg grating S is coupled into a fiber Bragg grating M,
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the light emitted by the light source polychromatic light passes first a fiber Bragg grating M and then coupled into a fiber Bragg grating S,
  • FIG. 3 shows an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light emitted by a light source polychromatic light is coupled into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg grating S
  • Figure 4 shows an embodiment which is substantially the embodiment of FIG .3, but with an additional detector connected via a separate branch, which provides a reference signal
  • 5 shows an exemplary embodiment in which the light passing through a fiber Bragg grating M is coupled into a fiber Bragg grating S and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the polychromatic light emitted by the light source is coupled into a plurality of fiber Bragg gratings S which are arranged successively as sensors in series,
  • FIG 7 shows an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light passing through a fiber Bragg grating M is branched, wherein in each case a fiber Bragg grating S is arranged in several parallel branches, FIG the light emitted by a light source polychromatic light is coupled into a fiber Bragg grating M and the light reflected from the fiber Bragg grating M light is branched, wherein in each case a fiber Bragg grating S is arranged in several parallel branches.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention.
  • a light source L for example a regulated, fiber-coupled SLED.
  • the wavelength range ⁇ L corresponds to the maximum strain or compression of the fiber Bragg grating M.
  • the light is coupled into a coupling point Y1 of a Y-junction.
  • the coupling point Y3 of the Y-junction the light arrives at about 50% of the intensity and is guided from here via an optical waveguide fiber to a fiber Bragg grating S which is connected to an object to be monitored (not shown in the drawing). is bound.
  • the fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S have the same center wavelength.
  • the fiber Bragg grating S reflects a wavelength ⁇ S from the light coupled in with the wavelength range ⁇ L.
  • the wavelength ⁇ S is dependent on the actual strain or compression the fiber Bragg grating S, that is, it varies with the extent of the strain or compression of the fiber Bragg grating S and is thereby a measure of the strain or compression of the object positively connected to the fiber Bragg grating S.
  • the wavelength range ⁇ S corresponds to the maximum deflection of the fiber Bragg grating S. The remaining, non-reflected portion of the light passes through the fiber Bragg grating S and is of no importance in connection with the invention described herein.
  • the light of the wavelength ⁇ S reflected by the fiber Bragg grating S returns via the coupling point Y3 back into the Y-branch, now passes through it in the opposite direction and is split due to the branching to the two coupling points Y1 and Y2. Only the radiation component emerging at the coupling point Y2 is further used and guided to a fiber Bragg grating M.
  • M stands here as well as in the embodiments described below, mutatis mutandis, for "modulator".
  • the fiber Bragg grating M is exposed to a mechanical vibration S M of frequency F M and thereby excited to periodic stretching and compression.
  • This is preferably a harmonic oscillation S M.
  • the oscillation S M is generated in the exemplary embodiment described here with a piezoelectric actuator P, which is controlled by an electrical signal coming from a control and evaluation circuit AAS.
  • the amplitude of the oscillation S M must be greater than that expected at the fiber Bragg grating S maximum strain or compression, hereinafter referred to as the maximum deflection.
  • the wavelength range ⁇ S lies within the wavelength range ⁇ M.
  • the fiber Bragg grating M reflects a wavelength ⁇ M oscillating at the frequency F M about the center wavelength of the fiber Bragg grating M, that is, the wavelength ⁇ M varies depending on the amount of strain or compression of the fiber
  • the non-reflected portion of the light comprising the remaining wavelengths of the wavelength range ⁇ L passes through the fiber Bragg grating M and is guided onto an optoelectronic transducer in the form of a detector D, for example a photodiode.
  • the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement. Exactly then the same wavelength is reflected by the fiber Bragg grating M, which is also reflected by the fiber Bragg grating S. That is, if the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement, ⁇ S is equal to ⁇ M. However, as already explained, the fiber Bragg grating S only light with a wavelength ⁇ S comes, and the fiber Bragg grating M only allows light to pass that does not have the wavelength ⁇ M, no light passes through the fiber Bragg grating M if the condition ⁇ S equal to ⁇ M is satisfied.
  • the detector D provides a zero output signal twice per period of the oscillation S M , namely, when the deflection of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M, and then, respectively at the fiber Bragg grating S to be measured physical size of the deflection of the fiber Bragg grating S corresponds.
  • the signal output of the detector D is applied to the drive and evaluation circuit AAS, which is designed to measure the times of these zero levels, to compare with the phase position of the oscillation S M and in a relative position of the deflection of the fiber Bragg grating S to convert to the deflection of the fiber Bragg grating M.
  • the deflection of the fiber Bragg grating S or the physical quantity to be measured is determined twice per period of oscillation S M.
  • the further development according to the invention offers the advantage that it is possible to dispense with a technically complex and expensive spectral analysis.
  • the fiber grating deformation sensor it is also possible to obtain absolute position information in the form of physical variables by calibrating this fiber grating deformation sensor with the aid of length measurements or length normal.
  • calibrations based on length measurements or length standards are common in the art and therefore need not be explained in detail here.
  • the light emitted by the light source L first passes into a fiber Bragg grating M.
  • the fiber Bragg grating M with a mechanical, preferably harmonic oscillation S M frequency F M driven and thus excited to a periodic strain and compression. This is done, for example, again with the aid of a piezo actuator P, which is connected via a control line to the drive and evaluation circuit AAS.
  • the amplitude of the oscillation S M is greater here than the maximum deflection to be expected at the fiber Bragg grating S.
  • the fiber Bragg grating M due to the oscillation S M from the wavelength range ⁇ L of the light emitted by the light source L, reflects a wavelength ⁇ M oscillating about its center wavelength at the frequency F M.
  • the light passing through the fiber Bragg grating M thus lacks twice the wavelength ⁇ M changing with the oscillation S M per oscillation period.
  • the light guided through the fiber Bragg grating M is coupled into the coupling point Y1 of a Y-branching element.
  • the light emerging via the coupling point Y3 from the Y-junction with approximately 50% intensity is, again advantageously via an optical fiber LWL, guided to a fiber Bragg grating S.
  • the fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S also have the same center wavelength.
  • the fiber Bragg grating S reflects a wavelength ⁇ S, which depends on the extent of the strain or compression of the fiber Bragg grating S. If the wavelength ⁇ S is absent in the spectrum of the light incident in the fiber Bragg grating S, the fiber Bragg grating S can not reflect light. Since the light coming from the fiber Bragg grating M and incident into the fiber Bragg grating S lacks all wavelengths within the wavelength range ⁇ L twice per period of the oscillation S M , the wavelength ⁇ S reflected by the fiber Bragg grating S is also missing twice per period.
  • the light reflected by the fiber Bragg grating S with the remaining wavelengths of the wavelength range ⁇ L gets back to the coupling point Y3 of the Y-branch, passes through the Y-branch in the reverse direction and is split. Again, only the radiation component emerging at the coupling point Y3 is used and guided to the detector D.
  • the detector D also supplies an output signal that goes to zero twice per period of the oscillation S M , namely when the excursion of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M.
  • the drive and evaluation circuit AAS works here as well as in the embodiment of Figure 1.
  • each fiber Bragg grating S to be provided as a sensor is assigned a fiber Bragg grating M as a modulator and a detector D, as will be shown below with reference to further exemplary embodiments.
  • a fiber Bragg grating M as a modulator and a detector D
  • the polychromatic light emitted by the light source L is in the wavelength range ⁇ L for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings (S1, S2,. provided as sensors with different center wavelengths.
  • the light reflected by the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) is branched, whereby in each case a fiber Bragg grating (M1, M2,. ..Mn) is present as a modulator.
  • Each of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) has in common the same center wavelength with one of the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn).
  • the light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) is directed to an associated detector (D1, D2, ... Dn).
  • This variant is suitable for the simultaneous evaluation of several fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn).
  • the center wavelengths of the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are so different from one another that their wavelength ranges ⁇ M1, ⁇ M2... ⁇ Mn do not overlap but lie within the wavelength range ⁇ L.
  • the evaluation of the signals applied by the detectors (D1, D2, ... Dn) to the drive and evaluation circuit AAS takes place separately for each fiber Bragg grating (M1, M2,... Mn).
  • the light reflected from the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is divided by means of a splitter, each branch (Z1, Z2, ... Zn) becoming one of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) leads.
  • the fiber Bragg gratings (M1, M2,... Mn) are also driven here with a preferably harmonic oscillation S M of the frequency F M and thus excited to periodic stretching and compression, for example by means of a fiber which is available for all -Bragg grating (M1, M2, ... Mn) shared piezo actuator P.
  • the amplitude of the oscillation S M is also greater than that at all fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) expected maximum deflections.
  • the wavelength ranges ⁇ S1, ⁇ S2 ... ⁇ Sn in which the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are deflected are thereby small. or equal to the wavelength ranges ⁇ M1, ⁇ M2 ... ⁇ Mn in which fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) operate.
  • the signal strength which decreases in relation to this with a higher number of fiber Bragg gratings can be compensated for by higher light output of the light source L.
  • FIG. 4 essentially corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3, but here an additional detector R connected via a separate branch ZR is present, which supplies a reference signal.
  • an additional detector R connected via a separate branch ZR is present, which supplies a reference signal.
  • the light passing through a fiber Bragg grating M is provided for coupling into a fiber Bragg grating S, and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector D.
  • the light emitted by the light source L polychromatic light with the wavelength range .DELTA. ⁇ L is guided through a series arranged fiber Bragg grating M as a modulator and fiber Bragg grating S as a sensor. If the deflection in the fiber Bragg grating M differs from the deflection in the fiber Bragg grating S, two spectral components, namely the wavelengths ⁇ M and ⁇ S, are taken from the light.
  • the intensity measured at the following detector D is slightly lower than in the case of the same deflection in both fiber Bragg gratings M and S with ⁇ M equal to ⁇ S.
  • the intensity maxima are here evaluated analogously to the intensity minima in the previously described design variants.
  • the order of sensor and modulator is immaterial to the function.
  • the reflected back to the light source L radiation component is relatively high in this arrangement, therefore, the light source L should be operated with a corresponding decoupling. This also applies to the exemplary embodiments described below with reference to FIGS. 2, 6 and 7.
  • the polychromatic light radiated by the light source L is provided for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) arranged successively as sensors in series, which differ from one another Have center wavelengths.
