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Vervielfachung der Messstellenzahl bei einer Polychromatorauswerteeinheit für Faser Bragg-Gitter-Sensoren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017995D
Original Publication Date: 2001-Dec-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 163K

Publishing Venue

Siemens

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Michael Willsch: AUTHOR

Abstract

Miniaturspektrometer oder auch Polychromatoren werden zur Auswertung von Faser Bragg-Gitter- Sensoren verwendet. Dabei wird zunächst der Sen- sorstrang mit einer breitbandigen Lichtquelle (SLD oder LED) beleuchtet. Das von einem Sensor oder einem Sensorarray zurückkommende Licht wird mit einem Lichtwellenleiter (LWL) in das Spektrometer geleitet. Das austretende Licht fällt auf ein Beu- gungsgitter, welches jede Sensorwellenlänge unter- schiedlich ablenkt. Mit Hilfe einer Linsenoptik, Hohlspiegeloptik oder einem abbildenden Gitterkör- per wird das Lichtspektrum auf eine Fotodiodenzeile oder CCD-Zeile abgebildet. Die Zahl verschiedener Sensoren in einem Sensorstrang ist u.a. durch die spektrale Breite der Lichtquelle sowie den durch den Bragg-Sensor beanspruchten Messbereich begrenzt. Bei SLD (FWHM=20nm) ist die für z.B. Tempera- turmessungen sinnvolle Sensorzahl maximal 5 , bei einer LED mit FWHM=50nm maximal 10. Gegenwärtig verfügbare Standard-CCD-Zeilen verfü- gen über eine hohe Pixelzahl (typ. 2000) bei techno- logisch begrenztem Pixelabstand (typ. m

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Bauelemente

Auswerteeinheit um die Zahl der Fasereingänge er-höht werden (typ. bis Faktor 10)

Abb. 2

Vervielfachung der Messstellenzahlbei einer Polychromatorauswer-teeinheit für Faser Bragg-Gitter-Sensoren

Idee: Michael Willsch, Erlangen

Miniaturspektrometer oder auch Polychromatorenwerden� zur� Auswertung� von� Faser� Bragg-Gitter-Sensoren verwendet. Dabei wird zunächst der Sen-sorstrang mit einer� breitbandigen� Lichtquelle� (SLDoder LED) beleuchtet. Das von einem Sensor odereinem Sensorarray zurückkommende Licht wird miteinem� Lichtwellenleiter� (LWL) in das Spektrometergeleitet. Das� austretende� Licht� fällt� auf� ein� Beu-gungsgitter,� welches� jede� Sensorwellenlänge unter-schiedlich ablenkt. Mit Hilfe einer Linsenoptik,Hohlspiegeloptik oder einem abbildenden Gitterkör-per wird das Lichtspektrum auf eine Fotodiodenzeileoder CCD-Zeile abgebildet. Die Zahl verschiedenerSensoren� in� einem� Sensorstrang� ist� u.a.� durch diespektrale Breite der Lichtquelle sowie den durch denBragg-Sensor� beanspruchten� Messbereich begrenzt.Bei SLD (FWHM=20nm) ist die für z.B. Tempera-turmessungen sinnvolle� Sensorzahl� maximal� 5 ,� beieiner LED mit FWHM=50nm maximal 10.

Gegenwärtig verfügbare Standard-CCD-Zeilen verfü-gen über eine hohe Pixelzahl (typ. 2000) bei techno-logisch� begrenztem� Pixelabstand� (typ.� m

Bildet man das Spektrum einer gängigen Lichtquellefür� Bragg-Sensoren� in� 1.� Ordnung� und mit einerBrennweite von typisch <20cm auf die CCD-Zeile ab,dann wird nur ein geringer Teil der CCD-Zeile aus-geleuchtet. Da die Zeile aufgrund der angesammeltenLadungen komplett ausgelesen werden muss, bleibtein großer Teil der Zeile ungenutzt.

Abb. 1

µ25≤� � ).

1

2

N

Je� nach� vorhandener� Lichtintensität� und benötigterPeripherie lassen sich verschiedene Ausführungsfor-men von Sensornetzwerken� mit� dem� beschriebenenPolychromator realisieren.

In� der� ,,Maximalversion“� hat� jeder� der N Sensor-stränge seine eigene Lichtquelle, Koppler und gege-benenfalls Referenzgitter. Die Rückleitungsfasernlaufen in Form eines Faserarrays im Polychromatorzusammen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dassjeder Sensor die volle Lichtintensität erhält. Aus Platzund Kostengründen sind auch die mehrfach vorkom-menden� Komponenten� im� selben Gehäuse unterge-bracht, wodurch z. B. Splicebox, Temperaturstabili-sierung etc. nur einmal anfallen.

Abb. 3

Referenzgitter

Koppler

L NL 2

N

2

L 1

Sensorgitter

1

2

N

N

Referenzgitter

I

λ

Koppler

Lichtquelle

Sensorgitter

Faserhalter

CCD-Zeile Beugungsgitter

In der ,,Minimalversion“ wird eine Lichtquelle übereinen ixN Koppler auf...