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DE69103559T2 - Abstandsdetektionsanordnung einer physikalischen Grösse durch Reflektion. - Google Patents

Abstandsdetektionsanordnung einer physikalischen Grösse durch Reflektion.

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DE69103559T2
DE69103559T2 DE69103559T DE69103559T DE69103559T2 DE 69103559 T2 DE69103559 T2 DE 69103559T2 DE 69103559 T DE69103559 T DE 69103559T DE 69103559 T DE69103559 T DE 69103559T DE 69103559 T2 DE69103559 T2 DE 69103559T2
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sensor
reflection
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optical
polarizer
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Michel Lequime
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Bertin et Cie SA
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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe aus der Entfernung durch Reflexion, welche eine inkohärente Lichtquelle aufweist, die mittels einer optischen Faser mit einem Sensor mit einem doppelbrechenden empfindlichen Element verbunden ist, welches der zu messenden physikalischen Größe unterliegt und in welchem das Licht eine periodische Modulation des Spektrums erfährt.
  • Solche Sensoren sind bereits bekannt (Französische Patentschrift 2 595 820 der Anmelderin) und werden zum Messen physikalischer Größen, wie der Temperatur, einem Magnetfeld, einer Position, einer Verschiebung u.s.w., aus der Entfernung verwendet.
  • Bei diesen Sensoren ist das Ende der optischen Faser im Brennpunkt einer Kollimationslinse angeordnet, deren optische Achse mit dem empfindlichen Element ausgerichtet ist. Wenn der Sensor in Transmission betrieben wird, ist das genannte empfindliche Element ein Polarisator, der von einem Analysator und einer zweiten Kollimationslinse gefolgt wird, die mit einer optischen Faser verbunden ist, welche an ein spektrales Lichtanalysegerät angeschlossen ist.
  • Wenn der Sensor in Reflexion betrieben wird, ist dem empfindlichen Element immer ein Polarisator vorgelagert, wird jedoch von einem Spiegel gefolgt, welcher den einlangenden Lichtfluß reflektiert, der wieder das empfindliche Element, den Polarisator und die Kollimationslinse passiert, um wieder in die optische Faser zu gelangen, an welche ein spektrales Analysegerät über einen Y-Verteiler angeschlossen ist.
  • Aufgrund der geringen Abmessungen des Kerns der optischen Faser muß der Reflexionsspiegel mit großer Genauigkeit normal zur optischen Achse ausgerichtet sein, um einen maximalen Lichtfluß in das Innere der optischen Faser zurückzuführen. Beispielsweise muß die Abweichung von der Rechtwinkeligkeit des Spiegels bezüglich der optischen Achse der Vorrichtung geringer als 3 Winkelminuten sein, um den Verlust des in die optische Faser zurückgeworfenen Lichtes unter 1dB zu halten, wenn der Kern der optischen Faser in der Größenordnung von 0,1 mm liegt und die Brennweite der Kollimationslinse 10 mm beträgt.
  • Eine solche Genauigkeit bei der Positionierung des Spiegels ist schwierig zu erreichen und über längere Zeit aufrecht zu erhalten.
  • Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird bei klassischen Lösungen der Durchmesser des Kerns der optischen Faser vergrößert oder die Brennweite der Kollimationsoptik verringert. Es ist jedoch schwierig, die Brennweite auf unter 1 mm zu verringern und optische Fasern zu verwenden, deren Kerndurchmesser größer 0,2 mm ist. Überdies entsteht dabei eine starke Divergenz der kollimierten Lichtstrahlen, die ebenso einen empfindlichen Verlust von Lichtfluß führt, wenn der Abstand zwischen der Kollimationslinse und dem Spiegel groß im Vergleich zu der Brennweite ist.
  • Eine andere klassische Lösung besteht darin, die optische Faser bezüglich der Kollimationslinse zu defokussieren. Dies führt hingegen zu einem erheblichen Verlust des in die optische Faser zurückgeworfenen Lichtflusses, welcher abhängig von der Defokussierung in der Größenordnung bei 5 bis 10 dB liegen kann.
