CH671099A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG ■w Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur faseroptischen, spektral kodierten Übertragung des Wertes einer veränderlichen physikalischen Messgrösse mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen, sowie eine zur Durchführung eines solchen Verfah-45 rens geeignete Einrichtung.

Derartige Übertragungsverfahren und -Einrichtungen sollen von den Eigenschaften der verwendeten Lichtleitfasern möglichst unabhängig sein, damit im Rahmen eines faseroptischen Messwertaufnehmers zur Verbindung von 50 Messfühler und Auswertegerät vorgesehene Fasern mit unterschiedlichen Längen, Querschnitten, Verlusten, Krümmungen etc. die Auswertung der spektral und hinsichtlich ihrer Intensität kodierten Nutzlicht-Signale möglichst wenig beeinträchtigen.

5; Unter faseroptischen Messwertaufnehmern werden im folgenden Anordnungen verstanden, die aus einem Messfühler und einem Auswertegerät bestehen, die über eine oder mehrere Lichtleitfasern optisch miteinander verbunden sind. Im Messfühler wird eine zu erfassende physikalische Messgrösse 60 (z. B. Druck, Temperatur, Kraft, Position, Winkel, etc.) in ein optisches Signal umgewandelt oder «kodiert», welches über die Lichtleitfaser zum Auswertegerät geleitet wird. Dort erfolgt die Dekodierung. d. h. es wird aus dem optischen Signal der Wert der am Messfühler wirksamen Messgrösse 65 ermittelt. Dieser Wert kann dann in geeigneter Form angezeigt, registriert oder anderweitig weiterverarbeitet werden, beispielsweise in einem Regler.

Wegen der ausgezeichneten Isolationsfähigkeit gebrauch

671099

licher Lichtleitfasern besteht in derartigen faseroptischen Messwertaufnehmern eine vollkommene galvanische Trennung zwischen Messfühler und Anzeigegerät. Sie können somit ohne besondere Schutzmassnahmen verwendet werden in der Hochspannungstechnik (Überwachung von Transformatoren). in der Medizin (keine Stromschlaggefahr für den Patienten), sowie in Anlagen der Petrochemie und des Bergbaues (keine Kurzschluss/Zündgefahr) oder im Kraftfahrzeugbau.

Es wurde daher eine Vielzahl von Funktionsprinzipien faseroptischer Messwertaufnehmer vorgeschlagen und demonstriert, wie z. B. in dem Artikel «Optical Fiber Sensor Technology» vonT. G. Giallorenzi et al. im IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE - 18 (1982), S. 626-655, dargelegt. Unter diesen Messwertaufnehmern zeichnet sich durch besondere konstruktive Einfachheit eine Untergruppe aus, bei der die erwähnte Kodierung durch eine Intensitätsmodulation erfolgt, beispielsweise mittels einer Lichtschranke. Der von einer gewöhnlich im Auswertegerät untergebrachten Lichtquelle kommende und über eine optische Faser zum Messfühler geleitete Lichtstrom wird dort mehr oder weniger stark abgeschwächt, entsprechend dem Wert der gerade wirksamen Messgrösse. Der verbleibende Lichtstrom läuft über dieselbe oder eine andere Faser zu einem Detektor im Ausladen arbeitenden Aufnehmer gehört, ist das faseroptische Thermometer nach A. J. Rogers (Applied Optics Vol. 21, 1982, S. 882-885). In diesem Instrument wird der über eine Faseram Messfühler ankommende Lichtstrom nicht mittels ? einer mechanisch bewegten Blende, sondern mittels einer temperaturabhängigen, polarisationsoptischen Anordnung in seiner Intensität abgeschwächt, ehe er faseroptisch zum Auswertegerät zurückgeleitet wird und eine dem Detektorsignal entsprechende Anzeige bewirkt.

io Die beiden erwähnten und zahlreiche andere, dem Stand der Technik entsprechende, faseroptische Messwertaufnehmer der Untergruppe mit Kodierung durch Intensitätsmodulation besitzen den grundsätzlichen Nachteil, dass das Auswertegerät nicht unterscheiden kann zwischen Andels rungen des vom Detektor empfangenen Lichtstromes aufgrund von Änderungen der Messgrösse einerseits und Änderungen aufgrund von Schwankungen der Faserverluste andererseits. Letztere können beispielsweise auftreten, wenn die Faser gekrümmt wird, oder wenn in einem Faserkabel 20 ihre Temperatur oder ihre mechanische Spannung variieren. Ein weiterer Nachteil ist es, dass diese Messwertaufnehmer im allgemeinen mit dauerhaft verbundenen Faserleitungen fester Länge arbeiten müssen. Der Einsatz von Faser-Steck-verbindungen scheidet nämlich aus, weil sie gewöhnlich wertegerät. Das zu der dort ankommenden Lichtleistung pro- 2s nicht genau reproduzierbare Verluste bewirken. Ein Betä-portionale Detektorsignal ist somit ein Mass für den Wert der tigen der Stecker könnte dann eine entsprechende Variation

Messgrösse.

Ein Vorteil dieses Funktionsprinzips besteht darin, dass die hier zur Kodierung angewandte Analog-Intensitätsmodu-lation technisch sehr einfach durch Verschiebung oder Verdrehung von Blenden durchgeführt werden kann, die in dem Lichtstrom angebracht sind und einen von ihrer Stellung abhängigen Bruchteil desselben passieren lassen. Andere wichtige Vorteile liegen in der Möglichkeit, für diese Mess-wertaufnehmer preiswerte Multimode-Lichtleitfasern einsetzen zu können und sie mit Lumineszenz-Dioden als zuverlässigen, kleinen Lichtquellen zu betreiben. Auch kann durch zweckmässige Ausgestaltung der Modulator-Blenden eine sehr hohe absolute Messempfindlichkeit bezüglich der Blendenposition erreicht werden. Ein für diese Gruppe von Messwertaufnehmern typisches Beispiel kann in dem von W. B. Spillmann und D. H. McMahon beschriebenen «Schlieren Multimode Fiberoptic Hydrophone» (Applied Physics Letters, Vol. 37,1980, S. 145 ff.) gesehen werden. Bei diesem Messwertaufnehmer wird die Intensitätsmodulation dadurch erreicht, dass der Lichtstrom nacheinander zwei eng benachbarte, parallel angeordnete Strichgitter durchsetzt, die eine Art «Moiré»-Modulator bilden.

Die Verschiebung des einen Gitters gegen das andere um eine Strichbreite (typisch: 5 (im) bewirkt, dass dieser Modulator vom Zustand maximaler Lichttransmission in den Zustand minimaler Transmission gesteuert wird. Primär stellt diese Anordnung also einen Wegaufnehmer dar. In dem speziellen Fall dieses Beispiels wird ein Hydrophon (Unterwasser-Schalldruck-Aufnehmer) daraus, indem eines der Gitter mit einer elastischen Membran verbunden ist, auf die der zu erfassende Druck wirkt und sie durchbiegt. Die Membran fungiert somit als ein Druck — Weg-Wandler. In gleicher Weise liesse sich der erwähnte Modulator auch für die Konstruktion faseroptischer Thermometer, Dynamometer, Accelerometer und Aufnehmer für weitere Grössen verwenden, indem statt der Membran entsprechende andere Wandler eingesetzt werden, beispielsweise ein Bimetallkörper (Temperatur — Weg), ein Federkörper (Kraft — Weg), oder eine Testmasse an einem Federkörper (Beschleunigung — Kraft — Weg).

Ein anderer einfacher faseroptischer Messwertaufnehmer, der ebenfalls zu der Gruppe der mit Analog-Intensitätsmodu-

bzw. Unsicherheit der Anzeige zur Folge haben. Im gleichen Sinne würde sich auch die Installation von Fasern unterschiedlicher Länge oder Dämpfung problematisch auf die 30 Eichung der Aufnehmer dieser Untergruppe auswirken.

Aus diesem Grunde wird in einigen verbesserten faseroptischen Messwertaufnehmern ein zweiter Übertragungskanal eingeführt, der einen von der Messgrösse nicht oder aber gegensinnig modulierten Referenzlichtstrom überträgt. Zur 35 Bestimmung der Messgrösse im Auswertegerät dient dann nicht mehr eine absolute Leistung, sondern das Verhältnis der Leistungen der empfangenen Lichtströme im Signal- und im Referenzkanal. Falls die erwähnten Änderungen der Faserverluste in beiden Kanälen gleich sind, so ändern sich 40 mit den Faserverlusten zwar die Absolut-Leistungen der Lichtströme, aber ihr Verhältnis bleibt davon unberührt, und die Anzeige ist unabhängig von diesen Änderungen. Eine derartige Kodierung der Messgrösse in das Intensitätsverhältnis zweier Lichtströme wird beispielsweise benutzt in den 45 von H. Dötsch et al. angegebenen faseroptischen Messwertaufnehmern (IEE Conference Proceedings Nr. 221, «Optical Fibre Sensors», London 1983, S. 67-71). Eine verschiebbar angeordnete Linse im Messfühler koppelt hier den ankommenden Lichtstrom in zwei abgehende, zum Auswertegerät so führende Lichtleitfasern. Die Messgrösse beeinflusst die Stellung der Linse und koppelt somit das Licht entsprechend stärker in die eine oder andere der beiden Fasern in solcher Weise ein, dass das Verhältnis der beiden Teillichtströme die Messgrösse eindeutig repräsentieren sollte.

55 Tatsächlich ist diese Kompensation veränderlicher Faser-verluste aber nur begrenzt wirksam, denn der Signal- und der Referenzkanal werden ja über zwei verschiedene Lichtleitfasern zum Auswertegerät geführt und unterliegen somit nicht genau den gleichen Einflüssen. Gegen eine breite praktische 60 Anwendbarkeit steht hier neben der aufwendigen Notwendigkeit der zusätzlichen Referenzfaser aber vor allem immer noch der erwähnte Nachteil nicht-reproduzierbarer Stecker-Verluste, die in den beiden Kanälen im allgemeinen deutlich verschieden sein werden. Dieser Nachteil schliesst die Ver-65 wendung von Steckern bei dieser Art von Messwertaufnehmern bisher praktisch aus, wodurch aber deren Einsatzmöglichkeiten erheblich eingeschränkt werden. Eine zunächst erwägenswert erscheinende Lösung dieses Problems kann

671099 6

darin gesehen werden, den Signal und den Referenzlicht- ist und damit insgesamt weitestgehende Unabhängigkeit der ström über dieselbe Lichtleitfaser zu führen und diese beiden Messwertübertragung von den Eigenschaften der Faser und

Lichtströme bei zwei verschiedenen optischen Frequenzen deren Fluktuationen erzielt wird. Auch eine ggf. erforder-

zu übertragen, beispielsweise im grünen und roten Spektral- liehe Abhängigkeit der Detektorempfindlchkeiten von der bereich. Eine derartige Lösung unter Ausnutzung von Licht- 3 Wellenlänge kann sich - wegen der verschachtelten spek-

strömen mit relativ grossem spektralem Abstand kann tralen Struktur der Lichtströme Ii und h - auf das Messer-

jedoch in der Praxis nicht zufriedenstellend sein, da die mei- gebnis nicht störend auswirken. Es kommt hinzu, dass es sten Arten von Faserverlusten stark von der optischen Fre- durch das erfindungsgemässe Verfahren auch möglich wird,

quenz (bzw. Wellenlänge) abhängen, desgleichen die Detek- je nach der Zahl der in den einzelnen Kernspektren enthal-torempfindlichkeiten, woraus zusätzlich Eichprobleme resul- io tenen Linien einen relativ grossen Bruchteil der Leistung aus tieren können. Eine Übertragung mit zwei spektral weit aus- dem kontinuierlichen Spektrum der jeweils verwendeten einanderliegenden optischen Frequenzen kann somit nicht Lichtquelle, z. B. einer Lumineszensdiode, auszunutzen. Das von den Fasereigenschaften unabhängig sein, wobei der Aus- erfindungsgemässe Verfahren ist im übrigen mit einfach druck «von den Fasereigenschaften unabhänig» bedeuten gestalteten optischen Filtereinrichtungen durchführbar.

soll, dass die beiden Lichtströme in möglichst gleicher Weise is In der durch die Merkmale des Anspruchs 2 umrissenen allen Arten von Faserverlusten bei ihrer Übertragung unter- Verfahrensweise kann eine optimale Annäherung an den liegen, d. h. den Absportions- und Streuverlusten, Krüm- Idealfall absoluter Gleichheit der mittleren Wellenlängen mungsverlusten und Koppelverlusten von Steckern, der Teillichtströme Ii und h erzielt werden, beispielsweise

Spleissen sowie auch Querschnittsänderungen der Faser. Für dadurch, dass das Spektrum des einen Teillichtstromes nur eine im vorstehend erläuterten Sinne von den Fasereigen- 20 eine einzige Linie umfasst und das Spektrum des anderen schaffen unabhängige Übertragung wäre es zumindest not- Teillichtstromes zwei Linien, deren mittlere Wellenlänge wendig, die beiden optischen Frequenzen sehr dicht benach- derjenigen der einen Linie des erstgenannten Teillicht-

bart zu wählen, d. h. so, dass ihr Frequenzabstand Av zur stromes entspricht. Eine derartige Vorgehensweise ist z. B.

mittleren Frequenz vo der beiden Lichtströme sehr klein ist. unter Verwendung von Laser-Lichtquellen möglich.

