[go: up one dir, main page]

SE414672B - Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur - Google Patents

Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur

Info

Publication number
SE414672B
SE414672B SE7811821A SE7811821A SE414672B SE 414672 B SE414672 B SE 414672B SE 7811821 A SE7811821 A SE 7811821A SE 7811821 A SE7811821 A SE 7811821A SE 414672 B SE414672 B SE 414672B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
fiber
signal
oscillations
frequency
measuring device
Prior art date
Application number
SE7811821A
Other languages
English (en)
Other versions
SE7811821L (sv
Inventor
M Adolfsson
T Brogardh
Original Assignee
Asea Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Ab filed Critical Asea Ab
Priority to SE7811821A priority Critical patent/SE414672B/sv
Priority to DE19792945019 priority patent/DE2945019A1/de
Priority to US06/094,097 priority patent/US4345482A/en
Publication of SE7811821L publication Critical patent/SE7811821L/sv
Publication of SE414672B publication Critical patent/SE414672B/sv

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/04—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring the deformation in a solid, e.g. by vibrating string
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/54—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using means specified in two or more of groups G01D5/02, G01D5/12, G01D5/26, G01D5/42, and G01D5/48
    • G01D5/58—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using means specified in two or more of groups G01D5/02, G01D5/12, G01D5/26, G01D5/42, and G01D5/48 using optical means, i.e. using infrared, visible or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G01H9/006—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors the vibrations causing a variation in the relative position of the end of a fibre and another element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/024—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/08—Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces
    • G01L1/086—Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces using electrostatic or electromagnetic counterbalancing forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
    • G01L1/103—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings optical excitation or measuring of vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0016—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a diaphragm
    • G01L9/0017—Optical excitation or measuring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
    • G01L9/0077—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