  • Aus dem Dokument EP-A-130 337 ist bekannt, einen Retro-Reflektor mit Mikrokugeln oder Mikroprismen zu verwenden, um einen Lichtfluß in die optische Faser einzulelten und so eine äußerst genaue Positionierung des Retro-Reflektors bezüglich der optischen Faser zu vermeiden. Jedenfalls kann ein solches Mittel nicht unverändert angewendet werden, wenn die optische Faser mit einem Sensor mit Codierter spektraler Modulation verbunden ist, da der Retro-Reflektor eine Störung der periodischen spektralen Modulation des in die optische Faser eingeleiteten Lichtflusses verursacht.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, eine einfache, wirkungsvolle und zuverlässige Lösung dieses Problems aufzusuchen, die einen minimalen Rückführverlust garantiert.
  • Sie hat ebenso eine Verbesserung der Leistung eines Sensors der oben genannten Art zum Ziel.
  • Aus diesem Grund wird eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe aus der Entfernung auf Grundlage von Reflexion und unter Ausnutzung des Prinzips einer Codierung durch spektrale Modulation des Lichtes vorgeschlagen, welche aufweist: eine inkohärente Lichtquelle, die mittels einer optischen Faser mit einem Sensor mit einem der zu messenden Größe ausgesetzten doppelbrechenden Element verbunden ist, in welchem das Licht periodisch moduliert wird, eine Kollimationslinse und einen Polarisator, die zwischen der optischen Faser und dem empfindlichen Element des Sensors angeordnet sind, und ein optisches Reflexionsmittel, welches an dem der Faser gegenüberliegenden Ende des Sensors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Typ des optischen Reflexionsmittels katadioptrisch ist, bei welchem die Reflexionsrichtung parallel zur Einfallsrichtung ausgerichtet ist, und daß zwischen dem empfindlichen Element und dem Reflexionsmittel ein zweiter Polarisator angeordnet ist, wobei die zwei Polarisatoren gekreuzt oder parallel sind und bezüglich der neutralen Achsen des empfindlichen Elementes des Sensors unter 45º ausgerichtet sind.
  • Die Verwendung eines katadioptrischen Reflektors ermöglicht eine maximale Rückführung des Lichtflusses in die optische Faser. Die Totalreflexion des Lichtflusses an den Flächen des katadioptrischen Elements macht sich jedoch durch eine parasitäre und feine Störung zur Kalibrierung der periodischen Modulation des von der Quelle emittierten Lichtflusses durch den Sensor bemerkbar. Die Anwesenheit des zweiten Sensors, der zwischen dem Reflektor und dem empfindlichen Element angeordnet ist, ermöglicht es, Interferenzen, welche von dem empfindlichen Element ausgehen, von dem Reflektor fernzuhalten und die den Durchgängen durch das empfindliche Element in beiden Richtungen zugeordneten spektralen Durchlässigkeiten in Serie zu schalten, ohne zusätzliche erhebliche Verluste zu verursachen.
  • Die zur Modulation des Lichtflusses verwendete Amplitude ist im Vergleich zu jener eines klassischen Sensors, der in Transmission betrieben wird, im wesentlichen unverändert, wobei das kontinuierliche Hintergrundsignal geringer ist, was bei der verwendeten Frequenz zu einem erhöhten Modulationsindex führt. Die Sichtbarkeit der Modulation bei der verwendeten Frequenz ist daher verbessert. Überdies stellt die Rückführung des Lichtflusses in die optische Faser keine Probleme dar und kann einfach hergestellt und über längere Zeit aufrecht erhalten werden.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird das optische Reflexionsmittel von einem Prisma gebildet, dessen Spitze an der optischen Achse des Sensors und diesem Sensor gegenüberliegend angeordnet ist.
  • Die Flächen des Prismas werden bezüglich des ersten Polarisators in der Weise ausgerichtet, daß nach dem zweiten Durchgang durch den zweiten Polarisator ein maximaler Lichtfluß erhalten wird.
