TECHNISCHES GEBIET

[0001] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen eine Vorrichtung zur faseroptischen Messung, ein Verfahren zur Kalibrierung der Vorrichtung und ein Verfahren zur faseroptischen Messung.

STAND DER TECHNIK

[0002] Faseroptische Sensoren können in einer Vielzahl von Messgeräten eingesetzt wer den, u.a. zum Beispiel bei der Temperaturmessung. Entsprechende faseroptische Sensorele mente wie z.B. Temperatursensoren benötigen jedoch in vielen Fällen eine individuelle Kalib rierung, um eine hinreichende Messgenauigkeit zu erzielen. Werden verschiedene Sensoren eingesetzt, ergibt sich je nach Sensortyp ein komplexer Satz an Parametern, der jedem Sensor einzeln zugeordnet werden muss. Des Weiteren ergeben sich je nach Kalibrierverfahren eine erhöhte Unsicherheit bei der Größenbestimmung und deren Übertragbarkeit von Kalibrier- zu Messgerät im Feldeinsatz.

[0003] Um eine Identifikation der Sensoren in ausreichendem Maße zu gewährleisten, wurde bisher eine Seriennummer an das faseroptische Sensorelement angeklebt und die Ka librierparameter getrennt davon, z.B. in einer externen Datenbank oder in einem Datenblatt, festgehalten. Die Messgröße wird anschließend aus dem Messsignal in einer vom Messgerät getrennten Recheneinheit auf Basis des Parametersatzes bestimmt. Die Ermittlung der Mess signals und dessen Weitergabe geschieht über eine externe Standard-Auswerteinheit. Auf grund von Parameterschwankungen kann dies zu einer starken Abhängigkeit der Messunsi cherheit von der verwendeten Auswerteeinheit führen. [0004] Zum Beispiel wird im Dokument WO 2017/190063A2 ein photonisches Sensor system beschrieben, das einen an eine Sensorfaser gekoppelten Abnehmer beinhaltet. Der Abnehmer kann ferner eine Lichtquelle, photonische Komponenten und Komponenten eines integrierten Schaltkreises beinhalten. Ein Kalibriergitter stellt sicher, dass eine Wellenlän genkalibrierung direkt auf dem Chip stattfindet.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur faseropti schen Messung bereitzustellen, die eine Aus werteeinheit beinhaltet, um beispielsweise die Identifikation einzelner Sensoren zu verbessern. Ferner kann eine verbesserte und vereinfach te Auswertung, die auf die Vorrichtung angepasst ist, bereitgestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0006] Gemäß Ausführungsformen ist eine Vorrichtung zur faseroptischen Messung be reitgestellt. Die Vorrichtung beinhaltet einen Sensor mit mindestens einem faseroptischen Sensorelement, eine Auswerteeinheit, wobei der Sensor der Auswerteeinheit fest zugeordnet ist, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, wahlweise ein Rohsignal des Sensors oder ein bereinigte Signal des Sensors auszugeben, und wobei das bereinigte Signal des Sensor erhalten wird, indem mindestens eine Kalibriergröße auf ein von dem Sensor erfasstes Signal angewendet wird.

[0007] Gemäß weiterer Ausführungsformen ist ein Verfahren zur Kalibrierung der Vor richtung gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen zu Verfügung gestellt. Das Verfah ren beinhaltet das Festlegen von mindestens einem Kalibrierparameter, das Erfassen von min destens einer, zum mindestens einen Kalibrierparameter zugehöriger, Kalibriergröße, das Di gitalisieren der mindestens einer erfassten Kalibriergröße, und das Speichern der mindestens einen Kalibrier große.

[0008] Gemäß weiterer Ausführungsformen ist ein Verfahren zur faseroptischen Messung unter Verwendung der Vorrichtung gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen zu Ver fügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet das Erfassen von mindestens einem Signal mit dem Sensor, wobei mindestens eine korrespondierende Kalibriergröße zu dem erfassten Signal vorliegt, das Digitalisieren des mindestens einen erfassten Signals, und optional ein Anwen- den der mindestens einen korrespondierenden Kalibriergröße auf das mindestens eine erfasste Signal.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0009] Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgen den Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

