FI71842B - Fiberoptisk spaenningssensor - Google Patents

Description

I VJ*»·· I KUULUTUSJULKAISU 71οΛ9 Β 11 UTLÄGGNIN GSSKRIFT / Ιθ4Ζ (45) r? „ ^ .. Λ ·)».' 1 JV i r- ^ ;Λ 1 ^ ^ ^ (51) Kv.lk.4/lnt.Cl.4 G 01 L 1/24, G 01 Β 11/16 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 802733 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 29 · 08.8 0 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 29 · 08.8 0 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 01 .03.81

Patentti· ja rekisterihallitus /44) Nähtäväksi panon ja kuut.julkaisun pvm. — 31-10.86

Patent· och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 3 0.08.79 23.06.80 USA(US) 071512, 162283 (71) United Technologies Corporation, 1 Financial Plaza, Hartford,

Connecticut, USA(US) (72) Gerald Meltz, Avon, Connecticut, Elias Snitzer, West Hartford,

Connecticut, USA(US) (7*0 Forssen & Salomaa Oy (5*4) Kuituoptinen jännityksen tuntoelin - Fiberoptisk spänningssensor Keksinnön kohteena on jännityksen ilmaisinlaite, johon sisältyy jännitykselle herkät elimet, joihin kuuluu jännityksen mittauskohtaan sijoitettava optinen kuitu, jossa optisessa kuidussa on joukko ydinosia, jotka sijaitsevat erossa toinen toisistaan tietyssä kuoressa, tämän kuoren ja kunkin joukosta ydinosia ollessa mitoitettu ja valmistettu sellaisista materiaaleista, että ristiinkyt-keytyminen voi tapahtua näiden ydinosien välillä, syöttölähteet valon aikaansaamiseksi yhdistettäväksi yhteen näistä ydinosista tämän valon ristlinkytkeytyessä vierekkäisiin ydinosiin tavalla, joka on riippuvainen siitä jännityksestä, mikä vaikuttaa mainittuun kuituun, ja ilmaislnlaitteet valon energian vastaanottamiseksi sen tullessa ulos kustakin tämän joukon ydinosasta ja mainitun ulostulevan valon intensiteettiin verrannollisen sähkösignaalin aikaansaamiseksi.

Optisia aaltojohtimia on jo tunnettu useita vuosia ja kun on kehitetty pieni-häviöisiä laseja, on laitteita, joihin sisältyy optisia aaltojohtimia, käytetty yhä lukuisammin useilla erilaisilla alueilla, kuten tietoliikenteessä ja valvontalaitteissa. Optinen aaltojohdin muodostuu tyypillisesti dielektri-sestä ytimestä, mikä on valmistettu lasista tai vastaavasta ja millä on tietty taitekerroin ja tätä ydintä ympäröi toinen aines mikä myös normaalisti on lasia tai vastaavaa ja millä on alhaisempi taitekerroin. Tämä ympäröivä aines tunnetaan yleensä nimityksellä kuori. Valonsäde ohjataan tällä kokonaisrakennel-malla niin kauan kuin ytimen muodostavan aineksen taitekerroin ylittää kuoren muodostavan aineksen taitekertoimen. Valonsäde ytimen sisällä ohjautuu pääasial lisesti ottaen pitkin ytimen akselia heijastuen rajapinnasta ytimen ja kuoren välillä.

2 71 842

Joukkoa erilaisia rakenteita optisia aaltoputkia varten on jo ehdotettu sisältäen usean moodin porraspykäläprofiilin, yhden moodin profiilin ja usean moodin asteettaisen siirtymän profiilin. Milloin halutaan yhtä ainoata moodia on tällöin käytössä yhden ainoan moodin optinen aaltojohdin. Tällaisessa aalto-putkessa ytimen halkalsijamitta on tyypillisesti vähemmän kuin 10 m ja eroi- -3 tus ytimen ja kuoren taitekertoimien välillä on suuruusluokaltaan 10 . Tästä seurauksena ainoastaan alimman kertaluokan moodi pysyy tällaisessa aaltojoh-timessa.

On myös valmistettu optisia kaapeleita, joihin sisältyy useita ydinosia sijoitettuna lukuisiin erilaisiin järjestelmiin ja sijoitettuna yhteisen kuoren sisään. Erään tällaisen esitys sisältyy US-patenttiin n:o 4.148.560, myönnetty 10. huhtikuuta 1979, keksijänä D. Margolis, nimityksellä "Optical Guides".

Tämä patenttlselltys kohdistuu rakennelmaan, mihin sisältyy joukko kuituja upotettuna ympäröivään ainekseen. Tämä nimenomainen patentti esittää optisen nipun eli kimpun sijoitettuna kahden vahvistavan langan välille ja upotettuna suojaavaan muovlalneen vaippaan.

Ilmiö, mikä tunnetaan "ristiinkytkeytymisenä" ytimien välillä yhteisen kuoren tapauksessa esiintyy, kun valon energia siirtyen pitkin jotain ydintä kytkeytyy tämän viereiseen ytimeen. Näin tapahtuu, koska kuten on tunnettua, valon energia ei kokonaisuudessaan rajoitu rajapinnan avulla ytimen ja kuoren välillä, vaan itse asiassa se läpäisee tietyn määrän verran sisään kuoreen.

On myös havaittu, että rlstiinkytkeytymlsen ilmiö aaltoputkessa, missä on vähintäin kaksi ydintä valhtelee jonkin verran funktiona lämpötilasta. Esim. tutkielmassa, mikä on nimitykseltään "Optical Waveguides", kirjoittanut N.S. Kapany sekä J.J. Burke, julkaistu 1972, todettiin, että kaksi lähelle toisiaan kuoreen sijoitettua lasikultuydintä omaavat optisen huojuntallmiön. Alkaen sivulta 255 on selostettu koetta, missä edellä mainitun optisen aaltojohtimen optinen huojuntallmiö valhtelee seurauksena muutoksista ympäristön lämpötilassa.

Lämpötila-anturi, missä käytetään optista aaltojohdinta on kuvattuna US-paten- 3 71842 tiesa 4.151.747, myönnetty 1. toukokuuta 1979, keksijänä M. Gottlieb sekä muut, nimitykseltään MONITORING ARRANGEMENT UTILIZING FIBER OPTICS. Lämpötila-anturi muodostuu optisesta aaltojohtimesta. Valolähde sijoitetaan toiseen päähän aaltojohdinta ja ilmaisin sijoitetaan toiseen päähän. Lämpötilan muutokset havaitaan vaihteluina valossa, minkä anturi vastaanottaa.