  • the fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn) passing light used and is to this Branched purpose, wherein in several parallel branches (Z1, Z2, ... Zn) each have a fiber Bragg grating (M1, M2, ... Mn) is present as a modulator.
  • Mn has the same center wavelength with a corresponding fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn).
  • the light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2,... Mn) is in each case directed separately to an associated detector (D1, D2,... Dn).
  • an additional detector R connected via a separate branch ZR can also be present.
  • the light passing through the fiber Bragg grating M is branched, with fiber Bragg gratings (S1, S2 , ... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths.
  • the light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).
  • the polychromatic light emitted by the light source L is coupled into a fiber Bragg grating M.
  • the light reflected by the fiber Bragg grating M is branched, wherein in several parallel branches (Z1, Z2,... Zn) fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths ,
  • the light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).
  • the deflections of several fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) used as sensors are measured using only one fiber Bragg grating M as modulator.
  • the feedback to the light source L is advantageously relatively low.
  • the evaluation of the signals emitted by the detectors is carried out according to the embodiment of Figure 1 on the basis of the negative signal peaks in between the fiber Bragg grating M and the individual fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) coincident deflection.
  • an additional detector R connected via a separate branch ZR should be present as a reference detector.

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Abstract

The invention relates to a method for determining the elongation or compression of a fiber-optic grating. The invention further relates to a fiber grating deformation sensor that operates according to said method. The following method steps are provided: a wavelength λM depending on the present deflection of a fiber Bragg grating M is selected from the wavelength range ΔλL emitted by a light source by means of the fiber Bragg grating M, a wavelength λS depending on the present deflection of a further fiber Bragg grating S is selected from the remaining spectrum by means of the fiber Bragg grating S, after the wavelengths λM and λS have been selected, the intensity of the remaining radiation component is evaluated and an equal or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings M and S is inferred. According to the invention the fiber Bragg grating M intended to select the wavelength λM is periodically deflected so that the wavelength λM has a periodically changing value, or the deflection of the fiber Bragg grating M intended to select the wavelength λM continuously tracks the deflection of the fiber Bragg grating S so that the wavelengths λM and λS are kept identical.

Description

Titel title
Verfahren und Anordnung zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen GittersMethod and arrangement for determining the elongation or compression of a fiber optic grating
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen Gitters, vorzugsweise im Zusammenhang mit der Messung von Längenänderungen, etwa bei der Bewertung der Vibration oder Verformung eines Gegenstandes. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Fa- sergitter-Verformungssensor.The invention relates to a method for determining the elongation or compression of a fiber optic grating, preferably in connection with the measurement of changes in length, such as in the evaluation of the vibration or deformation of an object. The invention further relates to a fiber grid deformation sensor operating according to this method.
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Anwendung von faseroptischen Gittern zur Kontrolle von Dehnungen oder Stauchungen oder zur Vibrationsmessung, so zum Beispiel an schnell laufenden Maschinenteilen, ist beispielsweise aus der Veröffentlichung „Optische Fasersensorsysteme für die strukturintegrierte Überwachung technischer Anlagen", R.Willsch, W.Ecke; IPHT e.V. Jena, Deutschland, bekannt.The application of fiber optic gratings to control strains or compressions or vibration measurement, such as on fast-running machine parts, for example, from the publication "Optical fiber sensor systems for structural integrated monitoring of technical equipment", R. Willsch, W. Eck; IPHT eV Jena , Germany, known.
Faseroptische Gitter der hierbei genutzten Art sind als Faser-Bragg-Gitter bekannt. Bei Fa- ser-Bragg-Gittern handelt es sich um in Lichtleitfasern eingeschriebene Interferenzgitter, die wie schmalbandige Filter wirken, wodurch von dem in die Faser eingestrahlten Licht eine bestimmte Wellenlänge zurück reflektiert wird. Diese Wellenlänge ist abhängig von der Gitterperiode des Interferenzgitters und vom Brechungsindex der Lichtleitfaser. Wird ein Faser- Bragg-Gitter mit einem auf Längenänderungen, zum Beispiel in Form von Dehnungen oder Stauchungen zu untersuchenden Gegenstand fest verbunden, so erfolgt mit der Dehnung oder Stauchung dieses Gegenstandes auch eine Dehnung oder Stauchung der Lichtleitfaser, damit ändert sich die Gitterperiode des Faser-Bragg-Gitters und dadurch auch die WeI- lenlänge des reflektierten Lichts. Die Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters bzw. die dadurch verursachte Änderung der Gitterkonstante wird im Zusammenhang mit der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung als Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters bezeichnet.Fiber optic gratings of the type used here are known as fiber Bragg gratings. Fiber Bragg gratings are interference fringes inscribed in optical fibers which act as narrow band filters, reflecting back a certain wavelength from the light incident on the fiber. This wavelength is dependent on the grating period of the interference grating and the refractive index of the optical fiber. If a fiber Bragg grating is firmly connected to an object to be examined for changes in length, for example in the form of expansions or compressions, the elongation or compression of this object also causes an expansion or compression of the optical fiber, thereby changing the grating period of the fiber -Bragg grid and thereby also the Wei- wavelength of the reflected light. The strain or compression of the fiber Bragg grating or the change in the lattice constant caused thereby is referred to in the context of the following description of the invention as a deflection of the fiber Bragg grating.
In WO 2006/108468 A1 ist die Anwendung eines Faser-Bragg-Gitters in einer Punkt- schweißanordnung zum Verbinden von Werkstücken beschrieben. Hierbei wird mit dem Faser-Bragg-Gitter die Verformung von Schweißzangenelementen gemessen, und aus den Meßergebnissen werden Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und damit auch auf die Güte der Schweißverbindung abgeleitet.WO 2006/108468 A1 describes the use of a fiber Bragg grating in a spot welding arrangement for joining workpieces. In this case, the deformation of welding tongs elements is measured with the fiber Bragg grating, and conclusions are derived from the measurement results on the welding spot quality and thus also on the quality of the welded joint.
Nachteilig an den bisher bekannten Anordnungen zur Ermittlung der Dehnung oder Stauchung von Gegenständen mittels faseroptischen Gittern ist der hohe technische und damit kostenintensive Aufwand die für die Signalwandlung, die erforderlich ist, um aus der Wellenlänge des reflektierten Lichts die Längenänderung zu ermitteln und anzuzeigen. Diese Si- gnalwandlung wird bisher mittels Spektrometern vorgenommen und ist dadurch mit relativ hohen Kosten verbunden.A disadvantage of the previously known arrangements for determining the elongation or compression of objects by means of fiber optic gratings is the high technical and therefore costly effort for signal conversion, which is required to determine from the wavelength of the reflected light, the change in length and display. This signal conversion has hitherto been carried out by means of spectrometers and is therefore associated with relatively high costs.
Beschreibung der Erfindung Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Verfahren im Hinblick auf mögliche Kostenreduzierung weiterzuentwickeln. Außerdem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mindestens einen nach dem verbesserten Verfahren arbeitenden Fasergitter-Verformungssensor anzugeben.DESCRIPTION OF THE INVENTION Based on this, the object of the invention is to further develop the method known per se with regard to possible cost reduction. In addition, the object of the invention is to specify at least one fiber grating deformation sensor operating according to the improved method.
Erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: aus dem von einer Lichtquelle ausgesendeten Wellenlängenbereich ΔλL wird mittels eines Faser-Bragg-Gitters M eine von der aktuellen Auslenkung dieses Gitters abhängige Wellenlänge λM selektiert, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht nur die Wellenlänge λM aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λM fehlt, mittels eines Faser-Bragg-Gitters S wird aus dem verbleibenden Spektrum eine von der aktuellen Auslenkung dieses Faser-Bragg-Gitters S abhängige Wellenlänge λS selektiert, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht nur die Wellenlänge λS aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λS fehlt, - nach Selektion der Wellenlängen λM und λS wird die Intensität des übrigen Strahlungsanteils ausgewertet, wobei die Intensität bei λM ≠ λS mit der Intensität bei λM = λS verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf eine gleiche oder λS verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf eine gleiche oder ungleiche Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter geschlossen wird, das zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmte Faser-Bragg-Gitter M wird periodisch ausgelenkt, so daß die Wellenlänge λM einen sich innerhalb eines Wellenlän- genbereichs ΔλM periodisch ändernden Wert hat, wobei Wellenlängenbereich ΔλM <The following method steps are provided according to the invention: from the wavelength range ΔλL emitted by a light source, a wavelength λM dependent on the current deflection of this grating is selected by means of a fiber Bragg grating M, in which the light reflected by the fiber Bragg grating M only the wavelength λM, while the transmitted light, the wavelength λM is missing, by means of a fiber Bragg grating S from the remaining spectrum of the current deflection of this fiber Bragg grating S dependent wavelength λS is selected by the fiber Bragg from the Grid S reflected light only has the wavelength λS, while the transmitted light, the wavelength λS is missing, - after selection of the wavelengths λM and λS, the intensity of the remaining radiation component is evaluated, the intensity at λM ≠ λS compared with the intensity at λM = λS and from the result of the comparison to an equal o of the λS is compared and is concluded from the result of the comparison to an equal or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings, the fiber Bragg grating M intended for the selection of the wavelength λM is periodically deflected, so that the wavelength λM is within one Wavelength range ΔλM has periodically changing value, wherein wavelength range ΔλM <
Wellenlängenbereich ΔλL ist und innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλL liegt und die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S in einem Wellenlängenbereich ΔλS erfolgt, der innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM liegt, oder die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg- Gitters M wird kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M auf die aktuelle Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S geschlossen wird.Wavelength range ΔλL and is within the wavelength range ΔλL and the deflection of the fiber Bragg grating S takes place in a wavelength range ΔλS which lies within the wavelength range ΔλM, or the deflection of the fiber Bragg grating M determined for the selection of the wavelength λM becomes continuous tracked the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λM and λS are kept identical and is closed by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M on the current deflection of the fiber Bragg grating S.
Dabei haben die Faser-Bragg-Gitter gleiche Kennwerte, insbesondere gleiche Mittenwellenlänge.The fiber Bragg gratings have the same characteristics, in particular the same center wavelength.
