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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.

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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...