Toinen suoritusmuoto sisältää kaksi optista kultua sijoitettuna toinen toistensa viereen yhteiseen kuoreen. Sisääntulon valo viedään pitkin kuitua ja se tulee ulos kuidun seinämästä määrässä, mikä vaihtelee tämän kuidun lämpötilan mukaan. Toinen kuiduista on riittävän lähellä ensimmäistä näistä kuiduista, jotta se vastaanottaisi ainakin jonkin verran siitä valosta, joka johtuu ulos ensimmäisestä kuidusta. Kun valvotaan toisen kuidun vastaanottamaa valoa voidaan suorittaa määrittely lämpötilavaihtelun määrästä.

Erityisen mielenkiintoinen on toinen samaan aikaan tämän kanssa voimassa oleva patenttihakemus US-hakemus 071 511, keksinnön ollessa nimitykseltään FIBER OPTIC HOT SPOT DETECTOR, jätetty 30. elokuuta 1979, hakijana samat hakijat, tämän kuvatessa optista kuitua, mikä voidaan upottaa kaapeliin tai vastaavaan, jotta havaittaisiin kuumia kohtia. Joukko ydinosia yhteisessä kuoressa on erityisesti muotoiltu ja sijoitettu eroon toinen toisistaan siten, että ristiin-kytkeytyminen tapahtuu aluksi kohdassa, missä lämpötila ylittää tietyn ennakolta määritellyn tason. Sen valon aaltopituus, mikä etenee kuitua pitkin on muutettavissa siten, että kuuman kohdan tarkka sijainti tämän kaapelin suunnassa voidaan tunnistaa.

Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada optinen aaltoputkx, mikä soveltuu erityisen hyvin mittaamaan muutoksia hydrostaattisessa paineessa tai jännityksessä riippumatta kaikenlaisista lämpötilamuutoksista.

Keksinnön mukaiselle ilmaisinlaltteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu kuori ja kukin mainitun joukon ydinosasta on mitoitettu ja valmistettu sellaisista materiaaleista, että siinä säilyy vain alimman kertaluokan etenemisen moodi, ja että mainittuun optiseen kultuun vaikuttava jännitys aikaansaa sellaisen muutoksen mainittujen ydinosien joukon mitoissa ja taite-kertoimissa sekä mainitussa kuoressa, että mainitussa ydinosien joukossa etenevän valoenergian moodien välinen interferenssi saa aikaan mainituista ydinosista ulostulevan valon intensiteetissä muutoksen, joka on yksikäsitteisesti riippuvainen mainittuun optiseen kuituun vaikuttavasta jännityksestä.

4 71842 Tämän keksinnön mukaisesti valmistetaan optinen aaltojohdin, missä on kaksi tai useampia ytimiä siten, että voidaan optimoida vaste jännityksen tai hydrostaattisen paineen vaikutuksesta.

Tämän keksinnön erään piirteen mukaisesti on optisessa aaltoputkessa joukko ydinosia, mitkä on valmistettu valituista aineista ja muotoiltu sillä tavoin, että ristiinkytkeytyminen vierekkäisten ytimien välillä on ensisijaisesti funktio jännityksestä tai hydrostaattisesta paineesta ja on se suhteellisen epäherkkä muutoksille lämpötilassa. Kun valon energiaa siirtyy pitkin erästä ytlmlstä optisessa kuidussa aikaansaavat muutokset jännityksessä tai hydrostaattisessa paineessa muutoksen siinä suhteellisessa energiassa, mikä ristiin-kytkeytyy ytimien välillä.

Eräs tämän keksinnön merkityksellinen ominaisuus on, että optinen aaltojohdin, missä on useita ytimiä, on valmistettavissa siten, että ristiinkytkeytyminen vierekkäisten ytimien välillä on funktio hydrostaattisesta paineesta tai jännityksestä riippumattomana mistä tahansa lämpötilan vaihtelusta. Valon energia, mikä etenee pitkin erästä ydintä siirtyy eli ristiinkytkeytyy tällöin viereisiin ytimiin ainoastaan funktiona hydrostaattisesta paineesta tai jännityksestä, mikä täten saattaa optimiinsa tämän optisen aaltojohtimen jännityksen ilmaisimena.

Edellä mainitut ja muut tarkoitukset, piirteet ja edut tästä keksinnöstä tulevat käymään helpommin ilmi alempana olevasta edullisten suoritusmuotojen kuvauksesta sekä oheisista piirustuksista.

Kuvio 1 on suurennettu kaavlokuvaanto esittäen painetta mlttaavaa systeemiä, mihin sisältyy optinen kuitu tämän keksinnön mukaisena ja mikä on optimisoitu havaitsemaan muutoksia hydrostaattisessa paineessa.

Kuvio 2 on päätykuvaanto kuviossa 1 esitetystä tämän keksinnön mukaisesta optisesta kuidusta.

Kuviot 3A-3D ovat kaaviollisia esityksiä mahdollisista moodeista, joita saattaa esiintyä optisessa kuidussa tämän keksinnön mukaan, mikä on havainnollistettu kuviossa 1.

5 71842

Kuvio 4 on päätykuvaanto eräästä toisesta suoritusmuodosta optista kuitua tämän keksinnön mukaisena ja mihin sisältyy toinenkin kuori eli verhous.

Kuvio 5 on päätykuvaanto kolmannesta suoritusmuodosta optista kuitua tämän keksinnön mukaan, mihin sisältyy toinen kuoriverhous ja kolmas kuoriverhous.

Kuvio 6 on neljäs suoritusmuoto optisesta kuidusta tämän keksinnön mukaan, mihin sisältyy lukuisia ytimiä ja millä aikaansaadaan yksikäsitteinen vaste laajaan alueeseen hydrostaattisen paineen muutoksia.

Kuvio 7 on kaaviokuvaesitys havainnollistaen suhteellista valointensiteettiä funktiona valon energian huojuntavaiheesta, mikä valo etenee viisiytimellistä kuitua pitkin.

Kuvio 8 on jännityksen anturi, mihin sisältyy optinen kuitu tämän keksinnön mukaisena ja mikä on kiinnitetty taipuvaan alustaan mittaamaan tällaisen alustan muodonmuutosta.

Kuvio 9 on poikkileikkauskuvaanto kuvion 7 esittämästä optisesta kuidusta.