Weiterhin müsste auch noch die spektrale Linienbreite 5v 2s Durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 sind alter-

der beiden Lichtströme klein sein, etwa Sv = Av. Entspre- nativ anwendbare Durchführungsarten des erfindungsge-

chend schmalbandige optische Filter sind zwar möglich, aber mässen Verfahrens angegeben, wobei in der einen Durchfüh-

sehr aufwendig und sie würden aus dem kontinuierlichen rungsart - gemäss Figur 4 - mit gleichzeitiger Übertragung

Emissionsspektrum einer Lumineszenzdiode nur einen sehr beider Teillichtströme 11 und Nachweis derselben mit sepa-kleinen, der Filter-Linienbreite entsprechenden Leistungsan- 30 raten Detektoren gearbeitet wird, während in der anderen teil durchlassen, woraus aber wieder Probleme hinsichtlich Durchführungsart mit zeitlich verschachtelter Übertragung der Nachweisempfindlichkeit bzw. -genauigkeit resultieren der Teillichtströme Ii und Ii und damit synchronisiertem könnten. Empfang derselben mit Hilfe nur eines Detektors gearbeitet

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ein- wird.

gangs genannten Art anzugeben, welches eine von den Eigen- 35 Zur Durchführung dieser alternativen Verfahrensweisen

Schäften einer faseroptischen Übertragungsstrecke weitestge- geeignete Einrichtungen sind, ihrem grundsätzlichen Aufbau hend unabhängige Übertragung für den Messwert charakte- nach durch die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 angegeben,

ristischer optischer Signale und deren einfache Auswertung durch welche die insoweit der Erfindung zugrunde liegende ermöglicht, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Teilaufgabe gelöst wird.

Verfahrens. 40 Durch die Merkmale der Ansprüche 7 bis 24 sind alter-

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die nativ oder in sinnfälliger Kombination ausnutzbare Gestal-kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. tungs- und Funktionsmerkmale im Rahmen von Einrich-Hiernach werden zwei spektral durch ineinander ver- tungen gemäss den Ansprüchen 6 und 7 zur Erfassung der schachtelte Linienspektren kodierte Lichtströme Ii und I2, in Messgrösse einsetzbarer, vorteilhaft einfach gestalteter Mess-deren Leistungsverhältnis die Messgrösse kodiert ist, über -ts fühler angegeben, die auf eine Benutzung in Transmission eine einzige, den Lichtweg vom Messfühler zum Auswerte- ausgelegt sind. Derartige Messfühler werden dann zweckgerät markierende optische Faser in das Auswertegerät einge- mässigerweise nicht nur an das Auswertegerät, sondern auch koppelt, durch das eine Auswertung des Leistungsverhält- an die jeweilige Lichtquelle über eine optische Faser ange-nisses in Einheiten der Messgrösse erfolgt. Die beiden Licht- koppelt.

ströme sind, da sie über dieselbe optische Faser und dieselben 50 Durch die Merkmale des Anspruchs 25 ist der prinzipielle Verbindungselemente zwischen dieser und dem Messfühler Aufbau einer zur Durchführung des erfindungsgemässen einerseits sowie dem Auswertegerät andererseits, z. B. Faser- Verfahrens geeigneten, weiteren Einrichtung angegeben, bei Steckverbindungen, geleitet werden, insoweit exakt den- welcher der zur Erfassung der Messgrösse ausgenutzte Messselben Einflüssen der faseroptischen Übertragungsstrecke fühler als eine Reflexionseinheit ausgebildet ist. Zur opti-unterwerfen, die sich daher bei durch Verhältnisbildung ss sehen Ankopplung des Messfühlers an die Lichtquelle bzw. erfolgenden Auswertung gleichsam herausheben, so dass ein Lichtversorgungsgerät einerseits und an das Auswerte-insoweit optimale Voraussetzungen für eine von der Gestal- gerät andererseits wird hier nur eine einzige optische Faser tung der faseroptischen Übertragungsstrecke unabhängige benötigt, sowie ein teildurchlässiger Spiegel, über den ein Übertragung der Messwertinformation gegeben sind. Durch Teil der durch die optische Faser zurückgeleiteten Licht-die erfindungsgemäss ausgenutzte Linienstruktur der beiden 60 ströme Ii und I2 zur Nachweiseinrichtung des Auswertegeräts Lichtströme, die als spektral ineinander verzahnte oder ver- hin umlenkbar ist.

schachtelte Kamm-Spektren beschrieben werden kann, wird Durch die Merkmale der Ansprüche 26 bis 33 sind mit ein-

auf einfache Weise erreicht, dass die beiden miteinander zu fachen technischen Mitteln realisierbare Gestaltungen von vergleichenden Lichtströme, mindestens in sehr guter Nähe- Messfühlern angegeben, die im Rahmen einer gemäss rung, praktisch gleiche - mittlere - Wellenlängen haben, so «s Anspruch 25 ausgebildeten Einrichtung einsetzbar sind.

dass auch insoweit Gleichheit der - Wellenlängen-abhän- Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gigen - Einflüsse der faseroptischen Übertragungsstrecke auf ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die in dieser sich ausbreitenden Lichtströme Ii und I2 gegeben Durchführungsbeispielen des erfindungsgemässen Verfah-

7

671 099

rens sowie von Ausführungsbeispielen zu dessen Durchführung geeigneter Einrichtungen. Es zeigen:

Fig. I den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemässen, faseroptischen Messwertaufnehmers als Einrichtung zur Durchführung eines erfindungs gemässen Verfahrens 7ur spektral kodierten Übertragung einer physikalischen Messgrösse, in vereinfachter, schematischer Blockbild-Darstellung,

Fig. 2(a) eine typische spektrale Verteilung der Intensität von einer in dem Messwertaufnehmer gemäss Fig. 1 einsetzbare Lichtquelle,

Fig. 2(b) Durchlass-Charakteristiken im Rahmen des VI esswertaufnehmers gemäss Figur 1 einsetzbarer Transmissionsfilter,

Fig. 2(c) und 2(d) die spektrale Zusammensetzung zur Erfassung der Messgrösse ausgenutzter Teillichtströme Ii und I:, zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 3 und 4 vereinfachte Blockschaltbild-Darstellungen und alternativer Ausführungsformen von faseroptischen Messwertaufnehmern zur Erläuterung alternativer Durchführungsarten des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung von Messfühlern, die auf Transmissionsbetrieb ausgelegt sind,

Fig. 5 bis 8 alternative Gestaltungsmöglichkeiten im Rahmen von Messwertaufnehmern gemäss Fig. 3 oder Fig. 4 einsetzbarer Messfühler,

Fig. 9 und 10 für Transmissionsbetrieb geeignete Messfühler mit als Referenzfilter gestalteten Filterpaaren zur Bestimmung der spektralen Zusammensetzung derTeillicht-ströme 11 und h sowie mit verschiebbaren Blenden zur Inten-sitätsmodulation dieser T eillichtströme,

Fig. 11 und 12 ebenfalls in Transmission benutzbare Messfühler mit polarisationsabhängiger Aufteilung eines Primärlichtstromes in die zur Messwerterfassung ausgenutzten Teil-lichtströme und mit polarisationsabhängig arbeitenden Modulationseinrichtungen,

Fig. 13 und 14 alternative Gestaltungen erfindungsge-mässer faseroptischer'Messwertaufnehmer mit im Reflexionsmodus betreibbaren Messfühlern,

Fig. 15 bis 17 den grundsätzlichen Aufbau verschiedener, im Reflexionsmodus benutzbarer Messfühler,

Fig. 18 eine spezielle Gestaltung eines seinem grundsätzlichen Aufbau nach dem Messfühler gemäss Fig. 17 entsprechenden Messfühlers mit als Bregg-Reflektoren ausgebildeten Interferenzfiltern zur spektralen Kodierung der Teillichtströme Ii und I:, sowie

Fig. 19 und 20 funktionell den Messfühlern gemäss den Figuren 11 und 12 entsprechende, jedoch in Reflexion betreibbare Messfühler.

In den Figuren 1 und 3 bis 20 der Zeichnung sind bau- und funktionsgleiche bzw. -analoge Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen belegt.

Mit Bezug auf die Figuren 1 und 2, auf deren sämtliche Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, wird im Folgenden einerseits das allgemeine Bauprinzip eines ingesamt mit 100 bezeichneten Messwertaufnehmers erläutert, der eine Einrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens zur spektral kodierten Übertragung des Wertes einer kontinuierlich veränderlichen physikalischen Messgrösse «x» darstellt, das mehr im einzelnen anhand der Figur 2 erläutert werden wird. Dabei zeigt die Figur 1 einen faseroptischen Messwertaufnehmer 100, der mit Kodierung der Messgrösse x in das Intensitätsverhältnis zweier Lichtströme Ii und h arbeitet. Der Messwertaufnehmer 100 umfasst eine Lichtquelle 14 mit kontinuierlichem Emissionsspektrum, einen Messfühler 11, der die Kodierung der Messgrösse x in das Verhältnis der Intensitäten der beiden Lichtströme Ii und

I: vermittelt, die aus einer - spektralen - Verzweigung eines von der Lichtquelle 14 in den Messfühier 11 eingekoppelten Primärlichtstromes I erzeugt werden, sowie eine Auswertestufe 10, die eine Dekodierungdes Intensitätsverhältnisses s der beiden Lichtströme Ii und I: in Einheiten der Messgrösse x vermittelt und ein für die Messgrösse x charakteristisches Signal erzeugt, das mittels eines Anzeigeinstrumentes 22 in Einheiten der Messgrösse angezeigt oder zu einer weiteren Verarbeitung ausgenutzt werden kann, z. B. zur Aktivierung i« einer Pumpe, die einen Druckspeicher auflädt, dessen Druckniveau einen unteren Grenzwert nicht unterschreiten darf, wobei in diesem Falle die Messgrösse x der Druck in diesem Druckspeicher ist.

Von der Lichtquelle 14, beispielsweise einer Lumineszens-15 diode emittiertes Licht, wird über eine erste optische Faser 12 als ein Primärlichtstrom I dem Messfühler 11 zugeführt. In diesem Messfühler 11 ist als Eingangsstufe ein erstes Filterpaar 15 vorgesehen, das den Primärlichtstrom I in die beiden Teillichtströme Ii und L zerlegt.

20 Durch das in der Figur 1 lediglich schematisch angedeutete Filterpaar 15 wird den aus der Aufteilung des Primärlichtstromes I resultierenden Teillichtströmen Ii und I:eine charakteristische - verschiedene - spektrale Intensitätsvertei-lung mit jeweils schmalbandig-linienförmiger Struktur der 25 spektralen Verteilung der Lichtleistungen aufgeprägt, derart, dass eine Spektrallinie des einen Lichtstromes Ii als Spektral zwischen zwei Linien des anderen Lichtstromes I: liegt: dadurch wird eine spektrale Verschachtelung der beiden Lichtströme Ii und h erzielt, wobei der spektrale Abstand 30 einer Linie des jeweils einen Lichtstromes h von einer spektral benachbarten Linie des anderen Lichtstromes I: jeweils grösser ist als die Linienbreite dieser spektralen Komponenten der beiden Lichtströme Ii und I:.

Bei dem in der Figur 1 dargestellten, zur prinzipiellen 35 Erläuterung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel eines Messwertaufnehmers 100 erfahren die Ausgangs-Teil-lichtströme Ii und I2 des ersten Filterpaares 15 eine räumliche Trennung voneinander, und es ist im Rahmen des Messfühlers 11 eine z. B. als transversal zur Ausbreitungsrichtung des 40 einen Lichtstrom'es Ii verschiebbare Blende 17 ausgebildete Modulationseinrichtung vorgesehen, mittels derer die Lichtleistung des einen aus dem Filterpaar 15 austretenden Lichtstromes 11 auf mit der Verschiebung der Blende 17 korrelierte Werte Ii (x) veränderbar ist, wogegen bei dem Ausführungs-45 beispiel gemäss Figur 1 die Lichtleistung des anderen, aus dem Filterpaar 15 austretenden Teillichtstromes I2 durch die Modulationseinrichtung 17 nicht beeinflusst wird. Die beiden Teillichtströme werden in einem als Ausgangsstufe des Messfühlers 11 vorgesehenen Vereinigungselement 16 im 50 Sinne einer Überlagerung wieder miteinander vereinigt und über eine zweite optische Faser 13 gemeinsam dem Auswertegerät 10 zugeleitet.

In dem Auswertegerät 10 ist ein zweites, über die optische Faser 13 mit dem Ausgang des Strahl Vereinigungselements 55 16 optisch verbundenes Filterpaar 18 vorgesehen, das insgesamt dieselbe Transmissionscharakteristik hat wie das im Rahmen des Messfühlers 11 vorgesehene, erste Filterpaar 15. Das Filterpaar 18 des Auswertegeräts 10 vermittelt somit wieder eine Trennung der über die zweite optische Faser 13 60 gemeinsam dem Auswertegerät 10 zugeleiteten Teillichtströme Ii und I2, deren Intensitäten von zwei je einem der beiden Lichtströme Ii und I2 zugeordneten Detektoren 19 bzw. 20 erfasst werden, wobei das Ausgangssignal des einen Detektors, z. B. des Detektors 19, der durch die Modulations-65 einrichtung 17 modifizierten Intensität Ii des Teillichtstromes Ii und das Ausgangssignal des anderen Detektors 20 der - beim dargestellten Erläuterungsbeispiel ungeänderten -Intensität des anderen Teillichtstromes 1: proportional ist.

