DE10326516B3 - Fiber grating sensor system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fasergitter-Sensorsystem (1). Um ein konstruktiv besonders einfach aufgebautes Fasergitter-Sensorsystem zu schaffen, das eine verbesserte Auflösung bei der Bestimmung der spektralen Lagen der Bragg-Reflexe aufweist, wird ein Fasergitter-Sensorsysystem (1) mit einer Lichtquelle (2), mit wenigstens einem mit der Lichtquelle (2) verbundenen Fasergitter (4, 5) aus Monomodefasern (7, 15) mit einer Vielzahl von Fasergittersensoren (6), mit einem mit dem Fasergitter (4, 5) verbundenen und ein Photodetektorelement (14) aufweisenden Detektor (8) zur spektralen Auswertung des von den Fasergittersensoren (6) reflektierten Lichtes und mit einem modenmischenden Element (11) zur Erzeugung von depolarisierten und in seiner Strahlform an die Anforderungen des Photodetektorelements (14) angepasstem Licht am Detektoreingang (12) vorgeschlagen.The invention relates to a fiber grating sensor system (1). In order to provide a structurally particularly simple constructed fiber grating sensor system, which has an improved resolution in the determination of the spectral positions of the Bragg reflections, a fiber grating sensor system (1) with a light source (2), with at least one with the light source ( 2) connected fiber grids (4, 5) of monomode fibers (7, 15) with a plurality of fiber grating sensors (6), with a with the fiber grating (4, 5) connected and a photodetector element (14) having detector (8) for spectral evaluation of the light reflected from the fiber grating sensors (6) and with a mode mixing element (11) for producing depolarized and in its beam form to the requirements of the photodetector element (14) adapted light at the detector input (12) proposed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Fasergitter-Sensorsystem. The The invention relates to a fiber grating sensor system.
Fasergitter-Sensorsysteme sind Systeme, bei denen optische Fasergitter, das sind Bragg-Gitter im Kern optischer Lichtleitfasern, als Sensor zur Messung von Temperatur, mechanischen Dehnungen, Vibrationen oder von Brechungsindizes eingesetzt werden. Eine Übersicht über die Funktion derartiger Systeme gibt beispielsweise Y. J. Rao "In-fibre Bragg grating sensors", Meas. Sci. Technol. Vol. 8, (1997), S. 355–375. Multiplexverfahren, welche die Einzelsensoren zum Beispiel nach ihrer mittleren Wellenlänge, nach der Lichtlaufzeit oder durch faseroptische Schalter adressieren, erlauben den Aufbau von Netzwerken, die aus einer Vielzahl derartiger Sensoren bestehen.Fiber grating sensor systems are systems where optical fiber gratings, which are Bragg gratings in the Core of optical fibers, as a sensor for measuring temperature, mechanical strains, vibrations or refractive indices become. An overview of the Function of such systems are, for example, Y. J. Rao "In-fiber Bragg grating sensors ", Meas. Sci. Technol. Vol. 8, (1997), pp. 355-375. Multiplex method, which the individual sensors, for example, according to their mean wavelength, after the light transit time or by fiber optic switches, allow the construction of networks that consist of a variety of such Sensors exist.
Aufgabe von Messsystemen auf der Basis solcher optischen Fasergittersensoren ist die Registrierung der spektralen Lage der Bragg-Reflexe dieser Sensoren, um daraus auf die Größe und zeitliche Änderung der oben aufgeführten Messgrößen schließen zu können. Es müssen dazu an die Messaufgabe angepasste pektrometrische Verfahren und Vorrichtungen entwickelt werden, welche eine Bestimmung der spektralen Position von gleichzeitig auftretenden mehreren Reflexionsmaxima gestatten. Diese Vorrichtungen müssen entsprechend den allgemeinen technischen Einsatzfällen kompakt und störungsunanfällig gegenüber mechanischen und thermischen Belastungen industrieller Umgebungsbedingungen und preiswert ausgeführt sein. Weitere Anforderungen sind eine hohe optische Auflösung der spektralen Lagebestimmung des Maximums, vorzugsweise im Pikometer-Bereich und eine hohe Dynamik, vorzugsweise bis etwa 1000 Messungen pro Sekunde.task of measuring systems based on such optical fiber grating sensors is the registration of the spectral position of the Bragg reflections of these sensors, to draw attention to the size and temporal change the above listed Be able to conclude measured variables. It have to to the measurement task adapted pektrometrische method and Devices are developed which provide a determination of the spectral Position of simultaneously occurring multiple reflection maxima allow. These devices must Compact according to the general technical applications and fault-prone to mechanical and thermal loads of industrial environmental conditions and reasonably priced be. Other requirements include a high optical resolution of the spectral Determination of the maximum, preferably in the picometer range and high dynamics, preferably up to about 1000 measurements per second.