Das Faser-Bragg-Gitter S arbeitet erfindungsgemäß im Sinne eines Sensors. Wird das Faser-Bragg-Gitter S mit einem auf unzulässige Längenänderung zu untersuchenden Gegen- stand fest verbunden, so ändert sich mit der Verformung des Gegenstandes die Gitterperiode des Faser-Bragg-Gitters S und damit die Wellenlänge λS, die als Sensorwellenlänge dient.The fiber Bragg grating S operates according to the invention in the sense of a sensor. If the fiber Bragg grating S is firmly connected to an object to be examined for unacceptable change in length, the grating period of the fiber Bragg grating S and thus the wavelength λS, which serves as sensor wavelength, changes with the deformation of the object.
Das Faser-Bragg-Gitter M arbeitet erfindungsgemäß im Sinne eines Modulators. Mit der periodischen Dehnung und Stauchung bzw. Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M wird erreicht, daß sich die Wellenlänge λM, die als Modulationswellenlänge dient, mit derselben periodischen Folge ändert.The fiber Bragg grating M operates according to the invention in the sense of a modulator. With the periodic stretching and compression or deflection of the fiber Bragg grating M it is achieved that the wavelength λ M, which serves as the modulation wavelength, changes with the same periodic sequence.
Mit dem Faser-Bragg-Gitter M als Modulator erfolgt eine Auswertung der Verformung des Gegenstandes, indem zweimal pro Periode der Schwingung des Faser-Bragg-Gitters M die Gleichheit beider selektiver Wellenlängen λM und λS festgestellt und anhand der bekannten Schwingung auf die Position bei der Auslenkung des als Sensor dienenden Faser-Bragg- Gitters S geschlossen wird.With the fiber Bragg grating M as a modulator, an evaluation of the deformation of the article is carried out by twice the same period of the vibration of the fiber Bragg grating M, the equality of both selective wavelengths λM and λS determined and based on the known oscillation to the position in the Deflection of serving as a sensor fiber Bragg grating S is closed.
Aus der gleichen oder ungleichen Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter M und S läßt sich sofort auf eine zulässige oder unzulässige Verformung des zu untersuchenden Gegenstandes schließen. - A -From the same or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings M and S can be immediately infer a permissible or impermissible deformation of the object to be examined. - A -
Neben der Anwendung im Zusammenhang mit der Überwachung der Verformung von Gegenständen kann das erfindungsgemäße Verfahren allgemein zur Kontrolle oder Messung von physikalischen Größen genutzt werden, deren Variation in Verbindung mit einem Faser-Bragg-Gitter eine Veränderung der Wellenlänge λS als Sensorwellenlänge zur Folge hat.In addition to the application in connection with the monitoring of the deformation of objects, the method according to the invention can generally be used to control or measure physical quantities, the variation of which, in conjunction with a fiber Bragg grating, results in a change in the wavelength λS as sensor wavelength.
In die Erfindung eingeschlossen ist auch eine Verfahrensweise, bei der anstelle der periodischen Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M die beiden selektiven Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden, indem die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M kontinuier- lieh der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M, des Modulators, auf die Position des Faser-Bragg- Gitters S, des Sensors, geschlossen wird.The invention also includes a procedure in which, instead of the periodic deflection of the fiber Bragg grating M, the two selective wavelengths λ M and λ S are kept identical, by the deflection of the fiber Bragg grating M being continuous with the deflection of the fiber Bragg grating S is tracked and closed by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M, the modulator, to the position of the fiber Bragg grating S, the sensor.
Als äquivalent gelten ausdrücklich auch Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen mit einem Faser-Bragg-Gitter S aus dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst die Wellenlänge λS als Sensorwellenlänge und erst danach mit einem weiteren Faser-Bragg-Gitter M aus dem verbleibenden Spektrum die Wellenlänge λM als Modulationswellenlänge selektiert wird. Auch hierbei wird nach Selektion der Wellenlängen λM und λS die Intensität des übrigen Strahlungsanteils wie bereits beschrieben ausgewertet.Embodiments of the invention are expressly considered to be equivalent, in which, with a fiber Bragg grating S from the wavelength range ΔλL, first the wavelength λS as the sensor wavelength and only then with another fiber Bragg grating M from the remaining spectrum the wavelength λM as the modulation wavelength is selected. Again, after selection of the wavelengths λM and λS, the intensity of the remaining radiation component is evaluated as already described.
Im Rahmen der Erfindung liegt es ebenfalls, mit mehreren Faser-Bragg-Gittern S mehrere voneinander verschiedene Wellenlängen λS als Sensorwellenlängen zu selektieren und jede selektierte Wellenlänge λS einzeln der Auswertung in der beschriebenen Weise zugrunde zu legen.In the context of the invention, it is also possible to use several fiber Bragg gratings S to select a plurality of mutually different wavelengths λS as sensor wavelengths and to base each selected wavelength λS individually on the evaluation in the manner described.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugeordneten Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the associated subclaims.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Fasergitter-Verformungssensor, der nach dem vorbeschriebenen Verfahren arbeitet. Der erfindungsgemäße Fasergitter- Verformungssensor umfaßt in seinem allgemeinen Aufbau: eine Lichtquelle, die Licht mit einem Wellenlängenbereich ΔλL aussendet, mindestens ein Faser-Bragg-Gitter M zur Selektion einer Wellenlänge λM aus dem eingekoppelten Licht, - mindestens ein Faser-Bragg-Gitter S zur Selektion einer Wellenlänge λS aus dem eingekoppelten Licht, wobei die Einkopplung des Lichts mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst in das Faser- Bragg-Gitter M und dann in das Faser-Bragg-Gitter S oder umgekehrt zunächst in das Faser-Bragg-Gitter S und dann in das Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist, mindestens einen Detektor, auf den der übrige Strahlungsanteil nach Selektion der Wellenlängen λM und λS gerichtet ist, und dessen Signalausgang mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung in Verbindung steht, wobei die Ansteuer- und Auswerteschaltung ausgebildet ist zum periodischen oder kontinuierlichen Vergleichen des am Detektorausgang in Abhängigkeit von der Abweichung der Intensität bei λM ≠ λS von einer vorgegebenen Intensität bei λM = λS anliegenden Signals und zur Ausgabe einer Information über eine gleiche oder ungleiche Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, wobei jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen und damit zur periodischen Auslenkung gekoppelt ist.The invention further relates to a fiber grating deformation sensor operating according to the method described above. The fiber grating deformation sensor according to the invention comprises in its general structure: a light source emitting light with a wavelength range ΔλL, at least one fiber Bragg grating M for selecting a wavelength λM from the coupled-in light, at least one fiber Bragg grating S for Selection of a wavelength λS from the injected light, wherein the coupling of the light with the wavelength range .DELTA.λL is first provided in the fiber Bragg grating M and then in the fiber Bragg grating S or, conversely, first in the fiber Bragg grating S and then in the fiber Bragg grating M. , at least one detector to which the remaining radiation component is directed after selection of the wavelengths λM and λS, and whose signal output is connected to a control and evaluation circuit, wherein the control and evaluation circuit is designed for periodic or continuous comparison of the detector output in Dependent on the deviation of the intensity at λM ≠ λS of a given intensity at λM = λS applied signal and for outputting information about an equal or unequal expansion or compression of the fiber Bragg grating S, wherein each fiber Bragg grating M with a device for generating mechanical vibrations and thus coupled to the periodic deflection.
Aus der gleichen oder ungleichen Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter M und S wird mittels der Ansteuer- und Auswerteschaltung auf eine zulässige oder unzulässige Verformung beispielsweise eines zu untersuchenden Gegenstandes geschlossen.From the same or uneven deflection of the two fiber Bragg gratings M and S is closed by means of the control and evaluation circuit on a permissible or impermissible deformation, for example, an object to be examined.
Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen nur der Vergleich der Sensorwellenlänge mit der Modulationswellenlänge gewünscht wird, zum Beispiel zur Kontrolle der Einhaltung zulässiger oder unzulässiger Vibration, Dehnung oder Stauchung eines Maschinenteiles, kann auf eine Kalibrierung und damit auf die exakte Ermittlung der Längenänderungen bzw. der zu kontrollierenden physikalischen Größe verzichtet werden. Sollen darüber hinaus auch Längen gemessen werden, wird der Fasergitter-Verformungssensor mit einer Kalibriereinrich- tung ausgestattet, die ausgebildet ist zur Umrechnung der Wellenlänge λM in die gewünschte physikalische Größe. Am Standort des Faser-Bragg-Gitters S, des Sensors, ist dann durch Vergleich der selektiven Wellenlängen λM und λS die gewünschte physikalische Größe meßbar.For certain applications, in which only the comparison of the sensor wavelength with the modulation wavelength is desired, for example, to control compliance with permissible or impermissible vibration, strain or compression of a machine part, can on a calibration and thus to the exact determination of the length changes or to controlling physical size can be dispensed with. If, in addition, lengths are also to be measured, the fiber grating deformation sensor is equipped with a calibration device which is designed to convert the wavelength λM into the desired physical variable. The desired physical variable can then be measured at the location of the fiber Bragg grating S, the sensor, by comparing the selective wavelengths λ M and λ S.
Bevorzugt ist zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen ein Piezo-Aktuator oder ein Schwingspulensystem vorgesehen.Preferably, a piezoelectric actuator or a voice coil system is provided for generating the mechanical vibrations.
Bevorzugt ist die Lichtquelle als faseroptische Breitbandlichtquelle ausgebildet, die Licht mit einem Spektralbereich von 50 nm bei konstanter Intensität abstrahlt. Zur Übertragung des Lichts zwischen der Lichtquelle und dem jeweiligen Faser-Bragg-Gitter M oder S, zwischen den Faser-Bragg-Gittern und/oder zwischen den Faser-Bragg-Gittern und dem Detektor sind vorteilhaft Lichtwellenleiter vorgesehen. Der Detektor kann beispielsweise als Photodiode ausgebildet sein.Preferably, the light source is designed as a broadband fiber optic light source that emits light with a spectral range of 50 nm at a constant intensity. For transmitting the light between the light source and the respective fiber Bragg grating M or S, between the fiber Bragg gratings and / or between the fiber Bragg gratings and the detector advantageously provided optical waveguide. The detector may be formed, for example, as a photodiode.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fasergitter- Verformungssensors sind in den zugeordneten Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the fiber grating deformation sensor according to the invention are specified in the associated subclaims.
