SE415397B - Fiberoptiskt metdon - Google Patents

Description

_ ' 7812949-1 10 15 25 :à 2 Vid en föredragen utföringsfom är nämnda filter anordnat att i det från givaren utledda ljuset minst ett vâglängdsområde generera en ljus- signal, som är mindre beroende av mätstorheterna än ljuset inom ett annat våglängdsom-åde hos det från givaren utledda ljuset. Man kan härigenom få , en stabil och en hög mötnoggr-annhet.

Vid en annan föredra-gon utföringsform, vid vilken fibsrn dels leder ljus från en eller flera ljuskällor i elektronikenhsten till givaren, dels från givaren till enl ene: flere ljueaerextem 1 elektrenixenneeen, innehåller givaren minst ett optiskt :LuterferenSfiI-ter, som direkt eller indirekt på» verkas av den fysikaliska storhet, som skall mätas och som under påverkan av nämnda fysikaliska storhet modulerar ljuset i givaren. Denna uppfinning kännetecknas därav, att nämnda fysikaliska storhet är anordnad att påverka ljusets optiska våglängd i de interferensskikt, som bygger upp nämnda inter- ferensfilter. Han erhåller här-igenom förflyttningar av transmissions- och reflexionsspektra, vilket vid lämpligt val av nätljusvåglängd genererar e ljussignaler, som i elektronikenheten (E) kan uppdelas i både mät- och stabiliseringskomponent. uppfinningen är nämen-e ezenpzliriem 1 bifegede rinner, ev vilke figur 1 visar ett mätdon med två ljuskällor. Figur 1a visar en fiberände på. elektro- nikdelsidsn och figur 1b ett temperaturstabiliserat mätdon. Figur 2 visar ett mätdon med frekvensmultiplezstabilisering. Figur 5 visar ett mätdon, då ljuset uppdelas ifitvå våglängdsområ-dan av filter vid fotodetektorerna.

Figur 4 visar ett mätdon med elektronisk matclrningsstabilisering av ljus- äšllor etc. Figur 4a och 4b visar tvâ. olika filter-arrangemang för fotodetek- tore . Figur ja-Sl visar olika exempel på sensor-arrangemang. Figur 6-9 visar kurvor för olika spektralfördelningar vid användning av olika filter * och ljusuzodulatorer. Figur 10 visar ett alternativt mätdon med två ljus- källor och vridbart interferensfilter. Figur 11 visar ljuskàïllornas emis- sionslszrvcr och filtrets trsnsmissionskurva för mätdonet i fig 10. Figur 12 visar ett alternativ till figur 10, och figur 13 är ZL-Juskällornas emissions- lszrvor och fil-trons transnissionsharvor för mätdonet i tig 12. Figur 14 visar olika filterkonfigurationer för mätdonet i fig 11 eller 12.

Sigur 1 visar ett nätdon enligt uppfinningen med två ljuskällor 1 och 2, som sänder ljus med olika våglängdsfördelningar (maximum vid våglängderna 'P1 resp Tz) in i de ljusledande fibrerna 3 resp 4, som i en förgrening 10 15 25 55 7812949-1 gå: ihop till fibem 5., Elelctronikenheton begränsas av den streckade rek- tangeln E och givaæemhaterna och rektamgeln G. Fråø. fibem 5 Lzojgplas en del av ljuset via fiberzo. 6 till ljusdetektoiu 18, inom elektronikenheten E, och ljuedeflízekëoms fotoström förstärks av 19 och pàföres en skillnads- bildare 20 tillsammans med en. refei-enopämning 21 (Vref) och denna. skillnad utgör felsigzmlon till en regulator 22, som styr lysdioden 1 via êxivluret- sen 24 eller lysdioden 2 vis, drivlmetsen 25 i beroende på läget hos en switch 23., bíed denna. reglering garanteras att förhållandet mellan ljus- intensiteterna från lyediodema 'I och 2 hâlles konstant. Switchen 23 styrs mellan sina, två lägen av oscillatorn 17. Från fibern 5 kopplas en del av ljuset från lysdioderna. 1 och 2 till fibern 7. Fiberfl 7 leder till själva givaren G, som i denna figur utgöres av ett optikt filter 9 i en spalt 8 mellan den ljusinlodsnde íibern 7 och om ljusutledande fiber 10, som leder ljuset från givaren G till ljusdetektom 11 inom elektronikenheton. Ljus- detektoms 11 utsim-al förstärks i förstärkaren 12, och medelst switohen '26 pålägges dess utaigsiml ömsom “oample-and-hold"-kretsarna 15 och 14 i takt med att switchen 23 kopplar in lysdioden 1 resp 2. Kontakten 26 styras liksom kontakten 25 av oocillatorn 17. wrigenom kommer utgången hos Ismet- sen 13 att erhålla ett välifde ljusintensitet från lysdioden 1, efter passage av ljusledßzzma- 3, 5, 7, 10 oohzgivamen G, samt utgången hos het» sen 14 ett värde på ljusintensitoten fräs: lysdioden 2 efter passage av ljus- ledazna 4, 5, 7, 10 och givaren G. I givaren påverkas läget ho det optiska filtret 9 av den aktuella miitotorhetem (läge, hastighet, acceleration, m-efz, tryck, zöjmg, temperatur, em), och gemene-u välja filtren 9 så, att ljuset från lysdioden 1 påverkas lscdfisigaæe av rörelsen hos 9 än ljuset från lysdioden 2 erhålles efter kvotbildzing i kvoteringflkretaen 15 en' signal, som är beroende ev mister-heten men oberoende av peæametorveriaf- tioner hos fibesoptiken och optoelektroniken i mätdonet, Utsigalen från kvoteringadonet 15 påfözeoo ett registrerade eller indzlkeranríe don 16, vilket således visa: mätstoz-heten.

