DE19726731C1 - Sensorkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein druckempfindliches Sensorkabel, bestehend aus einem langgestreckten Grundkörper, der von zwei Lichtwellenleitern spiralförmig umgeben ist, die im Abstand voneinander und parallel zueinander am Grundkörper anliegen und die an einem Ende miteinander verbunden sind.

Lichtwellenleiter haben die Eigenschaft aufgrund der Verände­ rung der Dämpfung auf Druck sehr empfindlich zu reagieren, wobei sich die Dämpfung bei kleinen Biegeradien ändert. Dabei sind zwei Effekte von erheblicher Bedeutung, nämlich zum ei­ nen das "Macrobending", d. h. eine Makrokrümmung, welche eine Signaldämpfung hervorruft durch entsprechende Biegung des Sensors, wodurch sich der Reflexionswinkel zwischen dem Glas­ kern und dem Mantel des Lichtwellenleiters derart ändert, daß keine vollständige Reflexion mehr auftritt, wodurch Tei­ le des Lichtsignals in den Mantel übergehen und zum anderen das sogenannte "Mikrobending", d. h. eine Mikrokrümmung, wel­ che durch lokale Spannungen der Lichtwellenleiter entsteht, die zu Brechzahlschwankungen des Glaskerns der einzelnen Lichtwellenleiter führt.

Derartige Signaldämpfungen können bewußt durch einen mecha­ nischen Druck erzeugt werden, so daß ein derartiger Aufbau als druckempfindlicher Sensor eingesetzt werden kann.

Aus der DE 195 34 260 C1 ist ein faseroptischer Belastungssensor bekannt, der eine Anordnung aufweist mit einer, ein Lichtein­ tritts- und ein Lichtaustrittsende aufweisenden Lichtleitfaser­ anordnung, bei dem eine auf die Lichtleitfaseranordnung einwir­ kende Belastung über vom Lichteintrittsende zum Lichtaustritt­ sende übertragenes Licht aufgrund von Biegeradiusänderungen der die Lichtleitfaseranordnung bildenden Lichtleitfasern erfaßt wird. Die Lichtleitfaseranordnung besteht aus zwei Lichtleitfa­ sern, die gemeinsam um eine Kunststoffseele gleichsinnig gewic­ kelt sind, wobei das Lichteintritts- und das Lichtaustrittsende am selben Ende der Kunststoffseele angeordnet sind. Die Biege­ radiusänderungen werden durch eine auf der Kunststoffseele angeordnete Störstruktur hervorgerufen, wobei die Lichtleitfa­ ser und die Störstruktur von einer eine radiale Vorspannung erzeugenden Schutzhülle umgeben ist. Die beiden Lichtleitfasern sind miteinander verdrillt und derart um die Kunststoffseele gewickelt, daß sie zugleich die Störstruktur bilden.

Damit ist z. B. bei Einbettung in eine Fahrbahndecke die Detek­ tion von Fahrzeugen möglich, welche den Belastungssensor über­ fahren.

Aus der DE 39 42 556 A1 ist schließlich ein Lichtwellen­ leiter-Dehnungssensor bekannt, der aus einem zentralen primär be­ schichteten Lichtwellenleiter und zwei um den zentralen Licht­ wellenleiter im Kreuzschlag verseilten Glasfäden besteht sowie aus einer den Verseilverband umgebenden Schutzhülle; dies führt zu einem temperaturunempfindlichen Lichtwellenleiter-Dehnungssensor, der insbesondere als Dehnungssensor für Inge­ nieurbauwerke geeignet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckempfindli­ ches Sensorkabel zu schaffen, dessen Ansprechverhalten durch einfache Variation des Aufbaus variierbar ist, das ein gleich­ mäßiges Ansprechverhalten über den gesamten Umfang und die gesamte Länge aufweist und das gegenüber den herkömmlichen faseroptischen druckempfindlichen Sensorkabeln ein erheblich verbessertes Ansprechverhalten auf Druck aufweist.