Im Rahmen der Erfindung liegen auch Ausgestaltungen, bei denen anstelle der Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg- Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden. Dabei ist die Ansteuer- und Auswerteschaltung zur Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M und damit auf die Ermittlung der aktuellen Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S und die Umrechnung dieser Auslenkung in die zu bestimmende physikalische Größe ausgebildet.In the context of the invention are also embodiments in which, instead of the device for generating mechanical vibrations, a device is provided by which the deflection of the fiber λ selected for selection of the wavelength λM Bragg grating M continuously the deflection of the fiber Bragg grating S. is tracked so that the two wavelengths λM and λS are kept identical. In this case, the drive and evaluation circuit for measuring the deflection of the fiber Bragg grating M and thus to the determination of the current deflection of the fiber Bragg grating S and the conversion of this deflection is formed in the physical quantity to be determined.
Die Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors mit den vorbeschriebenen Merkmalen zum Kontrollieren oder Messen der Verformung von Schweißzangenelementen und zur Ableitung von Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und auf die Güte der Schweißverbindung aus den Meßergebnissen liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.The use of a fiber grating deformation sensor having the above-described features for controlling or measuring the deformation of welding tongs elements and deriving inferences on the weld spot quality and on the quality of the welded joint from the measurement results is also within the scope of the invention.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. In the accompanying drawings show:
Fig.1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei dem das aus einem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht in ein Faser- Bragg-Gitter M eingekoppelt wird,1 shows an exemplary embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light reflected back from a fiber Bragg grating S is coupled into a fiber Bragg grating M,
Fig.2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von der Lichtquelle abgestrahlte polychro- matische Licht zunächst ein Faser-Bragg-Gitter M passiert und danach in ein Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird,2 shows an embodiment in which the light emitted by the light source polychromatic light passes first a fiber Bragg grating M and then coupled into a fiber Bragg grating S,
Fig.3 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei der das von einer Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, Fig.4 eine Ausführung, die im Wesentlichen der Ausführung nach Fig.3 entspricht, wobei jedoch ein über einen gesonderten Zweig angeschlossener zusätzlicher Detektor vorhanden ist, der ein Referenzsignal liefert, Fig.5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht in ein Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird und das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht auf einen Detektor gerichtet ist,3 shows an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light emitted by a light source polychromatic light is coupled into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg grating S, Figure 4 shows an embodiment which is substantially the embodiment of FIG .3, but with an additional detector connected via a separate branch, which provides a reference signal, 5 shows an exemplary embodiment in which the light passing through a fiber Bragg grating M is coupled into a fiber Bragg grating S and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector,
Fig.6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von der Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in mehrere, als Sensoren in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird,6 shows an exemplary embodiment in which the polychromatic light emitted by the light source is coupled into a plurality of fiber Bragg gratings S which are arranged successively as sensors in series,
Fig.7 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors, bei der das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt wird, wobei in mehreren parallelen Zweigen jeweils ein Faser-Bragg-Gitter S angeordnet ist, Fig.8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das von einer Lichtquelle abgestrahlte polychromatische Licht in ein Faser-Bragg-Gitter M eingekoppelt und das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht verzweigt wird, wobei in mehreren parallelen Zweigen jeweils ein Faser-Bragg-Gitter S angeordnet ist.7 shows an embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, in which the light passing through a fiber Bragg grating M is branched, wherein in each case a fiber Bragg grating S is arranged in several parallel branches, FIG the light emitted by a light source polychromatic light is coupled into a fiber Bragg grating M and the light reflected from the fiber Bragg grating M light is branched, wherein in each case a fiber Bragg grating S is arranged in several parallel branches.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Fig.1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors. Hierbei wird von einer Lichtquelle L, beispielsweise einer geregelten, fasergekoppelte SLED, Licht konstanter Intensität mit einem Wellenlängenbereich ΔλL abgestrahlt. Der Wellenlängenbereich ΔλL korrespondiert mit der maximalen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters M. Das Licht wird in eine Koppelstelle Y1 eines Y-Verzweigers eingekoppelt. An der Koppelstelle Y3 des Y-Verzweigers kommt das Licht mit ca. 50% der Intensität an und wird von hier über einen Lichtwellenleiter LWL zu einem Faser-Bragg-Gitter S geführt, das mit einem zu überwachenden Gegenstand (zeichnerisch nicht dargestellt) ver- bunden ist. Das Faser-Bragg-Gitter M und das Faser-Bragg-Gitter S haben die gleiche Mittenwellenlänge.1 shows a first embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention. In this case, light of constant intensity with a wavelength range ΔλL is emitted by a light source L, for example a regulated, fiber-coupled SLED. The wavelength range ΔλL corresponds to the maximum strain or compression of the fiber Bragg grating M. The light is coupled into a coupling point Y1 of a Y-junction. At the coupling point Y3 of the Y-junction, the light arrives at about 50% of the intensity and is guided from here via an optical waveguide fiber to a fiber Bragg grating S which is connected to an object to be monitored (not shown in the drawing). is bound. The fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S have the same center wavelength.
Die Bezeichnung S steht hier wie auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sinngemäß für „Sensor". Das Faser-Bragg-Gitter S reflektiert aus dem mit dem Wellenlängenbe- reich ΔλL eingekoppelten Licht eine Wellenlänge λS. Die Wellenlänge λS ist abhängig von der aktuellen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, das heißt sie ändert sich mit dem Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S und ist dadurch ein Maß für die Dehnung oder Stauchung des mit dem Faser-Bragg-Gitter S formschlüssig verbundenen Gegenstandes. Der Wellenlängenbereich ΔλS korrespondiert mit der maxima- len Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S. Der übrige, nicht reflektierte Anteil des Lichts passiert das Faser-Bragg-Gitter S und ist im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung ohne Bedeutung. Um jedoch eine Verfälschung der Auswertungsergebnisse zu vermeiden, sollte dafür gesorgt werden, daß von dem Anteil des Lichts, der das Faser-Bragg-Gitter S bereits passiert hat, möglichst we- nig zurück reflektiert wird. Dies wird beispielsweise erreicht, indem das Faserende schräg anpoliert oder mit einem handelsüblichen FC-AC P-Stecker versehen wird.Here, as in the following exemplary embodiments, the term S stands for "sensor." The fiber Bragg grating S reflects a wavelength λ S from the light coupled in with the wavelength range Δλ L. The wavelength λ S is dependent on the actual strain or compression the fiber Bragg grating S, that is, it varies with the extent of the strain or compression of the fiber Bragg grating S and is thereby a measure of the strain or compression of the object positively connected to the fiber Bragg grating S. The wavelength range ΔλS corresponds to the maximum deflection of the fiber Bragg grating S. The remaining, non-reflected portion of the light passes through the fiber Bragg grating S and is of no importance in connection with the invention described herein. However, in order to avoid a falsification of the evaluation results, it should be ensured that as little as possible of the portion of the light which has already passed the fiber Bragg grating S is reflected back as far as possible. This is achieved, for example, by obliquely polishing the fiber end or using a commercially available FC-AC P plug.
Das vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht der Wellenlänge λS gelangt über die Koppelstelle Y3 wieder zurück in den Y-Verzweiger, durchläuft diesen nun in umgekehrter Rich- tung und wird aufgrund der Verzweigung auf die beiden Koppelstellen Y1 und Y2 aufgeteilt. Nur der an der Koppelstelle Y2 austretende Strahlungsanteil wird weiter verwendet und zu einem Faser-Bragg-Gitter M geführt. Die Bezeichnung M steht hier wie auch in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sinngemäß für „Modulator".The light of the wavelength λS reflected by the fiber Bragg grating S returns via the coupling point Y3 back into the Y-branch, now passes through it in the opposite direction and is split due to the branching to the two coupling points Y1 and Y2. Only the radiation component emerging at the coupling point Y2 is further used and guided to a fiber Bragg grating M. The term M stands here as well as in the embodiments described below, mutatis mutandis, for "modulator".
Erfindungsgemäß wird das Faser-Bragg-Gitter M einer mechanischen Schwingung SM der Frequenz FM ausgesetzt und dadurch zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine harmonische Schwingung SM. Die Schwingung SM wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Piezo- Aktuator P erzeugt, der mit einem von einer Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS kom- menden elektrischen Signal gesteuert wird. Die Amplitude der Schwingung SM muß dabei größer sein als die am Faser-Bragg-Gitter S zu erwartende maximale Dehnung oder Stauchung, im Folgenden als maximale Auslenkung bezeichnet. Damit liegt der Wellenlängenbereich ΔλS innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM.According to the invention, the fiber Bragg grating M is exposed to a mechanical vibration S M of frequency F M and thereby excited to periodic stretching and compression. This is preferably a harmonic oscillation S M. The oscillation S M is generated in the exemplary embodiment described here with a piezoelectric actuator P, which is controlled by an electrical signal coming from a control and evaluation circuit AAS. The amplitude of the oscillation S M must be greater than that expected at the fiber Bragg grating S maximum strain or compression, hereinafter referred to as the maximum deflection. Thus, the wavelength range ΔλS lies within the wavelength range ΔλM.
Aufgrund der Schwingung SM reflektiert das Faser-Bragg-Gitter M eine mit der Frequenz FM um die Mittenwellenlänge des Faser-Bragg-Gitters M schwingende Wellenlänge λM, das heißt die Wellenlänge λM ändert sich in Abhängigkeit vom Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters M. Der nicht reflektierte, die übrigen Wellenlängen des Wellenlängenbereiches ΔλL umfassende Anteil des Lichts passiert das Faser-Bragg-Gitter M und wird auf einen opto-elektronischen Wandler in Form eines Detektors D, beispielsweise eine Photodiode, geführt.Due to the vibration S M , the fiber Bragg grating M reflects a wavelength λ M oscillating at the frequency F M about the center wavelength of the fiber Bragg grating M, that is, the wavelength λ M varies depending on the amount of strain or compression of the fiber The non-reflected portion of the light comprising the remaining wavelengths of the wavelength range ΔλL passes through the fiber Bragg grating M and is guided onto an optoelectronic transducer in the form of a detector D, for example a photodiode.
