SE430825B - Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser - Google Patents

Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser

Info

Publication number
SE430825B
SE430825B SE8203296A SE8203296A SE430825B SE 430825 B SE430825 B SE 430825B SE 8203296 A SE8203296 A SE 8203296A SE 8203296 A SE8203296 A SE 8203296A SE 430825 B SE430825 B SE 430825B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
fiber
sensor according
optic sensor
fiber optic
optical
Prior art date
Application number
SE8203296A
Other languages
English (en)
Other versions
SE8203296L (sv
Inventor
T Brogard
B Hok
C Ovren
Original Assignee
Asea Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Ab filed Critical Asea Ab
Priority to SE8203296A priority Critical patent/SE430825B/sv
Priority to EP83104981A priority patent/EP0096262B1/de
Priority to DE8383104981T priority patent/DE3377590D1/de
Priority to JP58091403A priority patent/JPS58215510A/ja
Priority to CA000428971A priority patent/CA1218725A/en
Priority to US06/498,478 priority patent/US4581528A/en
Publication of SE8203296L publication Critical patent/SE8203296L/sv
Publication of SE430825B publication Critical patent/SE430825B/sv

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/28—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
    • G01D5/30—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication the beams of light being detected by photocells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

15 20 25 30 8293296- 2 3. sensorn består av ett flertal mekaniska komponenter, som måste in- passas med stor precision vid monteringen; H. begränsat dynamisktområde (lågt signal/brusförhållande).
Föreliggande uppfinning utgör en lösning på dessa och andra härmed samman- hängande problem. Uppfinningen kännetecknas därav, att minst en av gräns- ytorna avgränsar minst ett skikt av fotoluminiscerande material, samt att givaren är så anordnad, att den från kroppens gränsyta reflekterade optiska energin blir beroende av det relativa läget mellan gränsytorna samt att kroppen är fast förbunden med fibern och innehåller en elastisk del, med- givande relativa rörelser mellan ändytorna. Genom att sålunda utnyttja både reflekterad optisk energi från en rörlig kropp och fctoluminiscens i kombi- nation med den elastiska delen kan en och samma fiber utnyttjas för både effektmatning och signalåterföríng. Reflexsignalens utnyttjande möjliggör ett högt signal till brusförhållande samtidigt som fotluminiscenssignalen utnyttjas för att kompensera för varierande ljusdämpning i transmissions- vägen utan att beroende erhålles av varierande reflexer i gränsytor vid t ex fiberskarvar. Man kan lämpligen utnyttja halvledarteknologi vid ut- formning av den rörliga kroppen, vilket medger hög precision till låg kostnad.
Genom att fästa den elastiska delen och ändytan vid fiberänden erhålles en kombinerad kropp, vilken är enkel och praktisk att utföra.
Genom utnyttjande av en reflexsignal från det rörliga objektet i kombina- tion med en reglerkrets, styrd av luminiscenssignal, fås en hög signalnivå samtidigt som systemet blir okänsligt för förluster och reflexer_i skarvar och förgreningar. Halvledarmaterial med anpassningsbara optiska och kemiska egenskaper gör det möjligt att med fotolitografi och etsteknik med god till- verkningsekonomi realisera integrerade mekaniska och optiska strukturer.