Ausgehend von einem Sensorkabel der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß ein Grundkörper aus einer weichen Faser verwendet wird, welcher von einem Ge­ flecht aus weichen Fasern umgeben ist, in welches die beiden Lichtwellenleiter parallel zueinander und im Abstand voneinan­ der eingebettet sind, wobei diese den Grundkörper spiralförmig umgeben. Durch die Variation der Durchmesser und der Anzahl der Fasern des Geflechtes läßt sich das Ansprechverhalten variie­ ren und die Gefahr der Zerstörung der Lichtwellenleiter durch zu enge Biegeradien im Geflecht verhindern; durch die Verwen­ dung eines Geflechts wird ein Versatz der beiden Lichtwellen­ leiter zueinander sichergestellt und dadurch ein gleichmäßiges Ansprechverhalten über den gesamten Umfang und die gesamte Länge des Sensorkabels gewährleitet; des weiteren wird durch die Verwendung eines Geflechts mit den eingebetteten Lichtwel­ lenleitern eine hohe Anzahl von Kreuzungspunkten und damit von Druckpunkten erzielt, die das Ansprechverhalten des Sensorka­ bels auf Druck erheblich verbessern.

Das erfindungsgemäße druckempfindliche Sensorkabel kann in jeder beliebigen Länge hergestellt werden, vorzugsweise durch Klöppeln oder Flechten, wobei eine Fixierung der Lichtwellen­ leiter z. B. durch Klebestellen entfällt. Das Geflecht bietet nicht nur einen gleichmäßigen Aufbau, sondern erlaubt auch durch Veränderung der Maschenweite ein variierbares Ansprech­ verhalten. Bei einem Versatz der beiden Lichtwellenleiter von z. B. 180° zueinander bleibt die Anordnung auch bei Entlastung des Sensorkabels vom Druck erhalten, da die beiden Lichtwellen­ leiter durch das Einbetten in das Geflecht fixiert werden und ein homogenes Gebilde ergeben, so daß das Sensorkabel über seine gesamte Länge immer die gleichen technischen Daten lie­ fert.

Eine zusätzlich aufgebrachte, das Geflecht eng umschließende Schutzhülle, z. B. ein Schrumpfschlauch bietet Schutz gegen äußere Einflüsse wie z. B. Feuchtigkeit.

Das druckempfindliche Sensorkabel gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zur Überwachung des Verkehrs z. B. als Ampel­ schaltung an Straßenkreuzungen, als Geschwindigkeitsmesser, als Meßanordnung für das Verkehrsaufkommen, als Personen­ schutz-Abstandswarner z. B. in Bahnhöfen, als Signalgeber für ein- und durchfahrende Züge, zur Einbruchsicherung in Wohnhäu­ sern, beispielsweise im Fensterbereich sowie als Meßanordnung für an- und abrollende Flugzeuge auf Flughäfen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten sind in den technischen Gebieten des Zählens, Wiegens, Messens und Erfassens von Daten zu sehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schema­ tisch dargestellt ist; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils eines erfin­ dungsgemäßen Sensorkabels, und

Fig. 2 einen Schnitt durch dieses Sensorkabel.

In den beiden Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bedeutet 1 einen Grundkörper aus einer weichen Faser, auf dem ein Geflecht aus ebenfalls weichen Fasern 4, 5 mit darin eingebetteten Lichtwellenleitern 2, 3 aufgebracht ist. Mit 6 ist eine Schutzschicht bezeichnet z. B. ein Schrumpfschlauch, der das druckempfindliche Sensorkabel über die gesamte Länge umgibt. Der Grundkörper kann einen zy­ lindrischen Querschnitt aufweisen und an seiner Oberfläche mit achsparallelen Längsnuten versehen sein oder auch einen vielec­ kigen Querschnitt aufweisen.

Der Grundkörper 1 wird dabei durch die als Geflecht ausgebilde­ ten weichen Fasern 4 und 5 spiralförmig umwickelt, wobei ein Teil 4 des Geflechtes parallel zu den im Geflecht eingebetteten beiden Lichtwellenleitern 2, 3 verläuft und den Grundkörper 1 umgibt, während der andere Teil 5 der Fasern des Geflechts in entgegengesetzter Richtung den Grundkörper 1 umgibt. Die beiden Lichtwellenleiter 2, 3 sind an einem Ende z. B. durch eine Schlaufe miteinander verbunden, so daß der Lichteintritt und der Lichtaustritt in die beiden miteinander verbundenen Licht­ leitfasern am gegenüberliegenden Ende erfolgt.

