Hug, Bernhard (Rosenheimer Straße 7, Berlin 30, D-1000, DE)
Albrecht, Hansjörg (Promenadenstraße 11 B, Berlin 45, D-1000, DE)
Müller, Gerhard (An der Rehwiese 8, Berlin 38, D-1000, DE)
Hug, Bernhard (Rosenheimer Straße 7, Berlin 30, D-1000, DE)
Albrecht, Hansjörg (Promenadenstraße 11 B, Berlin 45, D-1000, DE)
| 1. | Anordnung zur Leistungsmessung von optischer Strah lung, insbesondere von Laserstrahlung, mit einem im Be¬ reich der Strahlung vorgesehenen für die Strahlung durch¬ lässigen optischen Element und einem Sensor zur Erfassung einer ein Maß für die momentan durch das optische Element hindurchtretende Leistung bildende physikalischen Kenngrö ße und einem dem Sensor nachgeschalteten Signalwandler, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40, 43) derart ausgebildet ist, daß sich zunächst eine erste physikalische Kenngröße des optischen Elements (20, 40, 43) im wesentlichen pro¬ portional zu der durch das Element (20, 40, 43) hindurch¬ tretenden Strahlungsleistung ändert und infolge dieser Än¬ derung sich wenigstens eine weitere physikalische Kenngrö ße im wesentlichen proportional zur ersten physikalischen Kenngröße ändert, und daß der Sensor (21, 22) als Signal¬ wandler zur Erzeugung einer auf einem Signalweg übertrag¬ baren Information ausgebildet ist, deren Inhalt von der letzten physikalischen Kenngröße bestimmt wird. |
| 2. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40, 43) vollständig von der Strahlung, deren Leistung zu messen ist, durchquert wird. |
| 3. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40, 43) derart ausgebildet ist, daß sich als erste physi¬ kalische Kenngröße die Temperatur in Abhängigkeit von der Strahlungsleistung ändert. |
| 4. | Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40) derart ausgebildet ist, daß sich infolge der Tempera¬ turänderung als weitere physikalische Kenngröße die Eigen¬ frequenz des in Resonanz schwingenden Elements ändert. |
| 5. | Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40) mindestens teilweise aus einem piezoelektrischen, ei¬ nen Teil der optischen Strahlung absorbierenden Werkstoff besteht oder als Gaszelle ausgebildet ist, so daß die ab sorbierte Strahlung in Wärmeenergie umgesetzt wird, wo¬ durch das optische Element (20, 40) mit zunehmender Strah¬ lungsleistung durch Temperaturerhöhung eine Volumenände¬ rung erfährt und somit ein mechanisches, insbesondere Schall, Signal abgegeben wird. |
| 6. | Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40) aus einem Schwingquarz (20) besteht. |
| 7. | Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (43) fluoreszierende Teilchen (44), insbesondere Flurochrome, enthält und der Sensor aus einer Sammellinse (45) und ei ner, insbsondere orthogonal, zur optischen Strahlung aus¬ gerichteten Photoempfänger (46) besteht, so daß mit zuneh¬ mender Strahlungsabsorption radiometrisch bedingte Fuores zenzemissionen auftreten, deren Intensität mittels eines optischen Empfängers, insbesondere einer Photodiode (46), erfaßbar sind. |
| 8. | Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß daß die fluoreszierenden Teilchen im optischen Kern der Übertragungsfaser enthalten sind und durch die transmittierte Wirkstrahlung zur Fluo¬ reszenz angeregt wird, die dann ihrerseits wiederum durch den Photoempfänger detektiert wird (Fig.9). |
| 9. | Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die fluoreszierenden Teil¬ chen im optischen Mantel der Übertragungsfaser enthalten sind und durch die in Lichtwellenleitern auftretende quer gedämpfte Welle im optischen Mantel zur Fluoreszenz ange¬ regt wird, die dann ihrerseits wiederum durch den Photo¬ empfänger detektiert wird (Fig. 10). |
| 10. | Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die fluoreszierende Kompo nente im Schutzmantel (Cladding) der Übertragungsfaser enthalten ist und durch die rückgestreute oder reflektier¬ te Strahlung zur Fluoreszenz angeregt wird, die dann ih¬ rerseits durch den optischen Empfänger detektiert wird. |