_15 20 25 30 55 7811821 -3 Uppfinningen går ut på. en lösning av dessa och andra härmed sammanhängande problem, och kärmetecknas därav, att detektering av svängningarna. hos krop- pen (se första stycket ovan) är anordnad att ske på. optisk väg medelst en fiberoptisk läge/rörelsedetektor. Vid en dylik anordning kan hög mätnog- grannhet erhållas beroende på. den höga upplösningen vid den optiska mät- ningen. Man erhåller även okänslighet mot elektromagnetiska störningar, god galvanisk isolation mellan givare och elektronikdel samt god egensäkerhet, bl a erplosionssäkerhet, samt okânslighet mot radioaktiv strålning. Anord- ningen kan även arbeta i korrosiv eller explosiv miljö, vid dålig sikt och man kan göra sig relativt oberoende av instabiliteter och åldringsfenomen hos de ingående komponenterna.
Vid en föredragen utföringsform är energin för excitering av nämnda. sväng- ningar anordnad att överföras till den mekaniska kroppen på. optisk väg, och som lämpligt överföringsmedel kan nämnas optiska fibrer. Tack vara den höga upplösningen hos det optiska! detektorsystemet ger den optiskt överförda "effekten svängningar av enepraktiskt användbar storleksordning.
Uppfinningen är nämare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 är ett utföringsexempel med en mätstorhetsberoendo tråd, svängande i ett magnetfält ooh figur 1 A ett snitt Å-A i figur 1. Figur 2 visar en anord- ning med två fiberëndar, där den optiska signalen moduleras av en svängande kropp. I figur 5 visas tryokmätning med ett den optiska signalen reflekte- rande membran och i figur 5 A ett-snitt G-G i figur 5. I figur 4 visas en anordning med en optiekt kopplad temperaturgivare och i figur 5 visas fiber- optiskt kopplade lcraftgivare med en svängande sträng. I figur 6 visas en alternativ utföringsform av en optiskt kopplad kraftgivare med en infälld figur visande tvâ snitt.
Figur 1 visar en optiskt kopplad kraftgivare, som är uppbyggd enligt prin- cipen att reeonansfrekvensen hos en mekanisk kropp är beroende av den kraft som kroppen utsätts för. I figuren visas en dylik anordning med en givardel G och en elektronikdel E, åtskilda. medelst fiberoptiska ledare 6, 16. Av- ståndet G-E kan variera upp till nâgra kilometer.
I givardelen G är infäet en stålfjäder 1, dvs av ett material med given elasticitetsmodul (kan även vara. andra, liknande material). Fjädern 1 är infäst i givarhuset 5 och på. fjädern är fäst en permanentmagzzet 5 och man utsätter fjädern 1 för den kraft F, som man avser att mäta. Permanentmagrxeten 10 15 20 25 50 35 7811821 -3 5 placeras i ett magnetfält från en elektromagnet med spole 17 och järn- kärna 2 i ett luftgap i järnkärnex: och på. detta sätt exiteras svängningar hos fjädern när spolen 17 genomflytes av växelström. Hela enheten fungerar som en oscillator.
Magnstens växelfält, dvs växelströmmen i spolen 17, alstras genom att en fotodiod 4 belyses och härvid drives ström genom spolen 17. Svängningar uppstår härvid i strängen 1 (ss även figur 1 A).
Rörelsen hos fjädern 1 detekteras genom att ljus från en strömgenomfluten lysdicd 9 leds via. en ljusledarfiber 7 och en fiberförgrening 18 till en ljusledarfiber 6. Em del av ljuset från fibern 6 reflekteras mot fjäderns 1 kant och tillbaka in i fibern 6, och därifrån via förgreningen 18 och ljusledarfibem B till en fotodiod 10. Ljuset, som reflekteras mot fjädern 1 (se rig-am A) och tillbaka in i fiber-n 6 11111 aioaen 1o blir beroende av fjäderns läge relativt fiber-änden 6, och därigenom fås en ljusmodule- ring som funktion av fjäderns läge. Signalen från dioden 10 blir således beroende av kraften F. Strömmen från fotodioden 10 går genom en förstärkare 11' med automatisk amplitudkontroll. Yttre vibrationer på. givaren G kan exci- tera kraftiga svängningar hos fjädern 1 och för att hindra överstyrning måste förstärlmizngen i förstärkaren 11 minskas, så att dess utsignal hålles vid konstant amplitud. Därigenom fås samtidigt kompensation för åldring hos de ingående elektrooptiska komponenterna.. Förstärkarens 11 förstärkning är så- ledes variabel och sattes via en regulator 12 på. sådant sätt, att utsignalen från 11 blir konstant (AGC). Frekvensen hos signalen ut från förstärkaren 11 utgör givarens (G) utsignal.
Denna signal går via ett fasvridande nät 13 (fasvridningsdon) och en för- stärkare 14 till en lysdiod 15.
Ljuset ut från lysdioden leds via en ljusledarfiber 16 till fotodioden 4, och genererar därigenom svängningar i strängen 1. Fasvridningen i donet 13 väljs så., att mätsystemet bildar en återkopplad oscillator där givaren G utgör det frekvensbestämande elementet.
