DE2819590A1 - Vorrichtung zur messung der in einem festen koerper vorliegenden spannung - Google Patents

Vorrichtung zur messung der in einem festen koerper vorliegenden spannung

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DE2819590A1 DE19782819590 DE2819590A DE2819590A1 DE 2819590 A1 DE2819590 A1 DE 2819590A1 DE 19782819590 DE19782819590 DE 19782819590 DE 2819590 A DE2819590 A DE 2819590A DE 2819590 A1 DE2819590 A1 DE 2819590A1
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Description

DIPL.-ING. KLAUS RUPPRECHT westendsibasse ο*
PATENTANWALT ~ ~5 ~ D-6000 E1HANKI1TJRT (MAIN)
TELEFON (0611) 75 22 44 TELEX 0411 862
2813530 datum: 2. Mai 1978 KRU/JE
BATTELLE DEVELOPMENT CORPORATION Columbus, Ohio (V.St.A.)
VORRICHTUNG ZUR MESSUNG DER ΊΝ EINEM FESTEN KÖRPER VORLIEGENDEN SPANNUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Spannung in einem festen Körper mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor zur Beobachtung von Änderungen der Lichtintensität.
Die durch Krümmungen und Mikrokrümmungen auftretenden Verluste des in Lichtleitern oder Lichtleitfasern geleiteten Lichtes wurden im Hinblick auf die Anwendung der Theorie der elektromagnetischen Wellen auf ein neues Leitmedium untersucht. Auch haben experimentelle Arbeiten mit dem Ziel stattgefunden, die nachteiligen Auswirkungen des Biegens oder Krümmens auf die Lichtleiteigenschaften zu vermeiden. Die derzeit vorherrschende Theorie geht im wesentlichen auf die frühen Arbeiten von E.A.J. MARCATILI, "Bends in optical dielectric guides», Bell Syst. Techn. J. 48, 2103 (1969) zurück, der im allgemeinen die Auswirkung von Störungen auf Lichtleiter untersuchte. Mögliche Verlustmechanismen des in einem gekrümmten Lichtleiter wandernden Lichtes sind wie folgt:
(1) Strahlungsverlust
Ein gewisser Anteil des eine Krümmung eines Lichtleiters durchsetzenden Lichtes kann seitlich des Lichtleiters abgestrahlt werden. Der Strahlungsdämpfungskoeffizient (o(r)
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•kann errechnet werden aus
o( r = C1 exp (-C2r),
wobei r « Radius der Biegung oder Krümmung
C1 * C2 " von r una^)llänSige Konstanten.
(2) Modenkoppelungsverlust
Die Biegung eines Lichtleiters bewirkt Moden höherer Ordnung, die durch eine schlechte Ummantelung gedämpft werden können.
(3) Modenkonversionsverlust
Dieser Verlust tritt bei einem in einen gekrümmten Bereich eintretenden oder diesen verlassenden Leitermode auf.
Eine einfachere, empirische Beschreibung wird von G. ZEIDLER, A. HASSELBERG and D. SCHICKETANZ, "Effects of mechanically induced periodic bends on the optical loss of glass fibres", Optics Commun. 1j3, 553 (1976), gegeben. Hierbei wurden in einer experimentellen Anordnung die Auswirkungen periodischer Störungen oder Auelenkungen einer optischen Faser untersucht. Die Dämpfung (<X) de· Lichtes (in dB/a) in der Faser wird mit Hilfe der folgenden empirischen Energiegleichung beschriebent
wobei Δ « Betrag der Verformung (in/4*) und b1 ,b2 - von Δ unabhängige Konstanten.
Die Werte von b^ bewegen sich von 10~p dB/m^m für kleine Periodizität (der Biegungswlederholabetand be trägt etwa 0,25 ma) bis 10*"1 dB/m ytim"b2 für große
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Periodizität (Biegungswiederholabstand beträgt etwa 20 mm); die Werte für b2 bewegen sich von 2-4 für Multimodefasern bis 4-6 für Einmodefasern.