| 11. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das optische Element (20, 40, 43) mit einem für die Strahlung teilweise durchlässi gen Umlenkspiegel (42) versehen ist. |
| 12. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß dem optischen Element (29) mindestens eine Linse (38, 39) benachbart ist oder das op¬ tische Element (20, 40, 43) Teil einer Linse ist und als deren strahlungsabsorbierende Beschichtung ausgebildet ist, deren sich verändernde physikalische Kenngrößen ein Maß für die Leistung der optischen Strahlung bilden. |
| 13. | Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein wei¬ teres dem ersten Element (21) entsprechendes, nicht durch strahltes optisches Element (20, 40, 43) als Referenzele¬ ment ausgebildet und mit einem entsprechenden Sensor (35, 36) zur Erfassung der zweiten physikalischen Kenngröße verbunden ist, wobei das Ausgangssignal dieses Sensors (35, 36) mit dem Ausgangssignal des Sensors (21, 22) des ersten optischen Elements (20, 40, 43) zu einer Differenz¬ bildung zusammengeschaltet ist. |
| 14. | Anordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei in Resonanz schwingen den Elementen die Schwingfrequenzen des ersten und zweite Elements voneinander subtrahiert werden. * * * * *. |
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Bei einer entprechenden aus der DE 23 20 109 AI bekannten Anordnung wird die Leistung direkt an der Laserguelle ge-
messen. Hierbei weist das Meßgerät Sensoren zur Erfassung von Kenngrößen des Laserstrahls, eine mit den Sensoren verbundene Meßelektronik und ein optisches Element auf. Mittels des als strahlungsteilender Spiegel ausgebildeten optischen Elements wird die Laserstrahlung aus dem Strah¬ lungsbereich ausgespiegelt und auf die Sensoren gerichtet.
Derartige Meßgeräte werden auch zur Erfassung der Strah- lungs- bzw. Wellenintensität von Leistungslasern verwen- det, die eine Leistung oberhalb einiger Milliwatt erzeu¬ gen. Nach einem Abschnitt eines Lichtwellenleiters der Übertragungsstrecke ist hierbei jeweils ein Meßanordnung vorgesehen, innerhalb der auf die genannte Weise die Strahlung auf die Sensoren gelenkt wird.
Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß durch das Ausspie¬ geln eines nicht unwesentlichen Anteils des Laserstrahls die Strahlungsintensität im Zielbereich merkbar geschwächt wird. Desweiteren treten durch das Abzweigen der Laser- Strahlung auch Verluste auf dem Weg zum Meßgerät auf, die das Meßergebnis beeinflussen, so daß exakte Werte nicht oder nur mit sehr aufwendigen zusätzlichen Kompensations- maßnahman erhältlich sind. Insbesondere für den strah- lungstrennenden, in den Strahlungsbereich einklappenden Spiegel ist eine genau gefertigte und somit kostenintensi¬ ve Mechanik erforderlich. Weiterhin ist das Meßgerät von der Übertragungsleitung entfernt vorzusehen, so daß sich der Platzbedarf für die zu überwachende Laseranordnung insgesamt erhöht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anord¬ nung der eingangs genannten Gattung unter Beseitigung der
genannten Nachteile eine einfache Konstruktion anzugeben bei der eine genaue Messung mit nur geringer Beeinträchti gung der Leistung der ankommenden Strahlungs ermöglich ist. Dabei soll insbesondere eine geringe Baugröße möglic sein.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen de Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die in optischen Komponenten im Ausbreitungsweg der Strahlung auftretenden - und sonst unerwünschten und unvermeidlichen geringfügigen "Verluste" - oder auch andere, beispielswei- seradiometrische,Auswirkungen-direkteinMaßfürdiedurchdas Element hindurchtretende Leistung bilden können, wenn die örtliche Verlustleistung in eine Meßgröße umgewandelt wer¬ den kann, die mittels eines geeigneten Sensors erfaßbar ist und die Anordnung kalibriert wird.