Zweimal pro Periode der Schwingung SM befinden sich das Faser-Bragg-Gitter S und das Faser-Bragg-Gitter M in der gleichen Auslenkung. Genau dann wird vom Faser-Bragg-Gitter M dieselbe Wellenlänge reflektiert, die auch vom Faser-Bragg-Gitter S reflektiert wird. Das heißt: befinden sich das Faser-Bragg-Gitter S und das Faser-Bragg-Gitter M in der gleichen Auslenkung, ist λS gleich λM. Da aber, wie bereits dargelegt, von dem Faser-Bragg-Gitter S nur Licht mit einer Wellenlänge λS kommt, und das Faser-Bragg-Gitter M nur Licht passieren läßt, das nicht die Wellenlänge λM hat, passiert kein Licht das Faser-Bragg-Gitter M, wenn die Bedingung λS gleich λM erfüllt ist.Twice per period of oscillation S M , the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement. Exactly then the same wavelength is reflected by the fiber Bragg grating M, which is also reflected by the fiber Bragg grating S. That is, if the fiber Bragg grating S and the fiber Bragg grating M are in the same displacement, λS is equal to λM. However, as already explained, the fiber Bragg grating S only light with a wavelength λ S comes, and the fiber Bragg grating M only allows light to pass that does not have the wavelength λ M, no light passes through the fiber Bragg grating M if the condition λ S equal to λ M is satisfied.
Der Detektor D liefert demzufolge zweimal pro Periode der Schwingung SM ein gegen Null gehendes Ausgangssignal, und zwar dann, wenn die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S gleich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M ist, bzw. dann, wenn die am Faser-Bragg- Gitter S zu messende physikalische Größe der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S entspricht.Accordingly, the detector D provides a zero output signal twice per period of the oscillation S M , namely, when the deflection of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M, and then, respectively at the fiber Bragg grating S to be measured physical size of the deflection of the fiber Bragg grating S corresponds.
Der Signalausgang des Detektors D liegt an der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS an, die dazu ausgebildet ist, die Zeitpunkte dieser Nullpegel zu messen, mit der Phasenlage der Schwingung SM zu vergleichen und in eine relative Position der Auslenkung des Faser- Bragg-Gitter S zur Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M umzurechnen. Dadurch wird pro Periode der Schwingung SM zweimal die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S bzw. die zu messende physikalische Größe bestimmt.The signal output of the detector D is applied to the drive and evaluation circuit AAS, which is designed to measure the times of these zero levels, to compare with the phase position of the oscillation S M and in a relative position of the deflection of the fiber Bragg grating S to convert to the deflection of the fiber Bragg grating M. As a result, the deflection of the fiber Bragg grating S or the physical quantity to be measured is determined twice per period of oscillation S M.
Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Fasergitter- Verformungssensoren bietet die erfindungsgemäße Weiterentwicklung den Vorteil, daß auf eine technisch aufwendige und kostenintensive Spektralanalyse verzichtet werden kann.Compared to the fiber grating deformation sensors known from the prior art, the further development according to the invention offers the advantage that it is possible to dispense with a technically complex and expensive spectral analysis.
Optional lassen sich in einer weiterführenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors auch absolute Positionsangaben in Form physikalischer Größen durch kalibrieren dieses Fasergitter-Verformungssensors mit Hilfe von Längenmessungen oder Längennormalen gewinnen. Allgemein sind Kalibrierungen anhand von Längenmessungen oder Längennormalen in der Technik üblich und müssen deshalb hier nicht näher erläutert werden.Optionally, in a further embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention, it is also possible to obtain absolute position information in the form of physical variables by calibrating this fiber grating deformation sensor with the aid of length measurements or length normal. In general, calibrations based on length measurements or length standards are common in the art and therefore need not be explained in detail here.
Bei einem zweiten, prinzipiell in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel gelangt das von der Lichtquelle L abgestrahlte Licht zunächst in ein Faser-Bragg-Gitter M.In a second embodiment, shown in principle in FIG. 2, the light emitted by the light source L first passes into a fiber Bragg grating M.
Auch hier wird das Faser-Bragg-Gitter M erfindungsgemäß mit einer mechanischen, vorzugsweise harmonischen Schwingung SM der Frequenz FM angesteuert und so zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt. Das erfolgt beispielhaft wiederum mit Hilfe eines Piezo-Aktuators P, der über eine Steuerleitung mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS verbunden ist. Die Amplitude der Schwingung SM ist auch hier größer als die am Faser-Bragg-Gitter S zu erwartende maximale Auslenkung. Das Faser-Bragg-Gitter M reflektiert infolge der Schwingung SM aus dem Wellenlängenbereich ΔλL des von der Lichtquelle L abgestrahlten Lichts eine um seine Mittenwellenlänge mit der Frequenz FM schwingende Wellenlänge λM. Dem Licht, welches das Faser-Bragg- Gitter M passiert, fehlt dadurch die sich mit der Schwingung SM ändernde Wellenlänge λM pro Schwingungsperiode zweimal.Again, the fiber Bragg grating M according to the invention with a mechanical, preferably harmonic oscillation S M frequency F M driven and thus excited to a periodic strain and compression. This is done, for example, again with the aid of a piezo actuator P, which is connected via a control line to the drive and evaluation circuit AAS. The amplitude of the oscillation S M is greater here than the maximum deflection to be expected at the fiber Bragg grating S. The fiber Bragg grating M, due to the oscillation S M from the wavelength range ΔλL of the light emitted by the light source L, reflects a wavelength λM oscillating about its center wavelength at the frequency F M. The light passing through the fiber Bragg grating M thus lacks twice the wavelength λ M changing with the oscillation S M per oscillation period.
Anders als beim Ausführungsbeispiel nach Fig.1 wird hier das durch das Faser-Bragg-Gitter M hindurch geführte Licht in die Koppelstelle Y1 eines Y-Verzweigers eingekoppelt. Das über die Koppelstelle Y3 aus dem Y-Verzweiger mit ca. 50% Intensität austretende Licht wird, wiederum vorteilhaft über einen Lichtwellenleiter LWL, zu einem Faser-Bragg-Gitter S geführt. Das Faser-Bragg-Gitter M und das Faser-Bragg-Gitter S haben auch hierbei die gleiche Mittenwellenlänge.Unlike in the exemplary embodiment according to FIG. 1, the light guided through the fiber Bragg grating M is coupled into the coupling point Y1 of a Y-branching element. The light emerging via the coupling point Y3 from the Y-junction with approximately 50% intensity is, again advantageously via an optical fiber LWL, guided to a fiber Bragg grating S. The fiber Bragg grating M and the fiber Bragg grating S also have the same center wavelength.
Vom Faser-Bragg-Gitter S wird eine Wellenlänge λS reflektiert, die von dem Ausmaß der Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S abhängig ist. Fehlt die Wellenlänge λS in dem Spektrum des Lichts, das in das Faser-Bragg-Gitter S einfällt, kann das Faser-Bragg- Gitter S kein Licht reflektieren. Da dem vom Faser-Bragg-Gitter M kommenden und in das Faser-Bragg-Gitter S einfallenden Licht alle Wellenlängen innerhalb des Wellenlängenbereich ΔλL zweimal pro Periode der Schwingung SM fehlen, fehlt auch die vom Faser-Bragg- Gitter S reflektierte Wellenlänge λS zweimal pro Periode.The fiber Bragg grating S reflects a wavelength λ S, which depends on the extent of the strain or compression of the fiber Bragg grating S. If the wavelength λS is absent in the spectrum of the light incident in the fiber Bragg grating S, the fiber Bragg grating S can not reflect light. Since the light coming from the fiber Bragg grating M and incident into the fiber Bragg grating S lacks all wavelengths within the wavelength range Δλ L twice per period of the oscillation S M , the wavelength λ S reflected by the fiber Bragg grating S is also missing twice per period.
Das vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht mit den übrigen Wellenlängen des Wellenlängenbereiches ΔλL gelangt wieder zurück zur Koppelstelle Y3 des Y-Verzweigers, durchläuft den Y-Verzweiger in umgekehrter Richtung und wird dabei aufgeteilt. Wiederum nur der an der Koppelstelle Y3 austretende Strahlungsanteil wird verwendet und auf den Detektor D geführt.The light reflected by the fiber Bragg grating S with the remaining wavelengths of the wavelength range ΔλL gets back to the coupling point Y3 of the Y-branch, passes through the Y-branch in the reverse direction and is split. Again, only the radiation component emerging at the coupling point Y3 is used and guided to the detector D.
Der Detektors D liefert auch in diesem Ausführungsbeispiel zweimal pro Periode der Schwingung SM ein gegen Null gehendes Ausgangssignal, und zwar dann, wenn die Aus- lenkung des Faser-Bragg-Gitters S gleich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M ist.The detector D also supplies an output signal that goes to zero twice per period of the oscillation S M , namely when the excursion of the fiber Bragg grating S is equal to the deflection of the fiber Bragg grating M.
Die Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS arbeitet hier ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.1.The drive and evaluation circuit AAS works here as well as in the embodiment of Figure 1.
Da im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 der zur Lichtquelle L zurück reflektierte Strahlungsanteil höher ist, sollte in der Praxis vorzugsweise die Variante nach Fig.1 verwendet werden. Das vorstehend anhand von Fig.1 und Fig.2 erläuterte Prinzip des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors ist auch zur Auswertung mehrerer Faser-Bragg-Gitter S geeignet. Dazu wird jedem als Sensor vorzusehenden Faser-Bragg-Gitter S ein Faser-Bragg- Gitter M als Modulator sowie ein Detektor D zugeordnet, wie nachfolgend anhand weiterer Ausführungsbeispiele gezeigt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist in den Zeichnungen zur Erläuterung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele auf die Darstellung des Piezo- Aktuators als Schwingungserzeuger verzichtet worden.Since in the exemplary embodiment according to FIG. 2 the radiation component reflected back to the light source L is higher, in practice the variant according to FIG. 1 should preferably be used. The principle explained above with reference to FIG. 1 and FIG. 2 of the fiber grating deformation sensor according to the invention is also suitable for evaluating a plurality of fiber Bragg gratings S. For this purpose, each fiber Bragg grating S to be provided as a sensor is assigned a fiber Bragg grating M as a modulator and a detector D, as will be shown below with reference to further exemplary embodiments. For clarity, has been omitted in the drawings to explain the following embodiments on the representation of the piezo actuator as a vibration generator.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter-Verformungssensors nach Fig.3 ist das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter (S1 ,S2,...Sn) als Sensoren mit untereinander abweichenden Mittenwellenlängen vorgesehen. Das von den Faser-Bragg-Gittern (S1 , S2,...Sn) reflektierte Licht ist verzweigt, wobei in parallelen Zweigen (Z1 , Z2,...Zn) jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) als Modulator vorhanden ist. Jedes der Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) hat mit einem der Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) gemeinsam dieselbe Mittenwellenlänge. Das die Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) passierende Licht ist jeweils auf einen zugeordneten Detektor (D1 , D2, ...Dn) gerichtet.In an exemplary embodiment of the fiber grating deformation sensor according to the invention according to FIG. 3, the polychromatic light emitted by the light source L is in the wavelength range Δλ L for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings (S1, S2,. provided as sensors with different center wavelengths. The light reflected by the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) is branched, whereby in each case a fiber Bragg grating (M1, M2,. ..Mn) is present as a modulator. Each of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) has in common the same center wavelength with one of the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn). The light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) is directed to an associated detector (D1, D2, ... Dn).