För att få en utsignal proportionell mot kraften F måste signalen ut från förstärkaren 11 gå. igenom en frekvsnsspärmingsomvandlare (ej visad) och därefter lineariseras (mätsignal vid 101). Resonansfrekveneen hos kroppen är beroende av kraften F.
I figur 2 visas en fiberoptiskt kopplad kraftgivare, där mätsigxzalen F (kraften som skall mätas) omvandlas till resonansfrekvens hos en uppspänd 10 15 20 25 50 35 7811821-3 tråd, och detekteringen görs med hjälp av en faslåst slinga. En lysdiod 22, genomfluten av strömmen I, ger ett konstant ljusflöde in i en ljusledarfiber 23, vilken avslutas vid givaren G. Ljuset från fibern 25 kopplas vidare i givaren till en andra ljusledarfiber 24, och ledes därifrån tillbaka till elektronikdelen och där till en fotodiod 25. Mellan fiberändarns. 23 och 24 i givaren G befinner sig den inspända tråden 19, vare resonanafrelcvens be- stäms av spänningen i tråden, och därigenom av den kraft F, som givaren på- verkas av. Eftersom strängen 19 endast till en del täcker fibrernas 25, 24 ändytor moduleras ljuskopplingen av strängene 19 rörelse, och signalen in på. fotodioden 25 avbildar strängens läge. Strömmen från fotodioden 25 för- stärks i en förstärkare 26, och den förstärkta signalen passerar en ampli- tudbegränzsningskrets 27, där signalen omvandlas till fyrkantvåg, som går till en fasjämförare 28. I 28 jämförs fasen hos fyrkantvågen från 27 med fa- sen hos signalen ut från en spänningsstyrd oscillator (VCO) 30. Fasavvikel- sen ger upphov till en signal, som efter lågpassfiltrering i filtret 29 av utsignalen från fasjämföraren 28 bildar styrsigxnal till oscillatorn 30, vars frekvens ändras tills fasavvikelsen blir konstant. Styr-signalen till oscillatorn 50 är en spänning, proportionell mot frekvensen hos den sväng- ande strängen 19 och tas därför som utsignal, proportionell mot kraften F.
Signalen ut från oscillatorn 30 förstärks i en förstärkare 14, vars ut- signal driver en lysdiod 15. Ljuset från lysdioden 15 kopplas via en fiber 16 till en fotodiod 4,- som genererar en ström genom en spole 17 på en magnet 20. Strömmen genom spolen ger ett magnetfält i 20, som exciterar resonans- svängningar i strängen 19. Mätsigznalen Hut visas i fig 2, och den är en avbildning av den kraft F som ainordningen avser mäta. Den infällda figu- ren visar givaren, och .till vänster i figuren visas ett snitt B-B av giva- IBII I Figur 5 visar en alternativ utformning av givarelementet G att användas tillsammans med optoelektroniken enligt figur 1. Anordningen är en optiskt kopplad tryckgivare (se vid pilarna P i figur 3), som bygger på. att reso- nansfrekveneen hos ett membran 49 är beroende av membranete utböjning och därmed av det på membranet applicerade trycket P. Svängninganna hos membra- net 49 exiteras genom att ljus i ljusledarfibern 16 via fotodioden 4 ger ström genom spolen 17 kring msgneten 20, som attraherar membranet 49.
Membranets svängningar detekteras genom att en del av det konstanta ljus- fiaaef; ut från ljusledarfibem 6 (se figur 3 n, som är et: annu.- G-G 1 figur 3) reflekteras mot membranet 49 tillbaka in i fibern 6. Andelen ljus som reflekteras av membranet 49 beror av membranets avstånd från fiber-änden 6 i givaren G och blir därigenom ett mått på membranets utböjning. Givar- 10 15 20 25 30 55 7811821-3 modulen G kopplas med fibrerna 6 ooh 16 till en mottagnrdel (elektronik- delen E) av samma, utförande som för kraftgivaren i figur 1.
Anordningen i figur 4 är en optiskt kopplad tomperaturgivare, där temperatur- ändringar ger ändrad elasticitetsmodul hos en axel som torsionsevänger.
Resononsfrekvensen för svängningarna. utgör en avbildning av temperaturen under förutsättning att inspënningskraften för axeln är konstant. Resonans- frekvensen bestämmes genom att svängningar exciteras av en strömstöt genom två parallella spolar 32, 33, varefter frekvensen hos de efterföljande svängningarna mäts. Ström genom en lysdiod 35 ger ljus, som via en ljus- ledarfiber 36 leds till en fotodiod 37, vars utström laddar upp en konden- sator 38. Kondensatorn 38 laddas ur genom två. parallella spolar 32 och 33 genom att fälteffekttransistorn 40 börjar leda. Genom att den ene. spolen 33 sitter fixerad vid en brygga 34 på en axel 31 (se även den infällda. figu- ren) ooh den andra spolen sitter fast monterad ger den av strömstöten or- sakade kraftverkan mellan spelarna. 