[0010] Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur faseroptischen Messung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0011] Fig. 2 zeigt schematisch einen Lichtleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter zur Ver wendung in Sensoren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0012] Fig. 3 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Sensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0013] Fig. 4 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Sensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0014] Fig. 5 zeigt schematisch ein Verfahren zur Kalibrierung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0015] Fig. 6 zeigt schematisch ein Verfahren zur faseroptischen Messung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0016] In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsglei che Komponenten oder Schritte.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0017] Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungs formen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. [0018] Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zur faseroptischen Messung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0019] Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungs formen kombiniert werden können, beinhaltet die Vorrichtung 100 einen Sensor 120, der mindestens ein faseroptisches Sensorelement 124 beinhaltet. Ferner beinhaltet die Vorrich tung eine Auswerteeinheit 110, wobei der Sensor 120 der Auswerteeinheit fest zugeordnet ist. Ferner ist die Vorrichtung dazu konfiguriert, ein Rohsignal des Sensors 120 auszugeben. Zu sätzlich ist die Vorrichtung dazu konfiguriert ein bereinigtes Signal auszugeben. Ein Bestand teil der Vorrichtung 100, typischerweise die Auswerteeinheit 110, ist dazu konfiguriert, min destens eine Kalibriergröße auf ein vom Sensor 120 erfasstes Signal anzuwenden, um das bereinigte Signal zu erhalten. In diesem Fall ist die Vorrichtung konfiguriert, das bereinigte Signal auszugeben. Die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass wahlweise entweder das Rohsignal des Sensors 120 oder das bereinigte Signal ausgegeben wird. Eine Auswahl für eine entsprechende Ausgabe erfolgt typischerweise von extern, beispielsweise durch ein Kon figurationselement wie z. B. eine Schalteinrichtung, die von einer Bedienperson einstellbar ist. Typischerweise ist dann, wenn die Auswahl derart erfolgt, dass das Rohsignal des Sensors 120 ausgegeben wird, die Auswerteeinheit 110 so konfiguriert, dass sie den Bereinigungsvor gang während dieser Zeit nicht durchführt.

[0020] Das Rohsignal des Sensors, wie hierin verwendet, umfasst beispielsweise ein opti sches Signal, typischerweise ein optisches Messsignal des faseroptischen Sensorelements 124, das an einer entsprechenden optischen Schnittstelle ausgegeben wird.

[0021] Gemäß Ausführungsformen ist die Vorrichtung dazu konfiguriert, das vom Sensor 120 erfasste Signal zu digitalisieren und wahlweise das erfasste Signal in digitalisierter Form oder das bereinigte Signal in digitalisierter Form oder das Rohsignal des Sensors 120 auszu geben.

[0022] Gemäß Ausführungsformen ist die Vorrichtung dazu konfiguriert, zusätzlich die Kalibriergröße, typischerweise getrennt von dem erfassten Rohsignal des Sensors, auszuge ben. Dies beinhaltet den Vorteil, dass das erfasste Rohsignal und/oder ein daraus gewonnener Messwert über eine externe oder stationäre Auswerteeinheit ausgewertet werden können, z.B. unabhängig von einer Kalibrier große. Ferner beinhaltet dies den Vorteil, dass die Kalibrier- große unabhängig von einem Rohsignal und/oder daraus gewonnenen Messwerts über eine externe oder stationäre Aus werteeinheit verwendet werden kann.

[0023] Gemäß Ausführungsformen ist ein faseroptischer Sensor 120 einer Auswerteein heit 110 fest zugeordnet. Die Wahl einer geeigneten Aus werteeinheit kann sich nach dem verwendeten Sensortyp richten und umgekehrt. Der Sensor kann über einen Lichtleiter 122 und/oder eine Übertragungsfaser 116 mit der Auswerteeinheit 110 verbunden sein. Diese Verbindung kann z.B. die feste Zuordnung von Sensor 120 und Auswerteeinheit 110 darstel len. Die Auswerteeinheit 110 kann z.B. aus einem OE-Chip 112 (einem optoelektronischen Chip) und einem integrierten Schaltkreis 114 bestehen. Es ist zu verstehen, dass die Auswer teeinheit ferner weitere Elemente beinhalten kann.

[0024] Eine feste Zuordnung, wie hierin verwendet, umfasst beispielsweise eine feste physische Kopplung zwischen der Auswerteeinheit 110 und dem Sensor 120, so dass die Auswerteeinheit 110 zumindest bei bestimmungsgemäßer Verwendung wie z. B. im laufen den Betrieb nicht ohne unverhältnismäßigen Aufwand mit einem anderen Sensor 120 verbun den werden kann. Eine feste Zuordnung kann auch eine logisch und/oder signaltechnisch ge währleistete feste Kopplung zwischen der Auswerteeinheit 110 und dem Sensor 120 umfas sen, so dass beispielsweise die Auswerteeinheit 110 erkennt, ob ein anderer Sensor 120 als der ihr fest zugeordnete Sensor angeschlossen ist, und ggf. ein Fehlersignal ausgibt.

[0025] Eine feste Zuordnung, wie hierin verwendet, schließt nicht aus, dass ein Paar aus fest zugeordnetem Sensor 120 und Auswerteeinheit 110 aufgelöst wird und ein neues Paar aus fest zugeordnetem Sensor 120 und Aus werteeinheit 110 gebildet wird, beispielsweise bei ei ner Umkonfiguration, die von einer bestimmungsgemäßen Verwendung bzw. einem laufen den Betrieb verschieden ist.