Zur
Bestimmung der spektralen Position der Bragg-Reflexe der Fasergittersensoren
des Netzwerkes, aus der die Messgröße, beispielsweise Dehnung
oder Temperatur ermittelt wird, sind eine Vielzahl von Verfahren
und Vorrichtungen bekannt. Beispielhaft sei hierzu auf die folgenden
Veröffentlichungen
verwiesen:
Die
genannten Nachteile werden teilweise durch Systeme vermieden, die
zur Bestimmung der spektralen Position der Bragg-Reflexe ein Spektrometer
aus Beugungsgitter und Photodetektorzeile verwenden. Ein solches
System ist beispielsweise in
Eine weitere Lösung mit Spektrometer aus Beugungsgitter und Photodetektorzeile ist in A. Ezbiri, S. E. Kanellopoulos, V. A. Handerek "High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors", Optics Communications Vol. 150, pp. 43–48, 1998 beschrieben. Auch hierbei werden keine Maßnahmen gegen Polarisationsabhängigkeiten des Messsystems berücksichtigt.A another solution with spectrometer of diffraction grating and photodetector line is in A. Ezbiri, S.E. Kanellopoulos, V.A. Handerek "High resolution instrumentation system for fiber Bragg grating aerospace sensors ", Optics Communications Vol. 150, pp. 43-48, 1998 described. Again, no measures against polarization dependencies taken into account by the measuring system.
In einer Veröffentlichung von Ecke W., Bartelt H., Schwotzer G., Usbeck K., Willsch R. Birkle S., Bosselmann T., Kraemmer P. "Low-Cost Optical Temperature and Strain Sensing Networks Using In-Line Fiber Gratings", Proc. SPIE Europto Series, Vol. 3099, pp. 390–397, 1997 ist schließlich ein Spektrometer aus Beugungsgitter und Photodetektorzeile gezeigt, bei dem eine Depolarisation durch einen Lyot-Depolarisator, der als Polarisations-Scrambler wirkt, erfolgt. Diese Lösung ist jedoch ebenfalls sehr aufwändig und teuer.In a publication von Ecke W., Bartelt H., Schwotzer G., Usbeck K., Willsch R. Birkle S., Bosselmann T., Kraemmer P. "Low Cost Optical Temperature and Strain Sensing Networks Using In-Line Fiber Gratings ", Proc. SPIE Europto Series, Vol. 3099, pp. 390-397, 1997 is finally a spectrometer of diffraction grating and photodetector line shown in which a depolarization by a Lyot depolarizer, the acts as a polarization scrambler takes place. This solution is but also very expensive and expensive.
Aus
der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein konstruktiv besonders einfach aufgebautes Fasergitter-Sensorsystem zu schaffen, das eine verbesserte Auflösung bei der Bestimmung der spektralen Lagen der Bragg-Reflexe aufweist.task The present invention is a structurally particularly simple constructed fiber grating sensor system to provide an improved resolution in the determination of the spectral positions of the Bragg reflections.
Diese Aufgabe wird durch ein Fasergitter-Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst. Danach umfasst das erfindungsgemäße Fasergitter-Sensorsystem eine Lichtquelle, wenigstens ein mit der Lichtquelle, vorzugsweise über einen Faserkoppler oder optischen Verzweiger oder dergleichen verbundenes Fasergitter aus Monomodefasern mit einer Vielzahl von Fasergittersensoren, einen vorzugsweise über einen Faserkoppler oder optischen Verzweiger oder dergleichen mit dem Fasergitter verbundenen und ein Photodetektorelement aufweisenden Detektor zur spektralen Auswertung des von den Fasergittersensoren reflektierten Lichtes und ein Element zur Erzeugung von depolarisiertem und in seiner Strahlform an die Anforderungen des Photodetektorelements angepasstem Licht am Detektoreingang.These The object is achieved by a fiber grating sensor system according to claim 1 solved. Thereafter, the fiber grating sensor system according to the invention comprises a Light source, at least one with the light source, preferably via a Fiber coupler or optical splitter or the like connected fiber grating of single-mode fibers with a plurality of fiber grating sensors, one preferably via a Fiber coupler or optical splitter or the like with the Fiber grating connected and having a photodetector element Detector for the spectral evaluation of the fiber grating sensors reflected light and an element for the production of depolarized and in its beam form to the requirements of the photodetector element adapted light at the detector input.