671 099

8

Zur weiteren Auswertung ist im Rahmen des Auswertegerätes eine Elektronikstufe 21 vorgesehen, die ein dem Verhältnis R = Si/S: der Signalpegel der Detektor-Ausgangssig-nale Si und S: entsprechendes Ausgangssignal bildet, das mittels des Messinstrumentes 22 anzeigbar ist. Wird in dem Messfühler 11 der Teillichtstrom I: beispielsweise dadurch moduliert, dass er durch die beweglich angeordnete Blende 17 von seiner ursprünglichen Leistung Ii mehr oder weniger auf eine Leistung Ii abgeschwächt wird, so vermindert sich die Anzeige des Messinstrumentes 22 entsprechend. Die in der Figur 1 dargestellte faseroptische Anordnung stellt somit einen Messwertaufnehmer für die Messgrösse x dar, wenn diese Messgrösse die Stellung der Blende 17 steuert und das Messinstrument 22 in Einheiten der Messgrösse x geeicht ist.

In der Figur 2 ist das Verfahren der spektralen Kodierung veranschaulicht, das eine von den Eigenschaften der verwendeten optischen Fasern 12 und 13 unabhängige Übertragung für die Messgrösse charakteristischer optischer Signale zwischen dem Messfühler 11 und dem Auswertegerät 10 bewirkt. Hierbei ist durch die Figur 2(a) schematisch die spektrale Leistungsdichteverteilung Io (v) einer Lichtquelle 24 mit kontinuierlichem Emissions-Grundspektrum als Funktion der optischen Frequenz. Die Bandbreite des Grundspektrums, gemessen zwischen den Frequenzwerten vL/2 imd v H/2, bei denen die Leistungsdichte des Grundspektrums jeweils der Hälfte des Maximalwertes Io mai. beträgt, wird mit Bv bezeichnet. Weiterhin sind in der Figur 2

(b) spektraleTransmissions-CharakteristikenTi (v) undT: (v) dargestellt, die jedes der beiden Filterpaare 15 und 18 besitzen muss. Jede dieser beiden Transmissions-Charakteri-stiken entspricht einem Linienspektrum mit einem typischen Abstand Av zwischen benachbarten Linien desselben Filters

15 bzw. 18 und mit einer typischen Linienbreite 5v. Dabei ist für den einen Teillichtstrom Ii die eine Transmissionscharakteristik Ti (v) wirksam, während für den anderen Teil-lichtstrom Ii die Transmissions-Charakteristik Ti (v) wirksam ist. In der Figur 2 (b) sind, der Einfachheit halber, spektrale -Durchlassbereiche der Filter 15 und 18 in gleichen spektralen Abständen gleich «breit» und gleich «hoch» dargestellt.

Diese Gleichheiten, wiewohl vorteilhaft für die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens, müssen nicht streng über die gesamte Bandbreite Bv erfüllt sein. Vielmehr ist es ausreichend, wenn sie angenähert über grössere Teilbereiche der Halbwertbreite Bv des Grundspektrams bestehen, beispielsweise in dem Sinne, dass das Spektrum Ti (v) aus Ti (v) durch eine Verschiebung um etwa Av/2 hervorgeht. Wesentlich ist vor allem, dass beide Spektren bzw. Durchlass-Charakteristiken Ti (v) und Ti (v) so ineinander verschachtelt sind, dass sie sich möglichst wenig überlappen, und dass eine Vielzahl von Linien in die Bandbreite Bv des Grundspektrums Io (v) fällt. - -

Es sollen daher die folgenden Bedingungen gelten: 5v < Av/2(1)

Av « Bv (2).

Die aus diesen Filter-Charakteristiken und dem Grundspektrum Io (v) der Lichtquelle 24 resultierenden Spektren Ii (v) und Ii (v) der Lichtströme Ii bzw. Ii sind in den Figuren 2

(c) und 2 (d) dargestellt. Es ist ersichtlich, dass wegen der Bedingung (2) und des stetigen Verlaufes des Grundspektrums über der Frequenzskala beide Spektralverteilung Ii (v) und Ii (v) in guter Näherung dieselbe mittlere optische Frequenz vo und auch dieselbe Gesamt-Bandbreite B v besitzen, die durch das Grundspektrum Io (v) vorgegeben sind.

Dadurch erfahren die beiden Lichtströme 11 und Ii stets dieselben durch die optischen Fasern 12 und 13 bedingten Verluste. Dieser Vorteil kann durch die Auslegung der Filterpaare 15 und 18 selbst dann noch erreicht werden, wenn sich die Faserverluste als Funktion der optischen Frequenz v relativ drastisch ändern, wie z. B. die Streuveriuste. die typisch proportional zu v: ansteigen. Der spektrale Linienab-stand Av muss dann hinreichend klein gewählt werden, dass die verlustbedingten Unterschiede der spektralen Intensi-5 täten bei zwei spektral benachbarten Linien kleiner werden als die für den Messwertaufnehmer 100 geforderte Anzeige-Genauigkeit. Wegen der Stetigkeit aller realen Verlustspektren ist dies immer möglich.

Die Tatsache, dass die beiden in der erfindungsgemässen io Weise spektral kodierten Lichtströme Ii und I: praktisch dieselbe mittlere Frequenz v» und Bandbreite Bv besitzen, wirkt sich auch vorteilhaft beim Nachweis dieser Lichtströme aus. insbesondere für den Fall, dass ihre Leistungen mit demselben Detektor gemessen werden sollen, wie es in selbst-i5 abgleichenden Auswerteverfahren zweckmässig ist. Bei gleichen Werten von vo und Bv für beide Teillichtströme Ii und Ii sind nämlich die Detektorempfindlichkeiten für beide Lichtströme gleich gross, auch wenn sie beide rasch veränderliche Funktionen der Frequenz sein sollten.

io Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäss vorgesehenen Kodierung besteht darin, dass ein relativ grosser Bruchteil der im Emissions-Grundspektrum der Lichtquelle 24 zur Verfügung stehenden Lichtleistung ausnutzbar ist. Dieser Bruchteil ist ungefähr gegeben durch die über die 25 Bandbreite Bv gemittelten spektralen Transmissions-Charakteristiken Ti (v) undT:(v) der Filterpaare 15 und 18. Entsprechend der Darstellung der Filter-Transmissions-Charakteristiken gemäss Figur 2 (b) haben diese spektralen Mittelwerte beide etwa den Wert Ti = Ti = 5v/'Av. Dabei ist 30 unterstellt, dass die Spitzentransmissionswerte der Transmissions- Charakteristiken Ti (v) und Ti (v) nahe bei dem Wert 1 liegen. Die genannten WerteTi und T: können um Grössen-ordnungen höher liegen als in Fällen, in denen Teillichtströme Ii und Ii lediglich durch Ausfilterung jeweils einer 35 einzelnen Linie der spektralen Breite 8v gewonnen werden.

Schliesslich ist noch die Tatsache besonders vorteilhaft, ■ dass sich Filter 15 und 18 mit spektralen Transmissions-Charakteristiken, wie in der Figur 2 (b) dargestellt, relativ einfach in Form von Interferenz-Filtern konstruieren lassen, 40 worauf im Folgenden noch ausführlicher eingegangen wird. Zur näheren Erläuterung der bei dem insoweit erläuterten Verfahren praktisch auftretenten Verhältnisse wird folgendes Zahlenbeispiei betrachtet:

als Lichtquelle diene eine Galliumarsenid-Lumineszenz-« diode mit einer mittleren optischen Wellenzahl Vo = 12 000 cm"1, entsprechend etwa einer Wellenlänge von 0,83 p.m. Die Bandbreite Bv des Emissionsspektrums dieser Lumineszenz-Diode hat einen typischen Wert von 400 cm-1. Die Bedingungen (1) und (2) sind jedenfalls dann mit Sicherheit erfüllt, so wenn Linienabstände von 40 cm-1 und Linienbreiten 5v von 2 cm"1 benutzt werden. Dies lässt sich praktisch erreichen mit Interferenzfiltern der Ordnung m = 300 und der Finesse F = 20.

Die praktische Durchführung des insoweit erläuterten 55 Kodierverfahrens ist auf verschiedene Weisen möglich, die nunmehr anhand der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Messwertaufnehmer 100 bzw. 100' näher erläutert werden. Für die Messfühler 11, die bei den beiden Messwertaufnehmern 100 und 100' identisch ausgebildet sein können, wird 60 hier zunächst nur vorausgesetzt dass sie die über die optischen Fasern 12 und 13 zu- und abgeführten Lichtströme Ii und Ii verschieden stark durchlassen, derart, dass das Verhältnis T1/T2 den momentanen Wert der Messgrösse x repräsentiert. Bei der durch den Messwertaufnehmer 100 gemäss 65 Figur 3 repräsentierten Durchführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens werden diese beiden Lichtströme Ii und Ii aus einem Primärlichtstrom l einer Lichtquelle 14 abgezweigt. Dadurch haben Schwankungen der Leistung dieser

9

671 099

Lichtquelle 14 keinen Einfluss auf die Anzeige des Mess-weries.

Als Folge der innigen spektralen Verschachtelung der beiden Lichtströme I: und I:, die beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 als spektrale Komponenten in dem Primärlichtstrom I enthalten sind, unterliegen diese beiden Lichtströme sehr genau den gleichen Kopplungsverhältnissen in der zum Messfühler 11 führenden optischen Faser, so dass sie auch dieselben optischen Leistungen besitzen. Die vom Messfühler 11 über die zweite optische Faser 12 zum Auswertegerät 10, in das die Lichtquelle 14 integriert sein kann, gemeinsam geführten Lichtströme Ii und I: werden, wie schon in Verbindung mit der Figur 1 erläutert, in einem Filterpaar 18 separiert und von zwei getrennten Detektoren 19 und 20 in elektrische Signale Si und S: umgewandelt. Das Verhältnis Si/S2_derDetektorsignale ist gleich dem Transmissionsverhältnis Ti/T:, denn die beiden Lichtströme waren mit gleichen Leistungen in der Faser 12 gestartet und unterlagen, vom Messfühler 11 abgesehen, überall den gleichen Verlusten und wurden auch mit gleichen Empfindlichkeiten der Detektoren 19 und 20 nachgewiesen.

Die durch den Messwertaufnehmer 100'gemäss Figur 4 veranschaulichte Durchführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens stellt insofern eine Umkehrung der vorstehend erläuterten Verfahrensart dar, als hier die beiden Lichtströme Ii und h mit gleichen Leistungen an einem Empfänger 35 eines Auswertegerätes 10'ankommen, dafür aber mit verschiedenen, entsprechend dem Kehrwert des vorstehend erläuterten Transmissionsverhältnisses entsprechend modifizierten Leistungen in die von einem Lichtversorgungsgerät 14'zum Messfühler 11 führende optische Faser eingekoppelt werden. Hierzu sind im Rahmen des Lichtversorgungsgerätes 14'zwei getrennte, aber im wesentlichen gleiche Lichtquellen 30 und 31 vorgesehen, deren Ausgangsleistungen durch elektronische Elemente 32 und 33 steuerbar sind. Ein Filterpaar 18, das hier, verglichen mit dem Messwertauf-nehmer 100 gemäss Figur 3, in umgekehrter Richtung betrieben wird, filtert die Lichtströme Ii bzw. I2 mit der für diese charakteristischen, verschachtelten spektralen Vertei-

innerhalb derer jeweils - innerhalb einer Taktperiode - die eine und die andere Lichtquelle 30 bzw. 31 mit einer bestimmten Ausgangsleistung betrieben wird. Bei dieser Art der Ansteuerung der Lichtquellen 30 und 31 wird die gefor-5 derte Gleichheit der Lichtleistungen bzw. Intensitäten der Lichtströme Ii und I:. wenn sie auf den Detektor 35 auftreffen, somit durch eine Variation der innerhalb einer Taktperiode von den einzelnen Lichtquellen 30 und 31 emittierten Lichtenergie erzielt. Aus dem resultierenden Ver-10 hältnis der die Lichtquellen 30 und 31 hinsichtlich ihrer Intensität bzw. ihrer Leuchtdauer steuernden Signale berechnet eine Elektronikstufe 21 ' wieder das gesuchte Transmissionsverhältnis Ti/T: und bewirkt, ggf. nach Bewertung mit einer vorher zu ermittelnden Eich-Funktion, auch is eine Messwert-Anzeige mit Hilfe des Anzeigeinstruments 22. Es sei darauf hingeweisen, dass bei dem anhand der Figur 4 erläuterten Verfahren letztendlich die Bestimmung des Wertes der Messgrösse aus dem Verhältnis der Leistungen der Lichtströme Ii und I2 am Auskoppelende der optischen 20 Faser 13 erfolgt, auch wenn dieses Verhältnis nach dem Einschwingen des erläuterten Regelkreises den Wert 1 besitzt.