[0026] Die Auswerteeinheit kann einen nichtflüchtigen Speicher beinhalten. Ferner kann die Auswerteeinheit einen Analog-Digital- Wandler 444 und/oder optische Komponenten 117 ausgewählt aus der Gruppe von optischen Sendern, optischen Empfängern, optischen Filtern, Strahlteilem 118, Faserkopplern, Lichtleitern 122 und/oder Detektoren beinhalten.

[0027] Die optischen Komponenten 117 können z.B. primär zur Verarbeitung und/oder Erfassung und/oder Veränderung von optischen Signalen dienen. Dabei stehen sowohl die Übermittlung von Licht als auch dessen Detektion im Vordergrund. Die optischen Kompo nenten 117 sind im Detail in Bezug auf Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben.

[0028] Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombi niert werden können, handelt es sich bei dem Sensor 120 um einen faseroptischen Sensor, z.B. einen Temperatur- und/oder Dehnungssensor. Für faseroptische Sensoren wird ein opti sches Signal mittels eines Lichtleiters 122, zum Beispiel einer optischen Faser, an die Aus werteeinheit 110 übertragen. Bei einem faseroptischen Sensor kann das Sensorelement 124 selbst außerhalb einer optischen Faser zur Verfügung gestellt werden. Alternativ hierzu kann bei einem faseroptischen Sensor 120 das eigentliche Sensorelement 124 innerhalb einer opti schen Faser zur Verfügung gestellt sein, zum Beispiel in Form eines Faser-Bragg-Gitters 206. Dies ist im Detail in Bezug auf die Fig. 2 beschrieben.

[0029] Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderem kombiniert werden können, ist die Auswerteeinheit 110 dazu konfiguriert, mindestens eine Kalibriergröße auf ein von dem Sensor 120 erfasstes Signal anzuwenden, um ein bereinigtes Signal zu erhalten. Ein be reinigtes Signal kann ein vom Sensor gemessenes Signal sein, das typischerweise mit einer zuvor bestimmten, beispielsweise zuvor gemessenen, Kalibriergröße verrechnet wird. Ferner kann die Möglichkeit bestehen, dass die aus dem Sensorsignal gewonnenen Messwerte mit der Kalibrier große verrechnet werden.

[0030] Als Kalibriergröße, wie hierin verwendet, können Werte bezeichnet werden, die durch die Kalibrierung des Sensors erfasst werden. Diese Werte beschreiben demnach die Abweichung eines erfassten Sensorsignals von einem Referenzsignal. Außerdem können die se Werte die Abweichung eines gemessenen Messwertes von einem Messnormal beschreiben. Daraus ergibt sich ein Ausgleichswert, der ein gemessenes Signal oder einen erfassten Mess wert bereinigen kann. Mit anderen Worten, der Ausgleichswert kann mit einem Signal oder einem Messwert verrechnet werden, um ein tatsächliches Signal oder einen tatsächlichen Messwert zu erhalten. Wird die Kalibriergröße auf ein erhaltenes Signal oder einen erhaltenen Messwert angewendet, wird hierin von einem bereinigten Signal oder einem bereinigten Messwert gesprochen.

[0031] Die Kalibriergröße ist jeweils einem entsprechenden Kalibrierparameter zugeordnet. Die Kalibriergröße kann demnach für den jeweils gemessenen Kalibrierparameter spezifisch sein. Es können mehrere Kalibrierparameter festgelegt werden. Diese Festlegung kann je nach verwendetem Sensor und/oder verwendeter Auswerteeinheit variieren. Typische Kalibrierpa rameter können beispielsweise sein: Temperaturempfindlichkeit, Dehnungsempfindlichkeit und/oder Beschleunigungsempfindlichkeit des Sensorelements.

[0032] Die Kalibriergrößen können für eine Auswertefunktion der Auswerteeinheit ge speichert werden. Zum Beispiel werden Kalibriergrößen auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert, der mit der Auswerteeinheit verbunden werden kann. Die Auswertefunktion kann beispielsweise ein Bereinigen der vom Sensor erfassten Signale und/oder der daraus gewon nenen Messwerte implizieren. Hierfür können der Sensor und die Auswerteeinheit integriert ausgebildet sein. Typischerweise sind der nichtflüchtige Speicher und die Auswerteeinheit integriert ausgebildet. Integriert ausgebildet, wie hierin verwendet, umfasst auch eine Ausbil dung bzw. Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder eine einstückige Ausbil dung. Insbesondere bezogen auf den nichtflüchtigen Speicher und die Aus werteeinheit kann eine einstückige Ausbildung auch bedeuten, dass der nichtflüchtige Speicher ein untrennbarer Teil der Auswerteeinheit ist, der beispielsweise zusammen mit der Auswerteeinheit auf einem gemeinsamen Chip ausgebildet ist.

