DE4423104A1 - Pressure sensitive sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine einen Lichtwellenleiter aufweisende druck empfindliche Sensorvorrichtung gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a pressure having an optical waveguide sensitive sensor device according to the respective preamble of independent claims.
In der optischen Signalverarbeitung ist bei Lichtwellenleitern grundsätzlich der Effekt der Mikrokrümmung bekannt. Bei diesem Effekt wird das Licht, welches an einem Ende des Lichtwellenleiters eingespeist wird, für den Fall, daß der Lichtwellenleiter gebogen oder druckbeansprucht wird, in dem beanspruchten Bereich am Rand des Lichtwellenleiters nicht reflek tiert und geht somit verloren, so daß am Ende des Lichtwellenleiters eine geringere als die eingespeiste Lichtintensität erfaßt wird. Dabei sind die Reflektionsverluste proportional zu der Druckbeanspruchung beziehungs weise Biegebeanspruchung.In optical signal processing is fundamental with optical fibers the effect of micro-curvature is known. With this effect, the light which is fed in at one end of the optical fiber for which In the event that the optical waveguide is bent or subjected to pressure, in do not reflect the stressed area at the edge of the optical waveguide animals and is therefore lost, so that at the end of the optical fiber less than the injected light intensity is detected. Here are the Reflection losses proportional to the pressure load wise bending stress.
Eine nach dem beschriebenen Prinzip arbeitende Sensorvorrichtung ist aus der WO 86/00988 bekannt. Hierbei sind zur Realisierung des Effektes der Mikrokrümmung zwei spiralförmig miteinander verdrehte Fäden längs des Lichtwellenleiters angeordnet, wobei diese Anordnung zusätzlich von einer Ummantelung umgeben ist.A sensor device operating according to the principle described is known from WO 86/00988. Here are to realize the effect the micro-curvature two threads twisted together in a spiral arranged of the optical waveguide, this arrangement additionally from is surrounded by a casing.
Ergänzend dazu ist beispielsweise aus der DE-OS 32 11 828 A1 bezie hungsweise der EP-0 419 267 A1 ein ummantelter Lichtwellenleiter be kannt, an dessen einem Ende von einer Lichtquelle Licht eingespeist wird und an dessen anderen Ende eine Erfassungsvorrichtung (zum Beispiel eine Fotodiode) für das austretende Licht angeordnet ist. Hierbei ist es von Nachteil, daß die Lichtquelle und die Erfassungsvorrichtung räumlich voneinander getrennt sind, so daß entweder eine Kalibrierung von Licht quelle/Erfassungsvorrichtung (wie im Falle der EP-0 419 267) erforderlich ist, oder eine Differenzauswertung von zwei Lichtwellenleitern (wie im Falle der DE-OS 32 11 828) stattfinden muß. Außerdem bedingt das Vor handensein der räumlich voneinander getrennten Lichtquelle und der Er fassungsvorrichtung unterschiedliche Einbauorte und somit einen höheren Montageaufwand.In addition, for example, from DE-OS 32 11 828 A1 Example of EP-0 419 267 A1 be a coated optical fiber knows, at one end of which light is fed by a light source and at the other end a detection device (for example a photodiode) is arranged for the emerging light. Here it is disadvantageous that the light source and the detection device spatially are separated from each other so that either a calibration of light Source / detection device (as in the case of EP-0 419 267) required is, or a difference evaluation of two optical fibers (as in In the case of DE-OS 32 11 828) must take place. In addition, the foreground presence of the spatially separate light source and the Er Detection device different installation locations and thus a higher Assembly effort.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einen Lichtwellen leiter aufweisende druckempfindliche Sensorvorrichtung bereitzustellen, die konstruktiv einfach gebaut ist, zuverlässig arbeitet, unkompliziert ein zubauen ist und vor störenden Fremdeinflüssen weitestgehend geschützt ist.The invention is therefore based on the object of a light wave to provide conductor-comprising pressure-sensitive sensor device, which is structurally simple, works reliably, and uncomplicated is to be built and is largely protected against disturbing external influences is.
Diese Aufgabe wird durch die in den jeweiligen kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in the respective characteristic parts solved the features specified independent claims.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen ange geben und im folgenden beschrieben und anhand von Zeichnungen erläu tert.Further advantageous embodiments are set out in the subclaims give and described below and using drawings tert.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Lichtwellenleiters, Fig. 1 shows a basic structure of an optical waveguide,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße druckempfindliche Sensorvorrich tung, Fig. 2 is a pressure-sensitive Sensorvorrich invention tung,
Fig. 3-5 weitere erfindungsgemäße Sensorvorrichtungen, Fig. 3-5 more sensor devices according to the invention,
Fig. 6 eine hohlprofilartige Ausbildung eines Schutzmantels. Fig. 6 shows a hollow profile-like design of a protective jacket.
Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Lichtwellenleiters 2, der den im folgenden beschriebenen Sensorvorrichtungen zugrundeliegt, auf des sen Aufbau die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, da auch andersartig aufgebaute Lichtwellenleiter verwendbar sind. Der in Fig. 1 gezeigte Lichtwellenleiter weist eine Seele 21 mit einem hohen Brechungskoeffizi enten auf, die von einer äußeren Schicht 22 umgeben ist, die einen nied rigen Brechungskoeffizienten aufweist. Darüber hinaus ist um die äußere Schicht 22 herum eine Schutzbeschichtung 23 (aus einem lichtundurch lässigen Material) angeordnet. Derart ausgestaltete Lichtwellenleiter gibt es inzwischen als Meterware, die beliebig abgelängt (abgeschnitten) wer den können. Fig. 1 shows a basic structure of an optical waveguide 2 , which is based on the sensor devices described below, but the invention is not limited to the sen structure, since differently constructed optical fibers can be used. The optical waveguide shown in FIG. 1 has a core 21 with a high refractive index, which is surrounded by an outer layer 22 which has a low refractive index. In addition, a protective coating 23 (made of an opaque material) is arranged around the outer layer 22 . Such fiber optics are now available by the meter, which can be cut to length (cut).
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße druck- und biegeempfindliche Sen sorvorrichtung. Eine solche erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist da durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle und die Erfassungsvorrichtung gemeinsam an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet sind und an dem anderen Ende des Lichtwellenleiters eine das von der Lichtquelle eingespeiste Licht reflektierende Vorrichtung angeordnet ist, wobei zu mindest die Lichtquelle und die Erfassungsvorrichtung räumlich benach bart angeordnet sind. Dieser grundsätzliche Aufbau einer druckempfindli chen Sensorvorrichtung ist gemäß Fig. 1 dadurch realisiert, daß eine Lichtquelle 1 (zum Beispiel eine Infrarotdiode) Licht am Anfang A des Lichtwellenleiters 2 einspeist, das am Ende E des Lichtwellenleiters 2 austritt, wobei im Bereich des Anfanges A des Lichtwellenleiters 2 eine Erfassungsvorrichtung 3 angeordnet ist, die das von einer das Licht re flektierenden Vorrichtung 4 reflektierte Licht erfaßt. Zur praktischen Rea lisierung ist im Strahlengang des Lichtes zwischen der Lichtquelle 1 und dem Anfang A ein Polarisationsprisma 31 angeordnet, welches für das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Licht durchlässig ist. Zur Erzeugung einer der Längsachse des Lichtwellenleiters 2 parallelen Lichtstrahles ist vor dem Anfang A des Lichtwellenleiters 2 eine Sammellinseneinheit 32 angeordnet. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß ein weitestgehend paralleler Lichtstrahl in den Lichtwellenleiter 2 eingespeist wird. Weiterhin ist gemäß Fig. 2 zwischen der Sammellinseneinheit 32 und dem Anfang A des Lichtwellenleiters 2 eine Lambda-Viertel-Platte angeordnet, die die Polarisationsebene des hin- und rücklaufenden Lichtstrahles jeweils um 45 Grad dreht (insgesamt also um 90 Grad), was eine Voraussetzung für die Ablenkung des reflektierten Lichtes im Polari sationsprisma 31 ist. Das am Ende E des Lichtwellenleiters 2 austretende Licht, das bei Druckbeanspruchung (symbolisiert mit dem Pfeil mit dem Bezugsbuchstaben P) aufgrund der Mikrokrümmung innerhalb des Licht wellenleiters 2 gekrümmt wird, wird durch die reflektierende Vorrichtung 4, insbesondere mittels eines Spiegels 41, in den Lichtwellenleiter 2 zu rückgeschickt, dort nochmals aufgrund der Mikrokrümmung durch die Druckbeanspruchung reflektiert und tritt zurücklaufend am Anfang A aus, wobei es danach die Lambda-Viertel-Platte 33 sowie die Sammellinsen einheit 32 durchläuft und von dem Polarisationsprisma 31 gemäß dem in Fig. 2 skizzierten Strahlengang zu der Erfassungsvorrichtung 3 gelangt. Diese Erfassungsvorrichtung 3 ist beispielsweise derart ausgestaltet, daß das reflektierte Licht eine weitere Sammellinse 34 durchläuft, gebündelt wird und auf einen Detektor 35 (beispielsweise eine Fotodiode, die auf das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Licht reagiert) trifft. Dabei ist es denkbar, den Detektor 35 einflächig oder mehrflächig auszubilden. Das Polarisationsprisma 31 (oder alternativ dazu ein halbdurchlässiger Spie gel) ist derart ausgebildet, daß es zwischen dem eingespeisten und dem reflektierten Licht unterscheiden kann. Eine derartig aufgebaute druck empfindliche Sensorvorrichtung hat den Vorteil, daß sie konstruktiv ein fach gebaut ist, aufgrund der Druckerkennung durch die Mikrokrümmung des Lichtwellenleiters zuverlässig arbeitet, vor störenden Fremdeinflüssen weitestgehend geschützt ist, da der Lichtwellenleiter nur indirekt druckbeansprucht wird und unkompliziert einzubauen ist, da die reflektie rende Vorrichtung 4 am Ende E des Lichtwellenleiters 2 kompakt ange baut oder sogar integriert werden kann, während auf der dem Ende E ab gewandten Seite des Lichtwellenleiters 2 zumindest die Lichtquelle 1, das Polarisationsprisma 31 und die Erfassungsvorrichtung 3 zu einer Bauein heit zusammengefaßt sind. Die Anordnung einer reflektierenden Vorrich tung 4 am Ende E des Lichtwellenleiters 2 hat den Vorteil, daß beispiels weise von 100% "Lichtmenge" (beispielsweise Intensität), die am Anfang A eingespeist wird, aufgrund der Mikrokrümmung durch Druckbeanspru chung am Ende E nur 80% ankommen, daß heißt, daß 20% der einge speisten Lichtmenge aufgrund der Mikrokrümmung nicht reflektiert wer den und somit verlorengehen, daß dann wiederum 80% von der reflektie renden Vorrichtung 4 am Ende E des Lichtwellenleiters 2 wieder zurück gespeist werden, wobei dann von den 80% wiederum 20% verlorengehen, so daß am Anfang A des Lichtwellenleiters nur noch 64% der ursprünglich eingespeisten "Lichtmenge" austritt, die dann zuverlässig von der Erfas sungsvorrichtung 3 (beziehungsweise dem Detektor 35) ausgewertet wer den kann. Zu diesem Zweck ist die Erfassungsvorrichtung 3 in