本发明专利技术涉及一种用于获取机械状态变量的传感器元件，其包括至少一个光波导，在光波导内引入至少一个光纤布拉格光栅，传感器元件包括至少一个平面光学滤波器元件，从光波导发出的光能够被供至平面光学滤波器元件，传感器元件还具有至少一个测量装置，测量装置能够用于确定斯托克斯线与反斯托克斯线之间的强度比和/或光信号的传播时间。本发明专利技术还涉及一种用于获取机械状态变量的方法，其中，至少一个光波导沿着测量区段延伸，多个光纤布拉格光栅布置到光波导中，具有至少能够预定的中心波长以及能够预定的谱宽的光被耦合到光波导中，并且在光波导内反射和/或散射的光被供到至少两个测量装置，在第一测量装置中，从光波导以选择的频谱范围发出的光的强度被确定，并且在第二测量装置中，斯托克斯线与反斯托克斯线之间的强度比和/或光信号的传播时间被确定。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及获取机械状态变量的传感器元件以及方法，所述传感器元件包括至少ー个光波导，至少ー个光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating)位于光波导内，传感器元件具有至少ー个平面光学滤波器元件，从光波导射出的光能够被供至所述平面光学滤波器元件。
技术介绍
欧洲专利公开文献EP0509537A2公开了ー种上述类型的传感器元件。该传感器元件包括光纤，在光纤上传播光学信号。在机械应カ的作用下，产生光学信号变形，所述变形能够借助于相关的测量电子器件被确定。然而，不足之处是为了检测信号变形的高设备代价，从而这种已知的传感器元件的使用限于很少的应用领域。 从现有技术看出，本专利技术的目的是提供一种用于測量机械状态变量的传感器元件，所述传感器元件能够代价少地并因此更成本高效地提供所需的测量值。
技术实现思路
以下说明应当理解为所提出的特征存在于本专利技术的至少ー个实施例中。这并不排除其它特征的出现。在权利要求书限定“第一”和“第二”特征时，这种指派用于在类似的特征之间进行区分，而不规定住何具体优先级。在一个实施例中，本专利技术涉及用于获取机械状态变量的传感器元件，其包括至少ー个光波导，多个光纤布拉格光栅位于所述光波导内。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，所述传感器元件还包括至少ー个第一光源以及至少ー个第二光源，这些光源的光能够被耦合到至少ー个光波导中。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，其中，第一光源包括至少ー个超发光二极管和/或第二光源包括短脉冲激光器、尤其Q开关微片激光器。在一些实施例中，第一光源可以具有第一波长，第二光源可以具有第二波长，第二波长与第一波长不同。在本专利技术的一些实施例中，第一光源和第二光源能够以脉冲的方式操作，脉冲与暂停时间彼此相配，从而这两种光源不会同时发光。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，该传感器元件还包括至少ー个平面光学滤波器元件，从光波导发出的第一光源的光能够利用所述平面光学滤波器元件被接收。在本专利技术的一些实施例中，传感器元件可以包括多个并行的平面光学滤波器元件，在光波导内反射的光利用至少ー个耦合器和/或复用器能够至少部分地被供至所述平面光学滤波器元件。在本专利技术的一些实施例中，平面光学滤波器元件的各个通道的接收曲线分别具有不同的波长。在本专利技术的一些实施例中，相邻的通道可以相差大约2nm至大约10nm。在本专利技术的一些实施例中，平面光学滤波器元件可以包括阵列式波导芯片和/或定向耦合器和/或延迟线干涉仪和/或Mach Zehnder干涉仪。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，在传感器元件内，至少ー个光纤布拉格光栅可以通过用飞秒激光脉冲辐照光波导的预限定的纵向区段而获得。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，在传感器元件内，从光波导发出的第二光源的光可以被供至用于确定斯托克斯线与反斯托克斯线之间的强度比的装置和/或用于确定光的传播时间的装置。 在一个实施例中，本专利技术涉及传感器兀件，在传感器兀件内，多个光纤布拉格光栅中的每个光纤布拉格光栅具有不同的晶格常数。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，在该传感器元件中，如果没有机械应カ作用在光纤布拉格光栅上，则阵列式波导芯片的接收范围的最小值(该最小值位于各通道之间)大致对应于由光学布拉格光栅所反射的波长。