Viitaten nyt aluksi kuvioon 1 on siinä esitetty optinen aaltojohdin 10 tämän keksinnön mukaan, mikä on optimoitu parasta mahdollista vastetta ajatellen muutoksiin nähden jännityksessä tai hydrostaattisessa paineessa pitkin sen koko pituutta riippumatta mistä tahansa muutoksista lämpötilassa. Tähän optiseen kuituun sisältyy vähintäin kaksi ydintä 12 ja 14, mitkä on ideaalisesti järjestetty tiettyyn järjestelmään halkaisijamitan suunnassa ja mitkä jatkuvat pitkin koko optisen kaapelin 10 pituutta. Kuori 16 on järjestetty mukaan ja se ympäröi kokonaisuudessaan kutakin ytimistä 12 ja 14 koko tämän kaapelin pituudelta. Sekä ytimet 12 ja 14 että kuori 16 on tyypillisesti valmistettu lasiaineksesta tai vastaavasta ja kyseessä olevan tarkan aineksen valinta, mistä ydin ja kuori valmistetaan, ytimen koko, tarkka välys näitten ytimien välillä, näitten ytimien lukumäärä jne. ovat kaikki kriitillisiä ja muodostavat ne erään oleellisen osuuden tästä keksinnöstä kuten tulee käymään helpommin ilmi alempana.

Tämän keksinnön mukainen optinen aaltojohdin on optimisoitu toimimaan jännityksen tai hydrostaattisen paineen johdosta ja soveltuu sellaisenaan erityi- 6 71842 sen hyvin toimimaan systeemissä, jolla tulee mitata jännitystä tai hydrostaattista painetta tietyssä etäällä olevassa sijaintipisteessä. Tällaiseen systeemiin sisältyy syöttölähde 18, mikä on sijoitettu kytkemään valonsäteen energiaa toisten näistä kahdesta ytimestä, kuten ytimeen 12. Optinen kultu 10 johtaa valonlähteen 18 sljaintikohdalta toiseen sijaintipaikkaan, kuten esim. säiliöön 20, missä tulee mitata tiettyä fysikaalista parametriä kuten hydrostaattista painetta. Tästä toisesta sijaintipaikasta optinen kuitu johtaa toiseen sijaintipaikkaan, missä molemmista ytimistä 12 ja 14 ulostuleva valo on verrattavissa siihen osuvan valon energian intensiteettiin nähden.

Viitaten kuvioon 2 kuvion 1 lisäksi niin, kuten on tunnettua, niin kauan kuin kuoren 16 taitekerroin on pienempi kuin kunkin ytimistä 12 ja 14 taitekerroin kulkee valon energia, mikä tulee sisään jompaan kumpaan ytimeen oleellisesti sisällä optisessa kuidussa 10. Niitten erillisten moodien lukumäärä, joita on olemassa ytimissä 12 ja 14 on funktio sekä ydinalneksen että kuoriaineksen taitekertolmista, kummankin ydinosan mitoista sekä sen valon aaltopituudesta, mikä etenee aaltojohtimen läpi. Ympyrämäisen poikkileikkauksen tapauksessa ydinosalle niiden moodien lukumäärä, joita saattaa olla olemassa määräytyy parametristä V, mikä saadaan rilppuvalsuuslausekkeesta: V = 2n· (a/xr/n^-n^ ' (1) missä a on ydinosan säde, X on valon aallonpituus, n^ on ydinosan taitekerroin ja ^ on kuoren taitekerroin. Edullisimpana pidettyä elliptistä ydinosan poikkileikkausta varten tämän keksinnön mukaan on riittävää ottaa yhtälö (1) parametrin V kannalta, mutta käyttää arvona geometristä keskiarvoa tämän elliptisen ydinosan mittojen suuren akselin ja pienen akselin puolikkaista. Mikäli V on pienempi kuin 2,405 (mikä on Besselln funktion ensimmäinen nollakohta J) niin tällöin voi ainoastaan alimman kertaluokan moodi, mikä tunnetaan HE^ moodina säilyä tässä. Kun kyseessä on arvoja V, mitkä ovat paljon suurempia kuin 2,405 tämän tapahtuessa kun keskimääräinen halkaisijamitta 2a kustakin ydinosasta 12 on paljon suurempi tai kun eroitus taitekertolmissa ydinosan ja kuoren välillä on suurempi voidaan tällöin useita moodeja ylläpitää aaltojohtimessa.

Kuten on lyhyesti mainittu jo edellä on tämän keksinnön eräs merkityksellinen ominaisuus riippuvaisuus jännityksestä tai hydrostaattisesta paineesta ja lämpötilasta riippumattomuus riistiinkytkeytymiselle yksittäisten ydinosien 71842 7 välillä usean ydinosan aaltojohtlmessa, tämän ominaisuuden salliessa jännityksen tai hydrostaattisen paineen pitkin tämän kuidun pituutta arvon mittaamisen. Tällaisessa aaltojohtlmessa ne ainekset, joista ydinosa ja kuori valmistetaan valitaan huolellisesti ja on niillä taitekertoimet ydinosalle ja kuori-osalle suuruudeltaan n^ ja vastaavasti Välys mikä erolttaa kutakin ydinosaa on suhteellisen pieni kun taas ulompi halkaisijämittä kuoressa on suuri, niin että vuorovaikutukset rajapinnalla, minkä ulompi seinämä tästä kuoresta muodostaa ei vaikuta valon jakautumaan näiden ydinosien sisällä. On myös tarpeen, että valo etenee kussakin ydinosassa ainoastaan alimman kertaluokan moodin mukaisesti eli HE^ moodilla edellä mainitun yhtälön (1) mukaisesti.

Viitaten nyt edelleen kuvioihin 1 ja 2 niin kuten on mainittu lähettää valolähde 18 valonsäteen energiaa, mikä osuu ainoastaan toiseen näistä kahdesta ydinosasta tässä laitteistossa kuten esim. ydinosaan 12. Tämä valo on edullisimmin polarisoitua samaan suuntaan kuin mitä on elliptisen ydinosan lyhyempi akseli. Tämän valon edetessä pitkin kuitua tapahtuu ristiinkytkeytymistä ydinosaan 14 funktiona hydrostaattisesta paineesta tai jännityksestä. Täten valon Ij ja I2 jakautuma tämän kuidun ulostulopinnalta on funktio siitä jännityksestä tai hydrostaattisesta paineesta, mikä tähän kuituun vaikuttaa. Ilmaisimet 22 sisältävät polarisoinnin analysaattorit niin että ne toimivat ainoastaan saman polarisaation tason perusteella, mikä vallitsi ydinosaan 12 sisääntulevassa valossa. On myös havaittu, että tietyissä tapauksissa elliptiset ydinosat suunnattuna siten, että niiden pitkät akselit sijaitsevat yhdensuuntaisena toinen toisilleen ja kohtisuorassa viivalle, mikä liittää ydinosien keskustat toisiinsa, aikaansaavat voimakkaamman kytkeytymisen ydinosien välille saman ydinosan pinta-alan ja keskuksesta keskukseen välyksen tapauksessa kuin mitä on asianlaita ympyrämäisen poikkileikkauksen ydinosille.