erfin dungsgemäßer Weise zur Erkennung einer Änderung der Intensität, der Dauer und/oder der Frequenz des eingespeisten Lichtes ausgebildet, wo bei in der Erfassungsvorrichtung 3 (insbesondere von dem Detektor 35) diese Änderung in ein elektrisch auswertbares Signal umgesetzt wird, was einer angeschlossenen Auswerteeinheit (in Fig. 2 nicht dargestellt) zuge führt werden kann, die dann entsprechend einer Druckbeanspruchung beziehungsweise Biegung reagiert. Diese Reaktion kann beispielsweise in Form einer Anzeige eines Meßwertes, der proportional zumindest zu der Druckbeanspruchung ist, erfolgen oder aber weitere Aktionen auslö sen. So ist beispielsweise denkbar, daß sicherheitsrelevante Bereiche mittels des Lichtwellenleiters überwacht werden, wobei es dann bei Überschreitung einer unzulässigen Druckbeanspruchung zur Beeinflus sung einer Komponente (beispielsweise Abschalten eines Elektromoto res) kommt. Fig. 2 shows a pressure and bending sensitive sensor device according to the invention. Such a sensor device according to the invention is characterized in that the light source and the detection device are arranged together at one end of the optical waveguide and at the other end of the optical waveguide a device reflecting the light fed in by the light source is arranged, with at least the light source and the detection device spatially neighboring beard are arranged. This basic construction of a druckempfindli chen sensor device is shown in FIG. 1 realized by a light source 1 (for example an infrared diode) light at the beginning A of the optical waveguide 2 feeds that exits the optical waveguide 2 at the end of E, wherein in the region of the beginning A of Optical waveguide 2, a detection device 3 is arranged, which detects the light reflected by a light-reflecting device 4 . For practical Rea capitalization of the light between the light source 1 and the beginning A is a polarization prism 31 is arranged in the beam path, which is permeable to the light emitted from the light source 1. To produce one of the longitudinal axis of the optical fiber 2 parallel light beam is arranged a converging lens unit 32 before the beginning A of the optical waveguide. 2 This ensures in an advantageous manner that a largely parallel light beam is fed into the optical waveguide 2 . Furthermore, according to FIG. 2, a quarter-wave plate is arranged between the converging lens unit 32 and the start A of the optical waveguide 2 , which rotates the plane of polarization of the light beam traveling back and forth by 45 degrees (thus a total of 90 degrees), which is a requirement for the deflection of the reflected light in the polarization prism 31 . The light emerging at the end E of the optical waveguide 2 , which is curved under pressure (symbolized by the arrow with the reference letter P) due to the microcurvature inside the optical waveguide 2 , is reflected by the reflecting device 4 , in particular by means of a mirror 41 , into the optical waveguide 2 sent back , reflected there again due to the micro-curvature due to the pressure load and emerges in a retrograde manner at the beginning A, after which it passes through the lambda quarter plate 33 and the converging lens unit 32 and from the polarization prism 31 according to the beam path sketched in FIG. 2 arrives at the detection device 3 . This detection device 3 is designed, for example, in such a way that the reflected light passes through a further converging lens 34 , is bundled and strikes a detector 35 (for example a photodiode which reacts to the light emitted by the light source 1 ). It is conceivable for the detector 35 to be single-surface or multi-surface. The polarization prism 31 (or alternatively a semi-transparent mirror) is designed such that it can distinguish between the injected and the reflected light. A pressure sensitive sensor device constructed in this way has the advantage that it is structurally built, works reliably due to the pressure detection by the micro-curvature of the optical waveguide, is largely protected against interfering external influences, since the optical waveguide is only indirectly stressed and is easy to install, since the reflective device 4 at the end E of the optical waveguide 2 is compactly built or can even be integrated, while on the end E facing away from the optical waveguide 2 at least the light source 1 , the polarization prism 31 and the detection device 3 are combined to form a unit. The arrangement of a reflective device 4 at the end E of the optical waveguide 2 has the advantage that, for example, from 100% "amount of light" (for example intensity) which is fed in at the beginning A, due to the micro-curvature caused by pressure stress at the end E, only 80% arrive, that means that 20% of the amount of light fed in is not reflected due to the microbending and who is therefore lost, that then again 80% of the reflecting device 4 at the end E of the optical waveguide 2 is fed back again, then from the 80th % in turn are lost 20%, so that at the start A of the optical waveguide only 64% of the originally fed "amount of light" emerges, which can then be reliably evaluated by the detection device 3 (or the detector 35 ) who can. For this purpose, the detection device 3 is designed in accordance with the invention to detect a change in the intensity, duration and / or frequency of the light fed in, where in the detection device 3 (in particular by the detector 35 ) this change into an electrically evaluable signal is implemented, which can be supplied to a connected evaluation unit (not shown in FIG. 2), which then reacts in accordance with a pressure load or bend. This reaction can take place, for example, in the form of a display of a measured value which is proportional at least to the pressure load, or else trigger further actions. It is conceivable, for example, that safety-relevant areas are monitored by means of the optical waveguide, in which case, when an impermissible pressure load is exceeded, a component is influenced (for example switching off an electric motor).