[0033] Gemäß Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 110 dazu konfiguriert sein, ein Signal des Sensors 120 zu bereinigen. Dies bedeutet, dass eine Kalibriergröße auf ein von Sensor erfasstes Signal angewendet werden kann. Die Vorrichtung kann dann das bereinigte oder mit einer Kalibriergröße verrechnete Signal ausgeben.

[0034] Gemäß Ausführungsformen kann die Vorrichtung konfiguriert sein, ein Rohsignal des Sensors 120 auszugeben. Wird nur ein Rohsignal des Sensors 120 ausgegeben, kann die Auswerteeinheit 110 in einen Standby-Modus versetzt sein. Die Bezeichnung „Standby- Modus“ kann dabei bedeuten, dass die Auswerteeinheit kein Einfluss auf das Rohsignal nimmt.

[0035] Ferner kann der Sensor mit der Auswerteeinheit zusammen kalibriert werden. Eine gemeinsame, abgestimmte Kalibrierung ist durch die feste Zuordnung von Auswerteeinheit und Sensor möglich. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Auswerteeinheit und der Sensor aufeinander abgestimmt sind und eine hohe Messgenauigkeit und/oder genaue Verarbeitung der gemessenen Signale und Messwerte erlauben. [0036] Durch eine feste Zuordnung des Sensors zur Auswerteeinheit ergibt sich der Vor teil, dass die sensorspezifischen Kalibriergrößen dem entsprechenden Sensor zweifelsfrei zu geordnet werden können. Somit ist eine automatische Sensoridentifikation gewährleistet. Dies führt dazu, dass eine schnelle und effiziente Ausgabe der Messsignale und/oder der Messwer te, die mithilfe des Sensors erfasst werden, möglich ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass zu dem jeweiligen Sensor zugehörige Kalibriergrößen mit dem Sensor mitgeführt werden können. Dies ermöglicht zum Beispiel das Anschließen der Vorrichtung 100 an verschiedenen statio nären Auswerteeinheiten. Ferner kann die absolute Messgenauigkeit bezogen auf die Faser- Bragg-Gitter-Wellenlänge auf diesem Wege verbessert werden.

[0037] Wie oben erwähnt, kann die mindestens eine Kalibriergröße auf einem nichtflüch tigen Speicher 446 (siehe Fig. 4) gespeichert sein. Bei dem nicht flüchtigen Speicher kann es sich um einen Halbleiterspeicher handeln. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der nicht flüchtige Speicher hinsichtlich Größe und Kapazität auf die Vorrichtung 100 abgestimmt werden kann. Beispielsweise ist der nichtflüchtige Speicher aus der Gruppe von Flash- Speicher, EPROM (Erasable Programmable ReadOnly Memory) und/oder NVRAM (Non- Volatile Random- Access Memory) ausgewählt. Der nichtflüchtige Speicher kann in einem integrierten Schaltkreis 114 enthalten sein.

[0038] Gemäß Ausführungsformen kann in der Auswerteeinheit 110 ein integrierter Schaltkreis 114 zur Verfügung gestellt sein. Der integrierte Schaltkreis 114 kann dazu ver wendet werden, das vom Sensor 120 erfasste Signal zu verarbeiten. Es ist zum Beispiel mög lich, dass das Signal verstärkt wird. Ferner kann eine Signalumwandlung stattfinden. Zum Beispiel kann das Signal von einem analogen zu einem digitalen Signal verarbeitet werden. Außerdem kann im integrierten Schaltkreis 114 eine galvanische Trennung zwischen opti schen und elektrischen Komponenten vorliegen.

[0039] Die Vorrichtung 100 kann gemäß Ausführungsformen ein digitales Verbindungs element 128 beinhalten. Über das digitale Verbindungselement 128 kann eine stationäre Auswerteeinheit verbunden werden. Als stationäre Auswerteeinheit kann zum Beispiel ein Computer oder ein anderes Datenverarbeitungsgerät dienen. Die stationäre Auswerteeinheit kann außerdem zur Steuerung der Vorrichtung 100 dienen. Das digitale Verbindungselement 128 kann zum Beispiel als Steckverbindung ausgebildet sein. [0040] Die Bezeichnung Daten, wie hierin verwendet, beschreibt die Gesamtheit von Messsignalen oder Signalen, die von dem Sensor detektiert werden, und/oder Messwerten oder Messgrößen, die aus den Messsignalen oder Signalen gewonnen werden. Die Signale oder Messsignale und/oder die Messwerte oder Messgrößen können dabei bereinigt und/oder als Rohdaten vorliegen.