32, 55 upphov till torsionssvängrxingur hos axeln 31. Fålteffekttrazmistom styrs från en styrlogik 44 via. en för- stärkare 43,, som i sin tur driver lysdioden 42, som alstrar ljus som lades genom ljusledarfibern 41 till de seriekopplade fotodiodenla 59, som ger styr- spänning till fälteffekttransistorn 40. Svängningarna detekteras genom att ljus från fotodioden 9 via. en fiber 7, fiberförgreningen 18 och fiber-n 6 leds till kanten på torsionsaxelns 31 brygga 34. Beroende på. bryggrsntens läge relativt fiberänden reflekteras en del av ljuset tillbaka in i fi- bern 6. En del av detta ljus når fotodioden 10 efter reflektion mot orga- net 34 ooh efter passage av fiberförgreningen 18 samt fibern 8. Signalen från fotodioden 10 förstärks i en förstärkare 45 och går därefter till en frekvensràllmare 46. Fm signal från styrlogiken 44 synkroniserar frekvens- ' mätningen till tiden närmast efter det att svängningarna exciterats. Den digitals utsignalen från frelcvensrälmaren 46 bildar adressigzal till ett minne (non) 47, som :manner en lmearisersnae tabell. För att erhålls en analog utsignal får utsignalen från mixmet 47 passera en digital/analog'- omvandlare 48, som ger det analoga mätvärdet som utsignal. I frekvensrälrxxa- ren 46 mätas alltså frekvensen hos växelströmsdelen av den i 45 förstärkta signalen.
I figur 5 visas fiberoptiskt kopplade kraftgivare, baserade på principen svängande sträng. För ett excitera. svärngraingar används i figur 5 A tvâ Icon- densatorplattor '33 och 54. En bit ferroelektriskt material 52, som är fast- natt vid don uvlhngcuxzlo ntrllngon fi! (generellt benlinmd kroppen) och plazaerod i fältet mellan plattorna 53, 54, utsätts för en kraft som genererar sväng- ' 7811821-3 10 15 20 25 50 55 ningar i strängen. För givaren i figur 5 B ges exciteringen direkt utan sn- vändning av ferroelektriskt material av kraftverkan mellan en fast konden- satorplatta 55 och den svängande strängen 51 när en elektrisk spänning läggas mellan dem.
Mottagardelen för givaren i fig 5 A fungerar azzalogt med motsvarande del för givaren i figur 1 med den skillnaden, att den reglerbars förstärkaren 11 och regulatorn 12 ersätts av en förstärkare med konstant förstärkning 26 följd av en amplitudbegränsarkrets 27. svängningar exciterss genom att ljus i ljusledarfibern 16 ger en spänning över fotodioden 4. Denna. spänning trans- formeras upp i transformator!! 55, vars utgångar är anslutna till kondensator- plattorna 55 och 54. Mellan kondensstorplsttorna befinner sig strängen 51 med biten av ferroelektriskt material 52. I fältet mellan plattorna utsätts 52 och därmed strängen 51 för en kraft proportionell mot spänningen mellan plattorna och denna kraft F exciterar svängningar. Svängningarna detskteras genom att en del av ljuset från ljusledarfibem 6 reflekteras mot kanten på. strängen, som delvis täcker fiberns ändyts. och går tillbaks in i fibern 6.
Intensiteten hos det reflekterade ljuset moduleras därigenom av strängens rörelse relativt fiberänden. Givarelementet i fig 5 B fungerar analogt med givaren i fig 5 A, men svängningar ezciteras av kraftverkan mellan en fast kondensatorplatts, 55 och den rörliga strängen 51 när utspänningen från trans- romans-n 55 kopplas mellan dem.
Anordningen i figur 6 är en optiskt kopplad kraftgivare där kraften F, som skall mätas, orsakar en ändring hos spänningen i en sträng 1 och därmed en ändring av resonansfrekvsnsen hos strängen. Exciteringen av svängningar sker genom att förstärkaren 14 driver ström genom lysdioden 15, och ljuset från dioden 15 ledes via. ljusledarfibern 16 till fotodioden 4 i givardelen G. Ljuset till fotodioden 4 orsakar en spänning över dioden, som kopplas till vardera sidan på ett piezoelektriskt element av bimorf, alternativt multimorf struktur 56. Spänningen över det piezoelektrisks. elementet ger en utböjning hos elementets ena ände, som är mekaniskt förbunden med strängen 1.
Eftersom den andra. änden är fast monterad i givarväggen 21 ger spänningen till det piezoelektriska elementet upphov till en utböjning hos strängen.
Svängningarns. hos strängen detekteras genom att den strömgenomflutna lys- dioden 22 ger ett konstant ljusflöde in i fibern 25, varifrån ljuset kopplas till mottsgarfibern 24. Mellan ändarna på fibrerna 25 och 24 i givardelen går till en del strängen 1 in, varför ljuset som kopplas in i fibern 24 moduleras av rörelserna hos strängen 1. Ljuset i fibern 24 går till foto- dioden 10, vars utström förstärks i den reglerbara förstärkaren 11. Med