So ist es beispielsweise erfindungsgemäß denkbar, daß die Auswertung des reflektierten und erfaßten Lichtes kontinuierlich (beispielsweise in Form einer Anzeige eines Druckwertes) oder diskret (beispielweise mit tels eines Schwellwertschalters) erfolgt. So kann beispielsweise der druckempfindliche Bereich des Lichtwellenleiters in einem für eine Be dienperson quetschgefährdeten Bereich angeordnet sein (zum Beispiel Türen eines Fahrstuhles, elektrisch betätigbare Fensterscheiben bei ei nem Kraftfahrzeug), wobei dann, wenn eine Quetschgefahr vorliegt, die Druckbeanspruchung (daß heißt die Quetschung) erfaßt wird und bei Überschreiten eines zulässigen Bereiches der Schließvorgang der Türen abgebrochen wird. Bei der kontinuierlichen Auswertung ist es wiederum von Vorteil, daß die Lichtquelle, das Polarisationsprisma und die Erfas sungsvorrichtung einschließlich einer entsprechend ausgebildeten Aus werte- und Anzeigeeinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, so daß damit beispielsweise ein Druckmeßgerät zur Verfügung steht, das zuverlässig arbeitet, einfach gebaut ist und unkompliziert zu handhaben ist.For example, it is conceivable according to the invention that the evaluation of the reflected and detected light continuously (e.g. in Form of a display of a pressure value) or discrete (for example with by means of a threshold switch). For example, the pressure-sensitive area of the optical fiber in a for a loading the person at risk of being crushed (for example Doors of an elevator, electrically operated window panes at ei motor vehicle), whereby if there is a risk of crushing, the Compressive stress (that is, the bruise) is recorded and at The closing process of the doors is exceeded is canceled. With the continuous evaluation it is again advantageous that the light source, the polarization prism and the Erfas solution device including a suitably trained Aus value and display device are combined into a single structural unit, so that, for example, a pressure gauge is available that works reliably, is simple and easy to use is.
In Fig. 3 ist nochmals vereinfacht gezeigt, daß insbesondere die Kompo nenten Lichtquelle 1 und Erfassungsvorrichtung 3 (beziehungsweise Er fassungseinrichtung 81 gemäß Fig. 5) eine Baueinheit 5 bilden, die wenigstens einen elektrischen Anschluß 6 für die Stromversorgung und/oder die Signalauswertung aufweist. Hierbei ist es denkbar, daß der Anfang des Lichtwellenleiters 2 und/oder das Ende des Lichtwellenleiters 2 einschließlich der reflektierenden Vorrichtung 4 in der Baueinheit 5 mit integriert ist. Daß heißt, daß der Lichtwellenleiter 2 aus der Baueinheit 5 herausgeführt ist und den druckempfindlichen Bereich der Sensorvorrich tung darstellt, und schlaufenförmig, insbesondere U-förmig, verlegbar ist. Dabei kann im Biegebereich eine Schutzummantelung (zum Beispiel ein Rohrbogen) vorgesehen werden.In Fig. 3 is shown again simplified that in particular the compo nent light source 1 and detection device 3 (or he detection device 81 according to FIG. 5) form a structural unit 5 which has at least one electrical connection 6 for the power supply and / or the signal evaluation. It is conceivable that the beginning of the optical waveguide 2 and / or the end of the optical waveguide 2, including the reflecting device 4, is also integrated in the structural unit 5 . That means that the optical fiber 2 is led out of the unit 5 and the pressure-sensitive area of the Sensorvorrich device, and loop-shaped, in particular U-shaped, can be installed. A protective jacket (for example a pipe bend) can be provided in the bending area.