[0041] Gemäß Ausführungsformen kann die Ausgabe von bereinigten Daten und/oder von Rohdaten erfolgen. Bereinigte Daten sind hierbei bereinigte Messsignale und/oder Mess werte, die mithilfe des Sensors generiert werden. Unter Rohdaten ist das reine erfasste Signal (die reinen erfassten Messsignale und/oder Messwerte) ohne eine Anwendung der Kalibrier größen darauf zu verstehen. Dies hat u. a. den Vorteil, dass die Vorrichtung für unterschiedli che auf den Benutzer abgestimmte Anwendungen verwendet werden kann.

[0042] Die Vorrichtung 100 beinhaltet ferner ein optisches Verbindungselement 126. Über das optische Verbindungselement 126 kann zum Beispiel ein optischer Sender bereitge stellt werden. Dies bedeutet, dass sich z.B. eine Lichtquelle außerhalb der Vorrichtung 100 befinden kann und zum Einspeisen von Licht in das mindestens eine optische Sensorelement verbindbar ist oder verbunden werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Ge samtgröße klein gehalten werden kann und ferner die Kosten reduziert werden können. Das optische Verbindungselement 126 kann zum Beispiel als Steckverbindung ausgebildet sein.

[0043] Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der optische Sender, wie z.B. ein Primärlicht, im Gehäuse 130 angeordnet ist. Der optische Sender kann auch in die Auswerteeinheit 110 einbezogen sein . Dies bringt den Vorteil mit sich, dass alle verwendbaren Komponenten komprimiert bereitgestellt werden können. Es können auch sämtliche Komponenten von nichtflüchtigem Speicher, optischem Sender und Auswerteeinheit zusammen im Gehäuse 130 angeordnet sein.

[0044] Fig. 2 zeigt schematisch einen Lichtleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter zur Ver wendung in Sensoren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen

[0045] Fig. 2 zeigt einen in einen Lichtwellenleiter integrierten Sensor bzw. einen faser optisches Sensorelement 124, welche ein Faser-Bragg-Gitter 206 aufweist. Obwohl in Fig. 2 nur ein einziges Faser-Bragg-Gitter 206 gezeigt ist, ist zu verstehen, dass die vorliegende Er- findung nicht auf eine Datenerfassung aus einem einzelnen Laser-Bragg-Gitter 206 be schränkt ist, sondern dass längs eines Lichtleiters 122, einer Übertragungsfaser, einer Sensor faser bzw. einer optischen Laser eine Vielzahl von Laser-Bragg-Gittem 206 angeordnet sein können.

[0046] Lig. 2 zeigt somit nur einen Abschnitt eines optischen Wellenleiters, welcher als Sensorfaser, optischer Laser bzw. Lichtleiter 122 ausgebildet ist, wobei diese Sensorfaser empfindlich auf eine Laserdehnung (siehe Pfeil 208) ist. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Ausdruck„optisch“ bzw.„Licht“ auf einen Wellenlängenbereich im elektromagnetischen Spektrum hinweisen soll, welcher sich vom ultravioletten Spektralbereich über den sichtbaren Spektralbereich bis hin zu dem infraroten Spektralbereich erstrecken kann. Die Bezeichnung des optischen Senders, wie hierin verwendet, ist demnach zum Beispiel eine Lichtquelle, die auch als Primärlicht bezeichnet werden kann. Eine Mittenwellenlänge des Laser-Bragg- Gitters 206, d.h. eine so genannte Bragg-Wellenlänge lB, wird durch die folgende Gleichung erhalten: lB = 2 · nk · L.

[0047] Hierbei ist nk die effektive Brechzahl des Grundmodus des Kerns der optischen Faser und L die räumliche Gitterperiode (Modulationsperiode) des Faser-Bragg-Gitters 206.

[0048] Eine spektrale Breite, die durch eine Halbwertsbreite der Reflexionsantwort gege ben ist, hängt von der Ausdehnung des Faser-Bragg-Gitters 206 längs der Sensorfaser ab. Die Lichtausbreitung innerhalb der Sensorfaser bzw. des Lichteiters 122 ist somit durch die Wir kung des Laser-Bragg-Gitters 206 beispielsweise abhängig von Kräften, Momenten und me chanischen Spannungen sowie Temperaturen, mit der die Sensorfaser, d.h. die optische Laser und insbesondere das Laser-Bragg-Gitter 206 innerhalb der Sensorfaser beaufschlagt werden.