Eräs merkityksellinen ominaisuus nyt kyseessä olevasta keksinnöstä kohdistuu valon energian jakautuman muutokseen ydinosien 12 ja 14 välillä funktiona jännityksen tai hydrostaattisen paineen muutoksesta optisessa kuidussa 10. Seuraavassa esitettävä saattaa olla edullinen ymmärrettäessä tätä ilmiötä. Ne neljä normaalia moodia, jolta voidaan ohjata, ovat yksinkertaisesti polarisoituja poikittaisten E-kenttlen sijaitessa kohdistettuna yhdensuuntaiseksi tai kohtisuorassa viivaa vastaan, mikä yhdistää näiden ydinosien keskustat toisiinsa. Viitaten edelleen kuvioon 3 ne neljä moodia, joita voidaan ylläpitää sisältävät kaksi ortogonaallsesti polarisoitua paria, symmetrisen parin, kuvio 8 71842 3Λ ja kuvio 3B sekä antlsyimnetrlsen parin, kuvio 3C ja kuvio 3D. Koska ainoastaan ydinosaan 12 syötetään valon energiaa eyöttölähteestä sen polarlsolnnin ollessa yhdensuuntaisena viivalle, mikä yhdistää ydinosien keskustat toisiinsa lähtevät symmetrisen yhdistelmän moodi kuviosta 3B ja antisymmetrisen yhdistelmän moodi kuviosta 3D liikkeelle keskenään yhtä suurin Intensiteetein. Sitä mukaa kun valon energiaa etenee ydinosaa pitkin tapahtuu ristilnkytkeytymlstä ja vaiheen riippuvaisuudet moodeille ovat sellaisia, että valon energia siirtyy vierekkäisten ydinosien välillä. Sitä mukaa kun valo etenee aaltojohdinta pitkin moodien interferenssi aikaansaa huojuntailmiön, mikä aikaansaa paikkakohtaista interferenssiä, mikä on analysoitavissa energian siirtymisenä vierekkäisten ydinosien välillä. Kuten on todettu yllä ovat normaalit moodit kahden ydinosan kuidussa lineaarisia yhdistelmiä alimman kertaluokan HE^ yhden ainoan ydinosan viritystiloista. Normaali moodi on sellainen kentän jakautumallanne mikä etenee pitkin kuidun akselia ilman muutosta sen Intensiteetin poikkileikkauksen kuviossa. Normaalin moodin z (kuidun akseli) ja aikarilppuvalsuudet voidaan ilmaista yksinkertaisella harmoonisella funktiolla Re (exp ( i (bt - 6jZ)}), missä RE (...) tarkoittaa reaaliosaa suluissa olevasta lausekkeesta ja etenemlsvakiolla B^on alaviitteenä i jotta osoitettaisiin erilaisia mahdollisia HE^ yhdistelmiä kuvioista 3A-3D. On olemassa neljä erillistä kenttäjakautumaa, mitkä muodostavat mahdolliset normaalit moodit kahden ydinosan kuidulle. Ne muodostuvat kahdesta ortogonaallsesti polarisoidusta, symmetrisestä ja antisymmetrisestä parista (vertaa kuviota 3). Nyt voidaan käyttää merkintää ψ^, missä i = 1,2,3,4 osoittamaan neljän normaalin moodin amplitudeja. Yhden ainoan ydinosan valaiseminen vastaa moodien tietyn parin virittämistä, nimittäin symmetrisen ja antisymmetrisen yhdistelmän virittämistä, joilla on sama polarisointi. Mikäli jaB^ käytetään etenemisvakioina symmetriselle moodille kuviosta 3B ja antisymmetriselle moodille kuviosta 3D on energian jakautuminen näiden kahden ydinosan välillä funktio eroituksesta 2Δ3 = sekä etäisyydestä pitkin kuitua. Etäisyydellä ·ττ/(2Λβ) nämä kaksi yhdistelmän olevaa moodia kuviosta 3B ja kuviosta 3D ovat täsmälleen 180° erivaiheisia ja kaikki valosta on oikean puoleisessa ydinosassa. Kun kyseessä on pienempi etäisyys kun z^ kulkee jonkin verran valosta molemmissa ydinosissa ja vastaavasti suuremmilla etäisyyksillä, missä valheen eroitus moodien välillä yhä enemmän kasvaa. Etäisyydellä z^-2z^ yhdistelmänä olevat moodit ovat täsmälleen sama-vaiheisia kuin mitä ne olivat sisääntulopinnalla ja valo palaa vasempaan ydinosaan. Valon edetessä pitkin kahden ydinosan kultua aikaansaa moodien interferenssi huojuntailmiön, mikä aikaansaa paikkakohtaista interferenssiä, mitä 9 71842 voidaan ajatella energian vaihtumisena ydinosien välillä. Tämän huojunnan aallonpituus on π/Δβ . Kahdelle ympyrämäiselle ydinosalle, joiden säde on a ja keskuksien välinen välys d saadaan huojunnan aaltopituus lausekkeesta: , _ π3ηι 1 b NA F (V,d/a) (2) missä F = (U2/V3) KQ (Wd/aJ/K^iW) (3) W = (V2-U2)2" (4) U = (lW2)V/[l+(4+V4)4 J (5)

Vakiot Kq ja ovat muunnettuja nollannen ja ensimmäisen kertaluokan Hankel'in funktioita ja d on keskuksien välinen välys ydinosien välillä.

Muutos hydrostaattisessa paineessa tai jännityksessä aikaansaa yleisesti muutoksen aallonpituudessa λ ^ sekä pidennyksen tai supistumisen kuidun pituudessa L. Kokonaisvaikutuksena on vastaava vaihtelu huojunnan valheessa 0 = Δβ·1 kuidun loppupäässä, minkä alkuperäinen pituus oli L. Täydellistä ristiinkytkeytymistä ajatellen toisin sanoen tehon kokonalsslirtymään varten ensimmäisestä toiseen ydinosaan on tarpeen, että vaihenopeudet siirtymisille kahdessa ydinosassa ovat keskenään samoja ja samoin taltekertolmet. On kuitenkin myös mahdollista käyttää kahta erilaisen lasin ydinosaa erilaisine taitekertoimlneen ja vastaavasti erilaisine kokoineen kun niillä on sama vaihenopeus tämän kuidun toiminnan aaltopituudella. Kun kyseessä on kaksi ympyrämäistä ydinosaa yhteisessä kuoressa saadaan huojunnan vaiheen muutos lämpötilan mukana lausekkeesta: 2 2 ii _ <nl "n2 5 L dF , . . (6)

dT---7 V dV

missä a jaζ ovat vastaavasti termiset lämpölaajenemiskertoimet ja taitekertoimen muutoskertoimet (n *dn/dT) sekä ydinosalle että kuorelle, toisin sanoen nämä 10 71 84 2 ainesten ominaisuudet on oletettu samoiksi ydinosalle ja kuorelle tässä esimerkissä nyt kyseessä olevasta keksinnöstä. Mitä tulee lämpötilan muutokseen tapahtuu muutos kuidun mitoissa ja muutos taitekertoimissa ydinosalla ja kuoressa. Yleisesti ottaen ovat sekä terminen lämpölaajenemiskerroin että taitekertoimen terminen kerroin ydinosalle ja kuoriainekselle keskenään erilaisia, mutta nyt kyseessä olevan esityksen yksinkertaistamiseksi on ydinoean ja kuoren termiset ainesominai-suudet oletettu olevan keskenään samanlaisia.

