DE19726731C1 - Pressure sensitive sensor cable - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein druckempfindliches Sensorkabel, bestehend aus einem langgestreckten Grundkörper, der von zwei Lichtwellenleitern spiralförmig umgeben ist, die im Abstand voneinander und parallel zueinander am Grundkörper anliegen und die an einem Ende miteinander verbunden sind.The invention relates to a pressure-sensitive sensor cable, consisting of an elongated body, the two Optical fibers are spirally surrounded, which is at a distance from each other and parallel to each other on the base body and connected at one end.
Lichtwellenleiter haben die Eigenschaft aufgrund der Verände rung der Dämpfung auf Druck sehr empfindlich zu reagieren, wobei sich die Dämpfung bei kleinen Biegeradien ändert. Dabei sind zwei Effekte von erheblicher Bedeutung, nämlich zum ei nen das "Macrobending", d. h. eine Makrokrümmung, welche eine Signaldämpfung hervorruft durch entsprechende Biegung des Sensors, wodurch sich der Reflexionswinkel zwischen dem Glas kern und dem Mantel des Lichtwellenleiters derart ändert, daß keine vollständige Reflexion mehr auftritt, wodurch Tei le des Lichtsignals in den Mantel übergehen und zum anderen das sogenannte "Mikrobending", d. h. eine Mikrokrümmung, wel che durch lokale Spannungen der Lichtwellenleiter entsteht, die zu Brechzahlschwankungen des Glaskerns der einzelnen Lichtwellenleiter führt.Optical fibers have the property due to the changes damping is very sensitive to pressure, where the damping changes with small bending radii. Here are two effects of considerable importance, namely to the egg NEN the "Macrobending", d. H. a macro curvature, which a Signal attenuation caused by the corresponding bending of the Sensor, which changes the angle of reflection between the glass core and the cladding of the optical waveguide changes in such a way that complete reflection no longer occurs, causing Tei le of the light signal pass into the coat and on the other the so-called "micro bending", d. H. a micro-curvature, wel caused by local voltages in the optical fibers, the refractive index fluctuations of the glass core of the individual Optical fiber leads.
Derartige Signaldämpfungen können bewußt durch einen mecha nischen Druck erzeugt werden, so daß ein derartiger Aufbau als druckempfindlicher Sensor eingesetzt werden kann. Such signal attenuation can be deliberately by a mecha African pressure are generated, so that such a structure can be used as a pressure sensitive sensor.
Aus der DE 195 34 260 C1 ist ein faseroptischer Belastungssensor bekannt, der eine Anordnung aufweist mit einer, ein Lichtein tritts- und ein Lichtaustrittsende aufweisenden Lichtleitfaser anordnung, bei dem eine auf die Lichtleitfaseranordnung einwir kende Belastung über vom Lichteintrittsende zum Lichtaustritt sende übertragenes Licht aufgrund von Biegeradiusänderungen der die Lichtleitfaseranordnung bildenden Lichtleitfasern erfaßt wird. Die Lichtleitfaseranordnung besteht aus zwei Lichtleitfa sern, die gemeinsam um eine Kunststoffseele gleichsinnig gewic kelt sind, wobei das Lichteintritts- und das Lichtaustrittsende am selben Ende der Kunststoffseele angeordnet sind. Die Biege radiusänderungen werden durch eine auf der Kunststoffseele angeordnete Störstruktur hervorgerufen, wobei die Lichtleitfa ser und die Störstruktur von einer eine radiale Vorspannung erzeugenden Schutzhülle umgeben ist. Die beiden Lichtleitfasern sind miteinander verdrillt und derart um die Kunststoffseele gewickelt, daß sie zugleich die Störstruktur bilden.DE 195 34 260 C1 describes a fiber optic load sensor known, which has an arrangement with one, a light optical fiber with tread end and a light exit end arrangement in which one acts on the optical fiber arrangement load from the end of the light entry to the light exit transmit transmitted light due to changes in the bending radius of the the optical fibers forming optical fibers are detected becomes. The optical fiber arrangement consists of two optical fibers sern who together in the same direction around a plastic soul are celt, with the light entry and the light exit end are arranged at the same end of the plastic core. The bend radius changes are indicated by a on the plastic core arranged interference structure caused, the Lichtleitfa ser and the interference structure from a radial bias generating protective cover is surrounded. The two optical fibers are twisted together and so around the plastic core wound that they also form the interference structure.
Damit ist z. B. bei Einbettung in eine Fahrbahndecke die Detek tion von Fahrzeugen möglich, welche den Belastungssensor über fahren.So that z. B. when embedded in a pavement, the Detek tion of vehicles possible which the load sensor drive.