[0049] Wie in Lig. 2 gezeigt, tritt elektromagnetische Strahlung 14 oder Primärlicht von links in die optische Laser bzw. den Lichtleiter 122 ein, wobei ein Teil die elektromagnetische Strahlung 14 als ein transmittiertes Licht 16 mit einem im Vergleich zur elektromagnetischen Strahlung 14 veränderten Wellenlängen verlauf austritt. Lerner ist es möglich, reflektiertes Licht 15 am Eingangsende der Laser (d.h. an dem Ende, an welchem auch das elektromagne tische Strahlung 14 eingestrahlt wird) zu empfangen, wobei das reflektierte Licht 15 ebenfalls eine modifizierte Wellenlängen Verteilung aufweist. Das optische Signal das zur Detektion und Auswertung verwendet wird kann gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen durch das reflektieret Licht, durch das transmittierte Licht, sowie eine Kombination der bei den zur Verfügung gestellt werden.

[0050] In einem Fall, in dem die elektromagnetische Strahlung 14 bzw. das Primärlicht in einem breiten Spektralbereich eingestrahlt wird, ergibt sich in dem transmittierten Licht 16 an der Stelle der Bragg-Wellenlänge ein Transmissionsminimum. In dem reflektierten Licht ergibt sich an dieser Stelle ein Reflexionsmaximum. Eine Erfassung und Auswertung der Intensitäten des Transmissionsminimums bzw. des Reflexionsmaximums, oder von Intensitä ten in entsprechenden Wellenlängenbereichen erzeugt eine Signal, das im Hinblick auf die Längenänderung der optischen Faser bzw. des Lichtleiters 122 ausgewertet werden kann und somit auf Kräfte bzw. Beschleunigungen Aufschluss gibt.

[0051] Fig. 3 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Sensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0052] Der Messaufbau enthält einen oder mehrere Sensoren 120. Der Messaufbau weist eine Quelle 332 für elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel eine Primärlichtquelle, auf. Die Quelle dient zur Bereitstellung von optischer Strahlung mit welcher mindestens ein faser optisches Sensorelement eines Sensors bestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine op tische Übertragungsfaser bzw. ein Lichtleiter 333 zwischen dem optischen Sender oder der Primärlichtquelle 332 und einem ersten Faserkoppler 334 bereitgestellt. Der Faserkoppler koppelt das Primärlicht in die optische Faser bzw. dem Lichtleiter 122. Die Quelle 332 kann zum Beispiel eine Breitbandlichtquelle, einen Laser, eine LED (light emitting diode), eine SLD (Superlumineszenzdiode), eine ASE- Lichtquelle (Amplified Spontaneous Emission- Lichtquelle) oder ein SOA (Semiconductor Optical Amplifier) sein. Es können für hier be schriebene Ausführungsformen auch mehrere Quellen gleichen oder unterschiedlichen Typs (s.o.) verwendet werden.

[0053] Das faseroptische Sensorelement, wie zum Beispiel ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) oder ein optischer Resonator, ist in eine Sensorfaser integriert bzw. an die Sensorfaser optisch angekoppelt. Das von den faseroptischen Sensorelementen zurückgeworfene Licht wird wie derum über den Faserkoppler 334 geleitet, welcher das Licht über die Übertragungsfaser 335 über einen Strahlteiler 336 leitet. Der Strahlteiler 336 teilt das zurückgeworfene Licht zur Detektion mittels optischer Empfänger wie eines ersten Detektors 337 und eines zweiten De tektors 338. Hierbei wird das auf dem zweiten Detektor 338 detektierte Signal zunächst mit einem optischen Kantenfilter 339 gefiltert.

[0054] Durch den Kantenfilter 339 kann eine Verschiebung der Braggwellenlänge am FBG bzw. eine Wellenlängenänderung durch den optischen Resonator detektiert werden. Im Allgemeinen kann ein Messsystem, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ohne den Strahlteiler 336 bzw. den Detektor 337 zur Verfügung gestellt sein. Der Detektor 337 ermöglicht jedoch eine Normierung des Messsignals des Sensors in Bezug auf anderweitige Intensitätsfluktuationen, wie zum Beispiel Schwankungen der Intensität der Quelle 332, Schwankungen durch Refle xionen an Schnittstellen zwischen einzelnen Fichtleitem, oder andere Intensitätsschwankun gen. Diese Normierung verbessert die Messgenauigkeit und reduziert die Abhängigkeit von Messsystemen von der Fänge der zwischen der Auswerteeinheit und dem faseroptischen Sen sor zur Verfügung gestellten Fichtleiter.

[0055] Insbesondere bei der Verwendung von mehreren FBGs können zusätzliche opti sche Filtereinrichtungen (nicht dargestellt) für die Filterung des optischen Signales bzw. Se kundärlichts verwendet werden. Eine optische Filtereinrichtung 339 bzw. zusätzliche opti sche Filtereinrichtungen (wie mit dem Symbol 449 in Fig. 4 gezeigt) können einen optischen Filter umfassen, der gewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus einem Dünnschichtfilter, einem Faser-Bragg-Gitter, einem FPG, einem Arrayed-Waveguide-Grating (AWG), einem Echelle-Gitter, einer Gitteranordnung, einem Prisma, einem Interferometer, und jedweder Kombination davon.