Damit wird der Übertragungsweg selbst kaum beeinträchtigt und es besteht stets Kontrolle über die gesamte den Strah¬ lungsweg passierende Leistung.
Die Änderung der physikalischen Kenngrößen wird dabei von entsprechenden Sensoren erfaßt, wobei dann beim Meßvorgang insgesamt nur geringe Leistungsverluste auftreten. Die Strahlungsleistung ist damit kontinuierlich - ohne Beein¬ trächtigung der Strahlungsintensität im Ziel - erfaßbar, so daß sich umfassende Einsatzmöglichkeiten ergeben.
Insbesondere wird damit auch eine kompakte Bauweise der Anordnung möglich, da die Meßwerterfassung ohne Abzweigung
von Strahlung direkt im Durchtrittsbereich erfolgen kann. Auf diese Weise kann durch Differenzmessung auch ein Lei¬ stungsverlust entlang einer Leitung ohne weiteres ermit¬ telt werden, so daß "Leckagen" an den eine Verlustleistung umgesetzt wird, gefunden werden können, ehe nachhaltigere und nur aufwendig zu beseitigende Schäden eintreten.
Dabei ist das optische Element derart ausgebildet, daß sich in einem mindestens zweistufigen Vorgang zunächst ei- ne erste physikalische Kenngröße des optischen Elements im wesentlichen proportional zu der durch das Element hin¬ durchtretenden Strahlungsleistung ändert. Diese Größe "moduliert" nun ihrerseits eine weitere Kenngröße. Die Sensoren sind dabei zum Erfassen der Änderung der weiteren physikalischen Kenngröße entsprechend an dem optischen Element angeordnet. Auf diese Weise ist durch Vermeidung träger direkter thermometrischer Meßeinrichtungen eine na¬ hezu verzögerungsfreie Meßwertermittlung möglich.
Insbesondere sind folgende andere vorteilhafte Weiterbil¬ dungen günstig:
Zweckmäßig ist eine derartige Ausbildung des optische Ele¬ ments, daß sich als erste physikalische Kenngröße die Tem- peratur in Abhängigkeit der Strahlungsleistung ändert. Da¬ bei bewirkt der Anteil, der beim Durchtritt der Strahlung durch das optische Element absorbiert wird, eine Tempera¬ turerhöhung, die eine Volumen- oder Druckänderung des op¬ tischen Bauteils zur Folge hat.
Die Änderungen der weiteren physikalischen Kenngrößen kön¬ nen auf verschiedene Weise erfolgen:
Zum einen ist das optische Element vorzugsweise derart ausgebildet, daß sich in Folge der Temperaturänderung als weitere physikalische Kenngröße die Schwingfreguenz än¬ dert. Dabei wird insbesondere ein piezoelektrischer, strahlungsabsorbierender Werkstoff mindestens bereichswei¬ se für das optische Element verwendet, um mit dem Durch¬ tritt der Laserstrahlung geringe Strahlungsverluste sowie deutliche Änderungen der weiteren physikalischen Kenngrö¬ ßen zu erzeugen. Bei geringer Absorption der Laserstrah- lung wird damit der absorbierte Strahlungsanteil in Wärme mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung umgesetzt. Daraufhin vergrößert sich das Volumen, wodurch über den piezoelektrischen Effekt ein Signal ausgelöst wird, das als Kenngröße der Änderung der Intensität der Laserstrah- lung von den Sensoren erfaßt werden kann.
Das optische Element bildet dabei vorzugsweise einen Schwingquarz, dessen Resonanzfrequenz sich mit der Durch¬ strahlungsleistung der Wellen ändert. Die Resonanzfrequenz des Schwingquarzes bildet dabei ein Maß für die Strah¬ lungsleistung.
Bei eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung enthält das optische Element fluoreszierende Teilchen ent- hält. In Folge der Temperaturerhöhung der absorbierten Strahlung treten entsprechende Fluoreszenzemissionen auf, die über die Sammelinse auf die Photodiode gerichtet sind und damit erfaßbar werden. Auch bei diesem Ausführungsbei- spiel wird die Strahlungsleistung beim Durchtritt durch das optische Element im wesentlichen nicht beeinträchtigt.