Bei Fasergitter-Sensorsystemen, die zur Auswertung des Messlichtes einen Detektor, insbesondere einen Polychromator, mit einem photoempfindlichen Element aufweisen, wird die Auswertequalität durch die vorgegebene Auflösung des photoempfindlichen Elements, beispielsweise einer Photodetektorzeile, beeinflusst. Es ist daher eine Grundüberlegung der Erfindung, bereits das am Detektoreingang eingehende Licht den Anforderungen des Photodetektorelements anzupassen.at Fiber grating sensor systems, the one for the evaluation of the measuring light Detector, in particular a polychromator, with a photosensitive Element, the quality of evaluation by the predetermined resolution of the photosensitive element, for example a photodetector line, affected. It is therefore a fundamental consideration of the invention, already the incoming light at the detector input the requirements of the photodetector element adapt.
Die Wellenlängen-Dispersion beträgt in einem typischen Polychromator kompakter Abmessungen (beispielsweise mit einer Basislänge kleiner gleich 110 mm) 80 pm/CCD-Pixel, wobei ein Pixel 14 μm breit ist. Die Halbwertsbreite der Fasergittersensor-Reflexe beträgt typischerweise ca. 100 pm, ähnlich der spektralen Auflösung pro Pixel im Polychromator.The Wavelength dispersion is in a typical polychromator compact dimensions (for example with a base length less than or equal to 110 mm) 80 pm / CCD pixels, with one pixel being 14 μm wide. The half width of the fiber grating sensor reflections is typically about 100 pm, similar the spectral resolution per pixel in the polychromator.
Soll die Bragg-Wellenlänge auf ca. 1 pm bestimmt werden, ist daher zur ausreichend hochaufgelösten Bestimmung der spektralen Lage der Bragg-Reflexe ein Sub-Pixel-Approximations-Algorithmus anzuwenden. Hierzu ist es erforderlich, die Anzahl der Pixel, die von einem Bragg-Reflex eines Sensors beleuchtet werden und damit für diesen Algorithmus verwendet werden können, zu erhöhen.Should the Bragg wavelength be determined to about 1 pm, is therefore sufficiently high-resolution determination the spectral position of Bragg reflections a sub-pixel approximation algorithm apply. For this it is necessary to know the number of pixels that be illuminated by a Bragg reflex of a sensor and thus For this Algorithm can be used to increase.
Dies erfolgt erfindungsgemäß durch ein dem Detektoreingang vorgeschaltete Element, das im Folgenden als Eingangselement bezeichnet wird. Dieses Eingangselement wirkt zum einen modenmischend. Zur Anpassung der Strahlform an die Anforderungen des Photodetektorelements erfolgt zum anderen eine reproduzierbare Strahlformung durch das Eingangselement. Diese Strahlformung erfolgt vorteilhafterweise als Strahlaufweitung oder Strahlerweiterung.This takes place according to the invention an element preceding the detector input, hereinafter is referred to as input element. This input element works for a mode-mixing. For adapting the beam shape to the requirements the photodetector element is on the other hand a reproducible Beam shaping by the input element. This beam shaping is advantageously carried out as beam expansion or beam extension.
Die Reflexe auf einer Photodetektorzeile sind dann nicht mehr beispielsweise nur auf ein Pixel begrenzt, sondern erstrecken sich beispielsweise über vier bis sieben Pixel der Photodetektorzeile. Auflösung und Linearität der Sub-Pixel-Approximation zur hochauflösenden Bestimmung der Bragg-Wellenlänge der Sensoren werden damit deutlich verbessert.The Reflections on a photodetector line are then no longer for example limited to only one pixel, but extend over four, for example to seven pixels of the photodetector line. Resolution and linearity of the sub-pixel approximation to the high-resolution Determination of the Bragg wavelength The sensors are thus significantly improved.
