一种用于监测具有定向轴线（１３）的可旋转轴（１０）的光学装置。光学装置具有至少一个布置在可旋转轴（１０）上的设有至少一个光传感器（２１）的光波导（２０），可以通过所述光波导（２０）借助光信号（ＬＳ）查询所述至少一个光传感器（２１）。光学装置还包括相对于可旋转轴（１０）位置固定地布置的可发出光信号（ＬＳ）的发送／接收单元（４０）。此外，光学装置具有可用于在位置固定地布置的发送／接收单元（４０）和布置在可旋转轴（１０）上的光波导（２０）之间传送光信号（ＬＳ）的传送装置，和为发送／接收单元（４０）配设的用于确定来自至少一个光传感器（２１）且通过传送装置传送的光信号（ＬＳ′）中的物理量的估值单元（４３）。在此，传送装置又具有至少一个关于可旋转轴（１０）位置固定地布置的且为发送／接收单元（４０）配设并带有相关的耦合装置（３０Ｋ）的“多模”光波导（３０），和在可旋转轴（１０）上偏心于轴线（１３）地布置且与至少一个光波导（２０）连接并带有相关的耦合装置（３１Ｋ）的至少一个另外的“多模”光波导（３１）。在此，光信号（ＬＳ，ＬＳ′）可通过耦合装置（３０Ｋ，３１Ｋ）在“多模”光波导（３０，３１）之间传送。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监测具有定向轴线的可旋转轴的光学装置。
技术介绍
在对例如驱动轴和发电机轴的可旋转零件上的温度和膨胀的测量越来越 具有意义，因为由于不断提高的功率要求，这些零件在直至其载荷极限下运行。 通常，为此使用常规的电子温度传感器(例如热电偶)和电子膨胀传感器(例 如压电传感器)。在此，必须首先将轴上的传感器信号进行调整。这通常以特定 的测量放大器进行。通过无线传送或红外传送，将经此调整的测量信号从轴发 送到相对于轴固定地布置的发送/接收单元上。为此，总是必须向轴提供辅助能 量，以能够驱动布置在轴上的电子部件。这例如可通过电池或也通过电感性传 送器实现。总之，对此需要大成本。因为在快速旋转的轴中可能出现非常高的 离心力，所以相应的电子部件必须适应此极端条件。电子部件通常被封装。已知的是，作为电子传感器的替代，将基于光波导的光传感器，例如FBG 传感器(FBG:光纤布拉格光栅)用于快速旋转零件上的此类测量。在此，在 位置固定地布置的光发送/接收单元和旋转的轴之间的耦合和解耦合被证明是 十分困难的。为此，例如在轴线上布置在旋转的轴的端侧上的光传送器是特别 合适的，该传送器通过两个准直仪将光信号在相对于轴位置固定地布置的发送/ 接收单元和布置在旋转的轴上的光波导之间传送。在此，两个准直仪布置在一 个共同的壳体内，该壳体构造有旋转固定的部分和可旋转的部分。然而，此类 光传送器不适合于对其端侧不可接近的轴进行测量。
技术实现思路
本专利技术所要求解决的技术问题是给出用于监测可旋转轴的光学装置，该光 学装置是耐用的且可以通用地沿轴使用。根据本专利技术，此技术问题以权利要求l中给出的特征解决。4根据本专利技术的光学装置是一种用于监测具有定向轴线的可旋转轴的光学装置，包括-至少一个布置在可旋转轴上的具有至少一个光传感器的光波导，可以借 助于光信号通过所述光波导查询所述至少一个光传感器，-关于可旋转轴固定地布置的发送/接收单元，通过该发送/接收单元可发 出所述光信号，-传送装置，可利用该传送装置将光信号在位置固定地布置的发送/接收单 元和布置在可旋转轴上的光波导之间传送，和-为所述发送/接收单元配设的估值单元，该估值单元用于确定来自至少一 个光传感器且通过传送装置传送的光信号中的物理量，其中传送装置具有-至少一个关于可旋转轴位置固定地布置且为发送/接收单元配设并带有 相关的耦合装置的多模光波导，和-在可旋转轴上偏心于轴线地布置且与至少一个光波导连接并带有相关 的耦合装置的至少一个另外的多模光波导，和光信号可通过耦合装置在多模光波导之间传送。