Uppfinningen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar systemets utformning, och figur 2 mer i detalj utförandeformen på den rörelseavkännande delen av givaren.
I fig 1 visas systemets funktion i princip enligt följande: En lysdiod 5 avger optisk energi till en fiber 1 via en fiberförgrening 3.
Vid gränsytor 15 och 16 sker reflektion respektive fotoluminiscens, ex- citerad av inkommande optisk energi. Den reflekterade och i vissa fall 10 20 25 30 35 8203296-2 även den fotoluminiscerande energin är beroende av det relativa läget mellan dessa gränsytor 15, 16. Den återkastade optiska energin uppdelas i två mätkanaler efter passage genom förgreningen 3 och ytterligare en förgrening U och minst ett optiskt filter 10. Detta filter är utformat så, att reflekterad optisk energi separßras från luminiscensen. Detta kan åstadkommas med kantfilter eller bandpassfilter, utnyttjande t ex interferens i tunna skikt. Mätkanalen för reflekterad optisk energi be- höver i många fall icke något optiskt filter, eftersom fotoluminiscens- bidraget typiskt endast utgör ca 1/1000-del av den totala energin.
I båda mätkanalerna omvandlas signalerna till elektrisk ström med hjälp av fotodioder 6, 11 och förstärks till lämpligt spänningsområde i för- stärkare 7, 12. Reflexsignalen högpassfiltreras i filtret 8, varvid in- verkan från statiska reflexer i systemet, t ex i förgreningar och fiber- skarvar, bortfaller. Samtidigt innebär detta, att givaren ej ger utslag för mycket långsamma lägesförändringar mellan gränsytorna 15 och 16. Den högpassfiltrerade Sisnälen påförs vidare en registreringsenhet 9 för vidare signalbehandling och/eller dokumentation. Fotoluminisoenskanalen bildar med lysdioden 5 och reglerkretsen 13, 1Ä en sluten återkopplad slinga, där den exciterade optiska energin enligt känd teknik regleras på konstant fotoluminiscenssignal. Eftersom både reflexer och fotolumini- scens från gränsytorna 15, 16 är linjära mot infallande energi, och signal- vägarna är identiska, fås en mycket god kompensation för varierande ljus- förluster utefter signalvägen.
Ett alternativt och prestandamässigt jämförligt alternativ är konstant- hållning av den exciterade optiska energin, kombinerat med elektrisk fortbildning av signalerna från de båda mätkanalerna.
För att undvika problem med mörkerström i fotodioderna eller inverkan av störljus kan det vara lämpligt med pulsad drift av lysdioden i kombination med faslåsta förstärkare 7, 12.
I fig 2 visas en mer specifik utformning av fiberns 1 ändregion. Den speci- fika utförandeformen är en accelerometer, där kroppen 2 är fast anbringad mot fiberändytan 16 och i övrigt uppdelad i en elastisk del 17 och en seis- misk massa 18, vilken vid pålagd acceleration ger upphov till en böjning av den elastiska delen, I Den elastiska delen är således utformad i samma stycke som delarna 15 teh 16, vilka båda ombesörjerden optiska funktionen. Denna kombinerade kropp 15-17 fästes på fiberänden 16. Massan 18 är' fÖPëf-Pädefivïs