Im allgemeinen Fall emittiert die Lichtquelle zumindest teilweise polarisiertes Licht. Zudem können zusätzliche, zumindest schwach polarisierende Komponenten im Sensornetzwerk, beispielsweise Verzweiger oder Steckverbinder, auftreten. Da die Abbildungselemente im Polychromator, beispielsweise ein abbildendes Beugungsgitter eines Polychromators, eine Polarisationsabhängigkeit aufweisen, erfolgt erfindungsgemäß durch das Eingangselement neben der räumlichen Aufweitung zugleich eine Depolarisation des eingehenden Lichtes. Durch die Depolarisation des eingehenden Lichtes vor dem oder am Eingang des Detektors werden die Polarisationsmoden der Monomodefaser des Sensornetzwerkes vorzugsweise vollständig gleichverteilt.in the In the general case, the light source emits at least partially polarized Light. In addition, you can additional at least weakly polarizing components in the sensor network, For example, branching or connectors occur. Because the picture elements in the polychromator, for example an imaging diffraction grating a polychromator having a polarization dependence, takes place according to the invention the input element next to the spatial Expansion at the same time a depolarization of the incoming light. By the depolarization of the incoming light before or on Input of the detector are the polarization modes of the monomode fiber of the sensor network preferably completely evenly distributed.
Das erfindungsgemäße Eingangselement erfüllt somit eine Doppelfunktion. Durch seinen Einsatz ergibt sich sowohl ein vorzugsweise vollständig ausgeleuchteter Detektoreingang als auch eine vorzugsweise vollständige Depolarisation des Eingangslichtes. Damit wird mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Verbesserung der Auflösung erzielt.The Input element according to the invention thus fulfills a double function. Its use results in both preferably completely illuminated Detector input as well as a preferably complete depolarization of the input light. This is done with structurally simple means an improvement in resolution achieved.
Erfindungsgemäß ist eine Kombinationen mehrerer Multimodefasern als Eingangselement vorgesehen, insbesondere eine Kombination einer Stufenindexfaser (erste Multimodefaser) mit einer Gradientenindexfaser (zweite Multimodefaser). Insbesondere ist dabei eine Stufenindexfaser mit einem Faserausgang der Monomodefaser des Fasergitters verbunden, während eine mit der Stufenindexfaser verbundene Gradientenindexfaser als Detektoreingang dient.According to the invention is a Combinations of several multimode fibers provided as input element, in particular a combination of a step index fiber (first multimode fiber) with a gradient index fiber (second multimode fiber). Especially is a step index fiber with a fiber output of the monomode fiber connected to the fiber grating while a gradient index fiber connected to the step index fiber as Detector input is used.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.Further Advantages, special features and expedient developments of the invention emerge from the dependent claims or their sub-combinations.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Eingangselement eine Streuscheibe auf (Anspruch 2). Die Streuscheibe kann als matte Folie, beispielsweise in Form einer Plastikscheibe, beispielsweise mit einer Dicke von mehr als einem Millimeter, ausgebildet sein. Sie kann aber auch aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Silikon, bestehen. In diese durchsichtige Matrix sind dann vorzugsweise weiße Streukörperchen mit Durchmessern von etwa 1 bis 10 μm, beispielsweise Aluminiumoxid- oder Titaniumoxid-Partikel, eingelagert. Die Dicke der Streuscheibe und die Partikeldichte sind dabei so gewählt, dass die Partikel im Durchlicht vollständig überdeckend angeordnet sind. Die Spalte zwischen der Streuscheibe und den Fasern sind vorzugsweise kleiner als die Dicke der Streuscheibe. Die Streuscheibe ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie vor der beleuchteten Faser eine laterale oder eine Drehbewegung ausführt, also vibriert oder rotiert, um die Modenmischung im zeitlichen Mittel zu vervollkommnen. Die Modulationsperioden der Streuscheibe sind dabei vorzugsweise kleiner oder gleich der Belichtungsdauer zur Spektrenerfassung im Polychromator. Die Streuscheibe kann auch als Strömungszelle ausgebildet sein.According to one embodiment of the invention, the input element has a lens (claim 2). The diffuser may be formed as a matt film, for example in the form of a plastic disk, for example with a thickness of more than one millimeter. But it can also consist of an elastic material, such as silicone. In this transparent matrix are then preferably white scattering bodies with diameters of about 1 to 10 microns, for example, alumina or titanium oxide particles embedded. The thickness of the lens and the particle density are chosen so that the particles are arranged completely overlapping in transmitted light. The Gaps between the lens and the fibers are preferably smaller than the thickness of the lens. The diffuser is advantageously designed such that it performs a lateral or a rotational movement in front of the illuminated fiber, ie vibrates or rotates, in order to perfect the mode mixture in the time average. The modulation periods of the lens are preferably less than or equal to the exposure time for spectral detection in the polychromator. The diffuser can also be designed as a flow cell.