In der US-PS3 602 037 ist eine Vorrichtlang zur Bestimmung kleiner Äuslenkungen eines dünnen Glasstabs in einem Flüssigkeitsströmungsmesser zur Bestimmung der Flüssigkeitsströmung oder kleiner auf den Stab wirkender Bewegungen beschrieben. Hierbei wird die Absorption eines in den Stab eingestrahlten Lichtstrahls durch Reflexion an den Stabwandungen ausgenützt. Der Stab ist geradlinig ausgebildet und mit einer lichtabsorbierenden Beschichtung versehen, deren Brechungsindex größer als der des Stabes ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden Beugungsfiguren des in beiden Richtungen durch den Stab wandernden Lichtes zur Bestimmung der Stabauslenkung herangezogen. Es wird das Niveau des gebeugten Lichtes vergrößert, wodurch die Vorrichtung relativ unempflindlich wird und eine nichtlineare Beziehung zwischen der Lichtintensität und der Stabauslenkung erhalten wird. Die bekannte Vorrichtung ist nur in einem begrenzten Ausienkungsbereich wirksam und darüberhinaus nicht sonderlich gut zur Ankoppelung von Faseroptiken geeignet. Das der bekannten Vorrichtung zugrundeliegende Prinzip kann praktisch nur zur Messung von in einem Stab auftretenden Zugkräften angewendet werden und mit vernünftiger Empfindlichkeit nur auf die Messung von Biegescherkräften übertragen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, insbesondere zur Messung von Zugspannungen, die vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist und die auch herkömmliche Vorrichtungen zur Messung von Zugkräften zu ersetzen in der Lage ist.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Lichtleiter, bei dem ein Medium gegebenen Brechungsindex von einem Medium geringeren als dem gegebenen
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Brechungsindex umgeben ist, kurvenförmig so an dem Körper angeordnet ist, daß auf den Körper wirkende Kräfte in Änderungen der Kurvenform des Lichtleiters und somit Änderungen der Leitung des von der Lichtquelle in den Lichtleiter eingestrahlten sowie vom Lichtdetektor erfaßten Lichtes umsetzbar sind.
Die Eigenschaften der Fortpflanzung von Licht in einem Wellenleiter sind durch den Aufbau der elektrischen und magnetischen Felder des im Wellenleiter wandernden Lichtes bestimmt. Änderungen der Felder erzeugen Änderungen der Lichtfortpflanzung, was seinerseits zu Änderungen des im Wellenleiter übertragenen Lichtes führt, zu Änderungen des seitlich vom Lichtleiter abgestrahlten Lichtes, zu Änderungen der Verteilung der Lichtenergie zwischen verschiedenen Moden im Wellenleiter oder zu Änderungen der seitlichen Dispersion eines im Wellenleiter wandernden Lichtimpulses. Diese Änderungen werden durch Messen der übertragenen Lichtenergie, des seitlich abgestrahlten Lichtes, der räumlichen Verteilung der Lichtmoden oder der Impulsdispersion eines Lichtimpulses analysiert.
Der erfindungsgemäß zum Einsatz gelangende Lichtleiter kann entweder beschichtet oder unbeschichtet sein. Im Falle eines unbeschichteten Aufbaus kann das den Lichtleiter gegebenen Brechungsindex umgebende Medium geringeren Brechungsindex beispielsweise Luft oder ein anderes Fluid sein. Vorzugsweise ist der Lichtleiter jedoch mit einem festen Medium geringeren Brechungsindex als der gegebene Brechungsindex beschichtet oder umhüllt. Ein derartiger Aufbau ist vergleichsweise unempfindlich gegen Berühren bei der Handhabung oder beim Befestigen auf einem Substrat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum optischen Messen von Spannungen arbeitet sowohl mit Monomode- als auch Multimodenlichtleitern.
Die erfindungsg»«äß· Spannungsmeßvorrichtung kann zur Messung von Spannungen, Drücken, geringen Bewegungen od. dgl. verwendet werden. Es ist zwar ausreichend, wtnn der Lichtleiter
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eine einzige Krümmung oder Kurve aufweist, da die Fortpflanzung oder Weiterleitung der Lichtwellen durchaus geändert wird, wenn diese Krümmung geändert wird. Vorzugsweise sind jedoch mehrere solcher Krümmungen vorgesehen, wobei insbesondere der Lichtleiter periodisch sich wiederholende Krümmungen aufweist. Eine derartige Anzahl von Krümmungen verstärkt die Fortpflanzungsänderung des in den Lichtleiter eingestrahlten Lichtes, wodurch die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Spannungsmeßdose gesteigert wird. Im besonderen besteht der Lichtleiter aus wenigstens einer Faser oder einem dünnen Film aus Glas oder anderem optisch leitenden Material, beispielsweise transparenter Kunststoff, wie Polystyrol oder Polymethylmetacrylat.
Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Lichtleiter an wenigstens zwei festen Stellen zur Aufrechterhaltung der Kurvenform angeordnet ist. Die festen Stellen oder Bereiche können beispielsweise Ansätze oder Vorsprünge sein, die auf zwei voneinander getrennten Teilen eines Substrates vorgesehen sind, wobei dann der Lichtleiter zwischen den beiden Teilen unter Anlage an den Ansätzen der jeweiligen Teile hindurchgeführt ist. Wenn die beiden Teile mit ihren Ansätzen sodann relativ zueinander bewegt werden, wird die Auslenkung der Glasfaser gestört oder geändert, wodurch wiederum die Fortpflanzungseigenschaften des in die Faser eingestrahlten Lichtes geändert werden. Diese Änderung wird zur Bestimmung des Grades der Bewegung der beiden Teile, die wiederum proportional der erzeugten Spannung ist, benutzt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Lichtleiter kurvenförmig hergestellt und während seiner Herstellung auf einem Substrat oder direkt auf dem Körper angeordnet wird. Diese Art der Herstellung ermöglicht die Produktion der erfindungs-
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gemäßen Spannungsmeßvorrichtung als optischer integrierter Schaltkreis durch FiImaufdampfung, Ätzen od. dgl.
Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, wenn der Brechungsindex des Mediums gegebenen Brechungsindex
-3 -3
etwa 3 x 10 bis 30 χ 10 ^ größer als der Brechungsindex des Mediums geringeren Brechungsindex ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie der schematischen Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des wesentlichen Teils eines Versuchsaufbaue zur Demonstration der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Erfindung
in der Draufsicht, wobei eine optische Doppel-· Strahlanordnung in Verbindung mit der eigentlichen, in Fig. 1 gezeigten Meßeinrichtung zur Anwendung gelangt und
Fig. 3 eine graphische Darstellung einer unter Verwendung der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 durchgeführten SpannungsmeSreihe.
Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine optische Spannungsmeßeinrichtung 10 gezeigt» die im wesentlichen aus einem Substrat und zwei Heiken 14' und 14" von Ansitzen 14 besteht, j Jede Reihe oder Serie 14«, 14·! ist auf einem Teil 11' bzw. 11" des Substrates angeordnet. Die Teile 11', 11M sind also physisch voneinander getrennt. Die Ansätze 14 Jeder Reihe 14«f 141t eind bezüglich der anderen Reihe derart angeordnet, daß ein Lichtleiter, z.B. eine Glasfaser 15» die zwisohen dtn beiden Reihen 14·, 14« ·, der Ansitze 14 angerdnet ist, periodisch ausgelenkt oder verbogen ist; vgl« insbesondere Fig. 2.
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Die Teile 11' und 11" des Substrats 11 sind beispielsweise mittels Schrauben 16, Nieten oder durch Kleben auf einem Objekt oder Gegenstand 17 befestigt, dessen Spannungen gemessen werden sollen. Dieser Gegenstand 17 ist in den Fig. 2 als einfacher Ausleger gezeigt und er bestand aus rostfreiem Stahl. Der Abstand 1 zwischen der Kante seines Auflagers 18 und den beiderseits, übereinander angeordneten Stahlkugeln betrug 150 mm; in Fig. 1 ist eine Stahlkugel 19 gezeigt. Zur Durchführung der Messung wurde die Auslenkung des Auslegers mittels einer Mikrometerschraube 20 variiert, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 an der an der Oberseite des Auslegers befestigten Stahlkugel 19 angreift. Die Mikrometerschraube 20 kann auf beiden Seiten des Auslegers angelegt werden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel, also bei der Beaufschlagung des Auslegers von oben werden in der Spannungsmeßeinrichtung Zugspannungen erzeugt; beim Angriff von unten werden an der Oberseite des Auslegers, auf der die Spannungsmeßvorrichtung angeordnet ist, Druckspannungen hervorgerufen.
Die Spannung £ an der Oberfläche des Auslegers steht mit den Abmessungen des Auslegers (Länge 1 = 150 mm, Höhe h = 3»29 mm) und der Auslenkung d nach der folgenden Gleichung in Beziehung:
d « I2 e/h = 6,84 χ 103 (1).
Die Spannung in der Spannungsmeßeinrichtung 10 selbst ist höher als die vorstehend gegebene Größe, da die Glasfaser 15, der Lichtleiter, außerhalb der raitralen Oberfläche des Auslegers angeordnet war. Zur Durchführung von Berechnungen wurde deshalb ein Faktor von 1,33 herangezogen.