Es ist auch denkbar, mehr als einen einzigen Lichtwellenleiter 2 zu ver wenden, wobei eine besondere Ausgestaltung der Erfindung darin besteht (was auch erfindungswesentlich ist), daß drei einzelne Lichtwellenleiter verdrillt, insbesondere zopfartig miteinander verdrillt, werden, wobei über den Anfang beziehungsweise das Ende des zopfartigen Lichtwellenleiter- Trios eine Hülse (Aderendhülse) übergeschoben wird, wobei die über die Hülse hinausragenden Enden der einzelnen Lichtwellenleiter abgeschnit ten werden, gegebenenfalls die einzelnen Lichtwellenleiter angephast und angeschmolzen werden, so daß diese optisch geglättet werden und im Anfangs- beziehungsweise Endbereich wie ein einziger Lichtwellenleiter arbeiten, von dem aus das Licht von der Lichtquelle 1 dreifach aufgeteilt wird. Zu diesem Zweck kann die Aderendhülse konstruktiv derart ausge bildet sein, daß sie in ein entsprechend konstruktiv ausgearbeitetes Gegenstück, was in der Baueinheit 5 integriert ist, eingesteckt wird und somit optisch zumindest zu der Lichtquelle 1 und der Erfassungsvorrich tung 3 Verbindung findet. Als Material für den beziehungsweise die Licht wellenleiter kommt beispielsweise Acryl in Frage, da es gegenüber Glas als Werkstoff den Vorteil hat, daß es elastischer ist und sich somit besser für die Druck- beziehungsweise Biegebeanspruchungen eignet.It is also conceivable to use more than a single optical waveguide 2 , a special embodiment of the invention being (which is also essential to the invention) that three individual optical waveguides are twisted, in particular twisted together like a pigtail, with the beginning or the end of the pigtail-like fiber optic trio, a sleeve (wire end sleeve) is pushed over, the ends of the individual fiber optics projecting beyond the sleeve are cut off, if necessary the individual fiber optics are chamfered and melted, so that they are optically smoothed and in the beginning or end area like a work only optical fiber from which the light from the light source 1 is divided into three. For this purpose, the wire end sleeve can be designed such that it is inserted into a correspondingly constructed counterpart, which is integrated in the structural unit 5 , and thus optically at least connects to the light source 1 and the detection device 3 . As a material for the or the light waveguide, for example, acrylic comes into question, since it has the advantage over glass as a material that it is more elastic and is therefore more suitable for the pressure or bending stresses.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Lichtquelle an einem Ende eines ersten Lichtwellenleiters und die Er fassungsvorrichtung an einem Ende eines weiteren Lichtwellenleiters an geordnet ist und eine das eingespeiste Licht reflektierende Vorrichtung an dem der Lichtquelle beziehungsweise der Erfassungsvorrichtung abge wandten Enden der beiden Lichtwellenleiter angeordnet sind, wobei zu mindest die Lichtquelle und die Erfassungsvorrichtung räumlich benach bart angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Gedankens ist beispielsweise in Fig. 4 gezeigt. Hierbei sind zwei mit der Bezugsziffer 2 bezeichnete Lichtwellenleiter vorhanden, wobei (bei Betrachtung der Fig. 4, was jedoch keine räumliche Beschränkung dar stellt) in den oberen Lichtwellenleiter 2 von der Lichtquelle 1 Licht einge speist wird, welches von der spiegelaufweisenden reflektierende Vorrich tung 4 in den unteren Lichtwellenleiter 2 zurückgeworfen wird und von der Erfassungsvorrichtung 3 erfaßt wird. Es ist auch denkbar, die Vorrichtung 4 aus einem gebogenen Stück Lichtwellenleiter (Umlenkstück) herzustel len. Dabei ist diese druckempfindliche Sensorvorrichtung derart ausge staltet, daß an dem einen Lichtwellenleiter an seinem Anfang A1 das Licht eingespeist wird und an seinem Ende E1 austritt, wobei das austretende Licht von der reflektierenden Vorrichtung 4 reflektiert (beziehungsweise umgelenkt) wird, an dem Ende E2 wieder in den unteren Lichtwellenleiter 2 eintritt und an dem Anfang A2 des unteren Lichtwellenleiters 2 austritt und in die Erfassungsvorrichtung 3 gelangt. Hierbei ist es denkbar, daß als Erfassungsvorrichtung 3 im einfachsten Falle eine einzige Fotodiode (gemäß dem Detektor 35) vorhanden ist, wodurch eine weitere Verein fachung des Aufbaues der Erfassungsvorrichtung 3 gegeben ist. Das er faßte Licht wird von der Erfassungsvorrichtung 3 wiederum in ein insbe sondere elektrisch auswertbares Signal umgesetzt und kann über die elektrischen Anschlüsse 6 weiter verarbeitet werden. Als wesentlicher Punkt sei an dieser Stelle wiederum darauf hingewiesen, daß insbeson dere die Lichtquelle 1 und die Erfassungsvorrichtung 3 die Baueinheit 5 bilden. Bei dieser Ausgestaltung der druckempfindlichen Sensorvorrich tung ist es denkbar, daß entweder ein einziger Lichtwellenleiter oder beide Lichtwellenleiter zusammen einer Druckbeanspruchung aussetzbar sind. Dabei ist es weiter von Vorteil, wenn die Anfangsbereiche (A1, A2) in die Baueinheit 5 sowie die Endbereiche (E1, E2) in die reflektierende Vorrichtung 4 hineinragen beziehungsweise mit diesen oder in diesen in tegriert sind. So ist es beispielsweise denkbar, daß die beiden Lichtwel lenleiter gemäß Fig. 4 eine größere Länge aufweisen und derart bei spielsweise gebogen angeordnet sind, daß