[0056] Fig. 4 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Sensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0057] Fig. 4 zeigt ein Gehäuse 130, in dem die Auswerteeinheit und ein optischer Sender sowie weitere optische Komponenten 117 angeordnet sind. Ein Signal eines Faser-Bragg- Gitters 206 wird über einen Fichtleiter 122 zur Aus werteeinheit geführt. In Figur 4 ist der optische Sender als Fichtquelle 332 dargestellt, die optional im Gehäuse zur Verfügung ge stellt werden kann. Die Fichtquelle 332 kann aber auch unabhängig bzw. außerhalb des Ge häuses 130 zur Verfügung gestellt sein. Zum Beispiel können der nichtflüchtige Speicher und die Auswerteeinheit zusammen in einem Gehäuse ohne den optischen Sender bzw. die Licht quelle angeordnet sein. Ferner können der optische Sender und die Auswerteeinheit zusam men in einem Gehäuse angeordnet sein.

[0058] Das optische Signal des faseroptischen Sensors 120 wird mit einem Detektor in ein elektrisches Signal gewandelt. Die Wandlung von einem optischen Signal zu einem elektri schen Signal ist durch das Symbol 442 in Figur 4 dargestellt. Das elektrische Signal wird mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter 440 gefiltert. Im Anschluss an die analoge Filterung mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter bzw. Tiefpassfilter wird das Signal durch einen Analog- Digital-Wandler 444 digitalisiert.

[0059] Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombi niert werden können, kann der Anti-Aliasing-Filter eine Grenzfrequenz von 1 kHz oder klei ner insbesondere von 500 Hz oder kleiner, weiterhin insbesondere von 100 Hz oder kleiner aufweisen. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, findet eine solche Filterung vor der Digitalisierung statt. Ferner findet für die hier beschriebenen Ausführungsformen keine spektrale Aufspaltung der Signale statt, wobei mit einem Spektrometer und einem Mehrka naldetektor bereits eine optische Digitalisierung vorgenommen wird.

[0060] Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen findet eine analoge Tiefpassfilte rung vor einer Digitalisierung eines Signals eines faseroptischen Sensors statt. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der Tiefpassfilter auch als ein analoger anti-aliasing Filter bezeichnet werden. Hierbei wird im Rahmen eines Abtasttheorems die Nyquist-Frequenz berücksichtigt, und eine Tiefpassfilterung mit Signalanteilen kleiner der Nyquist-Frequenz mittels des analogen Tief pass-Filters bzw. analogen anti-aliasing Filters zur Verfügung gestellt.

[0061] Fig. 4 zeigt ferner den nichtflüchtigen Speicher 446. Dieser kann ferner zum Bei spiel mit einer CPU und/oder anderen Elementen 448 zur digitalen Datenverarbeitung ver bunden sein.

[0062] Gemäß Ausführungsformen kann die Auswerteeinheit 110 einen Wandler 442 zum Wandeln des optischen Signals in ein elektrisches Signal beinhalten. Zum Beispiel kann eine Fotodiode, ein Photomultiplier (PM) oder ein anderer opto-elektronischer Detektor als Wand- ler verwendet werden. Die Auswerteeinheit kann ferner einen Anti-Aliasing-Filter 440 bein halten, der zum Beispiel mit dem Ausgang des Wandlers bzw. des opto-elektronischen Detek tors verbunden ist. Die Auswerte Inhalt kann ferner einen Analog-digital-Wandler 444 bein halten, der mit dem Ausgang des Anti-Aliasing-Filters 440 verbunden ist. Die Auswerteein heit 110 kann darüber hinaus einen integrierten Schaltkreis 114 beinhalten, der zur weiteren Auswertung der digitalisierten Signale eingerichtet ist.

[0063] Fig. 5 zeigt schematisch ein Verfahren zur Kalibrierung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0064] In einem Schritt 550 wird gemäß Ausführungsformen mindestens ein Kalibrierpa rameter festgelegt. Der Kalibrierparameter kann z.B. aus der in Bezug auf Fig. 1 genannten Liste an Kalibrierparametem ausgewählt sein. Die Kalibrierparameter können sensorspezi fisch sein. Der Sensor kann, wie in Bezug auf Fig. 1 beschrieben, zusammen mit der Auswer teeinheit kalibriert werden. Dies wird ermöglicht durch die feste Kopplung von Auswerteein heit und Sensor bzw. Sensorelement. Je nach Sensortyp können sich die Kalibrierparameter unterscheiden.