  • Bei einer Variante ist das Reflexionsmittel eine P/4 oder 3P/4 "SELFOC"-Linse mit einer metallbeschichteten Rückseite.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erlindung sind die Kollimationslinse (eine "SELFOC"), die zwei Polarisatoren, der Sensor und das optische Reflexionsmittel koaxial in einem Gehäuse oder einer zylindrischen Hülse, die aus einem metallischen oder dielektrischen Material gefertigt ist, wie beispielsweise eine Kapillarröhre, untergebracht.
  • So erhält man einen sehr einfachen und handlichen Sensor mit sehr geringen Abmessungen (mit einem Außendurchmesser von 2 bis 4 mm bei den Ausführungsformen) und mit einer leichten Konstruktion.
  • Die Erfindung und weitere Merkmale, Details und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in welcher auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die zeigen:
  • Figur 1 schematisch einen Reflexionssensor gemäß dem Stand der Technik,
  • Figur 2 schematisch einen erfindungsgemäßen Reflexionssensor und
  • Figuren 3 und 4 schematische Ansichten von zwei möglichen Ausführungsformen der Erfindung in je einem Axialschnitt.
  • Vorerst wird auf die Figur 1 Bezug genommen, in welcher schematisch ein Sensor gemaß dem Stand der Technik dargestellt ist, der in Transmission betrieben wird und eine optische Vielfachmodusfaser 10 aufweist, die zwischen einer inkohärenten Lichtquelle 12 und einem Sensor mit einer Kollimationslinse 16, einem Polarisator 18, einem doppelbrechenden Kristall 20, welcher der zu messenden physikalischen Größe (z.B. der Temperatur) unterliegt, und ein ebener Spiegel 22 zur Totalreflexion aufweist, welcher normal zur optischen Achse 24 der Vorrichtung ausgerichtet ist.
  • Ein Y-Verteiler 26 verbindet die optische Faser 10 mit einem Gerät 14 zur spektralen Analyse des Lichts (wie zum Beispiel ein demodulierendes Interferometer).
  • Die Funktionsweise eines solchen Sensors ist die folgende:
  • Das von der Quelle 12 emittierte Licht wird durch die optische Faser 10 zu dem Sensor übertragen, beim Durchgang durch den Polarisator 18 linear polarisiert und zu dem Kristall 20 weitergeleitet, wobei es in einer Ebene polarisiert ist, die bezüglich der ordentlichen und außerordentlichen Achsen des Kristalls 20 geneigt ist. Diese Neigung beträgt vorzugsweise 45º. Beim Durchgang durch den Kristall teilt sich der Lichtfluß in zwei normal zueinander polarisierte Wellen, die unterschiedliche Geschwindigkeiten besitzen, sodaß diese zwei Wellen bei dem Verlassen des Kristalls phasenverschoben sind. Der den Kristall verlassende Lichtfluß wird von dem Spiegel 22 reflektiert, durchquert wieder den Kristall 20, danach den Polarisator 18 und wird durch die Kollimationslinse 16 wieder in die optische Faser zurückgeführt. Dieser Lichtfluß wird letztlich zu dem spektralen Analysegerät 14 übertragen.
  • Am Ausgang des Sensors ist die spektrale Verteilung des Lichtflusses mit einer Frequenz moduliert, die von dem Gangunterschied in dem Sensor abhängig ist, welcher sich in Abhängigkeit von der physikalischen Größe verändert, auf welche der doppelbrechende Kristall 20 anspricht.
  • Die Messung dieses Gangunterschiedes ermöglicht daher das Bestimmen des Wertes der auf den Kristall 20 einwirkenden physikalischen Größe, vorzugsweise anhand einer Eichung.
  • Wie weiter oben angeführt, muß der Spiegel 22 jedoch mit großer Genauigkeit normal zur optischen Achse 24 ausgerichtet sein, da jede Abweichung zu einer erheblichen Verringerung des in das spektrale Analysegerät 14 übertragenen Lichtflusses führt.