Mikäli tehdään oletus, että aineksen parametrit “ ja ζ ovat samoja ydinosalle ja kuoriainekselle saadaan se tilanne, että huojunnan vaihe 6 on riippumaton lämpötilasta riippuvaisuuslausekkeesta: ™ = 0 (7)

dV

Tämä on sama ehto mikä pätee huojunnan vaiheelle, jotta se olisi riippumaton tasaisesta hydrostaattisesta paineesta. Tämän johdosta lämpötilasta riippumaton paineen mittaus ristiinkytkeytymisen muutoksen havaitsemiseen perustuen ei ole tehtävissä kuidulla, missä ne ainekset, joista ydinosat ja kuori muodostetaan valmistetaan keskenään identtisillä a ja ζ kertoimien arvoille. Mikäli a ja ζ eroavat ydinosille ja kuorelle on mahdollista saada olemaan riippumaton lämpötilasta mutta silti riippumaan tasaisesta hydrostaattisesta paineesta. Vaihtoehtoisesti saattavat» ja ζ olla samoja ydinosille ja kuorelle, mutta sitten sulatetaan toinen kuori kuidun ulkopinnalle kuten myöskin tullaan myöhemmin tässä kuvaamaan.

Kun valitaan oikein aines ja paksuudet tähän toiseen kuoreen ja valitaan oikein ydinosien ja ensimmäinen kuoren aines ja näiden geometriset mitat, voidaan huojun-tavalhe ristiinkytkeytymiselle ydinosien välille saada lämpötilasta riippumattomaksi, mutta samalla kertaa riippuvaksi tasaisesta hydrostaattisesta paineesta.

Kun kyseessä on venyminen pitkin kuidun akselia voidaan ydinosat, joilla on ainoastaan yksi kuori ja missä a ja ζ ovat samoja ydinosille ja kuorille saadan muodostamaan riippuvaisuus huojunnanvaiheessa pitkittäissuuntaisen jännityksen suuruudesta mutta olemaan riippumaton sekä lämpötilasta että tasaisesta hydrostaattisesta paineesta. Vastaavalla tavoin saattaa määrätyn suuntainen jännitys tuotuna poikittain kuidun akseliin nähden aikaansaada muutoksen huojunnan vaiheeseen siinä valossa, mikä poistuu kuidusta, tämän kuidun muodostuessa ydinosista ja yhdestä ainoasta kuoresta, jolloin a ja ζ arvot näille aineille, joista ne on valmistettu, ovat keskenään samoja ja joissa V arvo sekä d/a suhde valitaan siten, että saadaan huojunnan valhe riippumattomaksi lämpötilasta ja tasaisesta hydrostaattisesta π 71842 paineesta.

Viitaten edelleen yhden ainoan kuoren suoritusmuotoon kuvioista 1 ja 2 on tässä käytetty kahta identtistä ydinosaa, joilla on keskimääräinen säde a ja keskuksien välinen välys d sijoitettuna yhteen ainoaan tasaiseen kuoreen. Ainesten parametrit ydinosille ovat η^, a sekä ja ovat parametrit kuorella = a ja toisin sanoen ainoastaan lämpötilan kertoimet taltekertoimille ovat nyt erilaisia ydinosissa ja kuoressa. Ehto lämpötilasta riippumattomuudelle huojunnan valheessa on tällöin: IV dF\ n2 (ζΓ ζ2^ F dV ~ 2 27 2 2 \ / 0 (ηι -n2 } a+ni ^rn2 ^2 (8) missä pystyssä oleva viiva alaviitteineen nolla osoittaa lämpötilasta riippumattomuutta. Seurauksena syllnterimäisestl symmetrisestä kimmoisasta muodonmuutoksesta osittainen muutos huojunnan vaiheessaA«$/«S valolle, mikä tulee ulos kuidun päästä on:

Δί nl l inl ίη2 I

~i ‘ 2' C r 2-Γ~ \ “ΪΓ nT / "l -"2 \ 1 2 / t .-l.-.y (9) F dV r "1 Πι2-η22 1 "1 "2 j missä e ja ε ovat pitkittäissuuntainen ja säteettäinen jännitysarvo mitkä tasai-

Z T

sen hydrostaattisen paineen P tapauksessa ja ydinosan ja kuoren aineille missä kimmokerroin on = E ja Poisson’in suhde on Vj = V2 = υ ovat riippuvai suudeltaan lausuttavissa: ε z =er ** - (l-2v) P/E (10) 12 71 84 2

Seurauksena kimmoisasta muodonmuutoksesta taitekertoimet muuttuvat. Yleisesti ottaen taitekerroin tietylle polarisoinnin tilalle on lineaarinen funktio kolmesta pääasiallisimmasta jännityksestä. Olkoon nyt jännitysoptinen kerroin jännitykselle, mikä on yhdensuuntainen polarisolnnille p^ ja kerroin jännitykselle, mikä on kohtisuorassa polarisoinnille p^· Tämän lisäksi vaikkakin lämpötilasta riippuvaisuudet kertoimissa sydänosan ytimen ja kuoren aineksen taitekertoimlssa onkin nyt oletettu olevan erilaisia, toisin sanoen että ζ ^ t ζ ^ niin yksinkertaisuuden vuoksi tässä esityksessä ydinosan ja kuoren ainesten jännitysoptiset ilmiöt oletetaan keskenään yhtä suuriksi. Muutokset taitekertoimlssa seurauksena tasaisesta hydrostaattisesta paineesta voidaan ilmaista lausekkeella: )

An j An^ n ~ öy = ~2~ (pll+2p12) ^1-2 )P//E (11)

Kun yhtälöt (10) ja (11) sijoitetaan yhtälöön (9) on muutos huojunnan vaiheessa suuruudeltaan: 2