Für hochgenaue Messungen läßt sich auch ein Referenzele¬ ment einsetzen. Das Referenzelement ist dabei entsprechend dem ersten ausgebildet und mit Sensoren zur Erfassung der jeweiligen relevanten physikalischen Kenngröße verbunden. Die Leistungsmessung erfolgt dabei über eine Differenzbil¬ dung. Durch Vergleich der durch die Sensoren ermittelten Kennwerte des optischen Elements und des Referenzelements, beispielsweise die der Resonanzfrequenz, ist die Änderung der physikalischen Kenngröße und damit die Strahlungslei- stung ermittelbar.
Die Leistungsmessung ist in günstiger Weise auch mit einem die Strahlung umlenkenden Element kombinierbar und ist da¬ mit insbesondere für Freistrahl- und Spiegelgelenkarm- Strahlführungen geeignet.
Die den Spiegel durchdringende, nicht reflektierende Strahlung ist hierbei auf das optische Element gerichtet.
Dieser vorteilhaften Weiterbildung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, daß jeweils dort das Meßgerät zum Ein¬ satz kommt, wo der Lichtwellenleiter für zusätzliche Ma߬ nahmen, wie beispielsweise Fokussierung, Umlenkung, Tei¬ lung, Ankopplung eines weiteren Lichtwellenleiters etc. des Laserstrahls ohnehin unterbrochen ist.
Diesem Gedanken folgend erweist es sich weiterhin als gün¬ stig, daß dem der Leistungserfassung dienenden optischen Element benachart Linsen zum Fokussieren der Strahlung an- geordnet sind. Zur Verringerung der Baugröße kann aber auch das optische Element selbst linsenförmig ausgebildet sein.
Als zweckmäßig erweist sich auch, daß das optische Elemen aus einer Linse mit lichtwellenempfindlicher Beschichtun besteht. Dadurch ändern sich entsprechend dem zweistufige Meßvorgang die physikalischen Kenngrößen in der Beschich- tung.
In einer besonders empfindlichen Meßanordnung werden zwei Schwingquarze parallel betrieben, von denen einer von der zu messenden Laserstrahlung durchdrungen wird. Die immer im Quarz vorhandenen Verunreinigungen führen zu einer Ab¬ sorption der Laserstrhlung im Subpromillbereich, die aber bereits ausreicht, um geringfügige Temperaturänderungen des Quarzes und damit Änderungen der Resonanzfrequenz her¬ beizuführen, die dann als Differenzfrequenz zum Referenz- quarz in einfacher Weise detektiert und für die jeweilige Nutzwellenlänge skaliert werden kann.
Neben Piezoquarzen kann aber auch jedes andere optische Bauelement, das bie der Nutzwellenlänge des Lasers unter Beaufschlagung von Lichtleistung, Temperatur- und/oder Vo¬ lumenänderungen durchführt, als Sensor benutzt werden. Die Temperatur- und Volumenänderungen können dann durch sekun¬ däre Meßwertaufnehmer erfaßt werden.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens können auch ra¬ diometrische Größen zur Messung der übertragenen Lichtlei¬ stung benutzt werden. Beispielsweise kann in einer beson¬ ders einfachen Ausführungsform für LaserStrahlung im UV und im sichtbaren Bereich das optische Bauelement auch Fluorochrome enthalten, die durch das Laserlicht zur Fluo¬ reszenzemission angeregt werden, die ebenfalls in einem
weiten Leistungsbereich mit der transmittierten Lichtin¬ tensität skalieren. In diesem Fall kann weitestgehend auch auf eine Modulation der Laserstrahlung verzichtet werden.
