Optische Schall-, Vibrations- und Dehnungsmessung

// Mess- und Regeltechnik // Optik, Photonik und Lasertechnik // Physikalische Technik // Sensorik und Messgeräte
Ref-Nr: 16636

Einleitung / Abstract

Die Erfindung sieht eine optische Detektion von physikalischen Messgrößen vor. Dabei kommt ein modifiziertes Mach-Zehnder-Interferometer zum Einsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen Mach-Zehnder-Interferometern ist der Messbereich nicht auf die Wellenlänge des verwendeten Lichts beschränkt.

Abb. 1: Aufbau des modifizierten Mach-Zehnder-Interferometers zur optischen Schall-, Vibrations- und Dehnungsmessung

Hintergrund

Für die Überwachung von Schaltanlagen werden in einem Projekt der HTW Berlin faseroptische Sensoren eingesetzt. Dabei sollen akustische Signale aufgenommen werden, die von Teilentladungen oder von mechanischen Schwingungen bei Schaltvorgängen erzeugt werden.

Problemstellung

Das gleichzeitige hochgenaue Erfassen von sowohl hochfrequenten Signalen mit kleinen Amplituden als auch niederfrequenten Signalen mit großen Amplituden wird gelöst.

Lösung

Das erfindungsgemäße Messprinzip sieht vor, dass der Phasenwinkel zwischen wenigstens zwei Lichtsignalen gemessen wird. Dabei werden die Lichtsignale durch eine Referenz- bzw. eine Sensorfaser geleitet. Sind die Fasern identisch lang, liegen beide Lichtsignale übereinander. Besteht ein Unterschied der Faserlänge durch Dehnung oder Stauchung, verschieben sich die Lichtwellen gegeneinander. Da sich die Lichtwellen periodisch wiederholen, kann nur eine Differenz innerhalb einer Periode erkannt werden. Dies entspricht einer Wellenlänge des verwendeten Lichts. Zählt man die Hell-Dunkel-Übergänge im Interferenzmuster, weiß man, wie oft man 360° zu dem Differenz-Phasenwinkel addieren muss, um die Gesamtverschiebung zu kennen. Der Unterschied zwischen Stauchung oder Dehnung lässt sich durch Auswertung phasenverschobener Interferenzmuster ermitteln.

Vorteile

Mikrometergenaue Erfassung von beliebigen Streckungen Aufnahme analoger Messdaten mit einem Minimum an analoger Schaltungstechnik kostengünstige Erfassung von Schall, Vibrationen und Dehnung in einem weiten Frequenzbereich

Anwendungsbereiche

Anwendungsgebiet für diese Erfindung sind messtechnische Aufgaben, z.B. das Monitoring von Schaltanlagen. Da die Erfindung eine Querschnitts-Innovation darstellt, ist das Anwendungsspektrum jedoch sehr breit: Akustische Sensoren, Drucksensoren, Feuchtigkeitssensoren, Temperatursensoren.

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