Auf das dadurch gebildete Geflecht 2, 3, 4, 5 wird ein z. B. bei niedrigen Temperaturen schrumpfender Schlauch 6 aufgezogen und bei entsprechender Temperatur aufgeschrumpft. Nachdem das Lichteintrittsende und das auf der gleichen Seite angeordnete Lichtaustrittsende mit entsprechenden Steckern konfektioniert ist, erhält man das erfindungsgemäße druckempfindliche Sensor­ kabel, welches eine hohe Anzahl von Kreuzungspunkten und somit von Druckpunkten aufweist, mit Fixierung der beiden, parallel zueinander jedoch im Abstand voneinander angeordneten, eng am Grundkörper 1 anliegenden Lichtleitfasern 2, 3, wobei das Sen­ sorkabel in jeder beliebigen Länge äußerst wirtschaftlich hergestellt werden kann. Das Geflecht bietet einen gleichmäßi­ gen Aufbau mit einem variierbaren Ansprechverhalten durch Än­ dern der das Geflecht bildenden Fasern 4, 5 hinsichtlich Ab­ stand zueinander, Kreuzschlag und Durchmesser. Aufgrund des Schrumpfschlauches 6 ist das Sensorkabel beständig gegen Feuch­ tigkeit.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden n-Fasern rechtsdrehend sowie n-Fasern zusammen mit zwei um 180° zueinan­ der versetzten Lichtwellenleitern linksdrehend als Geflecht auf einem Grundkörper aufgebracht. Die Grunddämpfung soll dabei so klein wie möglich sein, z. B. 1,5-2,0 dB/m, während das An­ sprechverhalten , d. h. die Reaktionsempfindlichkeit, so groß wie möglich sein soll, z. B. 0,25 dB/kg. Das Geflecht wird vor­ teilhafterweise entweder durch Klöppeln oder Flechten erzeugt.

Durch den Einsatz von weichen Fasern für das Geflecht und als Grundkörper wird gewährleistet, daß keine unnötigen Druckstel­ len bei der Fertigung des Geflechtes entstehen, wie es bei harten Materialien, z. B. Metallfasern, der Fall wäre. Durch den gleichmäßigen Abstand der Fasern voneinander und der Lichtwel­ lenleiter voneinander und durch den Einsatz des Geflechts er­ hält man über die gesamte Länge des Sensorkabels die gleichen technischen Daten.

Durch Veränderung der Schlaglänge kann die Grunddämpfung beein­ flußt werden; durch vorgegebene Anordnung der Fasern des Ge­ flechtes wird die Reaktionsempfindlichkeit optimiert.

Durch den Aufbau des Geflechts werden die Lichtwellenleiter immer im gleichen Abstand voneinander gehalten, so daß keine zusätzlichen Klebepunkte erforderlich sind. Dies ist ein erheb­ licher Vorteil gegenüber Sensorkabeln, die durch Verseilen und Verdrillen hergestellt werden.

Claims (5)

1. Druckempfindliches Sensorkabel, bestehend aus einem langge­ streckten Grundkörper, der von zwei Lichtwellenleitern spi­ ralförmig umgeben ist, die im Abstand voneinander und par­ allel zueinander am Grundkörper anliegen und die an einem Ende miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) eine weiche Faser ist und daß die beiden Lichtwellenleiter (2, 3) in ein Geflecht (4, 5) aus weichen Fasern eingebettet sind, wobei ein Teil (4) von parallel zueinander verlaufenden Fasern des Geflechts den Grundkörper im Wicklungssinn der Lichtwellenleiter und da­ mit parallel zu den Lichtwellenleitern umgibt und ein ande­ rer Teil (5) von parallel zueinander verlaufenden Fasern den Grundkörper entgegengesetzt zum Wicklungssinn der Lichtwellenleiter und damit unter einem Winkel zu den Lichtwellenleitern umgibt.

2. Sensorkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen im wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist und mit achsparallelen Längsnuten versehen ist.

3. Sensorkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen vieleckigen Querschnitt auf­ weist.

4. Sensorkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geflecht von einem Schrumpfschlauch (6) umgeben ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sensorkabels nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Geflecht mit den eingebetteten Lichtwellenleitern durch ein Klöppel- oder Flechtverfah­ ren erzeugt wird.