En förutsättning för att det besmivm förfarandet skall ge on mllotändig kompensation för miwo ietioner i fiberoptilzen är, att same. mod- uppsättning erhålla fsrån de båda lysdioderna Tech 2, då eljest microbetnding komer ett påverka ljuset från de 'båda lysdiodema. olika. med resultatet, att kvoten från 15 ogj hlizc konstant. För att erhålla. identiska moduppsättninguæ väljas lysdioder med some. otrålningøfördslmiag och eventuellt görs modbland» ning genom lämplig lmölming av fibrema 5 och 4. Om lysdiodnr med väldefini- erade låusfördelningar används, kan dessa. monteras intill varandra framför 10 15 25 35 7312949-1 4 änden till fibern 5, .väsen framgår ur figur 1a.. Däriænom göres en fiber- optisk förgrenzing överflödig. Bär finns också möjlighet att placera. foto- dioden 18 i närheten av lysdioderzm 1 och 2, varigenom fibern 6 göres över- flödig, Eventmsllt kan fiberns 5 ände göras I-:onislc framför lysdicderna, för ökade lgjusinkopplåmg. För att garantera att lyadiodernas våglängdsfördel- ning är konstant kan en temparaturregzzlator användas för temperaturstabili- sering av lysdiodema.

Figu 1b visar en temperaturegzalator, som antingen styras av ljus- kíalllans temperatur eller av spektralfördelningen hos ljuset från ljuskälllan.

Hur det senare kan utföras visas i figuren (1b), där en del av ljuset från ljuskällan 1 via fibern 5 och snittet mellan fibern 5 och 7 kopplas över till fotodetektom 82 via filtret 81. Filtret 81 är så. valt, att dess transmis- sionskurva har en flank, som skär ljusk-'aillana 1 ljusspektrzzm, varigenom en hos ljuskällans 1 àpektrum ger en ändring av detektorns 82 fotoström.

Genom åta-kopplingen via förstärkaren 83, skillnadsbildazen 84 och regulatorn 85, samt drivlzetsen 86 till peltierelementet 87 erhålles den önskade tempe- ratwcatabiliseringen. Il figur 1b visas vidare hur en och samma. ljualèllla. kan användas för att generera de olika vàglärgdaområden, som hövs i utrustningen.

Då omkopplaren 25 står i nedre läget regleras ljuset frånfi till ett lvärde motsvarande Yugi., varvid 1 arbetar som lysdiod och aändewr bredspektralt, varvid ljuset både reflekteras och tranamitteras 'i det ljusmodulerands filt- retl9, som antàges 'vara av interferentyp (se figur 1). Då omkopplaren är i övre läget regleras ljuset till ett värde motsvarande 171m: plus 72:e? varvid 1 arbetar som laaerdiod och sänder en smalt spektrum, vilket beroende på, val filtret antingen reflekteras eller tranamitteras i filtret 9.

För att generera 011.113, spamm. via anka tillfällen m också en s k ' "tunablem diodlaaar användas. Genon att moduler-a. diodlaserns våglängd över filtrets 9 spektrala transmissionískant (se fig 1) erhålles för filtret: rörelse mer eller mindre beroende ljusaignaler, vilka på tidigare beskrivet sätt kan användas för stabilisering av afitâonet.

I fig 1 visades en anordning, vid vilken man erhöll stabilisering av opto- elektronik och fiberoptik genom tidsniultiplexing av två lysdioder och kvot- bildning mellan de ljuakomponenter från givaren, som härrörde från de två. lysdiodarna.. I fig 2 görs Stabilisering genom frekvensmultiplex-ixxg i stället för tidsmultiplexing, och förstärkningsreglering i stället för kvotbildnimg.