Der Kerndurchmesser der Gradientenindexfaser beträgt vorzugsweise 25 μm bis 62,5 μm. Ist dabei die Gradientenindexfaser die einzige modenmischende Komponente, muss sie, um eine ausreichende Modenmischung zu gewährleisten, genügend lang sein. Als Erfahrungswert ist dabei von einer Länge von etwa 100 Metern oder mehr auszugehen.Of the Core diameter of the gradient index fiber is preferably 25 μm to 62.5 μm. Is in the gradient index fiber is the only mode-mixing component, In order to ensure sufficient mixture of modes, it must be enough To be long. As empirical value is of a length of about 100 meters or more to go out.
Werden Streuscheibe und Gradientenindexfaser im modenmischenden Element miteinander kombiniert, genügt eine verhältnismäßig kurze Gradientenindexfaser, beispielsweise mit einer Länge von einigen Zentimetern, um eine ausreichende Strahlformung sicherzustellen.Become Diffuser and gradient index fiber in the mode-mixing element combined with each other is enough a relatively short one Gradient index fiber, for example with a length of a few centimeters, to ensure adequate beam shaping.
Der Kerndurchmesser der Stufenindexfaser beträgt vorzugsweise 50 μm bis 200 μm. Vorzugsweise zeigt die Stufenindexfaser in ihrem Eingangsbereich eine modenmischende Wirkung. Dies kann zum einen durch große Faserlängen, beispielsweise größer 100 m in Abhängigkeit von den Fasereigenschaften, oder durch Mikrobiegungen erreicht werden, die beispielsweise mit welligen oder körnigen Platten erzeugt werden können. Die Modenmischung kann dabei optional moduliert werden, beispielsweise durch Modulation der Andruckkraft der biegungserzeugenden Bauelemente. Die Modulationsperiode ist dabei vorzugsweise kleiner oder gleich der Belichtungsdauer zur Spektrenerfassung im Polychromator. Im Ausgangsbereich enthält die Stufenindexfaser vorzugsweise ein Modenfilter, um höhere Moden abzustreifen. Das Modenfilter ist dabei vorzugsweise als Wickeldornfilter mit einem Wickeldurchmesser von 10 bis 40 mm ausgeführt.Of the Core diameter of the step index fiber is preferably 50 μm to 200 μm. Preferably The step index fiber in its input area shows a mode mixing Effect. This can be due to large fiber lengths, for example greater than 100 m in dependence be achieved by the fiber properties, or by microbending, which are produced, for example, with wavy or granular plates can. The mode mixture can be optionally modulated, for example by modulation of the pressing force of the bending-generating components. The modulation period is preferably smaller or equal the exposure time for spectral detection in the polychromator. In the exit area contains the step index fiber preferably a mode filter to higher modes slough. The mode filter is preferably as a winding mandrel filter designed with a winding diameter of 10 to 40 mm.
Weist die erste Multimodefaser einen größeren Kerndurchmesser und/oder eine größere numerische Apertur auf als die zweite Multimodefaser (Anspruch 3), dann kann die erste Multimodefaser bereits bei teilweiser Ausleuchtung ihrer Moden ein größeres Modenangebot an die zweite Multimodefaser liefern, als diese führen könnte. Die zweite Multimodefaser dient mit anderen Worten als Modenfilter für das breite Modenangebot aus der ersten Multimodefaser.has the first multimode fiber has a larger core diameter and / or a larger numeric Aperture on than the second multi-mode fiber (claim 3), then the first multimode fiber already at partial illumination of her Fashions a larger fashion offer to deliver to the second multimode fiber, as this could lead. The second multimode fiber serves in other words as a mode filter for the broad Fashion range from the first multimode fiber.