Als Träger der Fluorochrome können prinzipiell dieselben optischen Übertragungselemente benutzt werden. Zusätzlich können auch der Faserkern, der Fasermantel oder das Clad- ding Fluorochrome enthalten. Die Fluoreszenzanregung er¬ folgt für den Faserkern mit der transmittierten Abtrahlung oder für den Mantel mit der quergedämpften Welle. Bei Ein¬ lagerung der Chromophore in das Cladding wird vorzugsweise mit der rückgestreuten Strahlung angeregt; eine Spiegel¬ blende auf dem weiterführenden Lichtleiter reflektiert bei passender Abbildung einen Teil der Laserstrahlung.
Andere Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Verbindungselement als Ausführungsbeispiel der konstruktiven Verwirklichzung des erfindungsgemäßen Meßgeräts sowie
Figuren 2 bis 11 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In Figur 1 ist in einem Querschnitt ein Verbindungselement 10 mit einem Meßgerät 11 dargestellt. Das Verbindungsele¬ ment 10 verbindet zwei Lichtwellenleiter 12 und 13 für La¬ serstrahlung.
Ein Lichtwellenleiter 12 bzw. 13 besteht dabei aus einer durchgängig sowie zylindrisch ausgebildeten Glasfaser 14, einem die Glasfaser 14 umgebenden Mantel 15 und einer den Mantel 15 umgebenden zylindrischen Schutzhülle 16. Im End- bereich des Lichtwellenleiters 12 bzw. 13 ist der Mantel 15, statt von der Schutzhülle, von einem zylindrischen An¬ schlußstück 17 umgeben. Das Anschlußstück 17 ist auf der dem freien Ende entfernt gelegenen Seite des Lichtwellen¬ leiters 12 bzw. 13 in die Schutzhülle 16 derart eingebun- den, daß es in axialer Richtung fixiert ist.
Das Verbindungselement 10 ist hohlzylindrisch ausgeführt und weist zwei den entsprechenden Anschlußstücken 17 ange¬ paßten Aufnahmebereiche 18 und 19 auf. Der Aufnahmebereich 18 bzw. 19 des Verbindungselements 10 ist mit dem An¬ schlußstück 17 des Lichtwellenleiters 12 bzw. 13 ver- schraubbar ausgebildet. Dafür sind entsprechende Gewinde¬ verläufe in den Aufnahmebereichen 18 und 19 eingedreht.
Das jeweilige Anschlußstück 17 des Lichtwellenleiters 12 bzw. 13 und das Verbindungselement 10 weisen einen einan¬ der entsprechenden Außendurchmesser auf, so daß im zusamm- geschraubten Zustand der beiden Lichtwellenleiter 12 und 13 mit dem Verbindungselement 10 eine gleichmäßige Außen- kontur in axialer Richtung vorhanden ist.
Das Meßgerät 11 ist mit dem Verbindungselement 10 verbun¬ den und besteht aus einem scheibenförmigen Schwingquarz 20, an dem Schwingquarz 20 angeordnete Sensoren 21 und 22, Anschlüssen 23 und 24, in die Verbindungsleitungen 25 steckbar sind, und einer Meßelektronik 26. Beim Schwing-
quarz 20 ändern sich in einem zweistufigen Prozeß wenig¬ stens zwei physikalische Kenngrößen im wesentlichen pro- portionanl zu der durch das Schwingquarz hindurchtretenden Strahlungsleistung. Dabei wirkt der Schwingquarz 20 als ein piezoelektrisches Element, das mit Steigerung der Strahlungsleistung über eine Temperaturerhöhung eine Volu¬ menänderung erfährt. Mit Änderung des Volumens ändert sich die Resonanzfrequenz, die von den Sensoren 21 und 22 er¬ faßt wird.
Der Schwingquarz 20 ist in dem Verbindungselement 10 in bezug auf seine axiale Erstreckung mittig sowie senkrecht dazu angeordnet. Die jeweilige Stirnseite des scheibenför¬ migen Schwingquarzes 20 ist der zugeordneten Stirnseite der Glasfaser 14 mit Mantel 15 des Lichtwellenleiters 12 bzw. 13 angepaßt. Auf diese Weise ist jeweils die Glasfa¬ ser 14 mit dem Mantel 15 unmittelbar dem Schwingquarz benachbart anordbar.