AtÄ V dF , °1 . /i o\ 1---F dv 1 - — (pll + 2pi2) (1_2v)P/E (12)

Mikäli huojunnan vaihe tehdään lämpötilasta riippumattomaksi valitaan ainekset ja geometriset mitat siten, että (V/F) (dF/dV) voidaan lausua yhtälön (8) oikean puolen avulla ja lopputulos lämpötilasta riippumattomalle huojunnan vaiheelle, mikä kuitenkin riippuu tasaisesta hydrostaattisesta paineesta on tällöin lausuttavissa riippuvaisuutena: Δ6 _ n2 ^2^ n,2 ~ 7n 2—n * K 2 1 r(pll+pl?> (1~2v)P/E (13 0 (nj -n2 )α+ηι * 11 12

Riippumatta siltä ovatko a jaC arvot samoja ydinosalle ja kuoren aineksille voidaan huojunnan vaihe saada riippuvaksi tasaisesta hydrostaattisesta paineesta mutta riippumattomaksi lämpötilasta myös eräällä toisella tavalla. Viitaten tässä kuvioon 4 sulatetaan toinen paksuudeltaan t kuori ensimmäisen kuoren ulkopuolelle, kuten on esitetty. Ensimmäisen kuoren säde on g ja toisen kuoren säde on h.

i3 71 84 2

Vaikkakin ydinosat ja ensimmäinen kuori ovat termiseltä laajennuskertoimeltaan erilaisia on tämän selityksen kannalta riittävä olettaa, että = a2 mutta että lämpölaajenemiskerroin toisessa kuoressa on erilainen kuin ot^. Kimmokerroin E ja Poisson'in suhde v oletetaan kumpikin olevan samoja kaikille kolmelle alueelle. Riippuvaisuusehto lämpötilasta riippumattomuudelle huojunnan vaiheessa on tällöin: - k ύ - - ^ <v«2> a-g2/g2)

l / 0 , L

+2(l-v)n2 (η12-η22)“1(ζ1-ζ2) 2 2 X (!-3υ) (α3-«2) (1-g /h ) I -1 +2(l-v) [α2+ζ1+η22(η12-η22) 1(ζ1~ζ2)] (14) Tämä lauseke voidaan saada soveltamalla reunaehtoja jännitykselle, mikä on seurauksena kaksinkertaisesti verhotusta rakenteesta.

Huojunnan valheen muutos aiheutuen tasaisesta hydrostaattisesta paineesta annetaan yhtälössä (9) minkä lisäksi: Δη2 Δη1 ηχ2 = = Γ* (pll+2p12)er ’ ' 05) ja t:r =Cz = -0'2v)P/E , (16) mutta missä (VF~*dF/dV) on otettava yhtälöstä (14). Toinen kuori 96 saattaa olla mitä tahansa ainetta, jonka laajentumiskerroin poikkeaa esimmäisen kuoren 94 laa-jentumiskertoimesta. Edullisimpana pidettävä aines on stablilisuutensa johdosta lasi. On kuitenkin mahdollista käyttää metallia tai myös muoviainetta, jolloin ensisijainen vaatimus on, että laajentumiskerroin toiselle kuorelle 96 on erilainen kuin ensimmäiselle kuorelle 94. Mikäli lasia käytetään toisena kuorena 96 i4 71842 saattaa olla toivottavaa lisätä vielä uusi kolmas kuori. Ne lasit, joita yleisesti käytetään pienen häviön kuituihin puhelinliikenteessä ja antureita varten käsittävät usein hyvin korkean prosenttimäärän sulatettua piioksiidia. Tällä aineksella on alhainen laajentumisen kerroin, jolloin välttämättä, jotta voitaisiin aikaansaada toinen kuori, millä on erilainen laajentumisen kerroin, on tällöin tarpeen käyttää ainesta, millä on korkeampi lämpölaajentumisen kerroin. Tämä on haitallista, koska se saattaa ulomman kuoren jännityksen alaiseksi lopullisessa kuidussa ja aikaansaa täten potentiaalisen ongelman kuidun katkeamisesta. Jotta voitaisiin välttää tämä ongelma ulomman pinnan olemisesta jännityksen alaisena voidaan vielä lisätä ylimääräinen kuori, minkä laajentumisen kerroin on pienempi kuin mitä on toisen kuoren laajentumisen kerroin a^. Näiden kahden ylimääräisen verhouksen paksuus verrattuna ensimmäisen kuoren säteeseen tulee asettaa siten, että aikaansaadaan tarpeellinen lämpötilan riippuvaisuus nollaksi ja silti saavutetaan haluttu riippuvuus tasaisesta hydrostaattisesta paineesta tai määrätyn suuntaisesta pitkittäissuuntaisesta tai poikittaissuuntaisesta jännityksestä. Kuvio 5 esittää erästä suoritusmuotoa tästä keksinnöstä, missä nämä kaksi ydinosaa 100 ja 102 ovat ympäröitynä ensimmäisellä kuorella 104, toisella kuorella 106 ja kolmannella kuorella 108.

Mitä tulee venyttämiseen pitkin kuidun akselia niin rakenne, missä on yksi kuori-osa ja missä « ja ζ arvot ovat samoja ydinosalle ja kuoren ainekselle voi myös aikaansaada lämpötilasta riippumattoman jännityksen mittauksen. Tässä tapauksessa yhtälö (9) pätee, mutta tällöin Δη^/η^ * Δ^Λ^, dF/dV = 0, ε = T/E sekä ε = -vT/E, missä T on akselin suuntainen kimmovoima. Tällöin on tuloksena: r (¾) I·{ι^)τ,Ε (17)

Viitaten seuraavaksl kuvioon 6 nähdään tässä eräs toinen suoritusmuoto optisesta kuidusta tämän keksinnön mukaan, mikä soveltuu hyvin toimimaan systeemissä, millä mitataan jännitystä tai hydrostaattista painetta tietyssä sijaintlkohdassa tämän kuidun pituussuunnassa. Tähän suoritusmuotoon sisältyy useita ydinosia ja se soveltuu hyvin mittaamaan jännitystä tai hydrostaattista painetta missä tarvitaan laaja alue yksikäsitteisiä lukemia. Optisessa kuidussa 50 on joukko ydinosia 52, mitkä is 71842 ovat edullisimmin muodoltaan elliptisiä samoin kuin mitä on kuvattuna aikaisemmin kuvatussa kahden ydinosan tapauksessa. Ensimmäinen kuori 54 ympäröi kokonaisuudessaan kutakin ydinosista 52 koko optisen kuidun 50 pituudelta. Toinen kuori 56 on sijoitettu pitkin koko optisen kuidun pituutta ensimmäisen kuoren 54 päälle.

