DE8915071U1 - Temperatur-unempfindlicher Lichtwellenleiter-Dehnungssensor - Google Patents

Description

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Feiten & Guilleaume Energietechnik AG, D-5000 Köln 80 Beschreibung: Temperatui—unempfindlicher

Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter &iacgr; sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In DS 3o ZQ 966 Al iöt aJ.n LVL-Senecr für Süßkräfte (ein LVL-Dehnuügssensor) beschrieben, bei dem um den LVL mindestens eine Vends! eines Ketallirafetes oder eines Gl«sfadetis geseilt, und darum eine draht förmigs, zugfeste UtöiyüuTig aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) aufgebracht ist. Ausführusgsbeispiel: Primärbeschichteter LVT' mit 0,2 mm Außendurchmesser, Vendel aus Stahldraht von 0,0.3 mm Stärke, Schlaglänge im mm-Bereich, GFK-Umhüllung mit etwa 2 mm Außendurchmesser. Das Zusammenspiel der Parameter LVL-Vendel-ümhüllung ist diffizil und schwer reproduzierbar, so daß die Herstellung eines solchen LVL-Sensors aufwendig ist.

Eine Verbesserung wird bei dom in DE 89 00 090.9 Ul beschriebenen LVL-Sensor für kleine Zug- oder Druckkräfte (LVL-Dehnungssensor) erreicht. Bei ihm 1st wesentlich, daß zwei Vendel&eegr; aus einem Ketal ldraht oder Glasfaden im Kreuzschlag um den primärbeschichteten LVL geseilt sind. Ausführungsbeispiel: Kultimode-LVL SO/125/175 (Kern-ZKanteWPrimarbeschichtung-Durchmesser in &mgr;&eegr;», Stahldraht 0,09 mm stark, Schlaglänge 10 mm, GFK-UmhUllung wie zuvor. Dieser LVL-Sensor 1st immer noch temperaturempfindlich, so daß zu seinem einwandfreien Funktionieren einiger Aufwand erforderlich ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen solchen LVL-Sensor so auszubilden, daß er temperatur-unempfindlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Sie besteht im wesentlichen darin,

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daß um den zentralen LVL anstelle von zwei Stahldrähten oder Glasfäden zwei weitere LWL im Kreuzschlag geseilt sind.

g; Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des er-H fiuaungsgemäßen LWL-Sensors, so die Ansprüche 2 und 3 die LWL, , und 5 die Umhüllung, und 6 den Sensor mit Meßeinrichtung.

, iiie Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Temperaturempfindlichkeit der vorbekannten LWL-Sensoren von der Verschiedenheit H ihrer baubedingtsn Material- und Verseil parameter >.errüfert. Diese % haben einen großen Einfluß auf die Sensoreigenschaften. Insbeson-

&xgr; dere sind die Grunddämpfung, die möglichst klein sein sollte, und % die Sensorempfindlichkeit, die möglichst groß sein sollte, von der H Spannung abhängig, mit der die Verseilpartner umeinandergelegt Ü (und ferner die Umhüllung darumgelegt) sind. Wenn mm, wie es auf- £ grund der Elastizitätsverhältnisse zweckmäßig erscheint, um den zentralen LVL ein oder zwei Stahldrähte gesellt sind, so ergeben sich bei Temperaturveränderungen aufgrund der stark unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Quarz und Stahl starke Spannungsein- [- Wirkungen auf den LVL. Sind dagegen um den zentralen LVL zwei k weitere LVL, geseilt, so ist dies ausgeschlossen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man nun einen tempe- : ratui—unempfindlichen LVL-Dehnungssensor hat. Hinzu kommt, daß man nun zwai zusätzliche LVL zur Verfügung hat, was die Meßmoglichkei ten srheblich erweitert.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung lsi in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Ee zeigen Jeweils als Prinzipbild:

- Fig. 1 einen LVL-Dehnungssensor mit einem zenralen LVL und ?.wei LVL-Kreuzwendeln darum, und

- Flg. 2 die Anschaltung von Lichtsender und Lichtempfängorn an diesen Sensor.

VIe Flg. 1 zeigt, sind um den zentralen, primärbeschichteten Lichtwellenleiter (LVL) Ll die beiden Vendeln L2 und L3, die eben-

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falls primärbeschichtete Lichtwellenlelter sind, mit der Schlaglänge S Im Kreuzschlag verseilt. Als Schutzhülle U let wie bekannt ein dem Verseilverband unmittelbar anliegender, drahtförmlger Mantel aus glasfaserverstärktem Polyesterharz vorgesehen.

Alle drei LWL sind hier MuItlraode-/Gradienten-LWL mit folgenden AuBendurchmessern: Kern 50 &mgr;&igr;&ogr;, Mantel 125 &mgr;&igr;&eegr; und Primärbeschlchtung aus tJV-Acrylat 250 &mgr;&igr;&eegr;. Bs sind aber auch andere LVL-Typen, so j Monomode-LWL, einsetzbar. Ebenso sind verschiedene LVL-Typen für J die verschiedenen LWL Ll, L2 und L3 des Sensors einsetzbar.