auch die Endbereiche ein schließlich der reflektierenden Vorrichtung 4 in der Baueinheit 5 integriert sind. Somit ergibt sich für den druckempfindlichen Bereich eine Art Schlaufe.In an alternative embodiment of the invention, it is provided that the light source is arranged at one end of a first optical waveguide and the detection device at an end of a further optical waveguide, and a light reflecting device is fed in at the ends of the light source or the detection device two optical fibers are arranged, with at least the light source and the detection device are arranged spatially adjacent. Such an embodiment of the inventive idea is shown, for example, in FIG. 4. Here, there are two optical waveguides designated by the reference number 2 , wherein (when viewing FIG. 4, which does not represent a spatial limitation), light is fed into the upper optical waveguide 2 by the light source 1 , which device is provided by the reflecting device 4 having a mirror is thrown back into the lower optical waveguide 2 and is detected by the detection device 3 . It is also conceivable to manufacture the device 4 from a bent piece of optical waveguide (deflection piece). This pressure-sensitive sensor device is designed in such a way that the light is fed to the one optical waveguide at its beginning A1 and exits at its end E1, the emerging light being reflected (or deflected) by the reflecting device 4 , at the end E2 again enters the lower optical waveguide 2 and exits at the start A2 of the lower optical waveguide 2 and reaches the detection device 3 . Here, it is conceivable that as a detection device 3 in the simplest case a single photodiode (detector 35 in accordance) is provided, whereby a further club fold increase the structure of the detecting means 3 is given. He captured light is in turn implemented by the detection device 3 in a special in particular electrically evaluable signal and can be processed further via the electrical connections 6 . As an essential point, it should again be pointed out here that in particular the light source 1 and the detection device 3 form the structural unit 5 . In this embodiment of the pressure-sensitive Sensorvorrich device, it is conceivable that either a single optical fiber or both optical fibers can be subjected to a compressive stress together. It is further of advantage if the starting areas (A1, A2) protrude into the unit 5 and the ending areas (E1, E2) into the reflecting device 4 or are integrated with or in these. It is conceivable, for example, that the two light waveguides according to FIG. 4 have a greater length and are arranged such that they are curved, for example, that the end regions, finally, of the reflecting device 4 are integrated in the structural unit 5 . This creates a kind of loop for the pressure-sensitive area.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Licht quelle an dem einen Ende des Lichtwellenleiters und die Erfassungsvor richtung an dem anderen Ende des Lichtwellenleiters angeordnet, wobei eine von der Erfassungsvorrichtung abgebbare Größe über eine elektrisch signalübertragende Leitung zu einer elektrisch wirkenden Erfassungsein richtung übertragen wird, wobei zumindest die Lichtquelle und die Erfas sungseinrichtung räumlich benachbart angeordnet sind. Wie in Fig. 5 ge zeigt ist, wird wiederum Licht von der Lichtquelle 1 in den Lichtwellenleiter 2 eingespeist, wobei die entsprechend ausgestaltete Erfassungsvorrich tung 3 an dem anderen Ende des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist, wo bei das von der Erfassungsvorrichtung 3 erfaßte Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt wird und über eine elektrisch signalübertragende Lei tung 8 zu der Baueinheit 5 übertragen wird, in der eine elektrisch wirkende Erfassungseinrichtung 81 angeordnet ist. Von dieser Erfassungseinrich tung 81 kann das schon elektrisch vorliegende Signal für die Druckbean spruchung direkt oder auch gegebenenfalls unter Zwischenschaltung ei nes Wandlers an die elektrischen Anschlüsse 6 zur weiteren Auswertung abgegeben werden. In a further alternative embodiment of the invention, the light source is arranged at one end of the optical waveguide and the detection device at the other end of the optical waveguide, a variable which can be output by the detection device being transmitted via an electrically signal-transmitting line to an electrically acting detection device, wherein at least the light source and the detection device are arranged spatially adjacent. As shown in Fig. 5 ge, in turn, light from the light source 1 is fed into the optical waveguide 2 , the correspondingly designed Erfassungsvorrich device 3 is arranged at the other end of the optical waveguide 2 , where in the light detected by the detection device 3 in a electrical signal is converted and transmitted via an electrically signal-transmitting line 8 to the unit 5 in which an electrically acting detection device 81 is arranged. From this detection device 81 , the signal that is already electrically present for the pressure stress can be emitted directly or optionally with the interposition of a converter to the electrical connections 6 for further evaluation.