Claims (15)

10 15 20 25 _82ÛE'»296-2 koncentrerad över en mindre del av kroppens 2 yta 15, och genom placering av denna koncentrerade massa nära den elastiska delens 17 infästningspunkt uppnås en mekanisk signalförstärkning hos anordningen. Gränsytan 15 får då en rörelse relativt gränsytan 16. Genom att gränsytorna 15 och 16 i vilo- läget bildar en vinkel G skild från 90° mot fiberns huvudriktning, leds ' vissa strålar ut ur fibern efter reflexion mot gränsytan 15 (strålen 20, 23) medan andra genom totalreflexion på känt sätt leds tillbaka i fibern (strålen 19, 22). Vinkeln 9 kan avpassas så att ungefär hälften av den reflekterade strålningen kopplas dr fibern. Denna andel blir mycket känslig för ändringar i vinkeln G', orsakade av den relativa rörelsen mellan ytan 15 och fiberändytan 16. Den elastiska delen 17 av kroppen 2 innehåller ett fotoluminiscerande material, utsändande luminiscens av längre våglängd än den infallande optiska energins. Luminiscensens_riktningsberoende illustreras av den inkommande strålen 21 och utgående strålknippet 24, vars fördelning lyder Lamber's lag, med relativt svagt riktningsberoende. Totalfunktionen kan alltså beskrivas som att den reflekterade strålningen blir beroende av mätstorheten (i detta fall aocelerationen), medan luminiscensen i stort sett är oberoende av denna. Kroppen 2 är i utförandeexemplet utformad som 1_xAs där x=0 i vissa skikt och x=0,3-0,5 i andra. Halvledarmaterialet kan även vara InxGa1_xAsYP1_y. epitaxiella skikt med en halvledare, t ex AlxGa Genom variation av Al~halten påverkas både materialets energigap och därmed dess luminiscensegenskaper och dess resistens mot kemisk påverkan. Det är således möjligt att genom kemisk etsning och fotolitografisk mönsterteknik tillverka tredimensionellt formade kroppar med elastiska och optiska egen- skaper som angivits ovan. PATENTKRAV
1. Fiberoptisk givare för mätning av dynamiska rörelser mellan minst två gränsytor (15, 16) där en gränsyta utgöres av ändytan hos en optisk fiber (1) och en annan gränsyta utgöres av ytan hos en kropp (2), varvid den optiska fibern (1) är anordnad att transmittera optisk energi till och från fibern (1) och den rörliga kroppens (2) gränsytor (15, 16), k ä n n e t e o k n a d därav, att minst en av gränsytorna (15, 16) avgränsar minst ett skikt av fotoluminiscerande material, samt att givaren är så anordnad att den från kroppens (2) gränsyta (15) reflekterade optiska energin blir beroende av det relativa läget mellan gränsytorna (15, 16), samt att kroppen (2) är fast förbunden med fibern (1) och innehåller en elastisk del (17), medgivande relativa rörelser mellan ändytorna (15, 16). 8203296-2
2. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att givaren är så anordnad, att det relativa läget mellan fibern (1) och kroppen (2) bestämmer överföringen tillbaks in i fibern (1) av den optiska energin från gränsytorna (15, 16), som härrör från foto- luminiscens.
3. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att givaren är så anordnad, att det relativa läget mellan fibern (1) och kroppen (2) påverkar överföringen av den reflekterade och den foto- luminiscerande energin tillbaks in i fibern (1), varvid påverkan från den sistnämnda är anordnad att vara väsentligt mindre än från den förstnämnda. Ä.
4. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den in i fibern (1) återkastade optiska energin är anordnad att med hjälp av minst ett optiskt filter (10) uppdelas i en komponent, i huvudsak härrörande från nämnda reflekterade optiska energi och en kompo- -nent i huvudsak härrörande från nämnda fotoluminiscerande material (15, 16).
5. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den från reflekterad optisk energi till elektrisk energi om- vandlade signalen är anordnad att passera ett elektroniskt högpassfilter eller ett elektroniskt bandpassfilter.
6. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den från fotoluminiscens till elektrisk energi omvandlade signalen är anordnad att passera en reglerkrets (12, 13, 14) för styr- ning av den till fibern (1) av lysdioden (5) inmatade optiska energin eller av förstärkningen hos detektorförstärkarna (7, 12).
7. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att signalkomponenterna från reflex resp fotoluminiscensljus efter omvandling till elektriska signaler är anordnade att påföras en elektrisk krets för kvotbildning mellan de båda signalkomponenterna.
8. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kroppen (2) innehåller en elastisk del (17) och en därmed förbunden massa (18). 8293296-2
9. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en av ändytorna (15, 16) bildar en vinkel, skild från 90° mot fiber-n huvudriktning.
10. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att kroppen (2) är utförd i ett halvledarmaterial, såsom AlxGa1_ As eller InXGa1_xAsy P1_y. X
11. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att halvledarmaterialet är framställt som epitaktiska skikt.
12. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att fiberändytan är belagd med fotoluminiscerande material (25).
13. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e e k n a d därav, att den optiska fibern innehåller fotoluminiscerande material (25) nära ändytan (16). 1”.
14. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det fotoluminiscerande materialet (25) utgöres av metall- joner.
15. Fiberoptisk givare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n aed därav, att massan (18) upptar endast en mindre del av gränsytan (15) tillhörande kroppen (2).
SE8203296A 1982-05-27 1982-05-27 Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser SE430825B (sv)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8203296A SE430825B (sv) 1982-05-27 1982-05-27 Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser
EP83104981A EP0096262B1 (de) 1982-05-27 1983-05-19 Faseroptischer Sensor zur Messung von dynamischen Grössen
DE8383104981T DE3377590D1 (en) 1982-05-27 1983-05-19 Fibre-optic sensor for measuring dynamic quantities
JP58091403A JPS58215510A (ja) 1982-05-27 1983-05-24 光フアイバ測定装置
CA000428971A CA1218725A (en) 1982-05-27 1983-05-26 Fiber optical measuring device for measuring dynamic movements
US06/498,478 US4581528A (en) 1982-05-27 1983-05-26 Fiber optical measuring device for measuring dynamic movements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8203296A SE430825B (sv) 1982-05-27 1982-05-27 Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8203296L SE8203296L (sv) 1983-11-28
SE430825B true SE430825B (sv) 1983-12-12