Wie erwähnt ist die Glasfaser 15 zwischen den beiden Reihen 14«, 14" der Ansatz· 14 periodisch gebogen angeordnet. Bei einer Verformung der Glasfaser 15 durch Betätigen der Mikrometerschraube 20 wird die Fortpflanzung des Lichtes in der
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Glasfaser 15 geändert, da die beiden Reihen der Ansätze 14 relativ zueinander bewegt werden. Diese Änderung kann zur Bestimmung des Grades der Biegung des Substrats 11 und weiterhin des Gegenstandes 17» auf dem das Substrat angeordnet ist, benutzt werden, wobei die Biegung oder Auslenkung eine Funktion der angelegten Spannung ist.
Die optische Anordnung zur Durchführung der Messung der Änderungen der Lichtfortpflanzung in der Glasfaser ist eine herkömmliche Zweistrahlanordnung und schematisch in Fig. 2 gezeigt. Ein Lasergerät 21,nämlich ein He-Ne Laser, erzeugt einen Laserstrahl 22 mit einer Wellenlänge von 633 mn. Dieser Laserstrahl 22 durchsetzt einen Strahlteiler 23, der den Strahl 22 in die Strahlen 22» und 22" aufteilt. Der Laserstrahl 22» verläuft geradlinig weiter durch einen Zerhacker 24 und eine Einstrahllinse 25 für die Glasfaser 15, die entsprechend Fig. periodisch gebogen oder ausgelenkt zwischen den zwei Reihen 14', 14'' der Ansätze 14 angeordnet ist. Durch Verstellung der Teile 11',1I11 relativ zueinander kann die periodische Auslenkung der Faser 15 verändert werden. Zwei Stellschraubensätze 26,27 ergeben Mikromanipulatoren, die die Anordnung und Ausrichtung der Faser 15 bezüglich der übrigen optischen Anordnung erleichtern.
Wenn der in ein Ende der Faser 15 eingestrahlte, parallele Lichtstrahl 22· die Faser an ihrem anderen Ende verläßt, durchsetzt er eine Linse oder ein Linsensystem 28 zur Parallelbildanalyse, ein räumliches Filter 29, ein geteiltes Prisma 30 zur Strahlrekombination, eine weitere Linse 29', wiederum zur Parallelbildanalyse und einen Fotodetektor 31, der ein Silizimfotodetektor sein kann.
Die aus Sätzen konzentrischer Ringe (0-1°, 1-2° etc.) bestehenden räumliche Filter werden zur Analyse der Moden
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verteilung des ausgetretenen Lichtes verwendet. Der Lichtstrahl 22'» durchläuft ebenfalls den Zerhacker 24, wird an den Spiegeln 32 und 33 reflektiert und durchläuft sodann ein Abschwächungsfilter 34 und den geteilten Würfel 30 zum Zwecke der Strahlenrekombination.
Änderungen der Biegung des Auslegers 17 beeinflussen seine Form und dementsprechend die Spannung der periodisch verformten Faser 15» wodurch wiederum die Fortpflanzung des Lichtes in der Faser beeinflußt wird. Diese Änderung der Lichtfortpflanzung wird mittels des Fotodetektors 31 verfolgt und zur Bestimmung des Grades der auf das Substrat 11 und den Ausleger 17 wirkenden Spannungsänderung benutzt. Der Zerhacker 24 weißt eine Frequenz von etwa 50 - 150 Hz auf sowie eine Zerhackerscheibe mit drei festen Blättern, die etwas größer als die drei dazwischenliegenden Freiräume sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Licht des Lichtstrahls 22', der Signalstrahl, und das des Lichtstrahls 22'', der Referenzstrahl, im Fotodetektor 31 nicht überlappen können. Hierdurch wird Rauschen unterdrückt, das anderweitig durch das Überlappen des Lichtes der Lichtstrahlen auftreten würde; außerdem wird dadurch die Möglichkeit interferrometrischer Effekte vermieden. Die Rekombination der beiden Strahlen 22· und 22'f im geteilten Würfel 30 und die Anordnung des Brennpunktes im Fotodetektor 31 wurde aufgrund seiner vergleichsweise großen Ansprechuniformität über die Oberfläche seiner Diode gewählt. Die Intensität des Referenzstrahles wird der des Signalstrahles durch das Einfügen des Abschwächungsfilters angepaßt.