Weiterhin ist das Verbindungselement 10 derart in axialer Richtung gestuft ausgebildet, daß jeweils die Glasfaser 14 mit dem Mantel 15 am Schwingquarz 20 anliegen, während zu¬ geordnete stirnseitige Bereiche des Anschlußstücks 17 am Verbindungselement 10 anliegen.
Sowohl durch die koaxiale Anordnung der beiden zu verbin¬ denden Glasfasern 14 als auch durch deren unmittelbares Anliegen am Schwingquarz 20 werden Strahlungsverluste in diesem Bereich vermieden. Der scheibenförmige Schwingquarz 20 ändert dabei seine Resonanzfrequenz proportional zur Strahlungsleistung der vom Laser ausgehenden Wellen. Dabei
wird die absorbierte Strahlung in Wärmeenergie umgesetzt, wodurch das Schwinquarz mit Steigerung der Strahlungslei¬ stung über eine Temperaturerhöhung eine Volumenänderun erfährt und somit seine Eigenfrequenz ändert.
Die Sensoren 21 und 22 sind zum Erfassen der Änderung der Resonanzfrequenz entsprechend am Schwingquarz 20 angeord¬ net. Das Schwingquarz 20 mit seinen Sensoren 21 und 22 ist konzentrisch im Verbindungselement 10 eingebunden. Über die Anschlüsse 23 und 24 sind die Sensoren 21 und 22 Über die Verbindungsleitung 25 mit der Meßelektronik 26 verbun¬ den. Die Meßelektronik 26 korrespondiert hierbei mit einer Busleitung 27.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung sowohl der Enden der Lichtwellenleiter 12 und 13 als auch des Verbindungse¬ lements 10 sind die Lichtwellenleiter 12 und 13 fest mit¬ einander durch Einschrauben in das Verbindungslement 10 verbindbar. Dabei wird eine Strahlungsübertragung von ei- ner Glasfaser 14 auf die folgende durch den Schwingquarz 20 im wesentlichen verlustfrei gewährleistet. Desweiteren sind die Lichtwellenleiter 12 bzw. 13 beliebig verlänger¬ bar und mittels des Meßgerätes 11, welches in jedem Ver¬ bindungselement 10 angeordnet ist, hinsichtlich eines mög- liehen Strahlungsintensitätsabfalls innerhalb des Licht¬ wellenleiters 12 bzw. 13 kontrollierbar. Mit Änderung der durch das Schwingquarz 20 hindurchtretenden Strahlung än¬ dert sich dessen Eigenf equenz. Diese Änderung wird durch die Sensoren 21 und 22 erfaßt und über die Verbindungslei- tung 25 an die Meßelektronik 26 weitergegeben. Die Meße¬ lektronik 26 weist einen Analog/Digital-Wandler auf. Über
die Busleitung 27 werden die digitalen Daten an die - in Figur 2 dargestellte - Auswertereinheit 28 weitergeleitet.
Eine Verknüpfung mehrerer Meßgeräte 11, eines Lasers 29, eines Verbrauchers 30, einer Auswertereinheit 28 sowie ei¬ nes Protokolldruckers 31 miteinander ist schematisch in Figur 2 dargestellt.
Der Laserstrahl wird dabei vom Laser 29 zum Verbraucher 30 über jeweils zwei Lichtwellenleiter 12 und 13 und diese jeweils verbindenden Verbindungselemente 10 geführt. Die Lichtwellenleiter 12 bzw. 13 und das Verbindungselement 10 sind dabei entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel miteinander verbunden. Jedes der drei Verbindungselemente 10 ist über die Verbindungsleitung 25 mit der Meßelektronik 26 sowie mit der Busleitung 27 ver¬ bunden. An die Busleitung 27 ist die Auswertereinheit 28 angeschlossen. Diese ist weiterhin über eine Steuerleitung 32 mit dem Laser 29 und über eine weitere Steuerleitung 33 mit dem Protokolldrucker 31 verbunden.