  • Wenn die Brennweite der Linse 16 mit f, der Kernstrahl der optischen Faser mit r und der Winkel zwischen der optischen Achse 24 und der Normalen auf den Spiegel 22 mit a bezeichnet wird, ergibt sich der Koeffizient für die Rückführung des Lichtflusses in die optische Faser 10 nach der Reflexion durch den Spiegel 22 durch die folgende Beziehung:
  • T = 2/π(Θ-cosΘ sinΘ) mit r cosΘ = f a
  • Ein Verlust der Rückführung geringer als 1dB bedihgt einen Winkel a kleiner 3 Winkelminuten, wenn die Brennweite f 10 mm beträgt und der Kernstrahl der optischen Faser 0,05 mm ist.
  • Diese Genauigkeit ist äußerst schwer zu erreichen und über längere Zeit aufrecht zu erhalten, sodaß eine fehlerhafte Ausrichtung des Spiegels bezüglich der optischen Achse der Vorrichtung zu einem Verlust von Information in dem spektralen Analysegerät führen kann.
  • Die in Figur 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein Überwinden dieser Nachteile.
  • Bei dieser Vorrichtung findet man an dem Ende der optischen Faser 10 einen Sensor, der die Kollimationslinse 16, den Polarisator 18 und den doppelbrechenden Kristall 20, der auf die zu messende physikalische Größe anspricht, aufweist, welche dieselben sind wie bei dem Sensor von Figur 1.
  • Erfindungsgemaß ist der Spiegel 22 durch einen katadioptrischen Reflektor ersetzt, bei welchem die Reflexionsrichtung des Lichtes ständig parallel zur Einfallsrichtung ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird dieser Reflektor durch ein totalreflektierendes Prisma 28 gebildet, dessen Spitze 30 auf der optischen Achse 24 der Vorrichtung liegt und auf der dem Sensor abgewandten Seite angeordnet ist. Zwischen dem Kristall 20 und dem Reflektor 28 ist überdies ein zweiter Polarisator angeordnet, dessen Polarisationsrichtung parallel oder normal bezüglich jener des ersten Polarisators 18 und daher unter 45º bezüglich der ordentlichen und außerordentlichen Achsen des Kristalls 20 ausgerichtet ist.
  • Die relative Ausrichtung des zweiten Polarisators 32 und der Flächen des Prismas 28 wird so vorgenommen, daß der nach der Reflexion in dem Prisma 28 und dem Durchgang durch den zweiten Polarisator 32 transmittierte Lichtfluß maximal ist (minimale Phasenverschiebung bei der Reflexion).
  • Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist die folgende:
  • Die optische Faser 10 liefert einen unpolarisierten Lichtfluß mit einer spektralen Verteilung P&sub0;( ).
  • Nach Durchgang durch den ersten Polarisator 18 ist dieser Fluß 1/2P&sub0;( ).
  • Nach Passieren des Kristalls 20 und des zweiten Polarisators 32 ist die spektrale Verteilung des polarisierten Flusses die folgende:
  • P&sub1;( ) = ¼P&sub0;( )[1+cos(2π Δ)] mit Δ = e(ne-n&sub0;),
  • wobei mit e die Dicke des Kristalls 20 bezeichnet wird, ne und n&sub0; der außerordentliche bzw. ordentliche Brechungsindex des Kristalls 20 sind.
  • Der das Prisma 28 passierende und an den Flächen desselben reflektierte Lichtfluß ist elliptisch polarisiert, wobei die Ausrichtung und die Elliptizität dieser Polarisation von der Wellenlänge nahezu unabhängig sind.
  • Der zweite Durchgang durch den Polarisator 32 bewirkt eine Projektion des elliptischen Polarisationszustandes auf die Durchgangsrichtung des Polarisators 32, was zu einer folgenden spektralen Verteilung führt.