Family

ID=20346910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8203296A SE430825B (sv) 1982-05-27 1982-05-27 Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4581528A (sv)
EP (1) EP0096262B1 (sv)
JP (1) JPS58215510A (sv)
CA (1) CA1218725A (sv)
DE (1) DE3377590D1 (sv)
SE (1) SE430825B (sv)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0154025A1 (de) * 1983-12-29 1985-09-11 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur direkten Umwandlung von Messgrössen in Veränderungen eines über Lichtleiter zu- und abgeleiteten Lichtsignals und Hybrid-Sensor zur Durchführung des Verfahrens
SE441127B (sv) * 1984-01-25 1985-09-09 Asea Ab Accelerometer
SE441128B (sv) * 1984-01-25 1985-09-09 Asea Ab Fiberoptisk givare for metning av dynamisk acceleration
US4678902A (en) * 1985-04-30 1987-07-07 Metatech Corporation Fiber optic transducers with improved sensitivity
US4870271A (en) * 1987-02-06 1989-09-26 Philips Gerald J Method and apparatus for determining the size of defects in rolling element bearings with high frequency capability
DE3820912A1 (de) * 1988-06-21 1989-12-28 Bayerische Motoren Werke Ag Fiberoptisches sensorsystem
EP0354882B1 (en) * 1988-08-12 1994-05-25 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Fiber-optic vibration sensor
US4986671A (en) * 1989-04-12 1991-01-22 Luxtron Corporation Three-parameter optical fiber sensor and system
US5546486A (en) * 1994-03-03 1996-08-13 E-Tek Dynamics, Inc. Optical fiber end for application in an optical isolator and a method of manufacture thereof
JP3970180B2 (ja) * 2001-03-01 2007-09-05 ボストン サイエンティフィック サイムド， インコーポレイテッド 蛍光温度センサーを備えたカテーテル
FI20085359A0 (sv) * 2008-04-24 2008-04-24 Sensapex Oy Optisk mätgivare och förfarande för bestämning av en fysikalisk storhet
DE102010029818B4 (de) * 2010-06-08 2022-08-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Positionssensor
IL253799B (en) 2017-08-02 2018-06-28 Igal Igor Zlochin Retroreflective interferometer

