DE4201890A1 - Fibre=optic sensor for object position detection - contains received light conductors radially symmetrically distributed about transmitted light conductor - Google Patents
Fibre=optic sensor for object position detection - contains received light conductors radially symmetrically distributed about transmitted light conductorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Sensor, mit dem sowohl Abstände als auch Neigungen von Körperflächen ermittelt werden können. Er ist zu vielfältigen Aufgaben bei der Lagebestimmung in allen Zweigen der Meßtechnik einsetzbar.The invention relates to a fiber optic sensor with which both distances and inclinations of body surfaces can be determined. He is involved in a variety of tasks the position determination in all branches of measurement technology applicable.
Nach dem Stand der Technik sind faseroptische Sensoren zur Abstandsmessung bekannt.According to the state of the art, fiber optic sensors are used Distance measurement known.
Nach DE-OS 36 19 923 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung von Feinverschiebungen bekannt, bei dem Lichtwellenleiter verwendet werden. Dabei sind die einen Enden eines ersten und eines zweiten Lichtwellenleiters dicht benachbert gegeneinander ausgerichtet. In einer Distanz, die die Meßgröße darstellt, befindet sich ein Reflektor. Eine Lichtquelle strahlt Licht in die andere Endfläche des ersten Lichtwellenleiters ein, der dieses Licht zu ihrer einen Endfläche leitet und auf den Reflektor richtet. Die Empfangslichtwellenleiter sind in unterschiedlichen Entfernungen angeordnet, so daß sich ein Referenzsignal und ein Meßsignal ergeben, aus denen die Verschiebung des Meßobjektes bestimmt werden kann.According to DE-OS 36 19 923 are a method and an arrangement known for the detection of fine shifts, in which Optical fibers are used. There are some Ends of a first and a second optical waveguide are sealed aligned against each other. At a distance that represents the measured variable, there is a reflector. A Light source emits light into the other end face of the first Optical fiber one that this light to their one End face conducts and points at the reflector. The Receiving light waveguides are in different Distances arranged so that there is a reference signal and result in a measurement signal from which the displacement of the DUT can be determined.
Nach EP 02 63 016 sind ein Verfahren und eine Anordnung bekannt, wobei mit drei optischen Fasern, von denen eine als Sender und zwei als Empfänger verwendet werden, optische Signale zur Abstandsmessung ausgewertet werden Signalverarbeitung für die Abstandsermittlung erforderliche Referenzsignal wird dabei durch unterschiedliche Faseraperturen erzeugt.According to EP 02 63 016 are a method and an arrangement known, with three optical fibers, one of which as Transmitter and two used as receivers, optical Signals for distance measurement can be evaluated Signal processing required for the distance determination The reference signal is different Fiber apertures generated.
Diesen Meßmethoden haftet der Nachteil an, daß durch verschiedene Fehlereinflüsse Meßfehler auftreten, die eine geringere Meßgenauigkeit bewirken. Solche Fehlereinflüsse sind beispielsweise:These measurement methods have the disadvantage that different influences of errors occur lower measurement accuracy. Such error influences are for example:
- - Reflexionsgradunterschiede durch unterschiedliche Meßflächen.- Differences in reflectance due to different Measuring surfaces.
- - Fehler, die sich durch die Verwendung unterschiedlicher Empfangsfasern infolge der abweichenden optischen Eigenschaften bei Temperaturunterschieden ergeben.- Errors caused by the use of different Receive fibers due to the different optical Properties with temperature differences result.
- - Verschiebung des Akzfaeptanzwinkels durch die Neigung der Empfangsfasern gegeneinander. Damit erhalten die Empfänger unterschiedliche Anteile des ausgesendeten Strahlungsbündels, was bei der Anwendung ein "Einmessen" einer definierten Meßfläche erforderlich macht.- Shift of the Akzfaeptanzwinkel by the inclination of the Receive fibers against each other. With this, the recipients receive different proportions of the emitted radiation beam, which in application is a "calibration" of a defined Requires measuring surface.
Der eindimensionale Aufbau dieser Anordnung erfordert für jedes Meßobjekt eine vorherige Kalibrierung.The one-dimensional structure of this arrangement requires for each measurement object has a previous calibration.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen faseroptischen Sensor zu schaffen, der es ermöglicht, sowohl Abstände als auch Neigungen eines Meßobjektes zu erfassen und bei dem keine Kalibrierung vor der Messung erforderlich ist.The invention is therefore based on the object to create fiber optic sensor that allows both Detect distances and inclinations of a measurement object and where no calibration is required before the measurement.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegeben Merkmalen. Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet eine Mehrfachanordnung, bei der mehrere Dreifachanordnungen vereinigt sind. Damit stehen mehrere Meßsignale für die zu erfassenden Meßgrößen in einem Sensor zur Verfügung.According to the invention this task is solved with the in the claims 1 and 2 specified features. The arrangement according to the invention uses a multiple arrangement, in which several triple arrangements are combined. In order to there are several measurement signals for the measured variables to be recorded in available to a sensor.