Entsprechend dieser Anordnung wird der Laserstrahl vom La¬ ser 29 erzeugt und durch die Lichtwellenleiter 12 und 13 und jeweils dem dem Meßgerät 11 zugeordneten Verbindungse- lement 10 zum Verbraucher 13 übertragen. Die physikali¬ schen Kenngrößen des Schwingquarzes 20 werden durch die Sensoren 21 und 22 über die Steuerleitung 25, der Meßelek¬ tronik 26, der Busleitung 27 zur Auswertereinheit 28 über¬ tragen und die Daten der physikalischen Kenngrößen dort für den Protokolldrucker 31 bzw. dem Laser 29 aufgearbei¬ tet werden. Dadurch wird eine geregelte Strahlung beim
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Verbraucher gewährleistet. Bei Änderungen der Welleninten¬ sität wird der Laser entsprechend einer vorgegebenen Kenn¬ linie nachgeregelt und notfalls abgeschaltet.
In den Figuren 3 bis 11 ist jeweils schematisch eine prin¬ zipielle Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Meßanord¬ nung in Form einer Meßeinheit 11 dargestellt.
Dabei zeigt Figur 3 schematisch die bereits anhand der Fi- gur 1 beschriebene Anordnung der Meßeinheit 11 in einem Verbindungselement 10. An dem Schwingquarz 20 sind die Sensoren 21 und 22 zur Aufnahme der Änderung der sich in Abhängigkeit von der durch den Schwingquarz 20 hindurch¬ tretenden Strahlung ändernden physikalischen Kenngrößen angeordnet. Über die Verbindungsleitung 25 sind die Senso¬ ren 21 und 22 mit der Meßelektronik verbunden. Dabei wird die Resonanzfrequenz des Schwingquarzes 20 gemessen.
In Figur 4 ist die Meßeinheit 11 entsprechend Figur 3 aus- gestaltet. Parallel dazu ist jedoch ein weiterer Schwin- quarz 34 mit Sensoren 35 und 36 über eine Verbindungslei¬ tung 37 mit der Meßelektronik verbunden. Diese Anordnung des weiteren Schwingquarzes 34 dient zum Zwecke der Diffe¬ renzmessung als Referenzelement. Dies ermöglicht ein Meß- verfahren, bei dem die Änderung der physikalischen Kenn¬ größe im Vergleich mit dem Zustand des weiteren Schwing¬ quarzes 34, der die Bezugsgröße bildet, ermittelt wird. Der weitere Schwingquarz 34 ist dabei entgprechnd dem Schwingquarz 20 ausgebildet. Durch Vergleich der durch die Sensoren 21 und 22 bzw. 35 und 36 ermittelten Resonanzfre¬ quenz des Schwingquarzes 20 und des weiteren Schwingquar-
zes 34 ist die Änderung der Resonanzfrequenz des Schwing¬ quarzes 20 ermittelbar. Mittels eines weiteren Vergleichs mit entsprechenden Werten wird dann die Intensität der La¬ serstrahlung bestimmt. Dabei ist das weitere Schwingquarz 34 strahlungsgeschützt, außerhalb des Verbindungelements 10 angeordnet. Das Verbindungselement 10 ist hierbei unab¬ hängig vom Referenzelement ausgebildet ist.
In der in Figur 5 wiedergegebenen Ausgestaltung der erfin- dungsgemäßen Anordnung liegen die Lichtwellenleiter 12 und
13 nicht direkt am Schwingquarz 20 an. Der Schwingquarz ist dabei linsenförmig zur Abbildung der Auftrittsfläche der Glasfaser 14 des Lichtwellenleiters 12 auf die Ein¬ trittsfläche der Glasfaser 14 des Lichtwellenleiters 13 ausgebildet und wirkt somit gleichzeitig als Koppellinse.
In Figur 6 ist zu demselben Zweck und in entsprechender Anordnung wie in Figur 5 dem Schwingquarz 20 jeweils eine Linse 38 bzw. 39 benachbart vorgesehen.