Ljusetfrü lysdiodemd 1 och 2 får här passera var sitt optisktfl filter 27 respektive 28 för erhållande av väl separerade spektralfördelningar (med max via våglängderna 'P1 resp Tz), man det via rimma 5 den 4 fars lamm :111 10 15 25 35 78129119-1 fibern 5. På. samma. sätt som i .fig 1 kopplas en del av ljuset från fibern 5 till fiber-n 6 och ljuoeletektom 18, vara utsigual förstärks av 19. Lys- diodema. 1 och 2 modulorcs av oocilleoorazfno. 13,0 resp 41, med de skilda. frekvenssrfla S1 och f? varför utsignalen från 19 kan delas upp i tvâ komponenter av baizèpoooffzïltren 33 och 34, där utsignalen från 53 härrär från lyadioåon 1' och utsignflen från 54 från lyßdioden 2.. Efter äemoâule- ring i lcretscrna 35 och 36 tages: vid 57 skillnaden mellan de båcïa kompo- nenterna och påföres regulatorn 58,, som styr den rcglcrbaro. förotärkziren 59 på sådant sätt, att utaimalen från 57 hållas lika med noll. Därigenom erhålles matchniflompcnfloring av lysdioderna 1 och 2. En del av ljuset från fiber-n 5 kopplas vis fiber-n 7 till själva givaren 52, som i det här fallet utgöres av en tryckgivare med ett reflekterande, tryckavkàlnnande membran 51. Mellan memor-enat 51 och fiberno 7 ëndyta finnes ett optisk-b filter som reflekterar olika. mycket och transmitterai- oïiika mycket av ljuset från de både lysdiooerna 1 och 2. En áel av det ljus, som reflek- teras tillbaka fm i flow. 7, mtingec efter reflektion i filtret 3.0 eller transmission gcnom fiflxizret IEO och reflelêtion i det speglanäe meæbremot šï, kopplas in i fibem 10 och till ljuscleízektom 11. Utsigzalon få äenna förstärks i 12 och delar; av filtren 45 och 46 upp i tvâ komponenter, rörande från lysdioderaa 1 resp 2. Efter clemodulering i 4? jämföres signalen med modulationsfrekvcnsen fi med en referenseigzzal Vref i 49 och den er- hållna skillnaden påföres regulatorn 50, vilken styr tandemförstärkarna 42 och 45. Alternetifirt (se otreckad linje 44) kan regulatorn 50 via kopp- lingen 44 styra förstärkaren 12. Denna. reglering kompenserar för parameter- varietioner hos fiber-optiker: och optoelolcbroniken i mätdonet. Den kompen- serande mätaigrxolen erhålles efter domoäulation av utoigwnalen från filtret 46 via. omvandloren 4.1, och szätsignolen kan avläsao i inâilcericgodonot 16.

Fig 3 visar ett där uppdelningen av ljuset i två. vàgläwga- ornråden (som kan voro övorlappando) okcr vid äotektoraidan i stället för vid ljuskälloaiflan som i fig 1 och 2. Ljuset från ljusléillan 1 lades via _ fibern 3 och fibsrn 'I till «själva givaren, som består av ett temperatur- känsligt material 55, placerad i ljuflstfigåmgen mellan det optiska filtret 50 på fibezänden och spegeln 31. Materialet kan t ex vara. en halvlédare, vara banñgap och därvid ljueabeorption påverkas av tmperaturen. Det från filtret 30 och spegeln 31 reflekterade ljuset ledas tillbaka in i fibsm 7 och från denna. går en del via fibrerna 10, 56 och S7 till filtren 55 och. 54 och till ljusdetektoroma 11 och 51. Filtret 55 är så valt, att detta. släpper igenom mer av det ljus, som ëiroktreflektorats i filtret 30, medan filtret 54 släpper igenom mer av fiet ljus, som trancmitterats av filtret 50, påverkats ~ '78129Å19-1 10 15 20 25 35 av sensorn 55 och reflekterats av spegeln 31 tillbaka in i fibern 7. Så- ledes användes utsignalen från detektorn 11 efter förstärkning i förstärka- ren 12 och jämförelse med en referenssigaal Vrel.. i jämförelsedonet 49 för att med regulatorn 50 styre. ljuskällor 1 så, ett kompensation erhålles för instabilitet hos fiberoptik och optoelelrtronik. Signalen från detektorn 51 utgör mätsimalen och komer genom ovan beskrivna reglerslinga att ha. ett re- ducerat beroende av instabilitet hos optoelehronik ooh fiberoptik. Som ljus- källe används lämpligen en lysdiod med stor hslvvärdesbredd, alternativt två lysdioder med skilde spehtralfördelnimger, matchade till de optiska filtren 30, 53 och 54.