  • P&sub1;'( ) = ¼P&sub0;( )cos²δ[1+cos(2π Δ)],
  • wo δ gering und unabhängig von der Wellenlänge ist. Eine ordnungsgemäße Ausrichtung des Prismas 28 bezüglich des zweiten Polarisators 32 ermöglicht einen Wert für cosδ in der Nähe von 1.
  • Nach dem zweiten Durchgang des Sensors 20 erhält man die abschließende Verteilung des Lichtflusses:
  • P&sub2;( ) = 1/8P&sub0;( )cos² δ[1+cos(2π Δ)]²
  • = 3/16P&sub0;( )cos²δ[1+4/3cos(2π Δ)+1/3cos(4π Δ)]
  • Im Vergleich dazu, erhält man am Ausgang des Sensors von Figur 1 die folgende Verteilung:
  • P&sub2;'( ) = ¼P&sub0;( )[1+cos(4π Δ)],
  • Dieser Lichtfluß kann in der Folge auf ein demodulierendes Interferometer gerichtet werden, dessen Gangunterschied Δ&sub0; nahe bei Δ liegt, wodurch ein Signal S erhalten wird, das durch die folgende Beziehung gegeben ist:
  • S = 3/32cos²δ &sub0;(Δ-Δ&sub0;)[1+2/3cos(2π &sub0;(Δ-Δ&sub0;))],
  • bei welcher mit &sub0; die Fourier-Transformierte von P&sub0; und mit &sub0; die mittlere Wellenlänge der Lichtquelle bezeichnet sind.
  • Mit einem Sensor wie jenem von Figur 1 und einem auf die Frequenz 2Δ abgestimmten demodulierenden Interferometer erhält man das folgende Signal S':
  • S' = 1/8 &sub0;(2Δ-Δ)[1+½cos(2π &sub0;(2Δ-Δ&sub0;))],
  • Der Vergleich der Signale S und S' zeigt, daß:
  • 1. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine nutzbare Modulationsamplitude erhalten wird, die gleich ist:
  • 1/16 &sub0;(Δ-Δ&sub0;)cos²δ cos(2π &sub0;(Δ-Δ&sub0;))
  • Diese nutzbare Modulationsamplitude ist identisch mit jener, die man bei der Vorrichtung nach Figur 1 erhält, wenn der Spiegel 22 perfekt normal auf die optische Achse 24 ausgerichtet ist (angenommen cos²δ = 1), was gleichbedeutend damit ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Rückführung in die optische Faser 10 keinen Verlust an nutzbarem Lichtfluß verursacht.
  • 2. Der kontinuierliche Untergrund des Signals ist geringer, was einem höheren Modulationsindex bei der benutzten Frequenz entspricht (2/3 anstatt 1/2), sodaß eine bessere Sichtbarkeit des Interferenzphänomens erzielt wird.
  • 3. Das demodulierende Interferometer 14 besitzt einen Kristall mit gleicher Dicke wie jener, der das empfindliche Element 20 bildet. Dadurch, daß die verwendete Frequenz bei Δ (und nicht bei 2Δ) liegt, wird das Interferometer zur Detektion gewöhnlicherweise durch einfachen Durchgang des Lichtflusses betrieben.
  • 4. Der Aufwand bei der präzisen Positionierung des optischen Mittels zur Reflexion unterbleibt. Die einzige erforderliche Ausrichtung ist jene der Spitze 30 des Prismas 28, welche auf der optischen Achse 24 angeordnet werden muß, wobei diese Einstellung nicht kritisch ist, nicht mehr, als die Ausrichtung der Flächen des Prismas.
  • 5. Man kann eine zusätzliche Detektion bei 2Δ vornehmen und, wie bei bekannten Multiplextechniken, zwei Informationen nützen (man verwendet in dem Interferometer zur Detektion zwei abstimmbare Kristalle, den einen auf Δ und den anderen auf 2Δ). Die gleichzeitige Messung dieser zwei Informationen ermöglicht eine Bestätigung der Bestimmung der Phase des Signals und liefert ein integriertes Mittel zur permanenten Neukalibrierung der Vorrichtung zur Detektion (insbesondere, um ein eventuelles Abtriften der Wellenlänge der Quelle zu kompensieren).