Zur möglichst umfassenden, aber nicht zwingend vollständigen und einheitlichen Ausleuchtung der ersten Multimodefaser aus der Monomodefaser des Fasergitters ist sowohl die Länge als auch die Aufwicklung der ersten Multimodefaser von Bedeutung. Die Länge der ersten Multimodefaser ist daher so groß gewählt, dass ein Überangebot. an Moden bezüglich der Aufnahmefähigkeit der zweiten Multimodefaser eintritt (Anspruch 4). Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Stufenindexfaser, die zur Modenmischung in Längen von 10 m bis 500 m auf circa 40 mm bis 100 mm Durchmesser aufgewickelt ist, um eine Modenmischung ohne Interferenzen zu ermöglichen, auch innerhalb der engen Wellenlängenbereiche, die vom Polychromator pro Photoelement-Pixel (typisch 0,02 nm bis 0,1 nm) empfangen werden. Durch die möglichst volle Ausleuchtung der zweiten Multimodefaser weist die Gesamtintensität dort einen nur noch sehr niedrigen Polarisationsgrad auf.to preferably comprehensive but not necessarily complete and uniform illumination of the first multimode fiber from the monomode fiber of the fiber grating is both the length as well as the winding of the first multimode fiber of importance. The length The first multimode fiber is therefore chosen so large that an oversupply. in terms of fashions the absorption capacity the second multi-mode fiber enters (claim 4). Especially advantageous is the use of a step index fiber for mode mixing in lengths from 10 m to 500 m wound to about 40 mm to 100 mm in diameter is to allow for a mode mixing without interference, even within the narrow wavelength ranges, that of the polychromator per photoelement pixel (typically 0.02 nm to 0.1 nm). By the fullest possible illumination of the second multimode fiber has the total intensity there only a very low degree of polarization.
Eine Vergrößerung des Detektoreingangsspaltes durch Wahl einer Faser geeigneten Kerndurchmessers als Eingangsspalt bewirkt im Polychromator eine Ausweitung der Abbildung auf dem Detektor. Hierdurch können zur Auswertung Sub-Pixel-Approximationsverfahren besonders vorteilhaft eingesetzt werden.A Magnification of the Detector input gap by selecting a fiber of suitable core diameter as an entrance slit in the polychromator causes an expansion of the figure on the detector. This allows used for evaluation sub-pixel approximation method particularly advantageous become.
Gegenüber einer direkten Beleuchtung des Polychromators durch eine einzelne Monomodefaser ergibt sich durch die Kombination mehrerer Multimodefasern eine ganze Reihe von Vorteilen. An erster Stelle ist dabei eine stets vollständige und stabile Ausleuchtung mit sehr geringen Leistungsverlusten zu nennen. Dadurch ergibt sich neben einem konstanten, niedrigen Polarisationsgrad eine stabile Lage des Schwerpunktes des Lichtaustrittsbündels. Darüber hinaus ergibt sich ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bei der Interpolation der genauen Lage der Spektrallinien. Dies ermöglicht eine schnelle und gleichzeitige Bestimmung der spektralen Lagen der Bragg-Reflexe.Opposite one results in direct illumination of the polychromator by a single monomode fiber through the combination of several multimode fibers a whole series of advantages. In the first place is always a complete and to call stable illumination with very low power losses. This results in addition to a constant, low degree of polarization a stable position of the center of gravity of the light exit bundle. Furthermore results in a good signal-to-noise ratio in the interpolation the exact position of the spectral lines. This allows a fast and simultaneous Determination of the spectral positions of the Bragg reflections.
Anstelle der Kombination Stufenindexfaser/Gradientenindexfaser kann auch eine Kombination Gradientenindexfaser/Stufenindexfaser/Gradientenindexfaser verwendet werden. Auch die Verwendung einer Stufenindexfaser als alleiniges Element oder als letztes Element am Polychromatoreingang ist möglich, wenn diese für eine an die Abbildung im Polychromator angepasste Strahlform aufweist. Dies kann beispielsweise durch ein Aufwickeln mit einem Wickeldurchmesser von vorzugsweise 10 mm bis 40 mm erfolgen, um Moden fern vom Faserkernzentrum abzustreifen.Instead of The combination of step index fiber / gradient index fiber can also a combination gradient index fiber / step index fiber / gradient index fiber be used. Also the use of a step index fiber as sole element or as the last element at the Polychromatoreingang is possible, if this for has a matched to the figure in the polychromator beam shape. This can, for example, by winding with a winding diameter preferably from 10 mm to 40 mm, to strip off modes away from the fiber core center.