Die Konstruktion im Rahmen von Messwertaufnehmern 100 bzw. 100' wie in den Figuren 3 und 4 lediglich schematisch angedeutet, kann im wesentlichen nach vier verschie-25 denen Bauprinzipien erfolgen, die in den Figuren 5 bis 8, auf deren Einzelheiten nunmehr Bezug genommen sei, in der für einen Vergleich geeigneten Weise schematisch dargestellt sind.

Dabei entspricht der in der Figur 5 dargestellte Messfühler 3o 11 dem schon in der Figur 1 dargestellten:

aus dem über die optische Faser 12 ankommenden Lichtstrom I, dessen spektrale Zusammensetzung durch die Emissionscharakteristik der Lichtquelle 14 bestimmt ist, werden mittels des Filterpaares 15 die beiden Lichtströme Ii und I2 35 getrennt, durch die Messgrösse moduliert und in dem Strahlvereiniger 16 wieder vereinigt und in die zum Auswertegerät 10 weiterführende optische Faser 13 eingekoppelt. Wesentlich ist es hier, dass die Modulation auf die beiden

Lichtströme Ii und I2 verschieden einwirkt. In Figur 5 ist dies iung ihrer Lichtleistungen aus den Ausgangslichtströmen der 40 durch ein verschiebbares Dämpfungsfilter 17 mit ortsabhän-Queilen 30 bzw. 31 aus und vereinigt zugleich diese Licht- giger Transmission, einen sogenannten Graukeil, ange-ströme 11 und I2, welche in die zum Messfühler 11 weiterfüh- deutet; alternativ dazu könnte auch eine quer zur Licht-Aus-rende optische Faser eingekoppelt werden. Die geforderte breitungsrichtung verschiebbare Blende vorgesehen werden G leichheit der Leistungen der über die zweite optischer Faser oder irgend ein anderes der bekannten Verfahren zur 13 vom Messfühler 11 zum Auswertegerät 10'zurückgelei- 45 Abschwächung einer Lichtleistung zum Einsatz kommen, teten Lichtströme Ii und I2 am Auskoppelende dieser opti- Während bei dem Messfühler 11 gemäss Figur 5 nur eine sehen Faser 13 wird nun dadurch bewirkt, dass die Licht- Messgrössen-abhängige Modulation des einen Lichtstromes quellen 30 und 31 durch einen Taktgeber 34 abwechselnd ein- I: vorgesehen ist, ist es praktisch vorteilhafter, auch den anderen Lichtstrom I:, diesen jedoch im gegenläufigen Sinne 50 zur Modulation des Lichtstromes Ii, zu modulieren, das heisst derart, dass eine Intensitätsabnahme des Lichtstromes Ii mit einer Zunahme der Intensität des Lichtstromes I2 einhergeht. Die für eine derartige Modulation beider Lichtströme Ii und I2 in dem Messfühler 11 erforderliche Tren-55 nung derselben ist in Figur 5 schematisch als eine echte räumliche Trennung angedeutet.

Es versteht sich jedoch, dass auch andere Arten der Trennung zweier Lichtströme ausnutzbar sind, beispielsweise eine Trennung hinsichtlich der Ausbreitungsrichtungen der so Lichtströme Ii und I2 oder bezüglich verschiedener Polarisa-tionszustände derselben. In beiden der letztgenannten Fälle ist es in vorteilhafter Weise möglich, beide Lichtströme Ii und I2 im wesentlichen innerhalb desselben räumlichen Querschnittes fliessen zu lassen, was eine besonders gute 65 Gleichheit aller z. B. durch Blendenränder oder Streureflexionen bedingter Verluste garantiert.

Als Strahlvereinigungselement 16 können zahlreiche, dem Fachmann bekannte Anordnungen verwendet werden, die und ausgeschaltet werden, wobei die beiden Lichtströme Ii und I2, nach Durchlaufen des gesamten optischen Systems von demselben Detektor 35 empfangen werden. Bei gleicher Leistung der Lichtströme Ii und I2 gibt dieser Detektor 35 ein zeitlich konstantes Ausgangssignal ab. Für den Fall, dass die Lichtleistungen der beiden Lichtströme Ii und I2 etwas voneinander abweichen sollten, erzeugt der Detektor 35 ein Wechselsignal, das nach Verstärkung und Synchrongleichrichtung mittels eines in der Art eines phasenempfindlichen Gleichrichters wirkenden Verstärkers 36 als Fehlersignal einem Regler 37 zugeleitet wird, der die elektronischen Steuerelemente 32 und 33 derart beeinflusst, dass sich am Detektor-seitigen Ausgang der optischen Faser 13 die geforderte Gleichheit der Lichtleistungen der beiden Lichtströme Ii und heinstellt. Die vorstehend erläuterte Beeinflussung der Lichtquellen 30 und 31 kann darin bestehen, dass deren Ausgangs-Lichtleistung beeinflusst wird; es ist aber auch möglich, innerhalb einer Taktperiode des Taktgebers 34, der die Lichtquellen 30 und 31 alternierend in ihre Licht-emittie-renden Zustände steuert, die Zeitdauern verändert werden,

671 099

10

ansonsten als mit Wellenfront-oder Amplituden-Teilung arbeitende Strahlenteiler-Einrichtungen benutzt werden, beispielsweise faseroptische Y-Koppler, teildurchlässige Spiegel oder dergleichen. Für den Fall, dass sich die zu vereinigenden. d. h. in die optische Faser 13 einzukoppelnden Teil-lichtströme Ii und I: hinsichtlich ihrer Polarisation unterscheiden, kann auch ein Polarisations-Analysator als Strahlvereiniger 16 dienen, wenn er einen zwischen den Polarisa-tionszuständen der Lichtströme Ii und Ii liegenden Polarisationszustand passieren lässt.

Bei der in der Figur 6 dargestellten Modofikation eines im Rahmen eines Messwertaufnehmers 100 bzw. 100', wie in den Figuren 3 bzw. 4 dargestellt, einsetzbaren Messfühlers 11 ist im Unterschied zu dem Messfühler gemäss Figur 5, bei dem ein fester Strahlvereiniger und ein von diesem getrennt angeordneter Modulator 17 Verwendung finden, ein durch die Messgrösse x gesteuerter Strahlvereiniger 16 vorgesehen, der hier beide Funktionen - Modulation und Strahlvereinigung - erfüllt. Je nach dem Wert der Messgrösse x koppelt der Modulator 16 des Messfühlers 11 gemäss Figur 6 einen mehr oder weniger grossen Anteil der Leistung des Lichtstromes Ii und einen dazu komplementären Teil der Leistung des Lichtstromes h in die zum Auswertegerät 10 weiterführende optische Faser ein. Diese Art der Strahlvereinigung in Kombination mit gegensinniger Modulation der Intensitäten der Lichtströme Ii und b kann beispielsweise durch eine beweglich angeordnete Linse realisiert werden oder, im Falle unterschiedlicher Polarisationen der Lichströme Ii und I:. durch einen in Abhängigkeit von der Messgrösse x verstellbaren Polarisations-Analysator.

In den Figuren 7 und 8 sind weitere vorteilhafte Gestaltungen von Messfühlern 11 dargestellt, welche die zur Kodierung der Messgrösse x notwendigen, charakteristischen unterschiedlichen Modulationen - relative Änderungen -der Intensitäten der Teillichtströme Ii und b vermitteln.

Dabei geht der in der Abbildung 7 dargestellte Messfühler 11 aus demjenigen gemäss Figur 5 einfach durch Vertauschung der Reihenfolge des Filterpaares 15 und des Strahlvereinigers 16 bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Teillichtströme hervor, wobei nunmehr das gemäss Figur 5 als Strahlvereiniger wirkende Element 16 als Strahl-Aufteilungselement (Figur 7) wirkt.

Dasselbe gilt sinngemäss für die in der Figur 8 dargestellte Gestaltung eines weiteren Messfühlers 11, der aus demjenigen gemäss Figur 6 durch entsprechende Vertauschung der in Ausbreitungsrichtung der Lichtströme gesehen aufeinander folgenden optischen Elemente 16 - Messgrössen-gesteuerter Strahlenteiler - und Filterpaar 15 hervorgeht, wobei hier das Filterpaar 15 seinerseits als Strahlvereinigungselement wirkt.

Zur genaueren Erläuterung anwendbarer Modulationsverfahren sei nunmehr auf die Einzelheiten der Figuren 9 und 10 verwiesen, in denen schematisch dargestellt ist, wie durch das Verschieben einer Blende 51 die beiden Teillichtströme Ii und h gegensinnig in ihren Leistungen moduliert werden können.

Gemäss Figur 9 wird der über die optische Faser 12 ankommende Lichtstrom Ii, beispielsweise mittels einer Kol-limations-Linse 5.4 auf ein Filterpaar 15 gerichtet, das aus zwei Interferenzfiltera 52 und 53 besteht, die vom Typ eines Fabry-Pérot-Interferometerssind. Diese Interferenzfilter 52 und 53, die je für sich eine Transmissions-Charakteristik mit in der Frequenzskala äquidistant angeordneten, schmalban-digen Durchlassbereichen haben, filtern die Lichtströme Ii und b mit der erfindungsgemäss ausgenutzten schmalbandig-linienförmigen spektralen Struktur aus, die beim Erläuterungsbeispiel gemäss Figur 9 in zwei räumlich getrennten Bereichen nebeneinander herlaufen. Die Blende 51 schattet von beiden Lichtströmen Ii und b, wie aus der Figur 9 ersichtlich, je nach ihrer Stellung mehr oder weniger grosse Bereiche des Lichtfiussquerschnittes ab. Bei einer Verschiebung der Blende 51 in Abhängigkeit von der Messgrösse x. 5 transversal zur Ausbreitungsrichtung der Teillichtströme I. und I:, vergrössert sich der durchgelassene Anteil des Lichtstromes Ii, während der von dem Teillichtstrom I: weitergeleitete Anteil sich verringert. Es versteht sich, dass die in der Zeichenebene gemmessene Breite der Blende 51 hierzu pas-io send gewählt sein muss, zweckmässigerweise gleich der transversal zur Ausbreitungsrichtung gemessenen «Breite» der Lichtflussquerschnitte jeder der Teillichtströme Ii und I;. Die Wiedervereinigung der beiden durchgelassenen Bruchteile der Teillichtströme Ii und I:, denen durch die Interferenz-is filter 52 und 53 die wechselseitig ineinander verschachtelte schmalbandig-linienförmige spektrale Struktur aufgeprägt ist, wird durch eine Sammellinse 55 erzielt, welche die beiden Teillichtströme Ii und b. bzw. deren von der Blende 51 nicht abgeschattete Bruchteile auf das Messfühlerseitige Eingangs-20 ende der zum Auswertegerät 10 weiterführenden optischen Faser 13 fokussiert und in diese eingekoppelt. Ein Vorteil dieser gleichzeitigen, gegensinnigen Modulation der Teillichtströme Ii und I: besteht darin, dass sich dabei das zur Auswertung ausgenutzte Leistungsverhältnis L/L in Abhangs gigkeit vom Verschiebeweg der Blende 51 doppelt so schnell ändert als wenn nur einer der beiden Teillichtströme Ii moduliert werden würde.

Auch bei der in der Figur 10 dargestellten Gestaltung eines Messfühlers 11 wird das schon anhand der Figur 9 erläuterte 30 Grundprinzip einer Modulation spektral verschachtelter Teillichtströme Ii' und b' mit Hilfe einer transversal verschiebbaren Blende 51 'ausgenutzt, wobei die spektrale Zusammensetzung dieser Teillichtströme Ii' und I:' wiederum durch Interferenzfilter 52' und 53' bestimmt ist. die je 35 für sich den für ein Fabry-Pérot-Interferometer charakteristischen Aufbau haben.

In der zur Lichtausbreitungsrichtung transversalen X-Richtung gesehen sind bei dem Sensor 11 gemäss Figur 10 Filter 52' der einen Sorte und Interferenzfilter 53'der ■to zweitenSorte in alternierender Folge nebeneinander angeordnet. Es entsteht somit eine räumlich verschachtelte Anordnung der Interferenzfilter 52'und 53', wobei die Interferenzfilter 52' jeweils die gleiche Transmissionscharakteri-stik haben, durch welche die spektrale Zusammensetzung der 45 von diesen Filtern 52' durchgelassenen Teillichtströme Ii' bestimmt ist, und die Filter 53'ihrerseits jeweils die gleiche Durchlasscharakteristik haben, durch die die spektrale Zusammensetzung der Teillichtströme h' bestimmt ist, die ihrerseits dieselbe räumlich «verschachtelte» Verteilung 50 haben, wie die Interferenzfilter 52' bezüglich der Interferenzfilter 53'. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 9 sind auch beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 10 die in ihrer Wirkung insgesamt einem Filterpaar 15 entsprechenden Interferenzfilter 52' und 53' zwischen einer Kolli-55 mations-Linse 54 und einer Sammellinse 55 angeordnet, die als Strahlvereinigungselement wirkt. Der Messfühler 11 gemäss Figur 10 hat den Vorteil, dass eine mögliche Dejustie-rung der Kollimator-Linse 54 keine störende Ungleichheit der Beleuchtung der Interferenzfilter 52' und 53' bewirken 6o kann, deren Auswirkung von einer Änderung der Messgrösse nicht zu unterscheiden wäre. Wenn, wie in der Figur 10 schematisch angedeutet, die Teilfilter 52' und 53' eineschmal-streifenförmige Struktur haben oder sektorförmig ausgebildet und, in Richtung der optischen Achse 41 des Messfüh-65 lers 11 gesehen, in azimutaler Richtung verschachtelt sind, derart, dass stets eine grössere Anzahl (in einem typischen Fall nicht weniger als 5) von Teilfiltern 52' bzw. 53' jeder Sorte beleuchtet werden, so ist ein störender Einfluss eventu-

Il

671 099

eller Dejustierungen stark herabgesetzt. Ein besonderer Vorteil der anhand der Figur 10 erläuterten verschachtelten Anordnung der Teilfilter 52' und 53' ist die einfachere Art der Herstellung einer solchen Filteranordnung 52', 53'.