Diese Variante eignet sich zur gleichzeitigen Auswertung mehrerer Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn). Die Mittenwellenlängen der Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) sind dabei voneinander so verschieden, daß sich deren Wellenlängenbereiche ΔλM1 , ΔλM2 ... ΔλMn nicht überdecken, aber innerhalb des Wellenlängenbereiches ΔλL liegen.This variant is suitable for the simultaneous evaluation of several fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn). The center wavelengths of the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are so different from one another that their wavelength ranges ΔλM1, ΔλM2... ΔλMn do not overlap but lie within the wavelength range ΔλL.
Die Auswertung der von den Detektoren (D1 , D2, ...Dn) an der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS anliegenden Signale erfolgt für jedes Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) getrennt. Zu diesem Zweck ist das von den Faser-Bragg-Gittern (S1 , S2,...Sn) reflektierte Licht mittels eines Verzweigers aufgeteilt, wobei jeder Zweig (Z1 , Z2,...Zn) zu einem der Faser- Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) führt.The evaluation of the signals applied by the detectors (D1, D2, ... Dn) to the drive and evaluation circuit AAS takes place separately for each fiber Bragg grating (M1, M2,... Mn). For this purpose, the light reflected from the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is divided by means of a splitter, each branch (Z1, Z2, ... Zn) becoming one of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) leads.
Erfindungsgemäß werden auch hier die Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) mit einer vorzugsweise harmonischen Schwingung SM der Frequenz FM angesteuert und so zu einer periodischen Dehnung und Stauchung angeregt, beispielhaft mit Hilfe eines für alle vorhandenen Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) gemeinsam genutzten Piezo-Aktuators P. Die Am- plitude der Schwingung SM ist auch hier größer als die an allen Faser-Bragg-Gittern (S1 , S2,...Sn) zu erwartenden maximalen Auslenkungen. Die Wellenlängenbereiche ΔλS1 , ΔλS2 ... ΔλSn, in denen die Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) ausgelenkt werden, sind dabei klei- ner oder gleich den Wellenlängenbereichen ΔλM1 , ΔλM2 ... ΔλMn, in denen Faser-Bragg- Gitter (M1 , M2,...Mn) arbeiten.According to the invention, the fiber Bragg gratings (M1, M2,... Mn) are also driven here with a preferably harmonic oscillation S M of the frequency F M and thus excited to periodic stretching and compression, for example by means of a fiber which is available for all -Bragg grating (M1, M2, ... Mn) shared piezo actuator P. The amplitude of the oscillation S M is also greater than that at all fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) expected maximum deflections. The wavelength ranges ΔλS1, ΔλS2 ... ΔλSn in which the fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are deflected are thereby small. or equal to the wavelength ranges ΔλM1, ΔλM2 ... ΔλMn in which fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) operate.
Die bei höherer Anzahl an Faser-Bragg-Gittern (S1 , S2,...Sn) im Verhältnis dazu abnehmen- de Signalstärke läßt sich durch höhere Lichtleistung der Lichtquelle L kompensieren.The signal strength which decreases in relation to this with a higher number of fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) can be compensated for by higher light output of the light source L.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3, allerdings ist hier ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorhanden, der ein Referenzsignal liefert. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß durch Differenz- bzw. Quotientenbildung Leistungsschwankungen der Lichtquelle kompensiert werden.The embodiment according to FIG. 4 essentially corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3, but here an additional detector R connected via a separate branch ZR is present, which supplies a reference signal. Thus, it is advantageously achieved that power fluctuations of the light source are compensated for by difference or quotient formation.
In einem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter S vorgesehen, und das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht ist auf einen Detektor D gerichtet.In an embodiment according to FIG. 5, the light passing through a fiber Bragg grating M is provided for coupling into a fiber Bragg grating S, and the light passing through the fiber Bragg grating S is directed onto a detector D.
Hier wird das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht mit dem Wellenlängenbereich ΔλL durch ein in Reihe angeordnetes Faser-Bragg-Gitter M als Modulator und Faser-Bragg-Gitter S als Sensor geführt. Ist die Auslenkung bei dem Faser-Bragg-Gitter M von der Auslenkung bei dem Faser-Bragg-Gitter S verschieden, werden dem Licht zwei Spektralanteile, nämlich die Wellenlängen λM und λS, genommen. Die am nachfolgenden Detektor D gemessene Intensität ist etwas geringer als im Falle gleicher Auslenkung bei beiden Faser-Bragg-Gittern M und S mit λM gleich λS. Die Intensitätsmaxima werden hier analog zu den Intensitätsminima in den vorher beschriebenen Ausgestaltungsvarianten aus- gewertet.Here, the light emitted by the light source L polychromatic light with the wavelength range .DELTA.λL is guided through a series arranged fiber Bragg grating M as a modulator and fiber Bragg grating S as a sensor. If the deflection in the fiber Bragg grating M differs from the deflection in the fiber Bragg grating S, two spectral components, namely the wavelengths λM and λS, are taken from the light. The intensity measured at the following detector D is slightly lower than in the case of the same deflection in both fiber Bragg gratings M and S with λM equal to λS. The intensity maxima are here evaluated analogously to the intensity minima in the previously described design variants.
Die Reihenfolge von Sensor und Modulator ist für die Funktion unwesentlich. Der zur Lichtquelle L rückreflektierte Strahlungsanteil ist bei dieser Anordnung verhältnismäßig hoch, daher sollte die Lichtquelle L mit einer entsprechenden Entkopplung betrieben werden. Dies gilt auch für die nachfolgend anhand Fig.2, Fig.6 und Fig.7 beschriebenen Ausführungsbeispiele.The order of sensor and modulator is immaterial to the function. The reflected back to the light source L radiation component is relatively high in this arrangement, therefore, the light source L should be operated with a corresponding decoupling. This also applies to the exemplary embodiments described below with reference to FIGS. 2, 6 and 7.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.6 ist das von der Lichtquelle L abgestrahlte polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, als Sensoren in Reihe aufeinander folgend an- geordnete Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) vorgesehen, die untereinander abweichende Mittenwellenlängen haben. Anders als im Ausführungsbeispiel nach Fig.4 wird hier das die Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) passierende Licht weiterverwendet und ist zu diesem Zweck verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1 , Z2,...Zn) jeweils ein Faser- Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) als Modulator vorhanden ist. Jedes der Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) hat mit einem korrespondierenden Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) dieselbe Mittenwellenlänge. Das die Faser-Bragg-Gitter (M1 , M2,...Mn) passierende Licht ist jeweils ge- sondert auf einen zugeordneten Detektor (D1 , D2, ...Dn) gerichtet.In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the polychromatic light radiated by the light source L is provided for coupling into a plurality of fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) arranged successively as sensors in series, which differ from one another Have center wavelengths. Unlike in the embodiment of Figure 4 here is the fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn) passing light used and is to this Branched purpose, wherein in several parallel branches (Z1, Z2, ... Zn) each have a fiber Bragg grating (M1, M2, ... Mn) is present as a modulator. Each of the fiber Bragg gratings (M1, M2, ... Mn) has the same center wavelength with a corresponding fiber Bragg grating (S1, S2, ... Sn). The light passing through the fiber Bragg gratings (M1, M2,... Mn) is in each case directed separately to an associated detector (D1, D2,... Dn).
Mit dieser Anordnung lassen sich mehrere Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) unterschiedlicher Mittenfrequenzen gleichzeitig auswerten. Mittels der Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS werden auch hier, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig.5, die Zeitabstände der an den Detektoren gemessenen Pegelunterschiede ausgewertet.With this arrangement, multiple fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) of different center frequencies can be evaluated simultaneously. By means of the drive and evaluation circuit AAS, the time intervals of the level differences measured at the detectors are also evaluated here, as in the exemplary embodiment according to FIG.
Optional kann auch, wie schon in Fig.4 gezeigt, ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorhanden sein.Optionally, as already shown in FIG. 4, an additional detector R connected via a separate branch ZR can also be present.
Bei dem in Fig.7 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fasergitter- Verformungssensors ist das das Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1 , Z2,...Zn) Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) mit untereinander gleicher Mittenwellenlängen angeordnet sind. Das die Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) passierende Licht ist jeweils gesondert auf zugeordnete Detektoren (D1 , D2, ...Dn) gerichtet.7, the light passing through the fiber Bragg grating M is branched, with fiber Bragg gratings (S1, S2 , ... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths. The light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).
In dieser Anordnung ist es möglich, unter Verwendung nur eines Faser-Bragg-Gitters M als Modulator die Auslenkungen mehrerer als Sensoren genutzter Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) zu messen. Die Auswertung der von den Detektoren abgegebenen Signale erfolgt wiederum entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5. Auch hier kann optional ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R vorgesehen werden.In this arrangement, it is possible to measure the deflections of a plurality of fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) used as sensors by using only one fiber Bragg grating M as a modulator. The evaluation of the signals emitted by the detectors is in turn carried out according to the embodiment of Figure 5. Here, too, optionally an additional detector R connected via a separate branch ZR can be provided.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.8 schließlich wird das von der Lichtquelle L abgestrahl- te polychromatische Licht in ein Faser-Bragg-Gitter M eingekoppelt. Das von dem Faser- Bragg-Gitter M reflektierte Licht wird verzweigt, wobei in mehreren parallelen Zweigen (Z1 , Z2,...Zn) Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) mit untereinander gleichen Mittenwellenlängen angeordnet sind. Das die Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) passierende Licht ist jeweils gesondert auf zugeordnete Detektoren (D1 , D2, ...Dn) gerichtet.Finally, in the exemplary embodiment according to FIG. 8, the polychromatic light emitted by the light source L is coupled into a fiber Bragg grating M. The light reflected by the fiber Bragg grating M is branched, wherein in several parallel branches (Z1, Z2,... Zn) fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) are arranged with mutually equal center wavelengths , The light passing through the fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is directed separately to associated detectors (D1, D2, ... Dn).