Das Fotodetektorsignal wird phasensensitiv mittels eines Synchrondetektors (nicht gezeigt) erfaßt. Einstrahloptiken, d.h. ohne den Referenzstrahl, ergaben einen Rauschwert von etwa 5 % des gesamten Lichtwertes. Zweistrahloptiken verringerten den Rauschpegel auf 10 . Somit erhielt man ein vernünftiges Signal/Rausch-Verhältnis und eine Langzeitdriftstabilität während der Durchführung umfangreicher Messungen. Versuche wurden unter Verwendung von Fasern 15 entsprechend der folgenden Tabelle durchgeführt:
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ORIGINAL INSPECTED
Typ S-20 SIL-K
Hersteller Fiber Communi
cations Ine.		 Corning Glass
Work
Indexprofil Stufe Stufe
Berechnungsindex
des Kerns		 1,45 -
Numerische Apertur 0,16 0,18
Dämpfung dB/km
bei 0,8/um		 11 8
Kerndurchmesser 55 pm 85/um
Faserdurchmesser 90 um 12 Aim
Kernmaterial Dotiertes
Siliziumglas		 Dotiertes
Siliziumglas
Mit verschiedenen Fasern 15 können die folgenden Maximal-Minimalradien (R01n) verwendet werden:
Multimodenfaser Monomodenfaser
Wellenleiter bei integriertem Schaltkreis
a 100 yum
10 um
Qax min 1000 mm 10 mm
100 mm 10 am
1 mm 0,1 mm
> Wobei a « Keradurelmeseer oder typische Abmessung des Lichtleiters oder der Faser 19.
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Die Abmessungen der Spannungsmeßeinrichtung nach Fig. 1 und betragen 20 χ 10 χ 1 mm. Sie können noch erheblich verringert werden und sind letztlich lediglich durch die Faserabmessung selbst begrenzt, wobei Faserdurchmesser von bis zu 10 /um be-
nutzt werden können. Es ist möglich, optische Spannungsmeßeinrichtungen dieser Art in etwa gleicher Größe und Ausführung wie herkömmliche Folien- oder Halbleiterspannungsmeßdosen herzustellen. Andere Formen wie die gezeigte Form der Spannungsmeßeinrichtung sind möglich. Die Faser kann in einer Halterung des gewünschten Profils angeordnet sein, beispielsweise in einem dünnen, geätzten Metallblech. Auch kann sie zwischen zwei Kunststoffschichten eingeklebt oder gemäß Fig. 1 und 2 zwischen einem Satz von Stiften oder Ansätzen eingelegt sein. Darüber hinaus sind die meisten der herkömmlichen Ausführungsformen von Meßeinrichtungen möglich, zum Beispiel Delta-, Rosetten-, Fischgräten-, Tangential-, Radialform etc.
Ein Dünnfilmoberflächenlichtleiter kann in etwa der gleichen Weise wie ein integrierter elektronischer Schaltkreis hergestellt werden. Das Licht wird längs einer Oberflächenschicht des lichtleitenden Materials wenige Mikron tief mit Krümmungsradien von wenigen Zehntel Mikron geführt. Eine derartige Spannungsmeßeinrichtung kann noch kleiner gehalten werden,
ρ zum Beispiel in einer Größe von 5 mm .
Aus den vorstehenden Ausführungen geht -bereits hervor, daß der Lichtleiter nicht notwendigerweise aus Glas hergestellt sein muß. Selbstverständlich können auch andere lichtleitende Materialien, wie Kunststoff, Anwendung finden.
Die Fig. 3 zeigt die Ergebnisse einer Druckspannungsmessung mit der Spannungsmeßvorrichtung nach Fig. 1 und 2. Die auf der horizontalen Achse aufgetragene Spannung wurde durch Drehen der Mikrometerschraube 20 herbeigeführt und durch Einführung der Auslenkung d nach Fig. 1 in die Gleichung (1)
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berechnet. Die Anzeigen des Fotodetektors 31, die auf der vertikalen Achse aufgetragen sind, geben die direkte Abhängigkeit dieser Anzeigen von der an den Ausleger 17 angelegten Spannung wieder.
Da der sogenannte Gaugefaktor (Faktor der Meßeinrichtung) ein entscheidender Parameter bezüglich der Empfindlichkeit jeder Spannungsmeßeinrichtung ist, seien einige diesbezügliche Anmerkungen hier in Zusammenhang mit der Erfindung ge macht. Der Spannungsgaugefaktor einer optischen Meßeinrichtung kann wie folgt definiert werden
1 dl
K= χ ·—
wobei £ » Spannung,
dl ■ Änderung der übertragenen Lichtintensität, I a übertragenes Licht.