Wenn nur zwei Interferenzfilter 52 und 53, wie der Figur 9 entnehrabar, benutzt werden, so müssen diese so hergestellt sein, dass die Transmissionsmaxima des einen Filters 52. die die spektrale Lage der Linien des Lichtstromes Ii definieren, mit den Transmissionsminima des anderen Interferenzfilters 53 zusammenfallen, wie in der Figur 2 (b) dargestellt. Damit diese Bedingungen über den gesamten Spektralbereich Bv der Lichtquelle hinreichend gut erfüllt ist, ist es notwendig, dass sich die Interferenzordnungen derTeilfilter 52 und 53 bei einer mittleren optischen Frequenz vo um eine halbe Ordnung oder ein ungeradzahlig-Vielfaches einer halben Interferenzordnung unterscheiden. Bei separater Herstellung solcher Teilfilter 52 und 53 erfordert aber die Einhaltung dieser Bedingung eine sehr genaue Kontrolle der Reflektorabstände der Interferenzfilter 52 und 53.

Im Unterschied dazu kann die gemäss Figur 10 vorgesehene verschachtelte Anordnung derTeilfilter 52' und 53' auf einfache Weise realisiert werden, indem die Filter 52' und 53' aus zwei parallel angeordneten, teildurchlässigen Reflektoren 42 und 43 gebildet werden, wobei mindestens einer der beiden Reflektoren, gemäss Figur 10 der Reflektor 43 auf streifenförmigen Bereichen seiner reflektierenden Oberfläche Licht mit einer anderen Reflexionsphase reflektiert als in dazwischenliegenden streifenförmigen Bereichen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass vor dem Aufbringen der teildurchlässigen Reflexionsschicht, die die gesamte reflektierende Oberfläche, z. B. des Reflektors 43 überdeckt, in dessen die Reflexionsschicht tragende Fläche Streifen mit einer Tiefe von L>/4 (oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon) eingeätzt werden. Dabei ist À« die der mittleren optischen Frequenz v« gemäss Figur 2 entsprechende Wellenlänge. Eine andere, hierzu äquivalente Möglichkeit besteht darin, nach dem Aufbringen der Reflexionsschicht streifenförmige Bereiche der Reflektoroberfläche mit einer transparenten Schicht der Dicke 0,25iW(n-1) zu belegen, wobei mit n der Brechungsindex dieser Schicht bezeichnet ist und derTerm (n-1) die optische Verzögerung des Lichtes in den beschichteten Streifen relativ zu den dazwischen liegenden unbeschichteten Streifen berücksichtigt. Diese genannten Möglichkeiten zur Modifikation der Reflexionsphasen, mit denen Licht an den jeweils verschiedenen streifenförmigen Bereichen reflektiert wird, gelten für den Fall, dass die die Reflexionsschichten tragenden Substrate ausserhalb des Resonanzvolumens der Fabry-Pérot-Interferenzfilter angeordnet sind, das heisst die Reflexionsschichten an den einander zugewandten Innenseiten der Reflektoren 42 und 43 angeordnet sind. Modifikationen, die für den Fall erforderlich sind, dass die-Reflexionsschichten an den einander gegenüberliegenden Aussenseiten eines transparenten Trägers, z. B. einem aus Quarzglas bestehenden Substrat, angeordnet sind, das die Resonanzvolumina der einzelnen Teilfilter 52' bzw. 53' ausfüllt, werden als im Bereich des fachmännischen Könnens liegend angesehen. Bei dem Messfühler 11 gemäss Figur 10 sind die Teilfilter 52' jeweils durch die erhaben eingezeichneten streifenförmigen Bereiche 44 des einen Reflektors 43 und die diesen gegenüberliegend angeordneten Teilbereiche des Reflektors 42 mit ebener Reflexionsschicht gebildet, während die Teilfilter 53' durch die zwischen den erhabenen, streifenförmigen Bereichen 44 angeordneten, zurückgesetzten streifenförmigen Bereiche 46 und die diesen gegenüberliegend angeordneten Flächenbereiche der ebenen Reflexionsschicht des Reflektors 42 gebildet sind. Die Gesamtkombination der Teilfilter 52' des Messfühlers 11 gemäss Figur 10 entspricht in ihrer Wirkung derjenigen des Filters 52 gemäss Figur 9. Dasselbe gilt sinngemäss mit Bezug auf die Kombination der Teilfilter 53' gemäss Fiaur 10 und das Filter 53 gemäss Fiaur 9.

5 Desgleichen entspricht die Gesamtheit der Teillichtströme Ii', deren spektrale Zusammensetzung durch die Teilfiiter 52' bestimmt ist, dem Teillichtstrom Ii und die Gesamtheit der Teillichtströme I:', deren spektrale Zusammensetzung durch die Teilfilter 53' bestimmt ist, dem Teillichtstrom I:. io dessen spektrale Zusammensetzung durch das Filter 53 des Messfühlers 11 gemäss Figur 9 bestimmt ist. Entsprechend der streifenförmigen Struktur der Filteranordnung 52', 53' des Messfühlers 11 gemäss Figur 10 ist auch für dessen transversal verschiebbare Blende 51' eine streifenförmige Gitter-lî struktur mit abwechselnd opaken Streifen 47 und transparenten Streifen 48 vorgesehen. Die gemäss Figur 10 vorgesehene Art der Modulation der Teillichtströme Ii' und h'

eignet sich insbesondere für Messfühler, die primär eine geometrische Verschiebung in X-Richtung erfassen. Bei einer so sektorförmigen Gestaltung derTeilfilter 52' und 53' und azimutaler Gruppierung derselben um die zentrale Längsachse Achse 41 des Messfühlers 11 und einer entsprechend sektorförmigen Gestaltung und Anordnung der opaken und durchlässigen Bereiche der Blende 51' und drehbarer Anordnung 25 derselben um die Längsachse 41 kann mit einem solchen Messfühler ein Dreh winkel erfasst werden. Derartige Messfühler können in bekannter Weise auch für die Erfassung anderer physikalischer Messgrössen ausgenutzt werden: erfolgt z. B. bei dem Messfühler 11 gemäss Abbildung 10 die 30 transversale Verschiebung der Blende 51 ' gegen die Rückstellkraft einer linearen Feder, so ist der Messfühler 11 gemäss Figur 10 als Kraft-Messfühler geeignet. Erfolgt die Drehbewegung einer sektor-förmig gestalteten Blende bei einem Messfühler mit sektor-förmig ausgebildeten Interfe-35 renzfiltern gegen die Rückstellkraft einer Torsionsfeder, so ist ein solcher primär für die Erfassung eines Drehwinkels geeigneter Sensor als Drehmoment-Sensor benutzbar.

Zahlreiche Sensoren für weitere Grössen, wie Temperatur. Druck, elektrische oder magnetische Felder können in ent-40 sprechender Weise durch Verwendung von Ausdehnungskörpern, Membranen oder von piezoelektrischen oder magnetostriktiven Körpern, durch deren Messgrössen-pro-portionale Verformung die Blenden-Bewegungen steuerbar sind, realisiert werden.

45 Bei dem in der Figur 11, auf deren Einzelheiten nunmehr verwiesen sei, dargestellten Messfühler 11 ist ein funktionell den vorstehend erläuterten Filterpaaren 15 mit Teilfiltern 52 und 53 bzw. 52' und 53' entsprechendes Filterpaar 15' mit Hilfe eines einzigen konstruktiven Elementes realisiert, das 50 als Interferenzfilter in der Art eines Fabry-Pérot-Interfero-meters ausgebildet ist. Dieses Interferenzfilter 15' ist wie das Interferenzfilterpaar 15.52,53 gemäss Figur 9 und die Interferenzfilter-Kombination 52', 53' gemäss Figur 10 zwischen einer Kollimator-Linse 54 und einer Sammellinse 55 55 angeordnet. Die den Resonatorraum 62 begrenzenden, teil-durchlässigen Reflektoren 63 und 64 haben ebene Reflexionsflächen 66 bzw. 67. Der sich zwischen diesen Reflexionsflächen 66 und 67 erstreckende Resonatorraum ist mit einem plattenförmigen Körper aus einem transparenten, 60 doppelbrechenden Material ausgefüllt. Die in Lichtausbreitungsrichtung 41 gesehen den Abstand der Reflexionsflächen 66 und 67 bestimmende Dicke des doppelbrechenden Körpers ist so gewählt, dass für zwei zueinander orthogonale Polarisationszustände eines durch den doppelbrechenden 65 Körper 68 hindurchtretenden Lichtstromes in dessen einem Polarisationszustand eine Verzögerung von etwa einer Viertel-Wellenlänge relativ zu dem anderen der beiden Polarisationszustände besteht. Der in dieser Weise dimensio

671 099

12

nierte doppelbrechende Körper stellt dann eine sogenannte Viertel-Wellen-Platte dar. Dies hat zur Folge, dass von diesem Körper 68 und den ausserhalb angeordneten Refle-xionsschichten 66 und 67 ein Interferenzfilter gebildet wird, dessen Transmissions-Charakteristiken sich für zwei orthogonale Polarisationszustände gerade um eine halbe Ordnung unterscheiden, wie in Abbildung 2 (b) dargestellt. Es versteht sich, dass anstelle eines doppelbrechenden Körpers 68, der zwischen orthogonalen Polarisationszuständen eine Verzögerung von einer Viertel-Wellenlänge vermittelt, auch ein doppelbrechender Körper 68 benutzt werden kann, der eine Verzögerung vermittelt, die einem ungeradzahlig-Vielfachen einer Viertel-Wellen länge entspricht.

Die insoweit erläuterte Kombination zweier Fabry-Pérot-Interferenzfilter zu einem einzigen mit orthogonalen Polari-sations-Eigenzuständen kann sowohl mit linearer als auch mit zirkulärer Doppelbrechung des den Resonatorraum 62 erfüllenden, doppelbrechenden Körpers 68 erzielt werden, wobei die Eigenzustände diesen Polarisationen entsprechen. Der praktisch besonders einfache Fall linear polarisierter Eigenzustände kann auch ohne Verwendung doppelbrechender Materialien dadurch erreicht werden, dass mindestens einer der Reflektoren 63 und/oder 64 des Interferenzfilters 15' so ausgebildet ist, dass die Reflexionsphase bei senkrechtem Lichteinfall polarisationsabhängig wird. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass auf diesen Reflektor ein dielektrisches oder metallisches Relief-Strichgitter aufgebracht wird, dessen Gitterperiode kleiner ist als die zur Mess-wert-Übertragung ausgenutzten.Lichtwellenlängen. Die Modulationstiefe und die Periode solcher Strichgitter müssen so gewählt werden, dass der Unterschied der Reflexionsphasen für Licht, das parallel bzw. senkrecht zu den Gitterstrichen polarisiert ist, insgesamt 180 ° beträgt, um eine Verschiebung der für die beiden Polarisationszustände wirk-semeh Transmissions-Charakteristiken um eine halbe Interferenzordnung zu gewährleisten. Sind beide Reflektoren 63 und 64 des Interferenzfilters 15' mit solchen Strichgittern versehen, so können diese so ausgebildet sein, dass jedes der beiden Strichgitter mit beispielsweise 90 ° zu dem Unterschied der Reflexionsphasen beiträgt.

Zur weiteren Erläuterung der mittels des Messfühlers 11 gemäss Figur 11 durchführbaren Art der Modulation sei angenommen, dass das Interferenzfilter 15' zwei Eigenzustände linearer Polarisation hat, deren Schwingungsrichtungen parallel und senkrecht zur Zeichenebene orientiert sind. Dementsprechend sind dann auch die von diesem Filter 15' ausgehenden Teillichtströme Ii und I2 linear und parallel zu diesen Richtungen polarisiert, sind aber nicht räumlich getrennt, sondern breiten sich in demselben Raumbereich und in derselben Richtung aus. Zur - gegensinnigen - Modulation dieser Teillichtströme Ii und I2 ist ein linearer Polarisations-Analysator 60 vorgesehen, der zwischen dem Interferenzfilter 15' und der Sammellinse 55 des Messfühlers 11 angeordnet ist. Ist dieser Polarisator bezüglich der Zeichenebene auf ein Azimut a eingestellt, so lässt er von den beiden Teillichtströmen 11 und I2 nur die Bruchteile cos:a bzw. sin2a passieren und kodiert somit seine azimutale Winkelstellung in das Leistungsverhältnis dieser Lichtströme. Der in der Figur 11 dargestellte Messfühler ist daher insbesondere zu einer faseroptischen Winkelmessung geeignet. Die Messung zahlreicher anderer physikalischer Grössen lässt sich, wie schon ausgeführt, durch Kombination mit Messgrössenemp-findlichen Wandler-Elementen durchführen.