I mätdonet enligt fig 3 lerävs en god matchning mellan fotodetektorenza 11 och 51. Om denna. matchning ej är tillräcklig kan en elektronisk matchning-s- stabilisering göres enligt fig 4, om också visar ett alternativt fotodiod- arrangemang. Oscillstorn 40 modulerarflis. drivlcretsen 24, ljuskällan 1, som via fibrerna 3 och 7 sänder ljus till givaren, som består av ett optiskt filter 30, en trycklsänslig modnlstor 59 med en speglande baksida 31, limmsd på en L-raftcell 60, som vilar på. underlaget 61. Kraften F kommer att ge upphov 'till mekaniska spänningar i modulatorn 159, och därmed en ändra-d absorption för det används våglängdsomràdet. Module-torn kan exempelvis bestå av en halv- ' ledare med tryckberoende bandgap. Från givaren kommer således dels av givaren opåverkat ljus, som reflekterats av filtret 30, och dels av givaren påverkat ljus, som transmitterat ev filtret 30 och modulatom 59 samt reflekterats av spegeln 31 att återvända in i fíbern 7 och ledas vidare till fibern 7 och fibrerna 10 och 58. vid ände-tan av fihern 58 finnes tvâ. fotodioder 11 och 51 separerade av en skärm 71. Ljuset till fotodioden 11 filtre- ras av det optiska filtret 55, medan ljuset vid fotodioden 51 är ofilt- rara-t. Detta betyder ett mätstorheten vid lämpligt val sv ljuskälla _1, filter 30 och filter 53 kommer att påverka fotodioderna. 11 och 51 olika. mycket, varför man efter filtrering i 62 msp 65, demodwilering i 63 resp 66 och kvotbildning i 15 erhåller en nätsiglá., som är kompenserad för instabi- litet hos optcelektronilsen .och- fiberoptiken. För att kompensera för match- ningsdrift mellan fotodioderna 11 och 51 sänder ljuskällan 2 ett av, oscilla- torn 41 modulerat ljus in i fihern 4 till fihern 58 och fotodetektorerna 11 och 51. Utsignslerna från fotodetektorförtärkama 12 och 52 jåmföres i subtraheraren 67 och den erhållna signalen filtreras i 68 med avseende på. signalen från ljnskällan 2, demoduleras i 69 och påföres regulatorn 7G, som ställer in den regler-here förstelïrkaren 64 så, att utsignalen från 64 hålles lika med utsignalen från förstärkaren 12 med avseende på signalkomgonenten med frekvensenfa. Därmed garanteras mtchade detektorkflmaler 11-12 och 51-64. 10 15 25 35 Som alternativ till ljasäetelršzezcarrangæmanget i Sig 4 (markerat med streckad rektangel) kan man emangen i fig 42. øch 41: användas, I fig 4,9. visas också ett fíl"ser 72 mellan fíbem 58 och føtodeüektom 51, och i fig 4b avlämna: fotíadfewtektom 11 dai; av filtret 53 tfiamtiserade ljuset, medan fotodeizeläfsøm 51 avkëmezr dat av samma filter reflekterade ljuset.

Pig Bar-i ger en aamamfattning av elika ssensømmangemamg som anväzxéas i de alstuella givevrna., I samtliga, fall, utan: i fig 51' och Så, ez-wanälas mätstorheten till en mekanisk rörelseg sam letekteæas med filter och spegel- eller äifrüiserarramaëmang., I fig- Sa ger filtret 50 inam ešzi visst våglàlngds- osxmåde av det använda ljuset en demimerande z-eflelciziwg vilkæn utzwttjats för att geherezca en av mïtfstarhetean minclre påverkad. refemenssignal, och inom ett annat våglängclfsområâe en domineramle transmlssim, vilken ger en av pegeln eller äifñlsc-'am 31 âterkastaä mätsigzxal. E-ht eazempel på hu: ljuçlsàlllcr och filter Iran väljas för amangemanget i fig 'ša visas i fig 6, som är relaterad; till mätclcanet enligt :Big 2. Fig Ga. visar spektralfördel» ningen hos ljuskälløxfiß 1 øch 20 Ljuslèlllozfnas öflrerlalnpníßg med avseende på. filtret 50 minskas av filtren 27 ash 28 enligt fig áa ash Sö., varigenom ljuset från ljuskízïllau 1 endast till en liten del reflekteras av filtret '59 enligt reflektíonalamvan B i fig 6b (Elg 2), och ljuset få ljuskällm 2 endast till en liten del traxiszaitteres av filtrcat 30 enligt tranamiasions- kurvan T i tig 61:., lïaturligtvls kan filüren 27 eeh 28 placeras på fota» âetektcrsiáazfi vanligt flg 5' eller 4a. Smliga filter utföres lâuwligen som flerskikts interfegc-enz-sfilter., I stället för att mätflstarhetc-:n ger vz-n ngzspßneclgående rörelse han spegeln/- âifiïlflern 31 enligt pilcæxe. i flg 5:a, kan zmätatorheten cam-anmälas till en rörelse i sidleáà enligt fig Sh. Spægælzx/diffusem 51 i fig Ba och 'Sh kan . enligt fig 50 uch 56. ez-säfitas mad. ett filter 73, varvid filterltamkizezcis- mm enligt rig 7 m mvänm., Lgmm från uuflkàzlial 1 (kring 71) æmmfimraß av fluga-a aø (n) mm reflekteras av filtret 75 (vc), medan ljusefa från en ljmlßälla. 2 (Bari-ng Ta) kommer att reflekteras av filtret 30 (sig n) m -smmt-aemß a» filtret 75 (mg 70). Delta ger en förbättrad sepamtiøn mellan ræfems- gch mätszignal från givaren.