通过将所述另外的多模波导和相关的耦合装置偏心地安装到可旋转轴 上，使得光信号能够仅通过自由辐射耦合在布置在轴上的耦合装置和位置固定 地布置的耦合装置之间传送。在此，在轴旋转时，光信号仅在一个短的时间窗 口内在耦合装置之间耦合通过。因为传送装置具有多模波导，所以保证在 光信号在耦合装置之间传送时不发生耦合损失。通过两次经过耦合路径，即两 个耦合装置之间的路径，在测量中例如在使用单模光波导而非多模光 波导时出现了很高的耦合损失，这使得几乎不能进行可靠的测量。此外，与单 模光波导相比，多模光波导的自由辐射耦合在校正上明显更廉价且对于去 校正不敏感。待确定的物理量特别是轴的温度和/或膨胀。根据本专利技术的光学装置的优点由权利要求1的从属权利要求给出。 因此，有利的是所述至少一个光传感器是至少一个FBG传感器，且所述 至少一个光波导是至少一个单模，，波导。FBG传感器允许在轴上进行几乎点 状的即局部很窄地限定边界的温度和/或膨胀测量。与此相对，基本上也可使用的根据布里渊(Brillouin)原理或拉曼(Raman)原理的光传感器通常具有一定 的局部积分效果，例如可达到数米。因而此类光传感器几乎不能实现点状测量， 即尤其是将测量位置局部地限制在数毫米。然而，这可以通过FBG传感器容易 地实现。对此，在FBG传感器中，从输入的光信号中将通过各布拉格波长(焦 点波长，德语Schwerpunktwellenlange)确定的成分反射回来。布拉格波长随 着在测量位置上存在的作用量而变化，在此作用量尤其是在FBG传感器位置处 的轴的温度和/或膨胀。各反射回的(部分)光信号的波长成分(波长频谱)变 化可用作对于待测作用量(温度和/或膨胀)的表征。为借助于光信号查询FBG 传感器而使用宽带光源，该宽带光源例如是带宽为大约45nm的LED、带宽为 大约20 nm的SLD、或带宽为大约100nm的可调谐激光器。在此，有利的是将多个FBG传感器设在沿至少一个单模，，光波导的不 同位置处。也有利的是将至少一个布置在可旋转轴上的多模波导与多个单 模光波导连接。因此， 一方面可确定位置分辨的温度和/或膨胀分布，且另一 方面在点状事件下，例如突然的限制在局部上的温度升高和/或膨胀时可精确限 定时间位置。在此，分辨率仅由各FBG传感器的相互间距确定。有利的是FBG传感器具有相互不同的布拉格波长。如果利用根据本专利技术 的光学装置使用所谓的波长多路复用方法，则通常可以在一波导内前后相继布 置直至IO个FBG传感器。由发送/接收单元输入多冲莫波导内的光信号为此 必须具有覆盖所有布拉格波长的波长范围。如果另 一方面作为波长多路复用方 法的替代使用所谓的时间多路复用方法(OFDR:光频域反射测量术)，则在一 个光波导上可布置几乎无限多个FBG传感器。在此，传感器即使在布拉格波长 相同的情况下也在空间上不同。即从380 nm至780 nm，和/或具有近红外波长(NIR)范围内的波长，即从780 nm至2500 nm。有利的是，可由发送/接收单元发出的光信号是至少一个光脉冲。有利的是， 以轴的旋转触发光信号的发出。因此，仅在需要时才发出且再次接收光信号。 在此，发送/接收单元以节能的方式工作，且在此同时具有较长的运行持续时间。有利的是，估值单元具有带有至少一个CCD列的光谱分析仪。但也有利 的是，估值单元具有带有至少 一个图像检测器的至少 一个补偿的边缘过滤器。该估值单元的此构造与刚刚提及的情况相比廉价地实现。 附图说明现在根据附图详细解释本专利技术的方法和设备的优选、但绝非限制性的实施例。为清楚起见，附图并未按比例绘出且将一定的特征示意性地示出。各图为 图l示出了一种用于借助单模波导内的光传感器监测可旋转轴的光学装置，图2示出了一种用于借助多个单模波导内的光传感器监测可旋转轴的 光学装置，图3示出了穿过多模波导与多个单模导体的接触面的横截面，图4示出了穿过多模波导与与图3相比外径增大了的多个单模波 导的接触面的横截面，图5示出了带有径向定向的耦合路径和曲折地布置的单模波导的一种 用于监测可旋转轴的光学装置，图6示出了带有布置在轴上的用于偏转耦合路径的装置的一种用于监测可 旋转轴的光学装置，和图7示出了带有位置固定地布置的用于偏转耦合路径的装置的一种用于监 测可旋转轴的光学装置。