Optinen kuitu 50 kulkee sen sljaintlkohdan, kuten esim. säiliön 58 kautta, missä hydrostaattinen paine tulee mitata. Optisen kuidun sisääntulon päässä suuntaa syöttölähde 60 valon energian säteen kohden päätypintaa eräästä ydinosista 52, niin että energian säde on yhdistettävissä sisään ja ohjattavissa pitkin kohdalla olevan ydinosan akselia. Ulostulon päässä kuidusta valon energia tulee esiin kustakin ydinosista ja se tuodaan ilmaisimelle, kuten esim. ilmaisimille 62,64 ja 66 aikaansaaden sarjan sähkömerkkejä, mitkä vaihtelevat sitä mukaa kun valon energian jakautuma sen tullessa ulos ulostuloplnnalta optisessa kuidussa vaihte-lee samaan tapaan kuin mitä edellä on kuvattu. Sisääntulon valon energia on edullisimmin polarisoitua ja mielenkiinnon alainen primääriakseli sijaitsee pitkin ellipsin lyhyttä akselia ja ilmaisimiin 62,64 ja 66 sisältyy polarisoivat suotimet tai vastaavat niin että sähköinen merkki edustaen valon energian jakautumaa sen tullessa ulos kuidusta on ensisijaisesti riippuvainen valon energiasta pitkin tätä samaa akselia.

Samalla tavoin kuin mitä jo edellä on kuvattu on tämän keksinnön eräs merkityksellinen piirre, että optinen kuitu 50 voidaan valmistaa siten, että se toimii jännityksen tai hydrostaattisen paineen perusteella ja samalla kertaa se ei reagoi lämpötilaan kun valitaan ainekset ydinosaan 52 ja kuoriin 54 ja 56, ydinosien 52 koko, välykset vierekkäisten ydinosien välillä jne. oikein. Tästä seurauksena valon energia, mikä etenee erään ydinosista lävitse ristiinkytkeytyy eli siirtyy viereisiin ydinosiin funktiona hydrostaattisesta paineesta tietyssä ennakolta määrätyssä sljaintikohdassa pitkin tämän kuidun pituutta. Tämä erityinen usean ydinosan suoritusmuoto aikaansaa muiden omineisuuksiensa mukana laajemman yksikäsitteisen alueen hydrostaattisen paineen mittauksille kuin mitä on toteutettavissa käytettäessä pelkästään kahta ydinosaa.

Edellä esitetty selitys riippuvaisuuksista kahden ydinosan tapauksessa on laajennettavissa usean ydinosan järjestelmään tarkastelemalla vuorovaikutuksia vierekkäisien ydinosien välillä. Tällöin on huomattava, että ydinosien 52 lisääntyvän lukumäärän käyttäminen lisää mittauksien käyttökelpoista aluetta silti pienentämättä optisen kuidun 50 herkyyttä muutoksiin nähden jännityksessä tai hydrostaat- i6 71 84 2 tlsessa paineessa. Edellyttäen lineaarista järjestystä tasavälleestl sijoitetuin ydinosin 52 valaistaan yhtä ydinosaa valolla minkä intensiteetti on Iq. Sen valon intensiteetti I(M,R) mikä tulee esiin M:nen ydinosan sisältä valalstakseen R:ttä ydinosaa kun kuidun pituus on L, saadaan yhtälöstä: I (M,R) = IQ f NTT) r^q=>l sin [rwR/(N+l)3

x sin [qirR/(N+l) J

x sin [ητΜ/(Ν+1) 1 x sin [qirM/ (N+l) 1 X cos f irL/λ (μ - μ ) ] b q r J (18) missä μ^ = 2 cos ςττ/ (N+1)J ja M,R = 1,2, ..., N.

Kun kyseessä on viiden identtisen ydinosan tapaus missä eräs ydinosista on valaistuna saattaa valon jakautuma funktiona pituudesta L muodostua kuten on esitettynä kuviossa 7. Valon energian jakautuman sen tullessa ulos optisesta kuidusta 52 riippuvuus funktiona jännityksestä tai hydrostaattisesta paineesta on havaittavissa kuviosta 7. Tulisi todeta että abskissa L/λ^οη sama kuin 1/2tt kerrottuna huojunnan valheella i. Valon energian jakautuma sen tullessa ulos ydinosan päistä funktiona paineesta tai jännityksestä voidaan saada todettaessa, että huojuntavaihe 6 on lineaarinen funktion hydrostaattisesta paineesta tai jännityksestä, niin että abskissa on samanarvoinen paineeseen verrattuna. Esim. kohdassa on valon jakautuma ydinosista 52 esitettynä viivalla kuviossa 7. Paineella P2 on valon jakautuma esitettynä viivalla P2 ja paine, mikä sijaitsee arvojen P^ ja P2 välillä on valon energian jakautumaltaan vastaava esiintyen viivojen P^ ja P2 välissä.

Lukuisia suoritusmuotoja jännityksen tai hydrostaattisen paineen mittauksen systeemistä käyttäen jotain edellä kuvatuista suoritusmuodoista optiselle kuidulle on mahdollista toteuttaa. Esim. viitaten kuvioon 8 on tässä esitetty suoritusmuoto, mikä erityisen hyvin sopeutuu toimimaan taivutusjäänityksen perusteella. Optinen kuitu 70 on kiinnitetty jäykästi kitillä tai muulla vastaavalla liimalla erääseen pintaan tukiosaa 72. Tukiosa 72 tulisi olla jäykästi kiinnitettynä toisesta päästään (piirustuksessa pohjapää) kun taas toinen pää tulisi olla vapaana 17 71 84 2 taipuen tai joustaen ennakolta määritellyllä alueella (esitettynä katkoviivalla) seurauksena tuodusta voimasta H. Kannattimessa 42 on sen mitta L2 pitkä verrattuna mittaan LI jotta se herkemmin havaitsisi voiman H. Valon energian syöttölähde 74 on sijoitettu kuidun sisääntulon päähän niin että valo kytkeytyy erääseen ydinosista. Ilmaisin 76 on sijoitettuna kuidun 70 ulostulopäähän mittaamaan valon jakautumaa sen tullessa ulos kustakin ydinosista ja se aikaansaa ulostulon sähkömerkin, mikä on verrannollinen tähän valon jakautumaan. Vaihtelu kannattimen 72 taipumisessa aikaansaa vastaavia muutoksia optisen kuidun 70 j ännityksessä. Puolestaan, kuten jo edellä on kuvattu, tämä muutos jännityksessä muuttaa ristiinkytkeytymistä vierekkäisten ydinosien välillä tämän ollessa verrannollinen intensiteetin muutoksiin valossa, mikä tulee esiin optisesta kuidusta 70.