Auch hierbei werden unter Verwendung nur eines Faser-Bragg-Gitter M als Modulator die Auslenkungen mehrerer als Sensoren genutzter Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) gemessen. Die Rückkopplung zur Lichtquelle L ist vorteilhafterweise relativ gering. Die Auswertung der von den Detektoren abgegebenen Signale erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 anhand der negativen Signalspitzen bei zwischen dem Fa- ser-Bragg-Gitter M und den einzelnen Faser-Bragg-Gittern (S1 , S2,...Sn) übereinstimmender Auslenkung.Here too, the deflections of several fiber Bragg gratings (S1, S2,... Sn) used as sensors are measured using only one fiber Bragg grating M as modulator. The feedback to the light source L is advantageously relatively low. The evaluation of the signals emitted by the detectors is carried out according to the embodiment of Figure 1 on the basis of the negative signal peaks in between the fiber Bragg grating M and the individual fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) coincident deflection.
Da auch hier die Signalstärke relativ gering ist, sollte, wie in Fig.4 gezeigt, ein über einen gesonderten Zweig ZR angeschlossener zusätzlicher Detektor R als Referenzdetektor vorhanden sein.Since the signal strength is also relatively low here, as shown in FIG. 4, an additional detector R connected via a separate branch ZR should be present as a reference detector.
Zu beachten ist ferner, daß bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.3, Fig.4 und Fig.8 die Signalstärke an den Detektoren quadratisch zur Anzahl der Verzweigungen abnimmt, wodurch die Anzahl der als Sensoren einzusetzenden Faser-Bragg-Gitter (S1 , S2,...Sn) begrenzt ist. Bei den Anordnungen nach den anhand Fig.6 und Fig.7 erläuterten Ausführungs- beispielen dagegen ist der Leistungsverlust nur linear. It should also be noted that in the exemplary embodiments according to FIGS. 3, 4 and 8 the signal strength at the detectors decreases quadratically to the number of branches, as a result of which the number of fiber Bragg gratings (S1, S2, ... Sn) is limited. By contrast, in the arrangements according to the exemplary embodiments explained with reference to FIGS. 6 and 7, the power loss is only linear.
BezuqszeichenlisteLIST OF REFERENCES
AAS Ansteuer- und AuswerteschaltungAAS control and evaluation circuit
D DetektorD detector
D1 , D2, ...Dn DetektorenD1, D2, ... Dn detectors
DR DetektorDR detector
L LichtquelleL light source
LWL LichtwellenleiterFiber Optic Fiber Optic Cable
M, S Faser-Bragg-GitterM, S fiber Bragg grating
M1 , M2, ...Mn Faser-Bragg-GitterM1, M2, ... Mn fiber Bragg gratings
P Piezo-AktuatorP Piezo actuator
S1 , S2, ...Sn Faser-Bragg-GitterS1, S2, ... Sn fiber Bragg gratings
Z1 , Z2, ...Zn ZweigeZ1, Z2, ... Zn branches
ZR ZweigZR branch
Y1 , Y2, Y3 Koppelstellen eines Y-Verzweigers λM. λS WellenlängenY1, Y2, Y3 Coupling points of a Y-brancher λM. λS wavelengths
ΔλL, ΔλM, ΔλS, Wellenlängenbereiche ΔλL, ΔλM, ΔλS, wavelength ranges

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln der Dehnung oder Stauchung eines faseroptischen Gitters, bei dem: aus dem von einer Lichtquelle ausgesendeten Wellenlängenbereich ΔλL mittels eines Faser-Bragg-Gitters M eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λM selektiert wird, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht nur die Wellenlänge λM aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λM fehlt, mittels eines weiteren Faser-Bragg-Gitters S aus dem verbleibenden Spektrum eine von dessen aktueller Auslenkung abhängige Wellenlänge λS selektiert wird, indem das von dem Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht nur die Wellenlänge λS aufweist, während dem transmittierten Licht die Wellenlänge λS fehlt, - nach Selektion der Wellenlängen λM und λS die Intensität des übrigen Strahlungsanteils ausgewertet wird, wobei die Intensität bei λM ≠ λS mit der Intensität bei λM = λS verglichen und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf eine gleiche oder ungleiche Auslenkung der beiden Faser-Bragg-Gitter geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß - das zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmte Faser-Bragg-Gitter M periodisch ausgelenkt wird, so daß die Wellenlänge λM einen sich innerhalb eines Wellenlängenbereichs ΔλM periodisch ändernden Wert hat, wobei Wellenlängenbereich ΔλM < Wellenlängenbereich ΔλL ist und innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλL liegt und die Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S in einem Wellenlängenbereich ΔλS erfolgt, der innerhalb des Wellenlängenbereichs ΔλM liegt, oder die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg- Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden und durch Messung der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters M auf die aktuelle Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S geschlossen wird.1. A method for determining the elongation or compression of a fiber optic grating, in which: from the light emitted by a light source wavelength range .DELTA.λL by means of a fiber Bragg grating M is a dependent of its current deflection wavelength λM selected by the of the fiber Bragg Lattice M reflected light has only the wavelength λM, while the transmitted light, the wavelength λM is missing, by means of another fiber Bragg grating S from the remaining spectrum of a dependent of its current deflection wavelength λS is selected by the fiber from the fiber Bragg grating S reflected light only has the wavelength λS, while the transmitted light, the wavelength λS is missing, - after selection of the wavelengths λM and λS, the intensity of the remaining radiation component is evaluated, the intensity at λM ≠ λS with the intensity at λM = λS compared and from the result of the comparison to an equal or unequal deflection of the two fiber Bragg gratings, characterized in that - the fiber Bragg grating M destined for the selection of the wavelength λM is deflected periodically, so that the wavelength λM has a value which changes periodically within a wavelength range ΔλM , wherein wavelength range ΔλM <wavelength range ΔλL and is within the wavelength range ΔλL and the deflection of the fiber Bragg grating S takes place in a wavelength range ΔλS, which is within the wavelength range ΔλM, or the deflection of the determined for the selection of the wavelength λM fiber Bragg - Grid M is continuously tracked to the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λM and λS are kept identical and by measuring the deflection of the fiber Bragg grating M to the current deflection of the fiber Bragg grating S. is closed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Faser-Bragg-Gitter (M, S) die gleichen Kennwerte haben, insbesondere gleiche Mittenwellenlängen.2. The method of claim 1 or 2, wherein the fiber Bragg gratings (M, S) have the same characteristics, in particular the same center wavelengths.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Auswertung der Intensität kontinuierlich oder periodisch anhand eines elektronischen Signals erfolgt. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the evaluation of the intensity takes place continuously or periodically based on an electronic signal.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das vom Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λM aufweist, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin vom Faser-Bragg- 5 Gitter S reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λS aufweist, in ein elektronisches4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reflected light from the fiber Bragg grating M, having only the wavelength λM, is coupled into the fiber Bragg grating S, and then from the fiber Bragg grating 5 S reflected light, which has only the wavelength λS, in an electronic
Signal gewandelt wird, oder das vom Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λM aufweist, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin das Faser-Bragg- Gitter S passierende Licht, dem die Wellenlänge λS fehlt, in ein elektronisches Signal o gewandelt wird, oder das Faser-Bragg-Gitter M passierendes Licht, dem die Wellenlänge λM fehlt, in das Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin vom Faser-Bragg-Gitter S reflektierte Licht, das nur die Wellenlänge λS aufweist, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, so daß 5 - jeweils die Intensität des elektronischen Signals bei λM = λS den Wert „Null" und bei λM ≠ λS einen Wert „ungleich Null" hat.Signal is converted, or which is reflected by the fiber Bragg grating M reflected light having only the wavelength λM, in the fiber Bragg grating S is coupled, and then the fiber Bragg grating S passing light, the wavelength λS is absent, is converted into an electronic signal o, or the fiber Bragg grating M passing light, which lacks the wavelength λM, is coupled into the fiber Bragg grating S, and then reflected from the fiber Bragg grating S. Light having only the wavelength λS, is converted into an electronic signal, so that 5 - in each case the intensity of the electronic signal at λM = λS has the value "zero" and at λM ≠ λS a value "nonzero".
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem das Faser-Bragg-Gitter M passierendes Licht, dem die Wellenlänge λM fehlt, in das0 Faser-Bragg-Gitter S eingekoppelt wird, und das daraufhin das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht, dem die Wellenlänge λS fehlt, in ein elektronisches Signal gewandelt wird, so daß bei λM = λS die Intensität des elektronischen Signals größer ist als bei λM ≠ λS. 55. The method according to any one of the preceding claims, in which the fiber Bragg grating M passing light, which lacks the wavelength λM, is coupled into the fiber Bragg grating S, and then the fiber Bragg grating S passing light , which lacks the wavelength λS, is converted into an electronic signal, so that at λM = λS, the intensity of the electronic signal is greater than at λM ≠ λS. 5
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem aus der zulässigen oder unzulässigen Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S auf die relative oder absolute Abweichung eines Äquivalents der Gitterperiode von einem Sollwert geschlossen wird, und bei Ermittlung einer absoluten Abweichung diese als physikalische Größe, bevorzugt als Längenmaß oder Temperaturwert, ausgegeben wird.06. The method according to any one of the preceding claims, wherein from the allowable or unallowable strain or compression of the fiber Bragg grating S on the relative or absolute deviation of an equivalent of the grating period is closed by a target value, and when determining an absolute deviation of these as physical size, preferably as a measure of length or temperature, is output.0
7. Fasergitter-Verformungssensor, umfassend: eine Lichtquelle, die Licht mit einem Wellenlängenbereich ΔλL aussendet, mindestens ein Faser-Bragg-Gitter M zur Selektion einer Wellenlänge λM aus dem eingekoppelten Licht, 5 - mindestens ein Faser-Bragg-Gitter S zur Selektion einer Wellenlänge λS aus dem eingekoppelten Licht, wobei die Einkopplung des Lichts mit dem Wellenlängenbereich ΔλL zunächst in das Faser- Bragg-Gitter M und dann in das Faser-Bragg-Gitter S oder umgekehrt zunächst in das Faser-Bragg-Gitter S und dann in das Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist, mindestens einen Detektor, auf den der übrige Strahlungsanteil nach Selektion der Wellenlängen λM und λS gerichtet ist, und dessen Signalausgang mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS in Verbindung steht, wobei die Ansteuer- und Auswerteschaltung AAS ausgebildet ist zum periodischen oder kontinuierlichen Vergleichen des am Detektorausgang in Abhängigkeit von der Abweichung der Intensität bei λM ≠ λS von einer vorgegebenen Intensität bei λM = λS an- liegenden Signals und zur Ausgabe einer Information über eine gleiche oder ungleiche7. A fiber grating deformation sensor, comprising: a light source emitting light with a wavelength range ΔλL, at least one fiber Bragg grating M for selecting a wavelength λM from the coupled-in light, 5 - at least one fiber Bragg grating S for selecting one Wavelength λS from the coupled light, wherein the coupling of the light with the wavelength range .DELTA.λL is first provided in the fiber Bragg grating M and then in the fiber Bragg grating S or, conversely, first in the fiber Bragg grating S and then in the fiber Bragg grating M. , at least one detector to which the remaining radiation component is directed after selection of the wavelengths λM and λS, and whose signal output is connected to a drive and evaluation circuit AAS, wherein the drive and evaluation circuit AAS is designed for periodic or continuous comparison of the am Detector output as a function of the deviation of the intensity at λM ≠ λS of a given intensity at λM = λS signal and to output information about an equal or unequal
Dehnung oder Stauchung des Faser-Bragg-Gitters S, wobei jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung zur periodischen Auslenkung gekoppelt ist, oder jedes Faser-Bragg-Gitter M mit einer Einrichtung gekoppelt ist, durch welche die Auslenkung des zur Selektion der Wellenlänge λM bestimmten Faser-Bragg-Gitters M kontinuierlich der Auslenkung des Faser-Bragg-Gitters S nachgeführt wird, so daß die beiden Wellenlängen λM und λS identisch gehalten werden.Elongation or compression of the fiber Bragg grating S, wherein each fiber Bragg grating M is coupled to a device for periodic deflection, or each fiber Bragg grating M is coupled to a device through which the deflection of the for selection of the Wavelength λM certain fiber Bragg grating M is continuously tracked the deflection of the fiber Bragg grating S, so that the two wavelengths λM and λS are kept identical.
8. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7, bei dem zur periodischen Auslen- kung eine Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, bevorzugt in8. fiber grating deformation sensor according to claim 7, wherein for periodic deflection kung a device for generating mechanical vibrations, preferably in
Form eines Piezo-Aktuators oder eines Schwingspulensystems, vorgesehen ist.Form of a piezo-actuator or a voice coil system, is provided.
9. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das aus einem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg-Gitter M vorgesehen ist, und das das Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht auf einen Detektor D gerichtet ist.9. fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein the light reflected back from a fiber Bragg grating S light for coupling into a fiber Bragg grating M is provided, and the fiber Bragg grating M passing light a detector D is directed.
10. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg- Gitter S vorgesehen ist, und das aus dem Faser-Bragg-Gitter S zurück reflektierte Licht auf einen Detektor D gerichtet ist.10. Fasergitter- deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein the light passing through a fiber Bragg grating M light is provided for coupling into a fiber Bragg grating S, and the light reflected back from the fiber Bragg grating S on a detector D is directed.
11. Fasergitter-Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem - das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht zur Einkopplung in ein Faser-Bragg- Gitter S vorgesehen ist, das das Faser-Bragg-Gitter S passierende Licht auf einen Detektor D gerichtet ist. 11. fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein - the light passing through a fiber Bragg grating M is provided for coupling into a fiber Bragg grating S, the light passing through the fiber Bragg grating S light onto a detector D is directed.
12. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das ein Faser-Bragg-Gitter M passierende Licht verzweigt ist, wobei in mehreren parallelen Zweigen Z1 , Z2,...Zn Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn mit un- tereinander gleicher Mittenwellenlängen angeordnet sind, und das die Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1 , D2, ...Dn gerichtet ist.12 fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein the a fiber Bragg grating M passing light is branched, wherein in several parallel branches Z1, Z2, ... Zn fiber Bragg grating S1, S2, .. .Sn are arranged with mutually identical center wavelengths, and that the light passing through the fiber Bragg gratings S1, S2,... Sn is in each case directed separately to a detector D1, D2,.
13. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem - das von einem Faser-Bragg-Gitter M reflektierte Licht verzweigt ist, wobei in mehreren parallelen Zweigen Z1 , Z2,...Zn Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn mit untereinander gleichen Mittenwellenlängen angeordnet ist, und das die Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1 , D2, ...Dn gerichtet ist.13 fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein - the light reflected from a fiber Bragg grating M is branched, wherein in several parallel branches Z1, Z2, ... Zn fiber Bragg grating S1, S2, Sn is arranged with mutually equal center wavelengths, and the light passing through the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn is in each case directed separately to a detector D1, D2,... Dn.
14. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn mit untereinander abweichenden Mittenwellenlängen vorgesehen ist, - das die Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn passierende Licht verzweigt ist, wobei in mehreren parallelen Zweigen Z1 , Z2,...Zn jeweils ein Faser-Bragg-Gitter M1 , M2,...Mn vorhanden ist, die korrespondierend zu den Faser-Bragg-Gittern S1 , S2,...Sn dieselben Mittenwellenlängen haben, und das die Faser-Bragg-Gitter M1 , M2,...Mn passierende Licht jeweils gesondert auf ei- nen Detektor D1 , D2, ...Dn gerichtet ist.14 fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein the polychromatic light for coupling into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg grating S1, S2, ... Sn is provided with mutually different center wavelengths, - that the fiber -Bragg grating S1, S2, ... Sn is branching light passing, wherein in several parallel branches Z1, Z2, ... Zn in each case a fiber Bragg grating M1, M2, ... Mn is present, the corresponding to the fiber Bragg gratings S1, S2,... Sn have the same center wavelengths, and that the light passing through the fiber Bragg gratings M1, M2,... Mn are in each case applied separately to a detector D1, D2, .. .Dn is addressed.
15. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das polychromatische Licht zur Einkopplung in mehrere, in Reihe aufeinander folgend angeordnete Faser-Bragg-Gitter S1 , S2,...Sn mit untereinander abweichenden Mit- tenwellenlängen vorgesehen ist, das von den Faser-Bragg-Gittern S1 , S2,...Sn reflektierte Licht verzweigt ist, wobei in parallelen Zweigen Z1 , Z2,...Zn jeweils ein Faser-Bragg-Gitter M1 , M2,...Mn vorhanden ist, die korrespondierend zu den Faser-Bragg-Gittern S1 , S2,...Sn dieselben Mittenwellenlängen haben, und - das die Faser-Bragg-Gitter M1 , M2,...Mn passierende Licht jeweils gesondert auf einen Detektor D1 , D2, ...Dn gerichtet ist. 15 fiber grating deformation sensor according to claim 7 or 8, wherein the polychromatic light for coupling into a plurality of successively arranged in series fiber Bragg grating S1, S2, ... Sn is provided with mutually different Mitten tenwellenlängen that of the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn is branched light, wherein in parallel branches Z1, Z2, ... Zn in each case a fiber Bragg grating M1, M2, ... Mn is present, the corresponding to the fiber Bragg gratings S1, S2, ... Sn have the same center wavelengths, and - the light passing through the fiber Bragg gratings M1, M2, ... Mn is in each case separated onto a detector D1, D2, .. .Dn is addressed.
16. Fasergitter- Verformungssensor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem ein gesonderter Zweig ZR direkt auf einen weiteren, ebenfalls mit der Auswerteschaltung verbundenen Detektor DR gerichtet ist.16 fiber grating deformation sensor according to one of claims 12 to 15, wherein a separate branch ZR is directed directly to another, also connected to the evaluation circuit detector DR.
17. Fasergitter- Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Lichtquelle als faseroptische Breitbandlichtquelle, bevorzugt zur Abstrahlung von polychromatischem Licht konstanter Intensität, ausgebildet ist.17 fiber grating deformation sensor according to one of the preceding claims, wherein the light source as a fiber optic broadband light source, preferably for the emission of polychromatic light of constant intensity, is formed.
18. Fasergitter- Verformungssensor nach Anspruch 18, bei dem die Breitbandlichtquelle zur Abstrahlung von Licht mit einem Spektralbereich von 50 nm bei konstanter Intensität ausgebildet ist.18. The fiber grating deformation sensor according to claim 18, wherein the broadband light source is configured to emit light having a spectral range of 50 nm at a constant intensity.
19. Fasergitter- Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur Übertragung des Lichts zwischen der Lichtquelle und den Faser-Bragg-Gitter M oder S und/oder zwischen den Faser-Bragg-Gittern M und S den optoelektronischen Wandlern Lichtwellenleiter vorgesehen sind.19, fiber grating deformation sensor according to any one of the preceding claims, in which are provided for transmitting the light between the light source and the fiber Bragg grating M or S and / or between the fiber Bragg gratings M and S the optoelectronic transducers optical waveguides.
20. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der opto-elektronische Wandler als Photodiode ausgebildet ist.20. fiber grating deformation sensor according to one of the preceding claims, wherein the opto-electronic converter is designed as a photodiode.
21. Fasergitter-Verformungssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit einer Kalibriereinrichtung, ausgebildet zum Vergleich der ermittelten Werte mit Referenzwerten zwecks Umrechnung der relativen Position in eine physikalische Größe, bevorzugt als Längenmaß oder Temperaturwert.21 fiber grating deformation sensor according to one of the preceding claims, with a calibration device, designed to compare the determined values with reference values for the purpose of converting the relative position into a physical quantity, preferably as a length measure or temperature value.
22. Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors nach einem der Ansprüche 7 bis 21 zum Kontrollieren oder Messen der Verformung von Schweißzangenelementen und zur Ableitung von Schlußfolgerungen auf die Schweißpunktqualität und auf die Güte der Schweißverbindung aus den Meßergebnissen.22. Use of a fiber grating deformation sensor according to any one of claims 7 to 21 for controlling or measuring the deformation of welding tongs elements and for deriving conclusions on the welding spot quality and on the quality of the welded joint from the measurement results.
23. Verwendung eines Fasergitter-Verformungssensors nach einem der Ansprüche 7 bis 21 zum Kontrollieren oder Messen von physikalischen Größen, bevorzugt von Längen oder Temperaturen. 23. Use of a fiber grating deformation sensor according to one of claims 7 to 21 for controlling or measuring physical quantities, preferably of lengths or temperatures.
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