Die Schlaglange S der LWL-Wendeln L2 und L3 und damit die Lage ihrer Kreuzungspunkte K sind beliebig variierbar. Um die Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen paßt man, wie bekannt, die Schlaglänge der LWL-Wendeln an die Pitchlänge (das ist die doppelte Linsenbrennweite der durch einen LWL simulierten Sammellinsenfolge) des zentralen LWL an, indem das Verhältnis beider mit &eegr; : 1 und &eegr; = 3, 4, 5 ... > 10 gewählt wird.

Bekanntlich kann man einen Gradienten-LWL als Linsenleitung beschreiben. Somit muß Jede Störung des LWL durch an den Wendel-Kreuzungspunkten K punktuell aufgebrachten Druck zu inneren Abbildungsfehlern führen und somit einen deutlichen Lichtverlust durch Dämpfung hervorrufen, insbesondere wenn die Schlaglänge der Wendeln der Pitchlänge des zentralen LWL angepaßt ist. Demnach sind Verseilungen mit Partnern von ungleicher thermischer Längenausdehnung immer gegenüber Verseilungen mit gleichen Partnern im Fachteil,· weil sie starke Druckänderungen als Funktion der Temperatur und damit starke Dämpfungsänderungen bewirken, letztere aber nicht.

Mit einem erfindungsgemäßen LWL-Sensor, der aus 3 Quarz-LWL 50/ ; 125/250 aufgebaut ist, kann man eine weitgehende Temparaturinvari- -f anz der Dämpfung erreichen. Messungen ergaben 0,3 dB / 80 ⁰C für eine Gesamtlänge von 20 m.

Eine weitere Verbesserung deutet sich an, wenn die Schutzhülle U

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um den Verseilverband der 3 LWL ein Rohr aus Metall, Kunststoff oder GPK ist, das den Verseilverband mit geringem Abstand (mm-Bereich) umgibt und in dem er in regelmäßigen größeren Abständen (10 cra-Bereich> festgelegt ist, dies beispielsweise mittels eines Konstruktionsklebers.

Fig. 2 zeigt, wie zur Meßeinrichtung den drei LWL des Sensors gemeinsam eine Lichtsendediode (LED) vorgeschaltet und Jedem LWL o< np T 4 ^Y.+ **-wn-r\-fm-ntraA4 /-.H &OHgr; t &Bgr;/-» + &psgr;-tA &lgr; >->*4f»n &Pgr;&Tgr;11 Me &Tgr;&Ggr;&Ggr;&Pgr; % no nkiuusnl» T 4- &bgr;+·

ist. Im Gegensatz zu den vorbekannten LWL-Dehnungasensoren, bei denen nur ein LWL zur Messung der Lichtdämpfung zur Verfügung steht, ist bei dem neuen Sensor die Meßsicherheit verdreifacht, da alle drei LWL zur Lichtmessung herangezogen werden. Selbst beim Bruch eines LWL können die beiden anderen LWL ihre Meßaufgabe welter wahrnehmen. Und dementsprechend ist die Betriebssicherheit durch die Abfrage von mehr als einem LWL je Sensor gestiegen.

Der neue LWL-Sensor dient hauptächlich als Dehnungssensor für Ingenieurbauwerke. Er ermöglicht zuverlässige Messungen auch bei höheren und stark wechselnden Temperaturen.

Claims (6)

Fl 45&THgr;7 «i- ·· ..* 21,12.69 Schutzansprüche:

1. Llchtwellenleiter&mdash;(LVL-)Dehnungssensor aufgebaut aus einem zentralen, primärbeschichteten LWL (Ll), um den mindestens eine Wendel eines Metalldrahtes oder Glasfadens geseilt ist, vorzugsweise zwei Wendeln im Kreuzschlag geseilt sind, worum dann eine Schutzhülle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (L2 und L3) ebenfalls primärbeschichtete Lichtwellenleiter sind.

2. LWL-Dehnungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß

der zentrale LWL (Ll) und die beiden darum im Kreuzschlag geseilten LWL-Wendeln (L2 und L3) vorzugsweise Multiraode-/Gradienten-LWL sind, beispielsweise LWL 50/125/250 (Kern-ZMantel-ZPrimärbeschichtung-DurchiBSsser in &mgr;&pgr;&igr;).

3. LWL-Dehnungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wie an sich bekannt die Schlaglänge (S) der LWL-Wendeln (L2 und L3> de» Pitchlange (das ist die doppelte Linsenbrennweite der durch den L\fL simulierten Sammellinsenfolge) des zentralen LWL (Ll) im Verhältnis &eegr; : 1 mit &eegr; = 3, 4, 5 ... > 10 entspricht.

4. LWL-Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle (U) wie an sich bekannt ein dem Verseilverband (Ll bis L3) unmittelbar anliegender, drahtföi&mdash; miger Mantel aus Kunststoff, vorwiegend aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), ist.

5. LWL-Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle (U) ein Rohr aus Metall, Kunststoff oder GFK ist, das den Verseilverband mit geringem Abstand (mm-Bereich) umgibt, und in dem er in regelmäßigen größeren Abständen (10 cm-Berelch) festgelegt ist, dies beispielsweise mittels eines KonstruktioEsklebers.

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6. LVL-Dehnungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßeinrichtung den LVL (Ll bis L3) gemeinsam eine Lichtsendediode (LBD) vorgeschaltet und jedem LWL ein * Lichtempfangsdiode (Fotodioden FDl bis FD3) nachgeschaltet ist.