Bei der Meßwertauswertung können beispielsweise durch Mittelwertbildung oder durch die Anwendung der Umschlagmethode neue Meßaufgaben, oder eine Fehlerkompensation erreicht werden.In the evaluation of measured values, for example, by Averaging or by using the Handling method new measuring tasks, or a Error compensation can be achieved.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erleutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: The invention is intended to be based on a Embodiment are explained in more detail. In the associated drawing show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgem Sensors Fig. 1 is a schematic representation of the sensor according to the invention
Fig. 2 ein Anordnungsbeispiel der Sende- und Empfangslichtwellenleiter Fig. 2 shows an arrangement example of the transmit and receive light waveguide
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Sendelichtwellenleiter 1 mit den Sendebauelement 4 gekoppelt, während die Empfangslichtwellenleiter 2 und 3 jeweils mit Empfangsbauelementen 5 gekoppelt sind. Die Sende- bzw. Empfangslichtwellenleiter sind mittels elektrischer Leitungen 7 mit der Auswerteinrichtung 6 verbunden.As can be seen from FIG. 1, the transmitting optical waveguide 1 is coupled to the transmitting component 4 , while the receiving optical waveguides 2 and 3 are each coupled to receiving components 5 . The transmission or reception light waveguides are connected to the evaluation device 6 by means of electrical lines 7 .
Fig. 2 zeigt im dargestellten Beispiel die paarweise Anordnung der Empfangslichtwellenleiter 2 und 3, wobei die mit gleichen Bezugszeichen bezeichneten Empfangslicht wellenleiter jeweils im gleichen Abstand, die verschiedenen Paare jedoch im unterschiedlichen Abstand vom Sendelichtleiter 1 angeordnet sind. Im dargestellten Fall sind die zu einem Paar gehörenden Empfangslichtwellenleiter jeweils um 180 Grad versetzt, um den Sendelichtwellenleiter angebracht. Fig. 2 shows in the example shown the paired arrangement of the receiving light waveguide 2 and 3 , the receiving light waveguide designated by the same reference numerals each at the same distance, but the different pairs are arranged at different distances from the transmitting light guide 1 . In the case shown, the reception light waveguides belonging to a pair are each offset by 180 degrees around the transmission optical waveguide.
Die von dem Empfangslichtwellenleiter bereitgestellten Signale werden durch verschiedene Größen beeinflußt. Hierzu gehören:The provided by the receiving optical fiber Signals are influenced by different sizes. For this belong:
- - der Abstand der Lichtaustrittsflächen der Lichtwellenleiter zur Meßoberfläche,- The distance between the light exit surfaces of the optical fibers to the measuring surface,
- - die Neigung der Meßoberfläche gegenüber der Sensoranordnung,- The inclination of the measuring surface compared to the Sensor arrangement,
- - die Reflektionseigenschaften der Meßoberfläche, wie Oberflächenstruktur, Farbe, und Reflektionsgrad,- The reflective properties of the measuring surface, such as Surface structure, color, and reflectance,
- - die Intensität und die Wellenlänge des vom Sendebauelement abgegebenen Signals,- The intensity and the wavelength of the transmission component emitted signal,
- - die Eigenschaft des Umgebungslichtes und deren Schwankungen, - The property of the ambient light and their Fluctuations,
- - die Temperatur,- the temperature,
- - die geometrisch-optischen Eigenschaften der Empfangslicht wellenleiter, wie Dämpfung, Apretur bzw. Öffnungswinkel sowie deren Temperatur- und Langzeitstabilität.- The geometrical-optical properties of the reception light waveguide, such as damping, aperture or opening angle as well their temperature and long-term stability.
Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Anordnungen bewirken alle diese Einflüsse eine Veränderung des Meßwertes und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gelingt die weitgehende Ausschaltung von derartigen unerwünschten Einflüssen durch die paarweise Anordnung und den indentischen Aufbau der Empfangskanäle.In the arrangements known from the prior art all these influences cause a change in the measured value and thus a falsification of the measurement result. In the The arrangement according to the invention succeeds to a large extent Elimination of such undesirable influences the arrangement in pairs and the identical structure of the Receiving channels.
Die zur Kompensation der Fehlereinflüsse erforderlichen Referenzsignale werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Art der Verknüpfung der Einzelsignale in den Empfangszweigen gewonnen.The necessary to compensate for the effects of errors Reference signals are used in the arrangement according to the invention by the way the individual signals are linked in the Received branches.
Um die Neigung und den Abstand der Meßfläche zu ermitteln, werden mindestens drei fehlerbereinigte Signale benötigt. Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es aufgrund der oben geschilderten Merkmale sechs derartige Signale zu ermitteln.To determine the inclination and distance of the measuring surface, at least three error-corrected signals are required. The arrangement according to the invention allows it because of the above characteristics described to determine six such signals.
Je nach vorliegender Meßaufgabe können diese Signale benutzt werden, um unterschiedliche - jeweils störende - Fehlerquellen zu kompensieren. Prinzipiell können damit alle der obengenannten Einflußmöglichkeiten kompensiert werden. Im dargestellten Beispiel der Messung von Neigung und Abstand wird die erfindungsgemäße Anordnung zur Kompensation von Oberflächenstrukturen, Farbunterschieden und Reflexionsgrad unterschieden verwendet.Depending on the measurement task at hand, these signals can be used to different - each annoying - Compensate for sources of error. In principle, everyone can the above-mentioned possibilities of influence can be compensated. in the shown example of the measurement of inclination and distance the inventive arrangement for compensation of Surface structures, color differences and reflectance differentiated used.
Claims (2)
- - mindestens drei Empfangslichtwellenleiter (2, 3) paarweise verwendet werden,
- - der Sendelichtwellenleiter (1) und die Empfangslicht wellenleiter (2, 3) parallel ausgerichtet sind und
- - die Empfangslichtwellenleiter (2, 3) radial symmetrisch um den Sendelichtwellenleiter (1) verteilt angeordnet sind.
- - at least three reception light waveguides ( 2 , 3 ) are used in pairs,
- - The transmission optical waveguide ( 1 ) and the receiving light waveguide ( 2 , 3 ) are aligned in parallel and
- - The receiving light waveguide ( 2 , 3 ) are arranged radially symmetrically around the transmission optical waveguide ( 1 ).
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
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