具体实施例方式在图1至图7中，相互对应的零件具有相同的附图标记。 在图1中示出了根据本专利技术的用于监测轴10的光学装置，特别是用于监 测与机器或发电机连接的且可旋转地支承的轴的光学装置。轴IO在此可以围绕 其定向的轴线13旋转。轴10的端侧以12表示。在轴10的外表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于监测具有定向轴线（１３）的可旋转轴（１０）的光学装置，所述光学装置包括： －至少一个布置在所述可旋转轴（１０）上的设有至少一个光学传感器（２１）的光波导（２０），可以通过所述光波导（２０）借助光信号（ＬＳ）查询所述至少一个光传感器（２１）， －关于所述可旋转轴（１０）固定地布置的发送／接收单元（４０），可以利用所述发送／接收单元（４０）发出所述光信号（ＬＳ）， －传送装置，可以利用所述传送装置将所述光信号（ＬＳ）在位置固定地布置的所述发送／接收单元（４０）和布置在所述可旋转轴（１０）上的所述光波导（２０）之间传送，和 －为所述发送／接收单元（４０）配设的估值单元（４３），所述估值单元（４３）用于确定来自所述至少一个光传感器（２１）且通过所述传送装置传送的光信号（ＬＳ′）中的物理量， 其中 所述传送装置具有： －至少一个关于所述可旋转轴（１０）位置固定地布置且为所述发送／接收单元（４０）配设并带有相关的耦合装置（３０Ｋ）的“多模”光波导（３０），和 －在所述可旋转轴（１０）上偏心于所述轴线（１３）地布置且与所述至少一个光波导（２０）连接并带有相关的耦合装置（３１Ｋ）的至少一个另外的“多模”光波导（３１），和 所述光信号（ＬＳ，ＬＳ′）能够通过所述耦合装置（３０Ｋ，３１Ｋ）在所述“多模”光波导（３０，３１）之间传送。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2006-9-6 102006041865.41. 一种用于监测具有定向轴线(13)的可旋转轴(10)的光学装置，所述光学装置包括-至少一个布置在所述可旋转轴(10)上的设有至少一个光学传感器(21)的光波导(20)，可以通过所述光波导(20)借助光信号(LS)查询所述至少一个光传感器(21)，-关于所述可旋转轴(10)固定地布置的发送/接收单元(40)，可以利用所述发送/接收单元(40)发出所述光信号(LS)，-传送装置，可以利用所述传送装置将所述光信号(LS)在位置固定地布置的所述发送/接收单元(40)和布置在所述可旋转轴(10)上的所述光波导(20)之间传送，和-为所述发送/接收单元(40)配设的估值单元(43)，所述估值单元(43)用于确定来自所述至少一个光传感器(21)且通过所述传送装置传送的光信号(LS′)中的物理量，其中所述传送装置具有-至少一个关于所述可旋转轴(10)位置固定地布置且为所述发送/接收单元(40)配设并带有相关的耦合装置(30K)的“多模”光波导(30)，和-在所述可旋转轴(10)上偏心于所述轴线(13)地布置且与所述至少一个光波导(20)连接并带有相关的耦合装置(31K)的至少一个另外的“多模”光波导(31)，和所述光信号(LS，LS′)能够通过所述耦...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯博塞尔曼，迈克尔威尔希，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[]
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