Der in der Figur 12, auf deren Einzelheiten nunmehr verwiesen sei, dargestellte Messfühler eignet sich insbesondere zur Messung von Kräften. Er unterscheidet sich von dem Messfühler gemäss Figur 11 im wesentlichen dadurch, dass zwischen dem Interferenzfilter 15' und dem Analysator 60

ein spannungsoptisches Element 61 angeordnet ist. das durc!" Einwirkung einer Kraft mit definierter Angriffsrichtung doppeibrechend wird. Die Angriffsrichtung der Kraft und die Anordnung dieses spannungs-optischen Elements 61 win. 5 zweckmässigerweise so gewählt, dass die Doppelbrechungs-Hauptachsen unter der Einwirkung der Kraft Azimute von ± 450 haben, wobei der Analysator zweckmässigerweise auf das Azimut a = O fest eingestellt bleibt. Wenn der elasto-optische Körper 61 im kräftefreien Fall frei von Doppelbre-10 chung ist, so beeinflusst er die beiden orthogonal polarisierten Lichtströme nicht, mit der Folge, dass der eine Teillichtstrom Ii durch den Analysator 60 ungeschwächt hin-durchtreten kann, während der andere Teillichtstrom I: gesperrt wird. Wirkt eine Kraft P in Richtung des Pfeils 69 15 auf den elasto-optischen Körper 61, so werden dadurch die beiden Teillichtströme 11 und Ii mehr und mehr elliptisch polarisiert, mit der Folge, dass der Analysator 60 den einen Teillichtstrom Ii zunehmend schwächt, den anderen Teillichtstrom I: aber zunehmend passieren lässt. Erreicht die 20 Kraft eine solche Grösse, dass die Retardierung im elasto-optischen Körper 61 den Wert n hat, so wird derTeiliicht-strom Ii vollständig gesperrt und derTeillichtstrom I: völlig durchgelassen. Der Messfühler 11 gemäss Figur 12 ist somit geeignet, eine Kraft P in das Verhältnis der Leistungen von 25 Teillichtströmen Ii und I2 verschiedener Polarisation zu kodieren.

Bei den vorstehend anhand der Figuren 3 und 4 beschriebenen alternativen Typen von Messwertaufnehmern 100 bzw. 100', in deren Rahmen, je nach Einsatzzweck solcher 30 Messwertaufnehmer die anhand der Figuren 5-12 erläuterten Messfühler 11 einsetzbar sind, werden diese Messfühler in Transmission betrieben, was in praxi zur Folge hat, dass eine erste optische Faser 12 vorgesehen sein muss. über die Ausgangslichtströme einer Lichtquelle 14 oder eines 35 Lichtversorgungsgerätes 18,30,31 dem Messfühler 11 zuführbar sind, sowie eine zweite optische Faser 13, über welche Teillichtströme Ii und I2 definiert verschiedener spek-- traler Zusammensetzung, deren Intensitätsverhältnisli/L die Messwert-Information enthält, einer zu deren Auswer-40 tung in Einheiten der Messgrösse vorgesehenen Auswertestufe 10 bzw.-10' zuführbar sind.

Alternativ zu solchen Messwertaufnehmern 100 bzw. 100' können auch Messwertaufnehmer 110 bzw. 110' als Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah-45 rens eingesetzt werden, die ihrem grundsätzlichen Aufbau nach in den Figuren 13 und 14, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellt sind und im Reflexionsmodus betreibbare Messwertfühler 111 haben, welche mit den den Figuren 15-20, auf deren Einzelheiten ebenfalls verso wiesen sei, entnehmbaren Gestaltungen und funktionellen Eigenschaften realisierbar sind.

Soweit in den Fig. 13-20 Bezugszeichen verwendet werden, die mit in den Figuren 1-12 verwendeten Bezugszeichen identisch sind, soll dadurch auch gleichzeitig, um Wiederho-55 lungen zu vermeiden, auf die zu den identisch bezeichneten Elementen der Figuren 1-12 gehörenden Beschreibungsteile verwiesen sein, sodass die Beschreibung der in den Figuren 13 und 14 dargestellten Messwertaufnehmer 110 bzw. 110' sowie der in den Figuren 15-20 dargestellten Messfühler 111 60 im wesentlichen auf funktionelle Eigenschaften der dargestellten Einrichtungen und einen Vergleich derselben mit den vorstehend beschriebenen, funktionell analogen Einrichtungen beschränkt werden kann. Im Unterschied zu den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Messwertaufnehmern 65 100 bzw. 100' die zwischen der Lichtquelle 14 bzw. dem Lichtversorgungsgerät 18,31,30 einerseits und dem jeweiligen Messfühler 11 andererseits eine Einkoppel-Schnittstelle haben, als welche z. B. das Messfühler-seitige Ende der ersten

13

671 099

optischen Faser 12 aufgefasst werden kann, und bei denen zwischen dem jeweiligen Messfühler 11 und dem Auswertegerät 10 bzw. 10' eine weitere, als Auskoppel-Schnittstelle bezeichnete optische Schnittstelle vorgesehen ist, als welche z. B. das vom jeweiligen Messfühler entfernt angeordnete Ende der zweiten, vom Messfühler 11 zum Auswertegerät 10 bzw. 10' führenden optischen Faser 13 aufgefasst werden kann, ist bei den in den Figuren 13 und 14 dargestellten Messwert-Aufnehmern 110 bzw. 110' zwischen der Lichtquelle 14 gemäss Fig. 13 bzw. dem Lichtversorgungsgerät 18, 30,31 gemäss Fig. 14 und dem jeweiligen Messfühler 111 einerseits und zwischen diesem und dem Auswertegerät 10 bzw. 10' andererseits jeweils nur eine gemeinsame optische Ein-/ Auskoppel-Schnittstelle vorgesehen, die hier durch das von dem jeweiligen als Reflexionseinheit ausgebildeten Messfühler 111 entfernt angeordnete Ende 103 einer einzigen optischen Faser 112 gebildet ist, über die sowohl Licht in den jeweiligen Messfühler 111 einkoppelbar als auch die von diesem zurückreflektierten, intensitätsmodulierten Teillichtströme Ii und I: zum Auswertegerät 10 bzw. 10' hin auskoppelbar sind.

Zur optischen «Trennung» der solchermassen zusammenfallenden Einkoppel- und Auskoppel-Schnittstellen ist in für sich bekannter Anordnung ein teildurchlässiger Spiegel 23 vorgesehen, durch den im Falle der Fig. 13 ein von der Lichtquelle 14 ausgehender Primärlichtstrom I - teilweise - hindurchtreten und in die optische Faser 112 eingekoppelt werden kann, und mittels dessen am Faserende 113 vom Messfühler 111 her ankommende Teillichtströme Ii und I2, in deren Intensitätsverhältnis die Messwert-Information kodiert ist, zum Auswertegerät 10 hin umgelenkt werden können.

Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 14 werden von dem Lichtversorgungsgerät 18,30,31 ausgehende spektralverschachtelte Teillichtströme durch den teildurchlässigen Spiegel 23 zu dem diesem unmittelbar benachbarten Faserende 113 hin umgelenkt und in die optische Faser 112 eingekoppelt, während von dem jeweiligen Messfühler 111 ausgehende Teillichtströme Ii und I:, in deren Intensitätsverhältnis die Messwert-Information kodiert ist, durch den teildurchlässigen Spiegel 23 hindurchtreten und auf den Detektor 35 des Auswertegeräts 10' auftreffen können.

Damit sind, abgesehen von speziellen Gestaltungen der die jeweiligen Messfühler 111 bildenden Reflexionseinheiten die baulichen Unterschiede der Messwertaufnehmer 110 und 110' gemäss den Figuren 13 und 14 gegenüber dem funktionsanalogen Messwertaufnehmer 100 bzw. 100' gemäss den Figuren 3 und 4 erschöpft. Insbesondere können die im Rahmen der Messwertaufnehmer 110 und 110' vorgesehenen Auswertegeräte 10 bzw. 10' denselben Aufbau haben wie anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben.

Weitere Erläuterungen können daher auf die speziellen Gestaltungen von Messfühlern III, wie in Einzelheiten in den Figuren 15-20 dargestellt, beschränkt werden: Bei dem in der Fig. 15 dargestellten Messfühler 111 dient ein insgesamt mit 15 bezeichnetes Filterpaar sowohl zur spektralen Zerlegung eines z. B. von der Lichtquelle 14 ausgesandten Primärlichtstromes I in die beiden spektral verschachtelten Teillichtströme Ii und Iz als auch zu deren Wiedervereinigung, nachdem diese Teillichtströme Ii und I2 an diesen einzeln zugeordneten Reflektoren 114 und 116 in sich selbst zurückgeworfen worden sind und mindestens einer der beiden Teillichtströme, z. B. derTeillichtstrom Ii einer der Messgrösse x entsprechenden Modulationseiner Intensität, z. B. mittels eines Graukeils 17 oder einer Blende unterworfen worden ist. Der Messfühler 111 ist seinem Aufbau und seiner Funktion nach dem in der Fig. 7 dargestellten Messfühler 11 weitgehend analog.

Der in der Fig. 16 dargestellte Messfühler 111 ist nach Aufbau und Funktion mit den in den Figuren 6 oder 8 dargestellten Messfühlern 11 für Transmissionsbetrieb vergleichbar:

5 Eine Modulationseinrichtung 16 steuert in Abhängigkeit von der Messgrösse x die Aufteilung eines Primärlichtstromes I in Teillichtströme I' und I". Diese durchlaufen je zweimal, d. h. einmal in Vorwärts- und einmal in Rückwärtsrichtung ein Transmissionsfilterpaar 15, dessen gemeinsamer 10 Arm 117, in dem sich die Teilströme Ii und I2 mit spektral-verschachtelter Zusammensetzung ausbreiten, mittels eines Reflektors 118 abgeschlossen ist.

Die in dem gemäss Fig. 16 «oberen» und «unteren» zu dem Modulator 16 hin zurücklaufenden Lichtströme Ii und 15 I2 haben dann alternativ die durch die Einzelfilter des Filterpaares 15 definierten, in der Frequenzskala ineinander verschachtelten spektralen Zusammensetzungen. In dem Modulator 16 werden diese Lichtströme Ii und I2 entsprechend dem Teilungsverhältnis dieses Modulators wieder miteinander 20 vereinigt und in die optische Faser 112 eingekoppelt.

Der in der Fig. 17 dargestellte Messfühler 111 entspricht baulich und funktionell weitestgehend demjenigen gemäss Fig. 16, wobei allerdings im Unterschied zu diesem anstelle eines Filterpaares 15 mit gemeinsamem Arm 117 Einzeifilter 25 119 und 121 vorgesehen sind, die den zum Modulator 16 hin zurückgeworfenen Teillichtströmen Ii und I: die genannten, verschachtelten, spektralen Zusammensetzungen aufprägen, wobei diese Einzeifilter 119 je einzeln durch einen in das jeweilige Filter integrierten Reflektor 114' bzw. 116' abge-30 schlössen sind.

In der Fig. 18 ist eine spezielle Gestaltung eines Messfühlers 111 dargestellt, der seinem grundsätzlichen Aufbau nach dem in der Fig. 17 dargestellten Bau- und Funktionsprinzip entspricht.

35 Ein aus der optischen Faser 112 in den Messfühler 112 gemäss Fig. 18 eingekoppelter Primärlichtstrom I wird mittels der Linse 54 kollimiert. Eine in Abhängigkeit von der Messgrösse x transversal zur optischen Achse 41 des Mess-fühlers 111 verschiebbare Spalt- oder Lochblende 122 vermit-40 telt in Abhängigkeit von der Messgrösse x eine gegensinnige Variation der Intensitäten der sich in den gemäss Fig. 18 «oberen» und «unteren» Bereichen des Lichtflussquerschnittes ausbreitenden Lichtströme. Jedem dieser Teilbereiche ist ein Reflexionsfilter 119 bzw. 121 zugeordnet, das 45 den einfallenden Lichtstrom in sich selbst zurückreflektiert. Beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel sind die Reflexionsfilter 119 und 121 als Bragg-Reflektoren hoher Ordnung ausgebildet. Ein derartiger Reflektor besteht aus einer grösseren Anzahl (mindestens fünf, gegebenenfalls 50 aber 20 und mehr) schwach reflektierender Teilreflektoren 123 bzw. 124, die, in Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichtes gesehen, in gleichen Abständen di bzw. d2 hintereinander angeordnet sind. Hat der Abstand dieser Reflektoren, z. B. der Reflektoren 123 den Wert di und der Brechungs-55 index des Mediums zwischen diesen Reflektoren 123 den Wert ni so beträgt der Abstand Av spektral benachbarter Reflexionsmaxima (vgl. Fig. 2)

60

Av =

1

2ni d|

wobei Av in Wellenzahlen (cm-1) ausgedrückt ist. Die erforderliche spektrale Verschachtelung der von den Reflexions-65 filtern 119 und 121 zurückgeworfenen Teillichtströme Ii und I2 wird dadurch erzielt, dass - bei gleichen Werten der Brechungsindizes der zwischen den Reflektoren 123 und 124 der Reflexionsfilter 119 und 121 angeordneten Medien - die

671 099

14

Abstände di derTeilreflektoren 123 des einen Reflexionsfilters 119 einen anderen Wert haben als die Abstände d: der Teilreflektoren 124 des anderen Reflexionsfilters.