Das Eingangselement ist vorteilhafterweise direkt als Detektoreingang eingesetzt. Mit anderen Worten dient beispielsweise der Faserkern der zweiten Multimodefaser als Eingangsspalt des Polychromators. Das Eingangselement kann jedoch auch vom Detektoreingang beabstandet eingesetzt werden. Als Detektoreingang dient dann ein gewöhnlicher Eingangsspalt, welcher im Freistrahl von der Faser beleuchtet wird. Ein solcher Eingangsspalt wird vorzugsweise gemeinsam mit einer Faser großen Kerndurchmessers, z. B. 200 μm, eingesetzt, um die Größe des Detektoreinganges zu optimieren.The input element is advantageously used directly as a detector input. In other words, for example, the fiber core of the second multimode fiber serves as the input gap of the polychro mators. However, the input element can also be used at a distance from the detector input. The detector input then serves as an ordinary input gap, which is illuminated by the fiber in the free jet. Such an entrance gap is preferably used together with a fiber of large core diameter, z. B. 200 microns, used to optimize the size of the detector input.
Der Fasereingang am Polychromator ist zur Unterdrückung von Reflexionen zwischen Fasereingang und Photoelementen zusätzlich schräg poliert oder gebrochen. Der Abschrägungswinkel beträgt dabei vorzugsweise 1 ° bis 8 °, wobei ein kleiner Abschrägungswinkel von 1 ° beispielsweise für einen Polychromator mit einer Basislänge zwischen Faser und abbildendem Beugungsgitter von 100 mm und 200 μm hohen Photoelemente ausreichend ist. Die Abschrägung wird dabei vorteilhafterweise vertikal positioniert derart, dass der wiederholt reflektierte Strahl über oder unter den Photoelementen auftrifft.Of the Fiber input at the polychromator is used to suppress reflections between Fiber input and photo elements also obliquely polished or broken. Of the chamfer is included preferably 1 ° to 8 °, where a small bevel angle of 1 °, for example for a polychromator with a base length between fiber and imaging diffraction grating of 100 mm and 200 μm high photoelements is sufficient. The bevel is advantageously positioned vertically such that the repeatedly reflected beam above or below the photoelements incident.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawings and the embodiments explained in more detail. It demonstrate:
In
Vorteilhafterweise
wird der Polychromator
Die
Monomodefaser
Der Übergang
von dieser Monomodefaser
Der
optische Monomodefaser-Ausgang des Fasergitter-Sensornetzwerkes beleuchtet mit anderen
Worten eine Stufenindexfaser
Zur weiteren Verbesserung des Übergangs von der Monomodefaser auf die Multimodefaser ist die Eingangs-Stirnfläche der Multimodefaser aufgeraut. Die Faserenden sind in üblicher Art und Weise, im Falle ohne Aufrauhungen vorzugsweise durch Schmelzverbindungen miteinander verbunden, bei aufgerauhtem Multimodefasereingang mit 10 μm bis 1000 μm Abstand einander gegenüber positioniert.to further improvement of the transition from the monomode fiber on the multimode fiber is the input face of the Roughened multimode fiber. The fiber ends are in common Way, in the case without roughening preferably by melting interconnected, with roughened multimode fiber input with 10 μm to 1000 μm spacing opposite each other positioned.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the drawing Features can both individually and in any combination with each other invention essential be.
- 11
- Fasergitter-SensorsystemFiber grating sensor system
- 22
- Lichtquellelight source
- 33
- faseroptischer Verzweigerfiber optic splitter
- 44
- erstes Sensorarrayfirst sensor array
- 55
- zweites Sensorarraysecond sensor array
- 66
- FasergittersensorFiber grating sensor
- 77
- Lichtleitfaseroptical fiber
- 88th
- Polychromatorpolychromator
- 99
- DatenverarbeitungsgerätComputing device
- 1010
- EingangslichtleiterInput guide
- 1111
- Eingangselementinput element
- 1212
- Eingangsspaltentrance slit
- 1313
- Beugungsgitterdiffraction grating
- 1414
- CCD-ZeileCCD line
- 1515
- MonomodefaserSingle-mode fiber
- 1616
- Gradientenindexfasergraded
- 1717
- StufenindexfaserStep index fiber
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