Claims (17)

10 7811821-3 hjälp av regulatorn 12 ställs förstärkningen i 11 så, att dess utsignaler håller konstant amplitud. Företärkaren 11 är således en förstärkare med auto- matisk amplitudkontroll. Signalen från förstärkaren 11 går till en frekvens- jämförare 57, där dess frekvens jämförs med frekvensen hos signalen från den spänningsstyrda oscillatorn 50 (VCO), som ger signal för exciteringen. Skill- naden i frekvens ger en utsignal från frekvensjämföraren 57, som efter filt- rering i lågpasefiltret 29 går in i regulatorn 58, som ger styrsigxial till den spärmingsstyrda oscillatom 50. Eftersom denna. styrsigzxal är proportio- nell mot resonansfrelwensen hos strängen kan den utnyttjas som mätsigrxal (se vid Unt). Mottagardelen är i detta fall uppbyggd som en frekvenslåst Ulma Man kan även låta ljuset reflektera mot en spegel, delvis täckande fiberns ändyta, och som är anordnad att röra sig i ett plan, parallellt med fiberns ändyta, eller också mot en spegel, som helt eller delvis täcks av fiberänden och som har rörelseriktningen vinkelrät mot fiberns ändyta. Som ovan nämnts kan liknande anordningar användas för mätning av icke endast kraft och tryck utan även töjning, acceleration, temperatur m m, och anord- ningen enligt ovan kan varieras på mångshanda sätt inom ramen för nedan- stående patentkrav. PATENTKRAV
1. Fiberoptiskt don för mätning av fysikaliska storheter såsom lcraft, töj- ning, tryck, acceleration, temperatur etc, innefattande en givardel (G) och en elektronikdel (E), där mätetorheten är anordnad att påföras givarenhsten (G) för att där påverka resonansfrekvensen hos en i denna ingående kropp genom ändring av kroppens dimensioner, massa, täthet, elasticitetsmodul och/eller mekaniska spänning, varvid nämnda kropp är anordnad att bringas i sväng-ning och där egenskaper hos denna svängning såsom frekvens, fasläge och/eller amplitud användes som värde på. mätstorheten, k ä' n n e t e c k - n a t därav, att detekteringen av svängiingama hos kroppen (1, 19, 54) är anordnad att ske på. optisk väg medelst en fiberoptisk läge/rörelse-»detsktoxu
2. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att energin för excitering av nämnda. svängningar är anordnad att överföras till kroppen på optisk väg. 7811821-3'
3. Mätdon enligt patentkrav 2, k ä. n n e t e c k n a t därav, att exci- teringssnergin är anordnad att överföras till kroppen via optiska fibrer (16).
4. Flätdon enligt patentkrav 2, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att den optiska. energin för excitering av nämnda svängningar är anordnad att påföras ' en eller flera fotodioder (4, 57) för omvandling av den optiska energin till elektrisk energi.
5. liätdon enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att den elektriska energin för excitering av nämnda svängningar är anordnad att direkt eller efter uppladdning och urladdning av minst en kondensator (38) ledas genom en eller flera elektriska ledare, eventuellt i form av spolar (17, 52, 55), kring vilka ledare/spolar härvid bildas magnetfält, som ger upphov till en kraft på nämnda kropp (31), exempelvis genom kraftverkan på en annan ledare :mbrlngnd på nïunndu. kropp eller kraftverken på muggxetiukt material, :w vilket nämnda kropp helt eller delvis består av eller av vilket en bit är axlbrirgad på. nämnda lcropp. f "
6. Nlätdon enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att den elektriska energin för excitering av nämnda svängningar överförs till konden- satorplattor (52, 54), direkt eller efter upptransformering, mellan vilka moppen (51) är placerad, så, att denna. utsätts för kraftverkan från det upp- komna. elektriska fältet.
7. Mätdon enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a. t därav, att vid kroppen är anordnat ferroelektriskt material (52), vilket påverkas av det uppkomna elektriska fältet mellan plattorna.
8. Mätdon enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den elektriska energin för excitering av nämnda. svängningar överförs till en kondensatorplatta (53) och den svängande kroppen (51), så att denna. utsätts för kraftverkan från det uppkomna elektriska fältet mellan plattan och den svängande kroppen.
9. Mäïtdon enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den elektriska energin för excitering av nämnda svängningar direkt eller efter upptransformering överförs till ett eller flera piezoelektriska element, t ex i form av staplar av piezoelektriska plattor eller bimorfa, alternativt multimorfa strukturer (S6), och att de piezoelektriska elementen är så. anord- nade, att den av den påförda elektriska energin orsakade utböjningen ger en kraftverkan på. kroppen, varvid svängningar exciteras i denna. 7811821-3
10. Mätdon enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att den optiska signalen för excitering av nämnda svängningar bildas av signalen från nämnda fiberoptiska detektor, vilken signal är anordnad at_t påföras en förstärkare (11) och ett fasvridningsdon (13) samt är återkopplad till givar- enheten, varigenom en åter-kopplad oscillator erhålles, vars frekvens bestäms av resonansfrekvensen hos den svängande mekaniska kroppen (1) och därmed av mätstorheten.
11. Mätdon enligt patentkrav 2, k ä. n n e t e c k n e. t därav, att den optiska signalen för excitering av nämnda svängningar erhålles som utsignalen från en späxmingsstyrd oscillator, vare styrsigrxal är en funktion av skillna- den i fas mellan oscillatorns utsignal och signalen från nämnda fiberoptiska detektor, varigenom etyrsignalen till oscillatorn blir en funktion av reso- nansfrekvensen hos den svängande mekaniska kroppen, och därmed en funktion av mätstorheten .
12. Mätdon enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att den optiska signalen för excitering av svängningar erhålles som utsignalen från en spänningsstyrd oscillator, vars .styrsignal bestämmas av en regulator (58), vars insignal är en funktion av skillnaden i frekvens mellan utsignalen från oscillatorn och signalen från nämnda fiberoptiska detektor, varigenom styr- signalen blir en funktion av resonansfrekvensen hos den svängande mekaniska kroppen, och därmed en funktion av mätstorheten.
13. 15. Mätdon enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att sväng- ningarna i den mekaniska lmoppen är anordnade att under ett tidsintervall exciteras medelst en ljussigzal av tillräcklig bandbredd för att med säkerhet innehålla nämnda kropps resonansfrekvens, samt att mder ett efterföljande tidsintervall periodtid-altemiativt frekvens hos den exciterade svängningen ar anordnad att mätas på konventionellt sätt, t ex medelst en räknare, frek- vens/späxmingsomvandlare eller periodtid/späzmingsomvandlare.
14. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att sigia- len, proportionell mot resonansfrekvensen, är påförd en olinjär länk, varvid utsignalen från länken blir proportionell mot mätstorheten.
15. Mätdon enligt patentkrav 5, k ä. n n e t e c k n s. t därav, att nämnda kondensator (58) för lagring av elektrisk energi är anordnad att kurma ur- laddas via minst en faiteffekitransister (40), styra av optiska signaler (41). 7811821-3 'o
16. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att anord- ningen för detektering av kroppens svängningar, dvs den fiberoptiska läge/rö- relsedetektorn, består av två ljusledsrfibrer (25, 24), monterade med ändarna mot varandra och med en rörlig skärm (19) mellan ändytorna. på ett sådant sätt, att ett konstant ljusflöde ut från den ena. fibem ger ett ljusflöde in i den andra, beroende av skärmens läge relativt fiberänden.
17. Mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den fiberoptiska läge/rörelsedetektorn består av en ljusledarfiber, vers utsända ljus reflekteras mot en yta. (49) och delvis, i beroende av mätstorheten, återsänds in i fibern (6) så ett andelen reflekterat ljus blir ett mått på ytans rörelse relativt fiberärxden, varvid den reflekterande ytan kan bestå av en spegel, delvis täckande fiberns ändqrta, och som är szxordxnad ett röra sig i ett plan, parallellt med fiberne ändyta., eller av en spegel, som helt eller delvis täcker fiberänden och som har rörelseriktningen vinkelrät emot fiberns ändyta..
SE7811821A 1978-11-16 1978-11-16 Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur SE414672B (sv)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7811821A SE414672B (sv) 1978-11-16 1978-11-16 Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur
DE19792945019 DE2945019A1 (de) 1978-11-16 1979-11-08 Faseroptisches messgeraet zur messung von physikalischen groessen
US06/094,097 US4345482A (en) 1978-11-16 1979-11-14 Fiber optical devices for measuring physical phenomenon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7811821A SE414672B (sv) 1978-11-16 1978-11-16 Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE7811821L SE7811821L (sv) 1980-05-17
SE414672B true SE414672B (sv) 1980-08-11