Es versteht sich, dass es auch möglich ist, die erwünscht verschiedenen Reflexionscharakteristiken der beiden Reflexionsfilter 119 und 121 dadurch zu erzielen, dass bei gleichen Reflektorabständen di und di die Brechungsindizes ni und n: der zwischen den Reflektoren 123 bzw. 124 angeordneten Medien verschieden sind.

Auch bei dem in der Fig. 19 dargestellten, als Reflexionseinheit wirkenden Messfühler 111 wird ein aus der optischen Faser 112 eingekoppelter Primärlichtstrom I mittels einer Kollimationslinse 54 in ein Parallelbündel umgewandelt, das mittels eines als Bragg-Reflektor ausgebildeten Reflexionsfil-ters 126 in sich selbst zurückgeworfen wird. Die Teilreflek-toren 127 dieses Reflexionsfilters sind aus einem doppelbrechenden Material hergestellt, sodass Licht mit linearer Polarisation parallel und senkrecht zur Zeichenebene verschiedene Brechungsindizes «sieht» und somit die durch verschiedene Polarisationszustände charakterisierten, von dem Reflexionsfilter 126 zurückgeworfenen Teillichtströme Ii und I2 die erforderliche, in der Frequenzskala verschachtelte spektrale Zusammensetzung haben. Zwischen dem Reflexionsfilter 126 und der Kollimationslinse 54 ist ein in Abhängigkeit von der Messgrösse um die zentrale Achse 41 drehbarer Polarisator 128 angeordnet, der das Transmissions Verhältnis der durchgelassenen Anteile verschiedener Polarisation bestimmt, wobei die azimutale Position dieses Polarisa-tors 128 in Proportionalität zur Messgrösse x veränderlich ist.

Der Messfühler 111 ist seiner Funktion nach dem in der Fig. 11 dargestellten, polarisationsoptischen Messfühler 11 analog.

Der in der Fig. 20 dargestellte Messfühler 111 unterscheidet sich von demjenigen gemäss Fig. 19 lediglich dadurch, dass der Polarisator 128 eine vorgegebene azimutale

Einstellung hat (z. B. 45° bezüglich der Zeichenebene), und dass zwischen dem Polarisator 128 und den wiederum als Bragg-Reflektor ausgebildeten Reflexionsfilter ein elasto-optischer Körper 129 angeordnet ist. der eine zur Messgrösse s proportionale Doppelbrechung entfaltet und dadurch eine Modulation der Polarisation des vom Polarisator 128 durchgelassenen Lichtes vermittelt. Es versteht sich dabei, dass bei der vorgegebenen Orientierung des Polarisators 128 auch die optischen Achsen des Reflexionsfilters 126 unter 450 10 bezüglich der Zeichenebene verlaufen müssen. Der Messfühler 111 gemäss Fig. 20 ist in funtkioneller Hinsicht demjenigen gemäss Fig. 12 analog und insbesondere zur Erfassung eines Druckes geeignet, der auf den elasto-optischen Körper 129 wirkt.

15 Es bleibt zu erwähnen, dass die beschriebenen Verfahren und Einrichtungsvarianten durch einen Fachmann in mannigfacher Weise kombiniert, abgewandelt und gegebenenfalls verfeinert werden können. Beispielsweise können die anhand der Figuren 9-12 für die Filterung im Messfühler 20 erläuterten Varianten direkt für die Filterung im Auswertegerät verwendet werden, wenn statt der Blenden entsprechend angeordnete strahlablenkende Elemente wie Spiegel oder Prismen eingesetzt werden bzw. wenn statt Polarisa-tionsanalysatoren 60 in Messfühlern gemäss den Figuren 11 25 und 12 Wollaston-Prismen oder andere Polarisatoren mit zwei Ausgangsstrahlen eingesetzt werden. Anstelle der beispielhaft betrachteten, einfachen Interferenzfilter kann es ferner zweckmässig sein, zur Unterdrückung eines möglicherweise störenden Nebensprechens zwischen den 30 Teillichtströmen Ii und I; zwei oder mehrere solcher Interferenzfilter hintereinander zu schalten oder auch solche Interferenzfilter zu benutzen, die zwei oder mehr über teildurchlässige Reflexionsschichten gekoppelte Resonanzvolumina besitzen. Derartige Filter-Kombinationen besitzen relativ 35 breitere Transmissions-Maxima und tiefere -Minima.

B

5 Blatt Zeich nunge:

Claims (30)

1. 671099 2

   PATENTANSPRÜCHE dem Messfühler (11 ; 111) austretenden Teillichtströme Ii und

   1. Verfahren zur faseroptischen, spektral-kodierten Über- h eine unterschiedliche Leistung haben, dass von einem tragung des Wertes einer veränderlichen physikalischen Wechselspannungs-Ausgangssignal des Empfängers (35) ein Messgrösse von einem auf die Messgrösse ansprechenden Fehlersignal zur Ansteuerung eines Reglers (37) erzeugt Messfühler zu einem Auswertegerät, das für die Messgrösse 5 wird, der Stellsignale abgibt, mittels derer die Ausgangslei-charakteristische Anzeige bzw. für eine weitere Verarbeitung stungen der beiden Lichtquellen (30 und 31) derart nach geeignete Ausgangssignale als Nutzsignale erzeugt, wonach gestellt werden, dass die Leistungen der Ausgangslichtströme die Lichtleistung eines ersten Lichtstromes, der mittels des des Messfühlers (11 ; 111) auf minimalen Unterschied einge-Messfühlers einer mit Änderungen der Messgrösse in einem regelt werden, und dass die Stellsignale, die ein Mass für das monotonen Zusammenhang stehenden Leistungsmodulation io Intensitätsverhältnis der von den Lichtquellen (30 und 31) unterworfen wird und die Lichtleistung eines zweiten, als ausgesandten Lichtströme sind, in Einheiten der Messgrösse Referenzlichtstrom ausgenutzten Lichtstromes einem mittels ausgewertet werden.

   des Auswertegerätes durchführbaren Vergleich unterworfen 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach werden und hieraus das erwähnte Nutzsignal als ein für das einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 ; die aus einem Verhältnis der Intensitäten der beiden Lichtströme charakte- is Leistungsvergleich zweier Ausgangslichtströme eines Mess-ristisches Signal erzeugt wird, wobei die beiden Lichtströme fühlers, der eine für die Messgrösse charakteristische Leimittels einer faseroptischen Anordnung von dem Messfühler stungsmodulation mindestens eines der beiden Teillicht-dem Auswertegerät zugeleitet werden, dadurch gekenn- ströme vermittelt, ein für die Messgrösse charakteristisches zeichnet, dass die beiden Lichtströme Ii und I2 über eine den Signal erzeugt, wobei diese Ausgangslichtströme 11 und I: des Lichtweg vom Messfühler (11 ; 111) zum Auswertegerät (10) 20 Messfühlers eine schmalbandig-linienförmige, spektral verbildende optische Faser (13 ; 112) in das Auswertegerät (10) schachtelte Intensitätsverteilung haben, die durch spektrale eingekoppelt werden, dass die beiden Teillichtströme Ii und Aufteilung eines von einer einzigen Lichtquelle ausge-I2 weiter mit einer unterschiedlichen, jeweils schmalbandig sandten Primärlichtstromes erzielt ist, derart, dass stets eine linienförmigen Struktur der spektralen Verteilung ihrer Linie des einen Lichtstromes spektral zwischen zwei Linien Lichtleistungen erzeugt werden, derart, dass eine Linie des 25 des anderen Lichtstromes liegt, und wobei die beiden Teileinen Lichtstromes spektral zwischen zwei Linien des lichtströme über eine optische Faser einer für den Leistungsanderen Lichtstromes liegt und somit eine spektrale Ver- vergleich vorgesehenen Auswerteeinheit zugeleitet sind, schachtelung der beiden Lichtstrômë Ii und I2 erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler ( 11 ; 111 ) ein wobei der spektrale Abstand einer Linie des jeweils einen erstes Filterpaar( 15; 15'; 119, 121; 126,128) aufweist, das die Lichtstromes von einer spektral benachbarten Linie des 30 spektrale Aufteilung der Lichtleistung der Lichtquelle ( 14) jeweils anderen Lichtstromes grösser ist als die Linienbreite auf die miteinander zu vergleichenden, spektral verschach-8v dieser spektralen Komponenten der beiden Teillicht- telten Teillichtströme (Ii, h bzw. Ii, h) vermittelt, und dass im ströme, und dass die Leistungen der spektral ineinander ver- Rahmen des Auswertegeräts ( 10) ein zweites Filterpaar ( 18) schachtelten Lichtströme Ii und I2 im Hinblick auf den im vorgesehen ist, das entsprechend der spektralen Zusammen-Auswertegerät (10) erfolgenden Leistungsvergleich mittels 35 Setzung der beiden Ausgangslichtströme (Ii und I2) des Messauf die spezifischen spektralen Verteilungen der beiden fühlers (11 ; 111), deren räumliche Aufteilung und separate Lichtströme selektiv ein gestellter Filteranordnungen (15, Zuführung zu je einem Detektor (19 und 20) vermittelt. 18; 15';119,121 ;126) von einander spektral getrennt _ 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach gemessen werden. Anspruch 4, die aus einem Leistungsvergleich zweier Aus-
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 40 gangslichtströme eines Messfühlers, der eine für die Mess-dass der eine Lichtstrom eine gerade Anzahl von Spektraiii- grosse charakteristische Leistungsmodulation mindestens nien umfasst, und der andere Lichtstrom eine ungerade eines der beiden Lichtströme vermittelt, ein für die Mess-Anzahl von Spektrallinien, welche nennenswert zur grosse charakteristisches Signal erzeugt, wobei diese AusGesamtleistung dieser Lichtströme beitragen, wobei je eine gangslichtströme des Messfühlers eine schmalbandig-linien-Spektrallinie des einen Lichtstromes spektral zwischen zwei 45 förmige spektral verschachtelte Intensitätsverteilung haben, Linien des anderen Lichtstromes liegt. die durch Filterung von Ausgangslichtströmen zweier Licht-
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- quellen erzielt ist, derart, dass stets eine Linie des einen zeichnet, dass die beiden Lichtströme von der selben Licht- Lichtstromes spektral zwischen zwei Linien des anderen quelle (14) stammen, dass diese Lichtströme im Auswerte- Lichtstromes liegt, und wobei die beiden Ausgangslichtgerät (10) durch Spektralfilter (_18) getrennt und zwei Detek- so ströme des Messfühlers über eine optische Faser einem für toren (19 und 20) zugeführt werden, und dass aus dem Ver- den Leistungsvergleich vorgesehenen Auswertegerät zuge-hältnis der Ausgangssignale der beiden Detektoren (19 und leitet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale : 20) der Wert der Messgrösse bestimmt wird. a) es ist ein zweites, zwischen den Lichtquellen (30,31 )
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- und dem Messfühler ( 11 ; 111 ) angeordnetes Filterpaar (18) zeichnet, dass die beiden Lichtströme Ii und I2 mittels je einer ss vorgesehen, das die spektrale Zusammensetzung der in dem in einem Lichtversorgungsgerät vorgesehenen Lichtquelle Messfühler (11 ; 111) der messgrössen-charakteristischen (30 und 31) und den Lichtquellen einzeln zugeordneten Fil- Modulation unterwerfbaren Eingangslichtströme (Ii, I2)

   tern eines Filterpaares (18) erzeugt und in einen durch eine bestimmt ;

   optische Faser (12; 112) gebildeten, das Lichtversorgungs- b) der Messfühler (11 ; 111) enthält ein erstes Filterpaar gerät (18,30,31) optisch mit dem Messfühler (11; 111) ver- 60 (15; 15'; 119,121; 126,128) das dieselbe Filtercharakteristik bindenden Lichtweg eingekoppelt werden, dass diese beiden hat, wie das zweite Filterpaar und sowohl die messgrössen-

   Lichtquellen (30 und 31) alternierend in zeitperiodischer charakteristische Modulation der Eingangslichtströme (11,12)

   Folge ein- und ausgeschaltet werden, dass die über die als auch die Einkopplung der modulierten Ausgangslicht-

   optische Faser (13; 112) vom Messfühler (11; III) dem Aus- ströme (Ti, T2) in die den Messfühler (11 ; 111) optisch verbin-

   wertegerät ( 10) zugeleiteten Lichtströme einen im Takt der 65 dende Faser (13 ; 112) vermittelt ;