Ytterligaræ ett moclularäørarzfl-angemang viflas i fig Se, där filtret šO och spegeln 51 är rörliga. Genom att filtret 30 reflekterar ljus av olika. våglämgâ olika maken vilket ej fallet med apeageln eller diffuøern 51, vßlæéae-1 10 15 25 35 7812949-1 erhålles både mät= och referenesigeler. Observera avstêniet mellan fiber- änden och spegeln/filtret, varigenom utsorterirg sker av hög-re ordningens moder smt kartstrålæm fräs. fiberno Förutom avkänring' av :eksniska röreler krm filtertelmiken också användas för a av ändringar hos ett materials 74 absozytion enligt fig Sf. Aktu.. êllß' kerekteristikor visas i fig 8. Ljuset från ljuskällan 2 (fig Ba) trans- mitterae av filtret 50 (fig Bb) och till visa del av eensornzaterialet 74 (fig ' Be). En: mycket som transeitteree av eennomaterialet beror av mätstorheten, som kan vara temperatur, tryck eller magnetisk eller elektrisk íältetyrlæ., och “vicl ett tàhfie rå, mâtstorheten ker' transmissionen. följa kimvan '21 oph Jaid ett annat värde T2 enligt fig Se., Ljuset från ljuslâllan 1 (fig Sa.) reflekteras I av filtret 30 (fig Sh) och absorberas av sensor-materialet, varför endast en mycket liten påverkan från mätstorheten erhålles. Alternativt kan spegeln 31 utgöras av ett' reflekterande filter för rtterligare våglängdsseparation.

Genom av ett fast filter 30 och flera rörliga filter 75, 74 osv kan information om flere mätstorheter överföras på seem fiber 7. I fig 5g rör sig filtren 75 och 74 båda upp-ned. och i fig 521 rör sig filtret 73 i x-led och filtret 74 i y=-lecl. Möjliga filterkarakteristikor visas i fig 9.

Ljuslälla 1* (fig 9a) ger i huvudsak reflektion i filtret 30 (fig 91:), meflan ljuskälla. 2 ger reflektion i våglängdsintervallet 'Tå- 54 i filtret 73 (rig 9c).o<=n i vågiäigaein-aervailef 'Pi-Vs s. filtret 74 (rig aa). Genom att förse fotodetektorerna med filter för motsvaranöe vâglängñsíntervall kan filtrene 75 och 74 individuella rörelse extraherar ur det till fibern 7 reflekterade ljuset.

Om absorptionsfilter envfí-ndos arrangemanget med .ett rörligt filter 50 och en fast syegel 51 enligt fig Si användas. Vidare visar fig 53 ett med en optisk moànlator 75, vars reflektionsspektrlm änclrae med den aktuella mätstorheten..