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der aus der Bauein heit herausgeführte Bereich des Lichtwellenleiters wenigstens teilweise, vorzugsweise über den gesamten Bereich, einen Schutzmantel aufweist, wobei der insbesondere elastisch verformbare Schutzmantel hohlprofilar tig ausgebildet ist, in dem der Lichtwellenleiter eingelegt oder eingearbei tet ist. Eine derartige hohlprofilartige Ausbildung eines Schutzmantels ist beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, wobei der erfindungsgemäße Gedanke nicht auf die gezeigte Form des Schutzmantels 7 beschränkt ist, so daß hier weitere geometrische Formen und Anordnung Verwendung finden können. Der Schutzmantel 7 weist einen Fuß 71 auf, mit dem der Schutz mantel 7 beispielsweise über eine längere Strecke verlegt und somit fest gesetzt werden kann. In dem Schutzmantel ist im Inneren ein Hohlraum 72 angeordnet, wobei an beliebiger Stelle des Schutzmantels 7 bei spielsweise ein Schlitz 73 vorhanden sein kann, in den der Lichtwellenlei ter 2 einlegbar ist. Ist der Schutzmantel 7 insbesondere elastisch verform bar, kann dieser Schlitz 73 beispielsweise eingeschnitten und der Licht wellenleiter 2 eingelegt werden. Denkbar ist auch, den Schlitz 73 in etwa einer Breite des Durchmessers des Lichtwellenleiters 2 auszuführen, wo bei dann nach Einlegen des Lichtwellenleiters 2 der verbleibende Teil des Schlitzes 73 geschlossen wird, so daß der Lichtwellenleiter 2 von dem übrigen elastisch verformbaren Material des Schutzmantels 7 umgeben und somit gegen Beschädigungen geschützt ist. Ebenso ist es denkbar, beim Herstellungsprozeß des Schutzmantels 7 den Lichtwellenleiter 2 direkt mit einzuarbeiten. Damit steht dann ein druckempfindlicher Körper zur Verfügung, an dessen Enden in geeigneter Weise die Lichtquelle 1 beziehungsweise die Erfassungsvorrichtung beziehungsweise die reflek tierende Vorrichtung 4 angebracht werden muß. Auch ist denkbar, in dem Schutzmantel einen Kanal (zum Beispiel Gleitrohr) vorzusehen, in wel chem der Lichtwellenleiter 2 eingezogen wird. Dies hat den Vorteil, daß der Lichtwellenleiter 2 in dem Kanal längsverschiebbar ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß in dem Hohlraum 72 die Leitung 8 eingelegt werden kann oder schon beim Herstellungsprozeß eingelegt ist, wobei auch mehr als ein Lichtwellenleiter 2 und mehr als eine Leitung 8 in den Schutzman tel 7 einbringbar sind. So ist beispielsweise ergänzend denkbar, daß die signalübertragende Leitung 8 nicht nur innerhalb längs des Schutzmantels 7, sondern außerhalb längs des Schutzmantels 7 angeordnet ist. Auch ei ne gleichzeitige Einbringung von Lichtwellenleiter 2 und elektrischer Lei tung 8 in den Schlitz 73 sind denkbar. Weiterhin ist es denkbar, daß die Leitung 8 auch getrennt von dem Schutzmantel 7 verlegt wird.Furthermore, it is provided according to the invention that the area of the optical waveguide led out from the unit has at least partially, preferably over the entire area, a protective sheath, the in particular elastically deformable protective sheath being hollow profiled in which the optical waveguide is inserted or incorporated. Such a hollow profile-like design of a protective jacket is shown, for example, in FIG. 6, the idea according to the invention not being limited to the shape of the protective jacket 7 shown, so that further geometric shapes and arrangements can be used here. The protective jacket 7 has a foot 71 with which the protective jacket 7, for example, laid over a longer distance and can thus be fixed. In the protective jacket, a cavity 72 is arranged inside, wherein at any point of the protective jacket 7, for example, a slot 73 may be present, in which the Lichtwellenlei ter 2 can be inserted. If the protective jacket 7 is particularly elastically deformable, this slot 73 can be cut, for example, and the light waveguide 2 inserted. It is also conceivable, the slot 73 run in approximately a width of the diameter of the optical waveguide 2 where in then, after insertion of the optical waveguide 2, the remaining portion of the slot 73 are closed, so that the optical fiber 2 is surrounded by the rest of the elastically deformable material of the protective jacket 7 and is therefore protected against damage. It is also conceivable to incorporate the optical waveguide 2 directly in the manufacturing process of the protective jacket 7 . This is then a pressure-sensitive body available, at the ends of the light source 1 or the detection device or the reflecting device 4 must be attached in a suitable manner. It is also conceivable to provide a channel (for example a sliding tube) in the protective jacket in which the optical waveguide 2 is drawn. This has the advantage that the optical waveguide 2 is longitudinally displaceable in the channel. It is further provided that in the cavity 72, the line 8 can be inserted or is already inserted during the manufacturing process, with more than one optical waveguide 2 and more than one line 8 can be introduced into the Schutzman tel 7 . For example, it is additionally conceivable that the signal-transmitting line 8 is not only arranged inside the protective jacket 7 , but outside along the protective jacket 7 . Also egg ne simultaneous introduction of optical fiber 2 and electrical Lei device 8 in the slot 73 are conceivable. It is also conceivable that the line 8 is also laid separately from the protective jacket 7 .