Aus der DE 39 42 556 A1 ist schließlich ein Lichtwellen leiter-Dehnungssensor bekannt, der aus einem zentralen primär be schichteten Lichtwellenleiter und zwei um den zentralen Licht wellenleiter im Kreuzschlag verseilten Glasfäden besteht sowie aus einer den Verseilverband umgebenden Schutzhülle; dies führt zu einem temperaturunempfindlichen Lichtwellenleiter-Dehnungssensor, der insbesondere als Dehnungssensor für Inge nieurbauwerke geeignet ist.Finally, DE 39 42 556 A1 describes a light wave Head strain sensor known to be primarily from a central layered optical fibers and two around the central light there is waveguide in the cross lay stranded glass threads as well from a protective cover surrounding the stranding; this leads to to a temperature-insensitive fiber optic strain sensor, which in particular as a strain sensor for Inge is not suitable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckempfindli ches Sensorkabel zu schaffen, dessen Ansprechverhalten durch einfache Variation des Aufbaus variierbar ist, das ein gleich mäßiges Ansprechverhalten über den gesamten Umfang und die gesamte Länge aufweist und das gegenüber den herkömmlichen faseroptischen druckempfindlichen Sensorkabeln ein erheblich verbessertes Ansprechverhalten auf Druck aufweist.The object of the present invention is a pressure sensitive ches sensor cable, whose response behavior through simple variation of the construction is variable, which is the same moderate response over the entire scope and entire length and compared to the conventional fiber optic pressure sensitive sensor cables a considerably has improved pressure response.
Ausgehend von einem Sensorkabel der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Starting from a sensor cable of the ones mentioned in the introduction This type of solution is achieved by the in the characteristic nenden part of claim 1 specified features; beneficial Refinements are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß ein Grundkörper aus einer weichen Faser verwendet wird, welcher von einem Ge flecht aus weichen Fasern umgeben ist, in welches die beiden Lichtwellenleiter parallel zueinander und im Abstand voneinan der eingebettet sind, wobei diese den Grundkörper spiralförmig umgeben. Durch die Variation der Durchmesser und der Anzahl der Fasern des Geflechtes läßt sich das Ansprechverhalten variie ren und die Gefahr der Zerstörung der Lichtwellenleiter durch zu enge Biegeradien im Geflecht verhindern; durch die Verwen dung eines Geflechts wird ein Versatz der beiden Lichtwellen leiter zueinander sichergestellt und dadurch ein gleichmäßiges Ansprechverhalten über den gesamten Umfang und die gesamte Länge des Sensorkabels gewährleitet; des weiteren wird durch die Verwendung eines Geflechts mit den eingebetteten Lichtwel lenleitern eine hohe Anzahl von Kreuzungspunkten und damit von Druckpunkten erzielt, die das Ansprechverhalten des Sensorka bels auf Druck erheblich verbessern. According to the invention it is therefore proposed that a base body from a soft fiber is used, which is from a Ge braid is surrounded by soft fibers, in which the two Optical fibers parallel to each other and at a distance from each other which are embedded, these spirals the base body surround. By varying the diameter and the number of Fibers of the braid can be used to vary the response behavior and the risk of destruction of the optical fibers prevent too tight bending radii in the braid; by the use The formation of a braid becomes an offset of the two light waves ensures each other and thereby a uniform Responsiveness over the entire scope and the whole Guaranteed length of the sensor cable; furthermore by the use of a braid with the embedded light world a large number of crossing points and thus of Pressure points achieved that the response behavior of the Sensorka Improve bels significantly on pressure.
Das erfindungsgemäße druckempfindliche Sensorkabel kann in jeder beliebigen Länge hergestellt werden, vorzugsweise durch Klöppeln oder Flechten, wobei eine Fixierung der Lichtwellen leiter z. B. durch Klebestellen entfällt. Das Geflecht bietet nicht nur einen gleichmäßigen Aufbau, sondern erlaubt auch durch Veränderung der Maschenweite ein variierbares Ansprech verhalten. Bei einem Versatz der beiden Lichtwellenleiter von z. B. 180° zueinander bleibt die Anordnung auch bei Entlastung des Sensorkabels vom Druck erhalten, da die beiden Lichtwellen leiter durch das Einbetten in das Geflecht fixiert werden und ein homogenes Gebilde ergeben, so daß das Sensorkabel über seine gesamte Länge immer die gleichen technischen Daten lie fert.The pressure-sensitive sensor cable according to the invention can in of any length, preferably by Bobbin lace or lichen, with a fixation of the light waves head z. B. omitted by gluing. The braid offers not only a uniform structure, but also allows a variable response by changing the mesh size behavior. If the two optical fibers are offset by e.g. B. 180 ° to each other, the arrangement remains even with relief of the sensor cable received from the pressure because the two light waves are fixed by embedding in the braid and result in a homogeneous structure, so that the sensor cable over its entire length always has the same technical data finished.