Family

ID=20336372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE7811821A SE414672B (sv) 1978-11-16 1978-11-16 Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4345482A (sv)
DE (1) DE2945019A1 (sv)
SE (1) SE414672B (sv)

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4379226A (en) * 1981-02-02 1983-04-05 Siemens Corporation Method and sensor device for measuring a physical parameter utilizing an oscillatory, light modulation element
GB2098726B (en) * 1981-05-14 1985-05-30 Itt Ind Ltd Differential pressure/displacement sensors
US4521684A (en) * 1982-02-22 1985-06-04 The Foxboro Company Optical measurement system with light-driven vibrating sensor element
US4470313A (en) * 1982-04-05 1984-09-11 The Foxboro Company Mechanically excited resonant-element sensor
SE430825B (sv) * 1982-05-27 1983-12-12 Asea Ab Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser
GB2121953B (en) * 1982-06-10 1985-09-04 Itt Ind Ltd Improvements in transducers
US4621929A (en) * 1983-10-12 1986-11-11 Luxtron Corporation Fiber optic thermal anemometer
US4743752A (en) * 1984-05-07 1988-05-10 The Foxboro Company Fiber optic remote sensor
US4678905A (en) * 1984-05-18 1987-07-07 Luxtron Corporation Optical sensors for detecting physical parameters utilizing vibrating piezoelectric elements
US4897541A (en) * 1984-05-18 1990-01-30 Luxtron Corporation Sensors for detecting electromagnetic parameters utilizing resonating elements
US4713540A (en) * 1985-07-16 1987-12-15 The Foxboro Company Method and apparatus for sensing a measurand
US4743116A (en) * 1985-10-07 1988-05-10 Eric Udd Microbending optical fiber accelerometer and gyroscope
US4755051A (en) * 1985-10-07 1988-07-05 Mcdonnell Douglas Corporation Vibrating optical fiber accelerometer and gyroscope
DE3542042C1 (de) * 1985-11-28 1987-01-02 Daimler Benz Ag Faseroptischer Sensor zur Erfassung der Bewegung oder Position eines Bauteils
GB2192456B (en) * 1986-07-12 1990-07-04 Stc Plc Optical sensor
US4733561A (en) * 1986-07-21 1988-03-29 The Foxboro Company Self-oscillating, optical resonant sensor
DE8712331U1 (de) * 1986-09-26 1988-01-28 Flowtec AG, Reinach, Basel Corioliskraft-Massendurchflussmesser
DE3815800A1 (de) * 1988-05-09 1989-11-23 Asea Brown Boveri Anordnung zum messen einer gasdichte
US4857727A (en) * 1988-05-12 1989-08-15 Honeywell Inc. Optically powered remote sensors with timing discrimination
DE8809093U1 (de) * 1988-07-15 1988-10-06 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Elektrooptische Meß- und Übertragungsvorrichtung
US4931636A (en) * 1988-08-26 1990-06-05 The Boeing Company Two wavelength optical sensor and sensing system
US5099144A (en) * 1988-12-28 1992-03-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for optical power transmission and optically powered system
DE3915682A1 (de) * 1989-05-13 1990-11-22 Angewandte Digital Elektronik Pneumatischer zustandsgeber
GB2235042B (en) * 1989-07-29 1993-10-27 Smiths Industries Plc Sensing systems
GB8922681D0 (en) * 1989-10-09 1989-11-22 Secr Defence Oscillator
US5265479A (en) * 1989-10-17 1993-11-30 Lucas Industries Public Limited Company Micro resonator
US5258868A (en) * 1990-02-02 1993-11-02 Rosemount Inc. Optical process variable transmitter
DE4013921C1 (en) * 1990-04-30 1991-07-04 Deutsche Airbus Gmbh, 2000 Hamburg, De Air pressure measuring device for aeroplane - has infrared energy source e.g. laser diode with driver feeding converter e.g. solar cell and storage capacitor
US5276322A (en) * 1990-10-17 1994-01-04 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic accelerometer
US5087810A (en) * 1990-10-17 1992-02-11 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic magnetic field sensor
US5140155A (en) * 1990-10-17 1992-08-18 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic sensor with dual condition-responsive beams
DE4114253A1 (de) * 1991-05-02 1992-11-05 Asea Brown Boveri Faseroptischer sensor
DE4115370A1 (de) * 1991-05-10 1992-11-26 Asea Brown Boveri Faseroptischer sensor