   Lichtquellen-Umschalter synchronisierten Empfänger (35) c) die Lichtquellen (30,31 ) sind mittels eines Taktgebers zugeleitet werden, dessen Ausgangssignal somit ein mit (34) gesteuert alternierend ein- und ausschaltbar;

   diesem Takt periodisches Wechselsignal ist, wenn die aus d) es ist eine mittels des Taktgebers (34) synchronisierte,

   3

   671 099

   die Ausgangssignale des Detektkors (35) empfangende, in die Art eines phasenempfindlichen Gleichrichtes arbeitende elektronische Stufe (36) vorgesehen, mit deren Ausgangssignal ein Regler (37) ansteuerbar ist, der die Lichtleistungen der beiden Lichtquellen (30, 31) auf minimalen Intensitätsunterschied der vom Detektor (35) empfangenen Ausgangslichtströme (Ii,!:) des Messfühlers (11 ; 111) einstellt.
5. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filerpaar (15) eine Eingangsstufe eines Messfühlers (11) bildet, die den Eingangslichtstrom in die beiden Teillichtströme (Ii und h) separiert, von denen mindestens einer der Modulation unterwerfbar ist, dass die Ausgangsstufe dieses Messfühlers (11) durch einen Strahlver-einiger (16) gebildet ist, der die beiden Teillichtströme in eine zum Auswertegerät (10) führende optische Faser einkoppelt, und dass eine Modulationseinrichtung ( 17), die in Abhängigkeit von der Messgrösse die Leistung mindestens eines der beiden Teillichtströme (Ii und/oder I:), in Ausbreitungsrichtung dieser Teillichtströme gesehen, zwischen dem ersten Filterpaar (15) und dem Strahlvereiniger ( 16) angeordnet ist (Figur 5).
6. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung beide Lichtströme im Sinne gegensinniger Intensitätsänderung moduliert (Figur 6).
7. 9. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsstufe des Messfühlers (11) ein Strahlenteiler (16) vorgesehen ist, der einen ankommenden Lichtstrom in zwei Teillichtströme aufteilt, dass als Ausgangsstufe dieses Messfühlers ( 11 ) ein erstes Filterpaar (15) vorgesehen ist, das die spektrale Zusammensetzung der beiden zum Auswertegerät ( 10) weitergeleiteten Teillichtströme definiert und ausserdem als Strahlvereiniger ausgebildet ist, der die beiden Lichtströme in die zum Auswertegerät weiterführende optische Faser (13) einkoppelt.
8. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modulationseinrichtung (17), die in Abhängigkeit von der Messgrösse die Leistung mindestens eines der beiden Teillichtströme beeinflusst, zwischen der Eingangsstufe (16) und der Ausgangsstufe (15) des Messfühlers ( 11 ) angeordnet ist.
9. 11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung (16) das Teilungsverhältnis verändert, mit dem die Lichtleistungen des ankommenden Lichtstromes auf die beiden Teillichtströme aufgeteilt wird (Figur 8).
10. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filterpaare ( 15 bzw. 18) aus zwei in Transmission betriebenen Interferenzfiltern (52 und 53) besteht, deren spektrale Transmissions-Charakteristiken sich bei einer mittleren optischen Frequenz der Lichtströme angenähert,-um ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Interferenz-Ordnung unterscheiden.
11. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Interferenzfilter (52'und 53') von mindestens zwei parallel zueinander angeordneten, teildurchlässigen Reflektoren (42 und 43) gebildet sind und dass von dem innerhalb des Querschnittsbereiches des Lichtflusses liegenden Bereich der reflektierenden Fläche des einen der Reflektoren (43) etwa die Hälfte eine Reflexion mit einer Reflexionsphase vermittelt, die sich um ein ungeradzahliges Vielfaches von n/2 von derjenigen Reflexionsphase unterscheidet, mit der die andere Hälfte der Reflexionsfläche dieses Reflektors (43) reflektiert.
12. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modifikation der Reflexionsphasen des Reflektors (43) durch Aufbringen mindestens einer dünnen dielektrischen Schicht auf einen der beiden Teilbereiche des Reflektors (43) erzielt ist.
13. 15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Leistungsmodulation der 5 Lichtströme vorgesehene Modulationseinrichtung als eine bewegliche Maske (51:51 ') ausgebildet ist, die in vom Wert der Messgrösse abhängigen Bruchteilen der auf die Teillichtströme Ii und I: entfallenden Bereiche des Lichtflussquerschnittes mehr oder weniger abschattet (Figuren 9 und 10). io 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche des einen Reflektors (43), der bereichsweise mit unterschiedlichen Reflexionsphasen reflektiert, in gleich breite Streifen aufgeteilt ist, die auftreffendes Licht mit den verschiedenen Refle-15 xionsphasen reflektieren, und dass die Modulationseinrichtung eine quer zur Streifenlängsrichtung verschiebbare Streifenmaske (51') umfasst. deren durch abwechselnd lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche bestimmte Struktur derjenigen der Streifenstruktur des mit unterschied-20 licher Reflexionsphase reflektierenden Reflektors (43) entspricht (Figur 10).
14. 17. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Interferenz-Filterpaar ein polarisationsabhängiges Interferenzfilter (15') vorgesehen ist, das für Licht

    25 eines ersten, definierten Polarisationszustandes eine spektrale Interferenz-Filter-Transmissionscharakteristik hat und für Licht des zu dem erstgenannten Polarisationszustand orthogonalen Polarisationszustandes ebenfalls eine Interfe-renz-Filter-Transmissionscharakteristik hat, die gegenüber 30 der erstgenannten Durchlasscharakteristik um ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Interferenzordnung versetzt ist (Figuren 11 und 12).
15. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polarisations-Eigenzustände des

    35 polarisationsabhängigen Interferenzfilters (15') die beiden orthogonalen Zustände linearer Polarisation sind (Figuren 11 + 12).
16. 19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzvolumen (62) des polari-

    40 sationsabhängigen Interferenzfilters (15') ein doppelbrechendes Medium (68) enthält, dessen Phasenverzögerung für die beiden Lichtströme orthogonaler Polarisation bei einfachem Lichtdurchgang d. h. bei Transmission durch das Resonanzvolumen angenähert ein ungeradzahliges Viel-« faches eines Viertels einer mittleren Lichtwellenlänge beträgt.
17. 20. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Reflektoren (63 und/oder 64) des polarisationsabhängigen Interferenzfil-

    50 ters (15') die Phase, mit der an diesem die Reflexion erfolgt, polarisationsabhängig ist, wobei der Phasenunterschied, der sich insgesamt bei der Reflexion zweier orthogonal polarisierter Lichtströme an den reflektierenden Flächen (66 und 67) des Interferenzfilters (15') ergibt, einem ungeradzahligen 55 Vielfachen von 7t/2 entspricht.
18. 21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor mit polarisationsabhängiger Phase ein als Phasengitter wirkendes Relief-Strichgitter enthält, dessen Gitterkonstante kleiner ist als die Wellenlänge

    60 des zur Messwert-Übertragung ausgenutzten Lichtes.
19. 22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Modulationseinrichtung, die beide zur Übertragung ausgenutzten Lichtströme Ii und h in einer mit der Messgrösse

    65 monotonen Relation beeinflusst, ein Polarisator (60) vorgesehen ist, dessen ausgezeichneter Polarisationszustand in Abhängigkeit von der Messgrösse veränderbar ist.
20. 23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn

    671 099

    zeichnet, dass der Polarisator (60) ein linearer Polarisator ist. dessen azimutale Orientierung durch die Messgrösse steuerbar ist.
21. 24. Einrichtung nach einein der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23. dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung einen Polarisator (60) und ein doppelbrechendes Element (61 ) umfasst. dessen Doppelbrechung durch die Messgrösse beeinflussbar ist.
22. 25. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet. dass der Messfühler ( 11 ! ) als eine Reflexionsein-heit ausgebildet ist. welche die für die Einkopplung des der Modulation unterwerfbaren Lichtes und fürdie Auskopplung der dem Auswertegerät( 10)zugeleiteten Lic'ntströmel und 1: eine gemeinsame optische Ein-/'Auskoppel-Schnitt-stelle ( 113) hat. die durch das vom Messfühler (111) entfernte Ende einer optischen Faser (112) gebildet ist. über die in den Messfühler (111) Licht einkoppelbar und aus dem Messfühler in der umgekehrten Richtung wieder dem Auswertegerät (10) zuführbar ist. und dass zwischen dieser Schnittstelle ( 113) und dem Lichtversorgungsgerät bzw. dem Auswertegerät (10) ein teildurchlässiger Spiegel (23) angeordnet ist. über den ein Teil der durch die optische Faser (112) zurückgeleiteten Lichtströme Ii und h zur Nachweiseinrichtung des Auswertegeräts (10) hin umlenkbar ist.
23. 26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (111) als Eingangs- und Ausgangsstufe ein. erstes Filterpaar (15) aufweist, das eine räumliche Separation der beiden einzeln oder gemeinsam einer Messgrössen-abhängigen Modulation unterwerfbaren Lichtströme Ii und h vermittelt, und dass mindestens ein Reflektor vorgesehen ist, der diese Lichtströme in sich selbst zurück zum ersten Filterpaar (15) reflektiert, und dass die Modulationseinrichtung ( 17), in Ausbreitungsrichtung der Lichtströme Ii und I: gesehen, zwischen dem. ersten Filterpaar (15) und dem Reflektor angeordnet ist (Figur 15).
24. 27. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet. dass als Eingangs- und Ausgangsstufe des Messfühlers ( 111) ein Strahlenteiler ( 16) vorgesehen ist, der einen_ ankommenden Lichtstrom in einem durch die Messgrösse bestimmten Teilungsverhältnis in zwei Lichtströme verzweigt. die über ein die spektrale Zusammensetzung der zur Schnittstelle zurücklaufenden Lichtströme definierendes erste Filterpaar (15) mindestens einem Reflektor (1 IS) zugeleitet sind, der das auf ihn auftreffendeLicht in sich selbst zurückreflektiert.
25. 28. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsstufe und Ausgangsstufe des Messfühlers (11 1) ein Strahlenteiler (16) vorgesehen ist, dereinen ankommenden Lichtstrom in einem durch die Messgrösse bestimmten Teilungsverhältnis in zwei Lichtströme verzweigt. und dass diese beiden Lichtströme je einem Refle-xionsfilter(l 19 und 121) zugeleitet sind, welche die spektrale Verteilung in den zur Schnittstelle (113) zurückreflektierenden Lichtströmen Ii und h definieren (Figur 17).
26. 29. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfilter (29) je aus einer Folge, in Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes gesehen, äquidistant angeordneter und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verlaufender teildurchlässiger Reflektoren (123,

    124) bestehen, wobei die optischen Abstände in den beiden Folgen von Reflektoren verschieden sind und derart gewählt sind, dass die Interferenzordnung des reflektierten Lichtes in dem einen Reflexionsfilter (119) sich von derjenigen in dem anderen Reflexionsfilter (121) angenähert um ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Ordnung unterscheidet (Figur 18).
27. 30. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet. dass der Messfühler (111) ein polarisationsabhängiges Reflexionsfilter i '• 26) enthält, das für zwei orthogonale Poiarisationszuständs je eine spezifische, Iinienförmige Reflexionscharakteriatik hat. derart, dass die fürdie spektralen Intensitätsverteiiiingen der mit je einem der ? genannten Polarisatiorozustände reflektierten Lichtströme die spektral verschachtelte Iinienförmige Struktur haben, und dass zwischen dienern Rellexionsfilter( 126) und der Schnittstelle i 113) ein Polarisator (12S) angeordnet ist. der in Abhängigkeit von der Messgrösse für verschiedene Polarisa-I" tionszustände der zur Schnittstelle (113) hin durchgeiassenen Lichtströme durchlässig ist.
28. 31. Einrichtung nach Anspruch 30. dadurch gekennzeichnet. dass das polansationsabhängige Reflexionsfilter (126) als eine Folge äquidistant angeordneter, teilweise i5 reflektierender doppelbrechender Schichten ausgebildet ist.
29. 32. Einrichtung nach Anspruch 25. dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler ( 111 ) ein polarisacionsabhän-giges Reflexionsfilter (126) enthält.das für zwei orthogonale Polarisationszustände je eine spezifische Iinienförmige

    20 Reflexionscharakteristik hat. derart, dass die spektralen Intensitätsverteilungen der mit je einem der genannten Polarisationszustände reflektierten Lichtströme die spektral verschachtelte. Iinienförmige Struktur haben, dass zwischen diesem Filter (126) und der Schnittstelle (113) ein Polarisator 25 (128) angeordnet ist, und dass zwischen diesem Polarisator (128) und dem Reflexionsfilter (126) ein für das Nutzlicht transparenter Körper (129) angeordnet ist, der eine mit der Messgrösse variierende Doppelbrechung entfaltet.
30. 33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekenn-.'u zeichnet, dass der transparente Körper (129) aus einem elasto-optischen Material besteht, dem durch eine quer zur Lichtausbreitungsrichtung angreifende, mit der Messgrösse variierende Kraft eine mit dieser variierende Doppelbrechung aufprägbar ist.

    35