Der Spannungsgaugefaktor ist ein Kennzeichen für die Güte der Jeweiligen Meßeinrichtung und bringt die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung hinsichtlich der Feststellung kleiner Spannungen zum Ausdruck. Herkömmliche Widerstandmeßeinrichtungen auf der Basis von Folien oder Drähten weisen im Schnitt einen Gaugefaktor von 2 auf. Halbleitermeßeinrichtungen sind empfindlicher, ihr Gaugefaktor beträgt 100. Der aus Fig. 3 abgeleitete Gaugefaktor beträgt 250 und zeigt somit, daß die erfindungsgeeäße Spannungsmeßverrichtung eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweist.
Die erfindungsgemäße optische Spannungsmeßvorrichtung ist somit den handelsüblichen Folien- und Halbleitermeßeinrichtungen überlegen und weist darüber hinaus verschiedene Vorteile zusätzlich auf. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Spannungsmeßvorrichtung sowohl zur Messung von Zug- und
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Druckspannungen Einsatz finden. Weiterhin kann auf vergleichsweise einfache Weise eine Temperaturkompensation■bezüglich der meisten Substrate durchgeführt werden; ihr einfacher Aufbau erlaubt eine überaus einfache und preiswerte Herstellung. Andere Vorteile ergeben sich insbesondere für verschiedene Anwendungsfälle. So ist die erfindungsgemäße optische Spannungsmeßvorrichtung immun gegen elektromagnetische Interferrenz und Potentialverschiebungen, sie benötigt keinen Überlastschutz, und die Schnittstellenprobleme sind bezüglich der bekannten Vorrichtung erheblich verringert. Bei ihr tritt keine Kreuzkupplung auf, es sind keine Kurzschlüsse und unterbrochene elektrische Kreise möglich, ebenso wenig Klemmenisolation.
Die erfindungsgemäße Spannungsmeßvorrichtung ist weiterhin gegenüber der gemessenen Funktion elektrisch isoliert. Sie ist in der Lage, in schwieriger oder gefährlicher Umgebung zu arbeiten. Insbesondere ist sie zum Einsatz in Sicherheitssystemen geeignet. Es besteht keine Feuergefahr auf Grund elektrischen Stromes, da dieser an der Meßeinrichtung selbst nicht erforderlich ist; darüberhinaus erfordert sie nur sehr geringe Spannung. Sie weist gegenüber vergleichbaren, herkönunlichen Vorrichtungen verringerte Abmessungen und verringertes Gewicht auf, was beim Einsatz in der Luft- oder Raumfahrt von besonderer Bedeutung ist. Auf Grund der Verwendung optischer Kabel wird die Installation und die Untersuchung von Gegenständen erheblich vereinfacht, was zu weniger Fehlern und geringeren Kosten, z.B. Wellenlängenmehrfachkupplung, führt.
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ORiGiMAL INSPECTED

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Vorrichtlang zur Messung der Spannung in einem festen Körper mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor zur Beobachtung von Änderungen der Lichtintensität, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtleiter, bei dem ein Medium gegebenen Brechungsindex von einem Medium geringeren als
    dem gegebenen Brechungsindex umgeben ist, kurvenförmig so an dem Körper angeordnet ist, daß auf den Körper wirkende Kräfte in Änderungen der Kurvenform des Lichtleiters und somit Änderungen der Leitung des von der Lichtquelle in
    den Lichtleiter eingestrahlten sowie vom Lichtdetektor erfaßten Lichtes umsetzbar sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter wenigstens eine Paser oder einen Film aus Glas oder Kunststoff aufweist.
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter an wenigstens zwei festen Stellen, zur Aufrechterhaltung der Kurvenforra angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter kurvenförmig hergestellt und während seiner Herstellung auf einem Substrat oder direkt auf dem Körper angeordnet wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ·
    der Brechungsindex des Mediums gegebenen Brechungsindex
    —Ti —Ti
    etwa 3 x 10 bis 30 χ 10 ^ größer als der Brechungsinc des Mediums geringeren Brechungsindex ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Medium mit dem zweiten Medium beschichtet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Medium ein Fluid ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Medium Luft ist.
  9. 9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter mit mehreren Biegungen versehen ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungen symmetrisch um eine Mittellinie angeordnet sind.
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DE19782819590 1977-07-27 1978-05-05 Vorrichtung zur messung der in einem festen koerper vorliegenden spannung Granted DE2819590A1 (de)

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