US5436749A (en) * 1991-12-09 1995-07-25 Scientific-Atlanta, Inc. Method and apparatus for predistortion
US5361156A (en) * 1991-12-09 1994-11-01 Scientific-Atlanta, Inc. Method and apparatus for predistortion
DE4216152A1 (de) * 1992-05-15 1993-11-18 Asea Brown Boveri Faseroptischer Sensor
US5448161A (en) * 1992-07-24 1995-09-05 Lightning Protection Technology Transformer-coupled photodiode circuit for lightning and other light pulse detection
US5481389A (en) * 1992-10-09 1996-01-02 Scientific-Atlanta, Inc. Postdistortion circuit for reducing distortion in an optical communications system
US5430568A (en) * 1992-12-01 1995-07-04 Scientific-Atlanta, Inc. Optical communications system for transmitting information signals having different wavelengths over a same optical fiber
DE4312692C2 (de) * 1993-04-20 1998-07-02 Richter Thomas Meßvorrichtung zur Erfassung von Schwingungen, Impulsen, Stößen, Beschleunigungen oder seismischen Erregungen und Verwendungen dieser Meßvorrichtung
US5528409A (en) * 1994-10-13 1996-06-18 Nt International, Inc. Fiber-optic interface system
DE19548920C2 (de) * 1994-12-27 2003-05-28 Toshiba Kawasaki Kk Optischer Sensor und Verwendung eines solchen Sensors in einer Prozeß-Meßgeräteeinrichtung
GB9504298D0 (en) * 1995-03-03 1995-04-19 Secr Defence Passive acousto-optic modulator
GB2313249B (en) * 1995-03-03 1999-01-20 Secr Defence Passive acousto-optic modulator
US5771114A (en) * 1995-09-29 1998-06-23 Rosemount Inc. Optical interface with safety shutdown
US5727110A (en) * 1995-09-29 1998-03-10 Rosemount Inc. Electro-optic interface for field instrument
RU2000105889A (ru) * 1997-08-08 2002-01-27 Сименс Акциенгезелльшафт (DE) Устройство для приема сигнала передачи и для передачи оптического луча, а также его применение
US6246638B1 (en) * 1999-03-30 2001-06-12 Honeywell International Inc. Fiber-optic vibration sensor based on frequency modulation of light-excited oscillators
US6583399B1 (en) 1999-11-22 2003-06-24 California Institute Of Technology Optical resonator microsphere sensor with altering Q-factor
US6507793B1 (en) * 2001-04-09 2003-01-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for measuring vorticity
DE50308298D1 (de) * 2003-04-01 2007-11-08 Fraunhofer Ges Forschung Beschleunigungssensor und verfahren zum erfassen einer beschleunigung
DE10334362B4 (de) * 2003-07-25 2016-06-02 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren und Ansteuereinrichtung zum Betreiben einer Glühlampe, Kraftfahrzeug mit einer derartigen Ansteuereinrichtung sowie Verfahren zum Bestimmen der Eigenresonanzfrequenz eines Glühfadens
ITTO20050316A1 (it) * 2005-05-10 2006-11-11 Varian Spa Sensore di pressione
EP3583892A1 (en) 2018-06-20 2019-12-25 Koninklijke Philips N.V. Pressure sensing unit, system and method for remote pressure sensing
US11119116B2 (en) 2019-04-01 2021-09-14 Honeywell International Inc. Accelerometer for determining an acceleration based on modulated optical signals
US11079227B2 (en) 2019-04-01 2021-08-03 Honeywell International Inc. Accelerometer system enclosing gas
US10956768B2 (en) 2019-04-22 2021-03-23 Honeywell International Inc. Feedback cooling and detection for optomechanical devices
US10705112B1 (en) 2019-04-22 2020-07-07 Honeywell International Inc. Noise rejection for optomechanical devices
US11408911B2 (en) 2019-07-17 2022-08-09 Honeywell International Inc. Optomechanical structure with corrugated edge
US11119114B2 (en) 2019-07-17 2021-09-14 Honeywell International Inc. Anchor structure for securing optomechanical structure
US11372019B2 (en) 2019-08-13 2022-06-28 Honeywell International Inc. Optomechanical resonator stabilization for optomechanical devices
US11408912B2 (en) 2019-08-13 2022-08-09 Honeywell International Inc. Feedthrough rejection for optomechanical devices
US11150264B2 (en) 2019-08-13 2021-10-19 Honeywell International Inc. Feedthrough rejection for optomechanical devices using elements