  • Das Prisma 28 kann durch jedes katadioptrische Reflexionselement ersetzt werden, bei welchem die reflektierten Lichtstrahlen immer parallel zu den einfallenden Strahlen sind. Man kann beispielsweise eine Linse mit der Markenbezeichnung "SELFOC" der Type P/4 oder 3P/4 mit einer metallbeschichteten Rückseite oder eine Sammellinse mit einem ebenen Spiegel in ihrer Brennebene verwenden.
  • Ebenso kann ein "leeres" Prisma verwendet werden, das heißt eines mit drei zueinander normalen ebenen Wänden, die reflektierend oder innen metallbeschichtet sind, oder gewöhhliches Prisma, dessen drei normale Flächen außen metallbeschichtet sind.
  • In den Figuren 3 und 4 sind zwei praktische Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
  • Die Vorrichtung der Figur 3 weist ein metallisches Gehäuse 34 in Form eines Zylinders auf, in welchem die aus einer "SELFOC"-Linse gebildete Kolationsoptik 16, die zwei Polarisatoren 18 und 32, das Prisma 28 und ein Quarzkristall 20, welcher das empfindliche Element des Sensors bildet, enthalten sind. Die optische Faser 10 ist im Inneren eines Ringes 36 an einem Ende des Gehäuses 34 befestigt. Die Länge dieses Gehäuses kann in der Größenordnung von 30 bis 40 mm liegen, sein Durchmesser bei 4 mm.
  • Bei der Figur 4 sind die Kollimationsoptik, die durch eine "SELFOC"-Linse 16 gebildet wird, die zwei Polarisatoren 18 und 32, das aus Kalzit hergestellte empfindliche Element 20 und eine "SELFOC"-Linse 38 mit einer metallbeschichteten Rückseite 40 im inneren einer Kapillarröhre 42 aus Glas untergebracht. Die Vorrichtung besitzt einen Durchmesser etwas unter 2 mm und eine Länge in der Größenordnung von 10 mm.
  • Bei der Erfindung ist ebenso vorgesehen, zur Reduzierung der kontinuierlichen Komponente bei der Demodulation auf die optische Faser eine nichtreflektierende Substanz in einer oder in mehreren Lagen aufzubringen.
  • Die Erfindung ermöglicht in allgemeiner Weise die Probleme des Zusammenbaus und der Montage der Sensoren mit codierter spektraler Modulation durch Reflexion ohne wesentiichem Lichtverlust zu lösen und diese Sensoren für Messungen in dynamischen Umgebungen (Vibrationen, Stöße, Ausdehnungen) zu verwenden, ohne Verschlechterungen der Leistung durch Ansrichtungsfehler oder Fokussierungsfehler befürchten zu müssen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe aus der Entfernung auf Grundlage von Reflexion und unter Ausnutzung des Prinzips einer Codierung durch spektrale Modulation des Lichtes, welche aufweist: eine inkoharente Lichtquelle (12), die mittels einer optischen Faser (10) mit einem Sensor verbunden ist, der eine Kollimationslinse (16) und einen Polarisator (18) aufweist, die zwischen der optischen Faser und einem empfindlichen, der physikalischen Größe ausgesetzten doppelbrechenden Element (20) angeordnet sind, und ein optisches Reflexionsmittel, welches an dem der Faser (10) gegenüberliegenden Ende des Sensors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Typ des optischen Reflexionsmittels (28, 38, 40) katadioptrisch ist, bei welchem die Reflexionsrichtung parallel zur Einfallsrichtung ausgerichtet ist, und daß zwischen dem empfindlichen Element (20) und dem Reflexionsmittel (28, 38, 40) ein zweiter Polarisator (32) angeordnet ist, wobei die zwei Polarisatoren (18, 32) gekreuzt oder parallel sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtung des ersten Polarisators (18) bezüglich der ordentlichen und außerordentlichen Achsen des empfindlichen Elementes (20) des Sensors unter 45º ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflexionsmittel durch ein Prisma (28) gebildet wird, dessen Spitze (30) an der optischen Achse (24) des Sensors und dem Sensor gegenüberliegend angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Prismas (28) bezüglich des zweiten Polarisators (32) so ausgerichtet sind, daß nach dem zweiten Durchtritt durch den zweiten Polarisator (32) ein maximaler Lichtfluß erzielt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionnmittel ein Hohlprisma, welches durch drei reflektierende oder im Inneren metallbeschichtete Flächen gebildet wird, oder ein Vollprisma ist, dessen drei Normalflächen außen metallbeschichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektionsmittel aus einer Sammellinse und einem in der Brennebene angeordneten ebenen Spiegel besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektionsmittel eine P/4 oder 3P/4 "SELFOC"-Linse (38) mit einer metallbeschichteten hinteren Fläche (40) ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (10) einen einlagigen oder mehrlagigen nichtreflektierenden Überzug aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimationslinse (16), die Polarisatoren (18, 32), das empfindliche Element (20) und das Reflexionsmittel (28, 38) in einem metallischen Gehäuse (34) oder einer zylindrischen, aus einem dielektrischen Material gefertigten Hülse, wie beispielsweise einer Kapillarröhre, untergebracht sind
10. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einem demodulierenden Interferometer (14) zugeordnet ist, das auf die von dem Sensor erzeugte Modulationsfrequenz (Δ) und auf das Doppelte dieser Frequenz (2Δ) in der Weise abgestimmt ist, daß Oberschwingungen der mittleren Wellenlänge der Quelle (12) ausgeschalten werden.
DE69103559T 1990-01-12 1991-01-11 Abstandsdetektionsanordnung einer physikalischen Grösse durch Reflektion. Expired - Fee Related DE69103559T2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5731579A (en) * 1995-12-11 1998-03-24 Lockheed Idaho Technologies Company Electro-optical voltage sensor head
US5939711A (en) * 1995-12-11 1999-08-17 Lockheed Martin Idaho Technologies Company Electro-optic voltage sensor head
IT1288763B1 (it) * 1996-10-17 1998-09-24 Umberto Sardo Apparecchio a circuito ottico ritracciante per la misura di grandezze fisiche insensibile a perturbazioni ambientali
US6388434B1 (en) 2000-01-17 2002-05-14 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Electro-optic high voltage sensor
WO2003081193A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Council Of Scientific And Industrial Research Intensity modulated fiber optic temperature switching immersion probe

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4367040A (en) * 1979-05-29 1983-01-04 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Multi-channel optical sensing system
US4547774A (en) * 1981-07-20 1985-10-15 Optelcom, Inc. Optical communication system for drill hole logging
JPS58106413A (ja) * 1981-12-21 1983-06-24 Fujikura Ltd 光反射センサ
JPS6011103A (ja) * 1983-06-30 1985-01-21 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 遠隔計測装置
FR2595820B1 (fr) * 1986-03-13 1990-01-05 Bertin & Cie Dispositif a fibres optiques pour la detection a distance d'une grandeur physique, en particulier de la temperature
WO1988004065A1 (en) * 1986-11-27 1988-06-02 The Commonwealth Of Australia Optical sensors and optical fibre networks for such sensors
US4762397A (en) * 1987-06-19 1988-08-09 Hughes Aircraft Company Optical phase conjugator with spatially resolvable thresholding utilizing liquid crystal light valve
US4950884A (en) * 1987-12-28 1990-08-21 Moog, Inc. Electro-optic modulator and modulation method
US5061846A (en) * 1989-05-11 1991-10-29 Conoco Inc. Detecting disturbance using optical gap sensing
US5038359A (en) * 1989-10-10 1991-08-06 Hughes Aircraft Company Self-pumped, optical phase conjugation method and apparatus using pseudo-conjugator to produce retroreflected seed beam

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