[0065] In einem Schritt 560 wird gemäß einer Ausführungsform mindestens eine, zu dem mindestens einen Kalibrierparameter zugehörige Kalibriergröße erfasst. Die Kalibriergröße kann mit einem Referenzwert oder Messnormal verglichen werden. Die daraus resultierende Abweichung kann zur Bereinigung von Messsignalen und/oder Messwerten genutzt werden.

[0066] In einem Schritt 570 mit gemäß einer Ausführungsform mindestens eine erfasste Kalibriergröße digitalisiert. Dabei kann zuerst das optische Signal, das vom Sensor erfasst wird, detektiert werden. Ferner kann das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewan delt werden. Das elektrische Signal kann dann von einem analogen zu einem digitalen Signal umgewandelt werden. Das Digitalisieren kann ebenfalls bedeuten, dass das Signal zur Spei cherung auf einem nicht flüchtigen Speicher zur Verfügung steht.

[0067] In einem Schritt 580 wird die mindestens eine Kalibriergröße gespeichert. Die Kalibriergrößen können in Verbindung mit ihrem korrespondierenden Kalibrierparameter gespeichert werden. Ein Kalibrierparameter, wie hierin verwendet, umfasst auch eine Mehr zahl von Werten beispielsweise in Form einer Kennlinie oder Kennlinienfunktion. Der min- destens eine Kalibrierparameter und die mindestens eine Kalibriergröße können auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Dies bedeutet, dass auf dem Speicher eine Zu ordnung zwischen Kalibriergröße und Kalibrierparameter möglich sein kann. Typischerweise ist über einen integrierten Schaltkreis der Zugriff auf die gespeicherten Kalibrierdaten mög lich.

[0068] Es ist zu verstehen, dass mehrere Kalibrierparameter für einen Sensor bereitgestellt sein können. Entsprechend kann für jeden Kalibrierparameter mindestens eine Kalibriergröße existieren. Ferner ist zu verstehen, dass das beschriebene Verfahren zur Kalibrierung der Vor richtung 100, die mit Blick auf die Figuren 1-4 beschrieben wurde, an gewendet werden kann.

[0069] Fig. 6 zeigt schematisch ein Verfahren zur faseroptischen Messung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0070] In einem Schritt 650 wird mindestens ein Signal erfasst, beispielsweise gemessen, wobei mindestens eine korrespondierende Kalibriergröße zu dem erfassten Signal vorliegt. Das Signal wird mit einem Sensor erfasst. Das Signal kann zum Beispiel über ein Sensorele ment erfasst werden und, wie in Bezug auf Figur 3 und Figur 4 beschrieben, verarbeitet wer den. Dies ist beispielsweise mithilfe der optischen Komponenten 117 möglich.

[0071] In einem Schritt 660 wird gemäß einer Ausführungsform das mindestens eine er fasste Signal digitalisiert. Das Digitalisieren des mindestens einen erfassten Signals kann zum Beispiel anschließend an eine optische Verarbeitung des Signals stattfinden. Des Weiteren kann, wie im Hinblick auf Fig. 4 beschrieben, das Digitalisieren mithilfe eines Analog-zu- Digital-Wandlers geschehen. Durch das Digitalisieren wird beispielsweise der Vergleich von mehreren erfassten Signalen und/oder Messwerten vereinfacht.

[0072] In einem Schritt 670 wird gemäß einer Ausführungsform die mindestens eine kor respondierende Kalibriergröße auf das mindestens eine erfasste Signal angewendet. Dabei kann das erfasste Signal mithilfe der mindestens einen korrespondierenden Kalibriergröße bereinigt werden. Das Anwenden der mindestens einen korrespondierenden Kalibriergröße auf das mindestens eine erfasste Signal kann ferner mithilfe der Auswerteeinheit erfolgen. Dies birgt den Vorteil, dass die Aus werteeinheit optional ein direkt bereinigtes Messergebnis bzw. ein bereinigtes Messsignal ausgeben kann. [0073] Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Verwendung einer Vorrichtung zur faseroptischen Messung beschrieben. Die Vorrichtung 100 kann z.B. zur Temperaturmessung eingesetzt werden. Eine Temperaturveränderung kann sich durch die Veränderung der Refle xionswellenlänge des Faser-Bragg-Gitters 206 bemerkbar machen. Es ist jedoch zu verste- hen, dass die Verwendung der Vorrichtung 100 nicht auf die Temperaturmessung begrenzt ist. Der Unterschied in der Wellenlänge kann mithilfe der Auswerteeinheit, wie in Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben, erfasst werden. Ferner können die erhaltenen Messsignale und/oder Messwerte bereinigt werden. Dies kann über korrespondierende Kalibriergrößen, wie z.B. in Bezug auf Fig. 1 beschrieben, erfolgen. [0074] Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand typischer Ausführungsbei spiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modi fizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten be schränkt.