Då större upplösning önskar hus ett mekaniskt arrangemang kan noänlation utföras av tvâ relativt varandra rörliga raster 76 och 77, belägna framför filtret 50.(fig 51:). I-Iätstcrheten förorakariatt rast-ret 77 med epeglande stråk rör sig relativt restret 76 med abeorberenàe stråk. Förutom ökad upp- lösning erhålles ockaå. en förbättrad lineaæitet och en mindre påverkan av moäförâelningen noe ljueett Det Jsenm-e kan också erhålles meê hjälp av en diffuner eller ett gitter Th anbringat mot fiberänden med :Lndexmatchande medium 78 (se fig 51). Filtret 50 placera. efter 77, så. att såväl referenså ljuset från 30 sem :niåtljuset från spegeln 51 måste passera âifmsernl» filtret 77. 10 15 25 35 4G 7812949-1 Big 10 visar ett mäísäsn med två ljuskällor 101 och 102, nam sänder ljus med olika. våglämßfërâelaimgar vid m1 resp Ta) in i de ljusledzvnde fibrerna 103 razap 104,, mer i em förgrenizzg gås: .ihøp 'till fibem 105. Från fibernwfi køpplas en del av ljuset via. fibem 106 till ljusrletelctom 110, vara foteström först-ärm av :Eörz-ztärlraræn 119 øch påföres slcillnadablldaren 120. banne. bílëar ækillraàfazz mallar en refemenaespärning 121 (Vref) och ut- i@alen från 119 och :lamm ckíllmzl utgör felsigaa-len till en regulator 122, :sam sfigyr lyaäiøäen 101 via är-*ivmtsen 124 'eller lysdioden 102 via ärivlczretsen 125 bemcmde på. has swísëzchen 123. Med denna reglering garanteras att förhållandet mellan ljusåzfzensiteterna från lyfldiodema 101 och 102 hållas kanstant, dä. svritchen 123 styre mellan två lägen av oscillatorn 117 (jämför fig “IL Från íibem 105 kcpplas en del av ljuset' från lyadiodezm 101 each 102 isill fíbern 107, som lafåer 1311561: till själva. givaren. Denna, består av två linser 1085 mellan vilkfa ett wídbaafü inter- _i'erensfilter 109' plaz=era1s° Det ljus mom passerar filtren? 109* och kommer in i den ljurmtleäanaïe fibern 110 led av äenzfiz. till ljuæàetc-:lrtezm 111, vara utsigaal förstärks förstärkaren 112,, fseh mæáelst svritchen 126 ömsom på» läggas "sample-aaâuhølcšW-lrlfetsarna 115 och 114 i meä att ßwzítchelfi 123 kopplar in lysfliodezma 101 res-mp 102. lïärslgenom kommer utgången hos 113 att erhålla, ett värde på ljusintensiüet från lysdioden 101 efter passage av ljusledøæna. 103, 105, 107, 110 mch givaren nam-b utgången av 114 ett värde på ljusintensiteisean från lysáioáen 2 efizer passage av ljusledaren 104, 105, 107, 110 och givaran., I givaren påværltaß vinkelläget hos interferena- filtret 109' av mätatçrheväen. Genom att välja izaterferensfiltrets 109' spektrala tranamíssianskuxva 165 och ljuskällomaß 101 och 102 emissions- kuwor 167 resp 168 síínom viaas i :ïig 11 kommer en mening av vinkeln 0( enligt fig 10 a-çfi förflïftisa mterferansfiltrets 'cranemissionskvrva mot större våglängçäer äea ßtrackade huven: 166, varigenom tmemisßio- nan av ljuset från ljualcàšllan 101 komm: att minska, och transmissionen av ljuset från. ljuskällan 102 att öka. Detta förhållanâe utnyttjas för att dels erhålla en måïtsigzzal, ræpresentativ för fil-krets vridning, och dels erhålla an referanssigmfl för kompenserimg av instabiliteåven i ljuskällorna, fibewptmen aan aetekwm. med fllfilmasbilaaren 127 (fig 1G) berälmas skillnaden mellan aimlema från flnmlwna-nalafl-mfisarna (s en a) 114 och 115, vilka. innehšæller väråena på ljnßsigmalema. hämörande frfar. ljus- fillonaa. 102 ressp101ß Damm. smllnad kammar att vara. starkt beroende av Jfmterferensfil-trets 109' vinkelläge och därmed. mätsterheten. Summer-ängs- domt 128 å. anrlra siåan “biläar mmm av ljusaigzalema .från de båda. ljus- kåíllorzia., och eftersom 'bræflc-:misaieszfzlfm av ljuset från len ena ljusléllan ökar när tmsmissionen av ljuset från den andra minskar elle: vice versa. 10 15 20 25 35 1812949-1 _10 då. interferensfiltrets vinkelläge ändras, kommer utsignalen från 128 att ha ett litet beroende av mätstorheten och kan därför utnyttjas som refe- renssigal. Genom kvotbildning i 115 mellan skillnads- och summaeignalerna erhålles till done-t 116 en xrätsi@al sam är kompenserad för tidigare nämnda instabiliteter i zeátutrxlstningen. I stället för att separera på ljussigzla- lerna från de båda ljuskàlllorna med hjälp av svritchar 123 och 126 samt S å: H - kretsarna 115 och 114, dvs genom tidmultiplefing, kan frekvens- multiplexing användas., Vid frekvens=zslzltiplexing ersättas switchen 125 av två. oscillatorer, som med olika frekvens: modulerar ljuskällor-na 101 och 102, samtidig som S ä: H - luetsaira ersättas med elektriska filter och demodsilatorer, vilka separerar respektive demodulerar signalerna från de båda ljuskällorna.

Pig 12 viser ett xätdon med salfma grundprincip som i fig 10 men med en något annorlunda realisering, Som ljuelâlla användes här antingen en bred- 'spektral ljuskillla enligt emissionsspektret 169 i fig 13, eller två ljus- källor enligt emissionsspektret 157 resp 168 i fig 11. Ljuset från ljus- källan leds i fibern 5 via en förgrering till fibern 107, som kopplar in ljuset till givaren. lëemxa består, förutom av själv-a interferensfiltret 130, av ett luftgap 108 .mellan fiberns 107 ändyte och en spegel 131, som reflekterar tillbaka en del av ljuset in i fibern 107 och till fibern 110, varifrån ljuset delas upp av en förgrening till fibrerna 156 och 157, vilka. leder till filtren 153 och 154. Traxlsmissionskurvorna för dessa framgår av rig 15, aa:- fil-n-et 155 motsvaras av mm 170 m; filtret 154 av kurva 111.

Då interferensfiltervinkeln d minskar kommer interferensfiltrets transmis- sionsklirva att förskjutas åt större våglängder, åskâdliggjort av transmis- sionskurvan 166. Detta medför att mindre ljus kommer att transmitteras genom filtret 155 (kurva. 170) och at: mer ljus romer en streama-lera; genom filtret 154 (lm-va. 171), mass förutsättning at: läuekallen har tillräck- lig) sperma breae.. salem kan user: en referenssiaal erhålles v: summan av utsignalerna från detektorförstärkarna 112 och 152, vilka förstärker detektorsi@e.lerna från detelrtcrenle 111 resp 151. Denna referenssigzlal bildas i ssmlneringsdonet 128, vars utsignal jämföras med en referenssigzlal v m: (från 121) i sklllnaaebilrlal-neflzmnenna är køpplaa till regulatorn 122, vilken styr ljushällsn 101 via drivh-eteen 124 så att utsigzslen från 128 hålles lika med Vref. I-fitsignalen erhålles från skillnadsbildaren 127 och påföres det registrerande eller indikerande donet 116.