Eine zusätzlich aufgebrachte, das Geflecht eng umschließende Schutzhülle, z. B. ein Schrumpfschlauch bietet Schutz gegen äußere Einflüsse wie z. B. Feuchtigkeit.An additionally applied one, closely enclosing the braid Protective cover, e.g. B. a shrink tube offers protection against external influences such as B. moisture.
Das druckempfindliche Sensorkabel gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zur Überwachung des Verkehrs z. B. als Ampel schaltung an Straßenkreuzungen, als Geschwindigkeitsmesser, als Meßanordnung für das Verkehrsaufkommen, als Personen schutz-Abstandswarner z. B. in Bahnhöfen, als Signalgeber für ein- und durchfahrende Züge, zur Einbruchsicherung in Wohnhäu sern, beispielsweise im Fensterbereich sowie als Meßanordnung für an- und abrollende Flugzeuge auf Flughäfen.The pressure sensitive sensor cable according to the invention is suitable especially to monitor traffic z. B. as a traffic light switching at crossroads, as a speedometer, as a measuring arrangement for the volume of traffic, as people protection distance warning z. B. in train stations, as a signal generator for incoming and passing trains, for burglar protection in residential buildings sern, for example in the window area and as a measuring arrangement for approaching and taxiing aircraft at airports.
Weitere Einsatzmöglichkeiten sind in den technischen Gebieten des Zählens, Wiegens, Messens und Erfassens von Daten zu sehen.Other possible uses are in the technical fields of counting, weighing, measuring and collecting data.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schema tisch dargestellt ist; es zeigen:In the following the invention with reference to the drawing described in which a preferred embodiment scheme is shown table; show it:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils eines erfin dungsgemäßen Sensorkabels, und Fig. 1 is a side view of part of an inventive sensor cable, and
Fig. 2 einen Schnitt durch dieses Sensorkabel. Fig. 2 shows a section through this sensor cable.
In den beiden Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bedeutet 1 einen Grundkörper aus einer weichen Faser, auf dem ein Geflecht aus ebenfalls weichen Fasern 4, 5 mit darin eingebetteten Lichtwellenleitern 2, 3 aufgebracht ist. Mit 6 ist eine Schutzschicht bezeichnet z. B. ein Schrumpfschlauch, der das druckempfindliche Sensorkabel über die gesamte Länge umgibt. Der Grundkörper kann einen zy lindrischen Querschnitt aufweisen und an seiner Oberfläche mit achsparallelen Längsnuten versehen sein oder auch einen vielec kigen Querschnitt aufweisen.In the two figures, in which the same parts are provided with the same reference numerals, 1 means a base body made of a soft fiber, on which a braid made of likewise soft fibers 4 , 5 with optical fibers 2 , 3 embedded therein is applied. 6 with a protective layer is referred to, for. B. a shrink tube that surrounds the pressure-sensitive sensor cable over the entire length. The base body can have a cylindrical cross section and be provided on its surface with axially parallel longitudinal grooves or also have a multi-section cross-section.
Der Grundkörper 1 wird dabei durch die als Geflecht ausgebilde ten weichen Fasern 4 und 5 spiralförmig umwickelt, wobei ein Teil 4 des Geflechtes parallel zu den im Geflecht eingebetteten beiden Lichtwellenleitern 2, 3 verläuft und den Grundkörper 1 umgibt, während der andere Teil 5 der Fasern des Geflechts in entgegengesetzter Richtung den Grundkörper 1 umgibt. Die beiden Lichtwellenleiter 2, 3 sind an einem Ende z. B. durch eine Schlaufe miteinander verbunden, so daß der Lichteintritt und der Lichtaustritt in die beiden miteinander verbundenen Licht leitfasern am gegenüberliegenden Ende erfolgt. The main body 1 is spirally wrapped by the soft fibers 4 and 5 formed as a braid, part 4 of the braid running parallel to the two optical fibers 2 , 3 embedded in the braid and surrounding the main body 1 , while the other part 5 of the fibers of the braid surrounds the base body 1 in the opposite direction. The two optical fibers 2 , 3 are z at one end. B. connected by a loop so that the light entry and exit into the two interconnected light fibers takes place at the opposite end.