Vaikkakin tätä keksintöä nyt on esitetty ja kuvattu sen edullisena pidetyn suoritusmuodon yhteydessä ymmärtää alan asiantuntija, että erilaisia muutoksia sen muotoon ja yksityiskohtiin voidaan silti toteuttaa poikkeamatta patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnön puitteista ja piiristä.

Claims (11)

18 71 842

1. Jännityksen ilmaisinlaite, johon sisältyy jännitykselle herkät elimet, joihin kuuluu jännityksen mittauskohtaan sijoitettava optinen kuitu (10), jossa optisessa kuidussa (10) on joukko ydinosia (12,14), jotka sijaitsevat erossa toinen toisistaan tietyssä kuoressa (16), tämän kuoren (16) ja kunkin joukosta ydinosia (12,14) ollessa mitoitettu ja valmistettu sellaisista materiaaleista, että ristiinkytkeytyminen voi tapahtua näiden ydinosien (12.14) välillä, syöttölähteet (18) valon aikaansaamiseksi yhdistettäväksi yhteen näistä ydinosista tämän valon ristlinkytkeytyessä vierekkäisiin ydinosiin tavalla, joka on riippuvainen siitä jännityksestä, mikä vaikuttaa mainittuun kuituun (10), ja ilmaisinlaitteet (22,24) valon energian vastaanottamiseksi sen tullessa ulos kustakin tämän joukon ydinosasta (12,14) ja mainitun ulostulevan valon intensiteettiin verrannollisen sähkösignaalin aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu kuori (16) ja kukin mainitun joukon ydinosasta (12,14) on mitoitettu ja valmistettu sellaisista materiaaleista, että siinä säilyy vain alimman kertaluokan etenemisen moodi, ja että mainittuun optiseen kuituun (10) vaikuttava jännitys aikaansaa sellaisen muutoksen mainittujen ydinosien (12,14) joukon mitoissa ja taite-kertoimissa sekä mainitussa kuoressa (16), että mainitussa ydinosien (12,14) joukossa etenevän valoenergian moodien välinen interferenssi saa aikaan mainituista ydinosista (12,14) ulostulevan valon intensiteetissä muutoksen, joka on yksikäsitteisesti riippuvainen mainittuun optiseen kuituun (10) vaikuttavasta jännityksestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että optisessa kuidussa on tietty ensimmäinen kuori (16) missä ydinosat (12.14) sijaitsevat ja että taitekertoimien (nj,^) termiset muutoskertoimet näille ydinosille (12,14) ja tälle ensimmäiselle kuorelle (16) ovat keskenään erilaisia saaden huojunnan vaiheen olemaan riippuvainen jännityksestä mutta riippumaton lämpÖtilamuutoksista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että tähän optiseen kuituun (10,50,70) sisältyy ensimmäinen kuori (94,54), missä ydinosat (90,92,52) sijaitsevat sekä toinen kuori (96,56) ympäröimässä tätä ensimmäistä kuorta (94,54) ja että tämän toisen kuoren (96,56) lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on erilainen ensimmäisen kuoren i9 71 842 (94.54) lämpölaajenemiskertoimeen nähden ja että tämän ensimmäisen kuoren (94.54) ja tämän toisen kuoren (96,56) paksuudet ovat sellaisia, että huojunnan vaihe ristiinkytkeytymiselle näiden ydinosien (90,92,52) välillä vaihtelee funktiona jännityksestä mutta on riippumaton lämpötilan muutoksista.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siltä, että optiseen kuituun sisältyy ensimmäinen kuori (104) missä ydinosat (100,102) sijaitsevat, toinen kuori (106) ympäröimässä tätä ensimmäistä kuorta (104) sekä kolmas kuori (108) ympäröimässä tätä toista kuorta (106) ja että tämän kolmannen kuoren (108) lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin mitä on toisena mainitun kuoren (106) lineaarinen lämpölaajenemiskerroin, että tämän toisen kuoren (106) lineaarisen laajentumisen lämpölaajenemiskerroin eroaa ensimmäisenä mainitun kuoren (104) kertoimesta ja missä tämän toisen kuoren (106) ja kolmannen kuoren (108) paksuudet ovat sellaisia, että etenemisen huojunnan vaihe on funktiojännityksestä mutta on riippumaton lämpötilamuutoksista.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että optisessa kuidussa (10) on joukko ydinosia (12,14) sijoitettuna poikittaissuuntaan kuoren (16) halkaisijamittaan verrattuna, kunkin näistä ollessa kooltaan ja muodoltaan valmistettu aineesta siten, että sallitaan ainoastaan alimman kertaluokan moodin säilyminen ja missä vallitsee yksikäsitteinen riippuvaisuussuhde valon intensiteetin, mikä tulee ulos tästä kuidusta (10) ja tähän kuituun vaikuttavan paineen välillä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että etäisyys, mikä eroittaa tätä ydinosien (52) joukkoa ja kuorta (54), tämän ydinosien joukon koko ja aineiden parametrit tässä optisessa kuidussa (50) on valittu siten, että huojunnan vaihe on riippumaton lämpötilasta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että edellä mainittu joukko ydinosia (52) optisessa kuidussa (50) on muodoltaan elliptisiä sisältäen isomman akselin ja pienemmän akselin, jolloin tämä joukko ydinosia (52) on sijoitettu toinen toistensa viereen tähän kuoreen (54) niiden pienempien akseleiden sijaitessa kohdakkain siten, että ristiinkytkeytyminen niiden välillä tehostuu. 20 71 8 4 2

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jännityksen ilmaisinlaite, tunnettu siitä, että valo, jonka syöttölähde (60) tuo erääseen tästä ydinosien (52) joukosta on polarisoitu samaan suuntaan kuin mitä on tämän ydinosien (52) joukon pienemmän akselin suunta ja että ilmaisinosiin (62,64,66) sisältyy polarisointilaitteet niin, että ilmaisinlaite toimii ensisijaisesti valon perusteella, mikä on polarisoitu samaan suuntaan kuin näiden muodoltaan elliptisten ydinosien (52) pienempien akseleiden suunta.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen jännityksen ilmaisinlaitteen käyttö, tunnettu siitä, että sitä käytetään mittaamaan vetojänni-tystä kuidun (50) pituussuunnassa.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen jännityksen ilmaisinlaitteen käyttö, tunnettu siitä, että sitä käytetään mittaamaan voimaa kuidun (50) poikittaissuunnassa.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen jännityksen ilmaisinlaitteen käyttö, tunnettu siitä, että sitä käytetään mittaamaan hydrostaattista painetta tietyssä kohtaa kuidun (50) pituussuunnassa. 2i 71842