Ile i fig 10 och 112 beslmivna mätdonen kan användas för mätning av de flesta fysikaliska storheter, som går att överföra till en mekanisk vinkelrörelae. 10 15 20 25 7812949-1 11 Det ljusmodulerando interíerensfiltret monteras därvid på ett sådant sätt, att reproducerbara vridningar kan erhållas. Detta kan uppnås t ex genom spetslagring, toroions-, böj= eller knêiclmírgtupphängzzzing. lšnellertid kan de i ïig 11 och 15 bekrivna förílyttrizlgarna av interferensfiltrets spekt- rala transmisoionslmrva erhållas på andra sätt än genom vridning av filt- ret. Således visar fig 142. hur em translationsrörelse av filtmt 172 kan ge en ljusmodulation enligt tidigare beskrivning (se äubbelpilen) om den optiska våglängden i de inteferenaskikt, som bygger upp interferensfiltret, varierar med filtret i den riktning förskjutningen göres. Det är även möj- ligt att påverka nämnda optiska våglängd genom-.att införa mekaniska spän- ningar i interferansskikten, som enligt fig 14b kan läggas direkt på en lccopp 174 som utsättas för den haft F, som skall mätas.. Därvid. kommer interferensfiltret att fungera som en töjningsgivare. Vidare kan filtret 173 enligt fig 14c &na av omggivningstryoket och omgivningstemperaturen .genom beroendet hos nämnda optiska våglängd av dezasa. storheter.

Slutligen visas i fig 15 1111:? :izzterferensfiltrets reflolctionsspelcísmzm kan utnyttjas för erhållande av samma typ av ljusmodulation som beskrivits för fig 10 och 12. Ljuset från fibem 107 (se fig 10) reflekteras mot filtret 109' till fibern 1109 varigenom ßpektralfördelningen hos det ref- lekterade ljuset kan för-skjutas genom av vinkeln IX .

Att använda reflektionsspektret år amellertid förknipyat med svårigheten att man förutom den boskrivna moduler-ingen av spektret även erhåller en modulation av kopplingen mellan fibrerna. 107 och 110. För att till Visa idel komna ifrån detta användes i Sig 15 en fiber 107 med. liten diameter för ljusinledning ovch en fiber 110 med stor diameter, och stor numerisk apertur (öppning) för Ztjussutledning. Alternativt kan 107 ersättas av en - fiber med. större diameter om šibern 110 ersättas med en kubhörnsreflektor.

Därvid blir fibern 107 både- ljusinledande och ljusutledanäe.

Anordnimgarna enlig-l; ovan kan varieras på. mângahanda sätt inom ramen för nedanstående patantkzfav.

Claims (20)

' 78129k9~1 ~ 1 2 PATENTKRAV

1. Fiberoptislrt mätdon för fitning av fysikaliska storheter såsom läge, hastighet, acceleration, haft, tryck, töjning, temperatur, etc, inne- fattande minst en optisk fiber (5) för ledning av ljus mellan en elektro- nisk enhet ooh en givare (G), innehållande en optisk modulator, vilken är direkt eller indirekt påverkad av fituella mätstorheter och i beroende därav är anor att modulera det till givaren sända ljuset, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att givaren (G) :Lxmehåller minst ett optiskt filter (9, 9') med spektralt varierande absorptions- och/eller transmissions- och/ eller reflektionsfömåga inom det använda ljusets Spektra., samt 'ett namn. fil-ner i aet från givaren utleaae ljuset inom ett eller flera våglängdsområden är anordnat att generera en eller flera stabiliseringssignaler för fiberoptik och optoelektronik samt eventuellt en eller flera mätsignaler.

2.' Fiberoptiskt mätdon enligt pahentlcrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämde. filter (9) är anordnat att i det från givaren utledda ljuset inom minst ett våglängdsområde generera en ljussigal, som är mindre be- roende av mätstorhetema än ljuset inom ett annat icke identiskt våglängds-V område hos det från givaren utledda ljuset.

3. Fiberoptiskt mätdon enligt patentlcrav 1, - k ä n n e t e c k n a t ziärav, att nämnda filter (9) utgöres av ett interferensfilter.

4. Fiberoptiskt mätdon enligt patentlnrav 5, där nämnda optiska filter di- rekt eller indirekt påverkas av den fysikaliska storhet som skall mätas och som under påverkan av, nämnda fysikaliska storhet modulerar ljuset i giva-f ren, k ä n n e t e c k n a. t därav, att nämnda fysikaliska storhet är anordnad att påverka ljusets optiska. i de interferensskikt, 'som bygger upp nämnda interferensfilter.