Auf das dadurch gebildete Geflecht 2, 3, 4, 5 wird ein z. B. bei niedrigen Temperaturen schrumpfender Schlauch 6 aufgezogen und bei entsprechender Temperatur aufgeschrumpft. Nachdem das Lichteintrittsende und das auf der gleichen Seite angeordnete Lichtaustrittsende mit entsprechenden Steckern konfektioniert ist, erhält man das erfindungsgemäße druckempfindliche Sensor kabel, welches eine hohe Anzahl von Kreuzungspunkten und somit von Druckpunkten aufweist, mit Fixierung der beiden, parallel zueinander jedoch im Abstand voneinander angeordneten, eng am Grundkörper 1 anliegenden Lichtleitfasern 2, 3, wobei das Sen sorkabel in jeder beliebigen Länge äußerst wirtschaftlich hergestellt werden kann. Das Geflecht bietet einen gleichmäßi gen Aufbau mit einem variierbaren Ansprechverhalten durch Än dern der das Geflecht bildenden Fasern 4, 5 hinsichtlich Ab stand zueinander, Kreuzschlag und Durchmesser. Aufgrund des Schrumpfschlauches 6 ist das Sensorkabel beständig gegen Feuch tigkeit.On the braid 2 , 3 , 4 , 5 thus formed, a z. B. at low temperatures shrinking hose 6 and shrunk at the appropriate temperature. After the light entry end and the light exit end arranged on the same side have been assembled with corresponding plugs, the pressure-sensitive sensor cable according to the invention is obtained, which has a large number of crossing points and thus pressure points, with fixation of the two, arranged parallel to one another but at a distance from one another, Close to the base body 1 optical fibers 2 , 3 , the sensor cable Sen can be produced extremely economically in any length. The braid offers a uniform structure with a variable response by changing the fibers forming the braid 4 , 5 with respect to one another, cross lay and diameter. Due to the shrink tube 6 , the sensor cable is resistant to moisture.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden n-Fasern rechtsdrehend sowie n-Fasern zusammen mit zwei um 180° zueinan der versetzten Lichtwellenleitern linksdrehend als Geflecht auf einem Grundkörper aufgebracht. Die Grunddämpfung soll dabei so klein wie möglich sein, z. B. 1,5-2,0 dB/m, während das An sprechverhalten , d. h. die Reaktionsempfindlichkeit, so groß wie möglich sein soll, z. B. 0,25 dB/kg. Das Geflecht wird vor teilhafterweise entweder durch Klöppeln oder Flechten erzeugt.In a preferred embodiment, n fibers clockwise and n-fibers together with two by 180 ° to each other of the staggered fiber optic cables on the left as a braid applied to a base body. The basic damping should be like this be as small as possible, e.g. B. 1.5-2.0 dB / m, while the on speaking behavior, d. H. the responsiveness, so great as possible, e.g. B. 0.25 dB / kg. The braid will be in front partially generated either by bobbin lace or braiding.
Durch den Einsatz von weichen Fasern für das Geflecht und als Grundkörper wird gewährleistet, daß keine unnötigen Druckstel len bei der Fertigung des Geflechtes entstehen, wie es bei harten Materialien, z. B. Metallfasern, der Fall wäre. Durch den gleichmäßigen Abstand der Fasern voneinander und der Lichtwel lenleiter voneinander und durch den Einsatz des Geflechts er hält man über die gesamte Länge des Sensorkabels die gleichen technischen Daten.Through the use of soft fibers for the braid and as Basic body ensures that no unnecessary pressure len arise during the manufacture of the braid, as with hard materials, e.g. B. metal fibers, would be the case. By the uniform distance between the fibers and the light wave conductor of each other and through the use of the braid you keep the same over the entire length of the sensor cable technical data.
Durch Veränderung der Schlaglänge kann die Grunddämpfung beein flußt werden; durch vorgegebene Anordnung der Fasern des Ge flechtes wird die Reaktionsempfindlichkeit optimiert.Changing the stroke length can affect the basic damping to be flowed; by predetermined arrangement of the fibers of the Ge reaction sensitivity is optimized.
Durch den Aufbau des Geflechts werden die Lichtwellenleiter immer im gleichen Abstand voneinander gehalten, so daß keine zusätzlichen Klebepunkte erforderlich sind. Dies ist ein erheb licher Vorteil gegenüber Sensorkabeln, die durch Verseilen und Verdrillen hergestellt werden.The structure of the braid makes the optical fibers always kept at the same distance from each other so that none additional glue dots are required. This is significant advantage over sensor cables caused by stranding and Twisting are produced.
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| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SENSOR LINE GESELLSCHAFT FUER OPTOELEKTRONISCHE SE |
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