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2620914C3 (de) * 1976-05-12 1979-05-10 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8000 Muenchen Analoger Beschleunigungsmesser
CH639196A5 (de) * 1977-11-23 1983-10-31 Asea Ab Messgeraet zum messen von physikalischen groessen mittels optischer mittel.
SE410521B (sv) * 1978-02-21 1979-10-15 Asea Ab Metgivare med optisk fiber
SE413344B (sv) * 1978-03-17 1980-05-19 Asea Ab Optiskt metdon
SE415397B (sv) * 1978-06-02 1980-09-29 Asea Ab Fiberoptiskt metdon
SE411955B (sv) * 1978-06-02 1980-02-11 Asea Ab Fiberoptiskt metdon med hogst tva fibrer
SE413555B (sv) * 1978-09-15 1980-06-02 Asea Ab Fiberoptiskt metdon
SE414672B (sv) * 1978-11-16 1980-08-11 Asea Ab Fiberoptiskt don for metning av fysikaliska storheter sasom kraft, tojning, tryck, acceleration och temperatur
SE417137B (sv) * 1979-05-31 1981-02-23 Asea Ab Optiskt metdon for metning av magnetiska och elektriska felt
DE2937485A1 (de) * 1979-09-17 1981-06-19 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Optische vorrichtung zum messen geringer druckdifferenzen mittels lichtintensitaetsaenderung
DE2937484A1 (de) * 1979-09-17 1981-05-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Optische vorrichtung zum messen von druckdifferenzen mittels lichtintensitaetsaenderung
SE431259B (sv) * 1979-10-10 1984-01-23 Asea Ab Fiberoptisk temperaturgivare baserad pa fotoluminiscens hos ett fast material
SE418904B (sv) * 1979-12-28 1981-06-29 Asea Ab Fiberoptiskt metdon for metning av fysikaliska storheter sasom lege, hastighet, acceleration, kraft, tryck, tojning och temperatur
JPS56103319A (en) * 1980-01-21 1981-08-18 Fujitsu Ltd Universal photosensor and sensing system
SE420130B (sv) * 1980-01-24 1981-09-14 Asea Ab Optiskt metdon for metning av kraft eller tryck
JPS56104216A (en) * 1980-01-25 1981-08-19 Moritetsukusu:Kk Converter of displacement, pressure or vibration
SE436800B (sv) * 1980-11-06 1985-01-21 Asea Ab Optiskt sensorelement av fast material for avkenning av fysikaliska storheter, sasom tryck, vilket exciteras optiskt och avger fotoluminiscens
SE426262B (sv) * 1981-05-08 1982-12-20 Asea Ab Fiberoptiskt metdon

Also Published As

Publication number Publication date
US4581528A (en) 1986-04-08
JPH0345772B2 (sv) 1991-07-12
CA1218725A (en) 1987-03-03
EP0096262A1 (de) 1983-12-21
SE8203296L (sv) 1983-11-28
EP0096262B1 (de) 1988-08-03
JPS58215510A (ja) 1983-12-15
DE3377590D1 (en) 1988-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE430825B (sv) Fiberoptisk givare for metning av dynamiska rorelser
SE418904B (sv) Fiberoptiskt metdon for metning av fysikaliska storheter sasom lege, hastighet, acceleration, kraft, tryck, tojning och temperatur
DE2849186A1 (de) Optisches messgeraet
US4739161A (en) Fine displacement transducer employing plural optical fibers
ATE59902T1 (de) Optoelektronisches positionsfuehlen.
US4758065A (en) Fiber optic sensor probe
DE2606434C2 (de) Vorrichtung zur Messung von Kräften durch optoelektronische Bestimmung der Verformung von Prüfkörpern
EP0312332B1 (en) Barometric meter
SE463231B (sv) Givare foer maetning av lutningsvinkel,vinkellaege och laege
JPS59107241A (ja) 水質計器
US7242017B2 (en) Device to detect and/or characterize individual moving objects having very small dimensions
SU1767327A1 (ru) Оптический датчик перемещений
JPH0814943A (ja) 変位量検出装置
US7271381B2 (en) Device to detect individual moving objects having very small dimensions
JPS56129830A (en) Pressure measuring apparatus
SU438867A1 (ru) Устройство дл контрол пр молинейности поверхностей
SU1587336A1 (ru) Фотоэлектрический датчик линейных перемещений
JPS6014163Y2 (ja) 光学測長装置における自動焦点機構
JPS6480920A (en) Focus detector
Oozeki et al. Development of Calibration Equipment Using Laser Interferometer Combining a Variable Length Vacuum Cell: Control And Application
JPS56111430A (en) Detector for fine vibration
JPS5550105A (en) Moving distance meter for movable body
JPH02120616A (ja) 磁気式変位検出装置
FI69371B (fi) Foerfarande och anordning foer observation av dropp- och/ellerpartikelformigt material
SU1471070A1 (ru) Оптико-электронное устройство дл измерени размеров нагретых изделий

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8203296-2

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8203296-2

Format of ref document f/p: F