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，该传感器元件还包括复用器，经由所述复用器，多个光波导能够与至少ー个光源和/或至少ー个測量装置依次相连。在一个实施例中，本专利技术涉及传感器元件，在该传感器元件中，光波导具有芯体以及包层，芯体的材料是名义上未掺杂的。在一个实施例中，本专利技术涉及用于获取机械状态变量的方法，其中，至少ー个光波导沿ー測量距离延伸，多个光纤布拉格光栅被引入到所述光波导中，具有至少可预定的中心波长和可预定的谱宽的光被耦合到光波导中，并且光波导内反射的光被供至測量装置。在一个实施例中，本专利技术涉及方法，在该方法中，来自第一光源的频谱宽带辐射以及来自第ニ光源的脉冲式频谱窄带辐射被供至光波导。在一些实施例中，频谱窄带辐射的波长与频谱宽度辐射的波长不同。在一个实施例中，本专利技术涉及方法，在该方法中，由第二光源所发出的并在光波导内反射的辐射光的传播时间和/或斯托克斯线与反斯托克斯线之比在測量装置中被确定，和/或由第一光源发出的并在光波导内以可预定的频谱范围被反射的辐射光的強度在测量装置内被确定。可预定的频谱范围可以由至少ー个阵列式波导芯片的通道宽度被选择。在一个实施例中，本专利技术涉及用于制造传感器元件的方法，该方法包括以下步骤提供具有芯体以及包层的光波导，其中所述芯体的材料名义上未掺杂；通过用飞秒激光脉冲辐照光波导的预定的纵向区段制造具有可预定的晶格常数的多个光纤布拉格光柵。在一个实施例中，本专利技术涉及方法，该方法还包括以下步骤測量至少ー个阵列式波导芯片的接收范围的边缘的波长；制造适于分别反射具有接收范围边缘波长的光的多个光纤布拉格光栅；将阵列式波导芯片连接至光波导。在一个实施例中，本专利技术涉及风帆，该风帆包括如上所述的传感器元件。在ー个实施例中，本专利技术涉及缆绳，所述缆绳至少包括如上所述的传感器元件。在一个实施例中，本专利技术可以涉及线或绳，所述线或绳包括至少ー个如上所述的传感器元件。这种传感器元件通过层合或粘结或交织的方式可以安置在风帆或线或绳中。在绝缘体的挤出成型或注射成型的过程中，传感器元件可以安置在缆线中。在本专利技术的一些实施例中，确切地一个传感器元件可以布置在圆缆线的中央，从而产生圆柱形对称结构。在一个实施例中，本专利技术涉及用于控制可操纵风筝或风帆的方法，在所述方法中，在可操纵风筝或风帆上作用的力被測量，并且诸如被单和/或牵索和/或桁梁和/或用于改变风帆或可操纵风筝的外形和/或位置的修整装置被自动地影响。在一个实施例中，本专利技术涉及用于监测缆线连接的方法，在所述方法中，沿着缆线连接的机械载荷和/或温度利用传感器元件被測量。在本专利技术的一些实施例中，从所测量的数据可以计算出寿命预测。附图说明以下利用附图以及示意性实施例更加详细地说明本专利技术。在附图中图I示出了根据本专利技术的传感器元件以及能够获得这种传感器元件的方法；图2示出了传感器元件的纵向横截面中的折射率曲线；图3示出了传感器元件的反射与透射特性；图4示出了多个传感器元件的信号读取器的示意图； 图5示出了信号读取器的操作模式；图6示出了根据本专利技术的測量方法的步骤；图7示出了作为传感器元件的示意性应用的由可操纵风筝所驱动的货船。具体实施例方式图I示出了传感器元件，所述传感器元件包括光波导100。光波导100包括包层101以及在所述包层101内大致同心地布置的芯体102。出于杂光以及机械损害保护的原因，芯体101可以由保护套103包围。保护套103可以例如由聚合物制成。保护套103可以利用挤压机或注射成型方法以已知的方式被施加到包层101上。包层101与芯体102同样可以由聚合物制成、具体地由视觉透明的聚合物制成。然而，芯体102和包层101通常由玻璃制成。玻璃可以大致由非结晶SiO2组成。包层101和芯体102所用的玻璃可以设有掺杂剂，从而包层101和芯体102具有不同的折射率。图I示出了包层101具有第一折射率Ii1，并且芯体102具有第二折射率n2。在包层101与芯体102之间可以是阶越式过渡。在本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·沙德，N·凯尔，M·安格尔马尔，P·丰肯，
申请(专利权)人：费劳恩霍夫应用研究促进协会，德拉卡电缆伍珀塔尔有限责任公司，
类型：
国别省市：
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