5. Fiberoptisk-t måtdon enligt patentkrev 3, ä n n e t e c k n a. t därav, att minst en fiberände i givaren är belagd med nämnda interferensfilter (15). 781 2949-1 15

6. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att i givaren ingår en eller flera fiber-ändar (7) och/eller en eller flera speglar (51) och/eller en eller flera raster och/eller en eller flera diffueorplattor och/eller en eller flera filter, placerade i ljuestrål- gången i givaren, varvid mätstorhetsvariationerna är anordnade att ge upphov till relativröreleer mellan fiberändaina och/eller speglar-na och/eller rasterna och/eller diffueorplattoma och/eller filtren.

7. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkzrav 2, k ä n n e t e c k n a t delrav, att mätetorhetsvariationerna är anordnade att ge upphov till förändringar i ref-lektions- och/eller abeorptions- och/eller transmiesionsförmågan hos en optisk modulator (50), placerad i strálgårzgen i givaren.

8. Fiberoptiskt mätdon enligt patentlcrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att ljueepektrat hos det till givaren inledde. ljuset är an- ordnat att genereras av en eller flera lysdioder (1, 2) och/eller laerar och/eller andra ljuskällor, och att nämnda filters (9) transmis- sionsförmåge och/eller absorptioneförmåga och/ellerreflektionsförmåga är olika för olika delar av nämnda ljueepektra, samt att det från givaren ut- ledda ljuset leder till en eller flera fotodioder (11, 18) och/eller foto- transietorer.

9. Fiberoptisktlmätdon enligt patentlmav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att minst en ielektronikenheten ingående ljuekälla och/eller fdtddetektdr är försedd med optisk: film- (27, za).

10. riberoptdakfglmatdon enlig-u pddentn-dv a, k ä n n e t e e x n d t därav, att ljuslëllorna är tids- eller frekvenemultiplexade, samt att i elektronik- . enheten ingår detektorkretaar med elektronik för demntiplexing (45-48) med avseende på. ljuekällorna av det från givaren utledda ljuset.

11. Fiberoptiakt mätdon enligt patentl-:rav B, k ä. n n e t e c k n a t därav, att ljuskällornas (1, 2) ljuestyrkor är anordnade att konetanthållae rela- tivt varandra genom en separat ljusåterkoppling till en eller flera detek- torer (18), som styr en eller flera regulatorer (39, 43), kopplade till ljuskällor-na.

12. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e c k n a t därav, att nämnda optiska är anordnad att påverkas genom vridning av nämnda interferensfilter 109, eller att nämnda optiska våglängd är olika i v É¿ ?s129as-1 14 olika aeler av nämner interferensfilter een en detta filter (151) är far- skjutbart vinkelrätt mot strålgången i givaren, elle; att nämnda. optiska våglängd är anordrxad att påverkas genom mekanika. spänningar i nämnda interferensskikt, elle; att nämnda optiska våglängd är anordnad att på»- verkas av interferensfiltrets temperatur.

13. 15. Fiberoptiskt mätdon enlig-b patentlmav 4, k ä n n e t e c k n a. t därav, att elektronikenheten har anordningar för uppnëtning av interferensfiltrets transmissions- eller reflektionsfömåga vid minst två., icke identiska våglängdsområden.

14. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda våglängdsområden åtminstone till en del faller inom ett av nämnda. interferensfilters spektrala transmissions- eller reflektionstoppar ooh att våglängdsområden placeras på ömse sidor om nämnda toppa'

15. Fiberoptiskt mätdon enligt patenthav 15, k ä n n e t e o k n a t därav, att skillnaden mellan värdena på nämnda transmissions- eller reflektione- fömågor utnyttjas som mätsigral och owman av värdena som stabiliserings- signal.

16. Fiberoptiskt mätdon enligt patentlu-av 10 eller 15, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att de i detektorkretsarxza erhållna signalerna är anordnade att på.- fares en kvofbilaar-e (15).

17. Fiberoptiskt -mätdon enligt patentlmav 10 eller 15, k ä. n n e t e c k na t därav, att en av de i detektorkretsarna erhållna signalerna är påförd en - regulator (12, 45) för reglering av minst en ljuskälla och/eller detektor- förstärkare .

18. Fiberoptiskt mätâon enligt patentlzav 8, k ä. n n e t e c k n a t därav, att i elektronikenheten ing-år en anordning för erhållande av matchning mellan minst två av nâamda fotodetektorer, vilken anordning åstadkommer att med ett konstant förhållande tillföra ljus med envisa modulations- frekvens (12) till fotodetektorerna och genom att göra. en skillnadssignal av detektorsigialerna med avseende på denna modulationsfrekvens, och efter demodulering via en regulator styra en reglerbar förstärkare (42, 12) efter en av detekterar-na så. att nämnda skillnad styres mot noll. 7812949-1 .15

19., Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a. t därav, att ljuskällorna. är temperaturstabiliserade.

20. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 8, k ä. n n e t e c k n a t därav, att ljuskällorna och fotodetektorerna. är optiskt kopplade till givaren via fiberoptíaka/föryeningar och att ljusmoduppsättningazna. styrs på. I känt sätt vid ljuslällorna, vid förgneningama, vid detektorerna och vid givaren.