Ebenfalls zur Abbildung der Austrittsfläche der Glasfaser
14 des Lichtwellenleiters 12 auf die Eintrittsfläche der Glasfaser des Lichtwellenleiters 13 ist in Figur 7 statt dem Schwingquarz 20 eine beschichtete Linse 40 angeordnet. Die Beschichtung ist dabei derart lichtwellenempfindlich ausgebildet, daß sich mit dem Hindurchtreten der Strahlung eine den Sensoren 21 und 22 zugeordnete physikalische Kenngröße, beispielsweise die Resonanzfrequenz, ändert.
In Figur 8 ist das Verbindungselement 10 derart ausgebil¬ det, daß die Lichtwellenleiter 12 und 13 parallel zueinan-
der auf derselben Seite in das Verbindungselement 10 hin¬ einreichen, wobei über Spiegel 41 und 42 der aus dem Lichtwellenleiter 12 austretende Strahl um 180° umgelenkt wird, so daß dieser in den Lichtwellenleiter 13 gelangt. An dem Spiegel 42 ist das Meßgerät 11 angeschlossen. Dabei ist der Spiegel 42 teildurchlässig ausgebildet, wobei die den Spiegel 42 durchdringenden nicht reflektierenden Wel¬ len auf ein dem Spiegel 42 formmäßig angepaßten Schwing¬ quarz 20 gerichtet sind. In der beschriebenen Art und Wei- se sind die Sensoren 21 und 22 zum Erfassen der Resonanz¬ frequenz des Schwingquarzes 20 vorgesehen.
In Figur 9 und Figur 10 ist zwischen den Glasfaserleitern 14 der Lichtwellenleiter 12 bzw. 13 ein optisches Leitere- lement 43 vorgesehen. Das optische Leiterelement 43 en¬ thält dabei bereichsweise fluoreszierende Teilchen 44 (Fluorochrome). Die Glasfaserleiter 14, der Lichtwellen¬ leiter 12 und 13 liegen dabei direkt an dem optischen Lei¬ terelement 43 an, wobei deren anliegende Flächen aneinan- der angepaßt sind. Der Sensor besteht aus einer Sammellin¬ se 45 und einer Photodiode 46.
Mit der Durchstrahlung des optischen Leiterelements 43 er¬ wärmt sich dieses, wobei es zu Fluore§zenzemissionen kommt. Diese werden über die Sammellinse 45 von der Photo¬ diode 46 erfaßt und über deren Intensität die Strahlungs¬ leistungsintensität ermittelt.
In Figur 11 ist schematisch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßeinheit dargestellt.
Zwischen den beiden Glasfasern 14 der Lichtwellenleiter 12 und 13 ist das optische Leiterelement 43, eine Sammellinse 47 sowie ein ringförmiger Spiegel 48 angeordnet. Entspre¬ chend den Figuren 9 und 10 ist dem optischen Leiterelement 43 eine Sammellinse 45 und eine Photodiode 46 als Sensor zugeordnet. Das optische Leiterelement 43 weist im Randbe¬ reich in bezug auf seine radiale Erstreckung einen fluo¬ reszierenden Bereich 44 auf, der ringförmig um den Strah¬ lungsbereich angeordnet sind. Die Glasfaser des Lichtwel- lenleiters 12 liegt am optischen Leiterelement 43 und der ringförmige Spiegel 48 am Lichtwellenleiter 13 an.
Ein geringer Teil der durch das optische Leiterelement 43 hindurchtretenden Strahlung wird mittels der Sammellinse 47 auf den ringförmigen Spiegel 48 gelenkt, von dort re¬ flektiert und über die Sammellinse 47 in den Randbereich des optischen Leiterelements 43 gelenkt, so daß entspre¬ chend den Figuren 9 und 10 über die Fluoreszenzemissionen die Strahlungsintensität bestimmbar ist.
Bei den zuvor dargestellten Ausführungen ist der für die Leistung der im Lichtwellenleiter geführten Lasers reprä¬ sentative Signalanteil rechtwinklig zum Lichtwellenleiter abgelenkt und kann dort bequem gebündelt und ausgewertet werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungs¬ beispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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Next Patent: OPTICAL FIBRE CABLE FOR DETECTING A CHANGE IN TEMPERATURE