Als eine besondere Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß der oder die Lichtwellenleiter und gegebenenfalls die elektrische Leitung oder elektri schen Leitungen direkt von einem elastisch verformbaren Material umge ben sind, das den Schutzmantel bildet. Dadurch ist eine einfache Herstel lung möglich und es entfallen aufwendige Montagearbeiten, da der druck empfindliche Bereich in Form eines länglichen Stranges direkt zur Verfü gung steht.As a special embodiment, it is provided that the or Optical fiber and, if necessary, the electrical line or electri lines directly from an elastically deformable material ben that forms the protective jacket. This makes it easy to manufacture possible and there is no need for complex assembly work because the pressure sensitive area in the form of an elongated strand directly available is available.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Einstellen einer druck empfindlichen Sensorvorrichtung angegeben, wobei von einer Lichtquelle Licht vorgebbarer Intensität, Dauer und/oder Frequenz in den Lichtwellen leiter eingespeist wird und daß von einer am Ende des Lichtwellenleiters angeordneten das Licht reflektierenden Vorrichtung reflektierte und von einer Erfassungsvorrichtung erfaßte Licht als Maß für die Nichtbetätigung der Sensorvorrichtung herangezogen wird. Hierbei werden schon kon struktionsbedingte (statische) Lichtverluste berücksichtigt. Wird bei spielsweise Licht eingespeist, reflektiert und erfaßt, ohne das der Licht wellenleiter druckbeansprucht wird, steht damit ein Maß für die Nichtbetä tigung des druckempfindlichen Bereiches der Sensorvorrichtung zur Ver fügung. Andere, von diesem festgestellten Maß abweichende Werte, ent sprechen somit einer Betätigung der Sensorvorrichtung.Furthermore, a method for setting a pressure is according to the invention Sensitive sensor device specified, being from a light source Light of predeterminable intensity, duration and / or frequency in the light waves is fed in and that of one at the end of the optical fiber arranged the light reflecting device and reflected by light detected by a detector as a measure of the non-actuation the sensor device is used. Here are already structural (static) light losses are taken into account. Will at for example, light is fed in, reflected and detected without the light If the waveguide is subjected to pressure, it is a measure of the non-actuation adjustment of the pressure-sensitive area of the sensor device for ver addition. Other values deviating from this determined value, ent speak thus an actuation of the sensor device.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensorvorrichtung druckbeansprucht wird und das dann reflektierte und erfaßte Licht bei gleichbleibender Einspeisung als Maß für die Betätigung der Sensorvor richtung herangezogen wird. Hierbei werden also die zusätzlichen Licht verluste berücksichtigt. Erfolgt, wie schon beschrieben, die Auswertung diskret (beispielsweise mittels des Schwellwertschalters) reicht eine ein zige Druckbeanspruchung aus, um die Sensorvorrichtung einzustellen. In a development of the invention it is provided that the sensor device is subjected to pressure and the then reflected and detected light constant feed as a measure for the actuation of the sensor direction is used. So here the additional light losses are taken into account. As already described, the evaluation takes place One submits one discreetly (for example using the threshold switch) pressure to adjust the sensor device.
Dabei ist es denkbar, daß der Schwellwert des Schwellwertschalters in Abhängigkeit des Maßes sowohl für die Nichtbetätigung als auch für die Betätigung der Sensorvorrichtung angepaßt wird. Sollen mit der Sensor vorrichtung genaue Werte für den Druck gemessen und angezeigt wer den, empfiehlt es sich, die Betätigung mehrfach mit insbesondere definier ten Druckwerten durchzuführen, um somit die Sensorvorrichtung zu kali brieren beziehungsweise zu eichen (wobei unter "eichen" ein amtlicher Kalibrierungsvorgang zu verstehen ist).It is conceivable that the threshold of the threshold switch in Dependency of the measure both for the non-actuation and for the Operation of the sensor device is adjusted. Should with the sensor device measured and displayed accurate values for the pressure it is advisable to define the operation several times with in particular th pressure values in order to calibrate the sensor device to burn or to calibrate (whereby under "calibrate" an official Calibration process is to be understood).
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, daß ein Maß für die Betätigung der Sensorvorrichtung automatisch nach Feststel lung des Maßes für die Nichtbetätigung durch Verminderung dieses Ma ßes um eine vorgebbare Größe berechnet wird. Wird als Maß für die Nichtbetätigung beispielsweise 100% angenommen, daß heißt, daß das gesamte eingespeiste Licht auch reflektiert wird, ist es denkbar, daß, un ter Berücksichtigung einer Fehlergrenze oder Toleranzgrenze, alle unter 100% liegenden Werte (alle Werte beispielsweise kleiner als 90%) als Maß für die Betätigung herangezogen werden. So kann zum Beispiel das Maß für die Betätigung durch Division oder Subtraktion um eine vorgeb bare Größe aus dem Maß für die Nichtbetätigung berechnet werden. Auf grund dieser automatischen Einstellung ist es möglich, unabhängig von Fehlern und Toleranzen der einzelnen Komponenten die gesamte Sen sorvorrichtung automatisch einzustellen. In Ergänzung dazu ist es denk bar, daß für den Fall, wenn das von der Erfassungsvorrichtung erfaßte Licht unter einem vorgebbaren Wert liegt, der eine zuverlässige Auswer tung nicht gestattet, daß dann die Lichtleistung der Lichtquelle erhöht wird. Somit werden Alterungserscheinungen oder Fehler (zum Beispiel durch Trübung oder Teilbrüche) ausgeglichen beziehungsweise berück sichtigt.In a further embodiment of the invention, it is conceivable that a Measure for the actuation of the sensor device automatically according to the fix the measure for the non-actuation by reducing this measure ßes is calculated by a predeterminable size. Used as a measure of the Non-actuation, for example, assumed 100%, that is, that entire injected light is also reflected, it is conceivable that, un taking into account an error limit or tolerance limit, all under 100% values (all values for example less than 90%) than Measure for the actuation can be used. For example, it can Measure of actuation by division or subtraction by a predetermined real size can be calculated from the measure for non-actuation. On Because of this automatic setting it is possible to be independent of Errors and tolerances of the individual components the entire sen automatically adjust the sensor device. In addition to that, it is think bar that in the event that that was detected by the detection device Light is below a predeterminable value, which is a reliable indicator tion not allowed that then increases the light output of the light source becomes. Thus, signs of aging or errors (for example due to turbidity or partial breaks) compensated for or eliminated inspects.
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