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3036465A (en) * 1957-11-25 1962-05-29 Robert H Dicke Gravity meter
DE1498006B2 (de) * 1965-11-02 1971-09-02 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Anordnung zur Frequenzbestimmung schwingender oder zu Schwingungen anreg barer Teile
DE1930111C3 (de) * 1969-06-13 1975-02-20 Vierling, Oskar, Prof. Dr.Phil.Habil., 8553 Ebermannstadt Optische Vorrichtung zum Messen der Bewegung von gegeneinander bewegten Teilen
US3831137A (en) * 1972-04-14 1974-08-20 Us Navy Acousto-optic underwater detector
DE2450080A1 (de) * 1974-10-22 1976-04-29 Licentia Gmbh Verfahren und einrichtung zur druckmessung

Also Published As

Publication number Publication date
DE2945019A1 (de) 1980-05-29
DE2945019C2 (sv) 1989-01-12
SE7811821L (sv) 1980-05-17
US4345482A (en) 1982-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE414672B (sv) Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur
US4801897A (en) Arrangement for generating natural resonant oscillations of a mechanical oscillating system
US4379226A (en) Method and sensor device for measuring a physical parameter utilizing an oscillatory, light modulation element
EP0371592B1 (en) Sensors using vibrating elements
US3625058A (en) Apparatus for determining the filling level of a container
EP0229822B1 (en) Method and apparatus for sensing a measurand
US4521684A (en) Optical measurement system with light-driven vibrating sensor element
US5053693A (en) Fibreoptical sensor
US4275295A (en) Limit and measurement value transmitter
CA2044850C (en) Fiber optic gyro with self-diagnostic function
US5563348A (en) System for measuring stress
US4758065A (en) Fiber optic sensor probe
EP0244087A2 (en) Remote temperature-compensated pressure sensor
RU2719327C2 (ru) Гироскоп
US4669320A (en) Apparatus for measuring a force
US6018386A (en) Oscillatory, optically coupled measurement system
EP0417848B1 (en) Polarimetric fibre-optic sensor
FI74541B (fi) Foerfarande foer avkaennande av en kraft i en optiskt styrd resonanselementanordning samt resonanselementanordning foer genomfoerande av foerfarandet.
US4470313A (en) Mechanically excited resonant-element sensor
US5010770A (en) Vibrating tube fiber optic pressure transducer with light-powered electro-magnetic drive
JP5630008B2 (ja) 電磁界測定装置
Lopez-Higuera et al. New low-cost fiber optic accelerometer system for stator winding monitoring of hydroelectric generating machines
Naden et al. An optically-addressed silicon strain sensor
SU408174A1 (ru) Пьезооптический динамометр
SU1738378A1 (ru) Устройство дл возбуждени колебаний

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 7811821-3

Effective date: 19940610

Format of ref document f/p: F