NO860026L - Forbedret fiberoptisk fjernsensor. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fagområdet fiberoptisk baserte kommunikasjons- og måleapparater, og mer spesielt lysstimulerte, oscillerende resonanselementapparater for måling av fysikalske parametre.

Visse definisjoner er nødvendig for å gi klarhet og

lette forståelsen av foreliggende oppfinnelse. Slik det benyttes her innbefatter "strålingsenergi" såvel koherent som inkoherent energi med en bølgelengde mellom 1000 og 100 000 Ångstrøm, og spesielt innbefattende infrarød energi, ultra-fiolett energi og energi i området for synlig lys. Slijc strålingsenergi kan beskrives som "stø" eller "kontinuerlig bølge"

("CW") for å skille den fra strålingsenergisignaler som er modifisert til å bære informasjon. "Modulasjon" benyttes generelt her, og er beregnet på å angi en prosess med hensyn til modifisering av visse egenskaper ved en bærer slik at den varierer i trinn med øyeblikksverdien til et annet signal og spesielt amplitudemodulasjon. Den "stø" strålingsenergi som omtales her, er strålingsenergi med i det vesent-

lige konstante intensitetsnivåer; dvs. uten korttidsvariasjoner i intensitet og med en i det vesentlige uforanderlig spektral-fordeling. Med hensyn til lyssignalet som bærer informasjon, benyttes uttrykkene "lukket" og "avbrutt" for å vise til modulert lys såvel som mekanismen med hvilken modulasjon finner sted. "Fluid" innbefatter gasser og/eller væsker. Uttrykket "forsølvet" benyttes artsmessig for å beskrive

et reflekterende metall iseringsbelegg eller dets ekvivalent. "Delvis forsølvet" benyttes for å beskrive et slikt belegg med overførings- og refleksjonsegenskaper som kan være høye i forhold til hverandre. Uttrykket "kraft" benyttes for å beskrive enhver fysikals parameter eller fenomen som er i stand til å bevege et legeme eller modifisere dets bevegelse, og spesielt innbefatter uttrykket trykk og enhver parameter eller fenomen som er i stand til å omdannes til trykk. Uttrykket "motor" benyttes i bred forstand, dvs. beskriver en innretning som beveger en gjenstand. Uttrykket "transduktor" benyttes for å beskrive en innretning for omdannelse av energi fra en form til en annen, og slik det benyttes her beskriver uttrykkene "opto-elektrisk transduktor" og

"elektro-optisk transduktor" mer spesielt den klasse innretninger som kan anvendes for omdannelse av strålingsenergi til elektrisk energi, og elektrisk energi til strålingsenergi. "Utkragende bjelke" viser til den klasse mekaniske eller andre sensorer hvor et bjelkeelement er festet ved en av sine ender og som kan bli bragt i resonans. Slike utkragende bjelkeelementer kan være hule, i hvilket tilfelle de betegnes " resonanshulbjelke"-elementer eller -konstruksjoner.

Etter hvert som fordelene ved fiberoptisk basert kommunikasjon og styring av industrielle prosesser blir mer kjent, er en økende vekt blitt lagt på forskjellige metoder for enkel, billig og pålitelig kommunikasjon med lavnivå-strålingsenergi via fiberoptikk til sensorstedet for å utføre den ønskede måling, og retur av målingsinformasjonen på fiberoptiske baner til styrings- og målestedet. Blant de mange problemer konstruktørene står overfor ved slike prosess-styresystemer, er behovet for få, optiske lavlysnivå-baner og metoder for nøyaktig og pålitelig gjennomføring av målingene på en slik måte at den utledede målingsinformas jon kan bli nøyaktig kommunisert ved hjelp av fiberoptiske signaler.

Det er velkjent at resonansfrekvensen for en stram

tråd er en funksjon av strekket på tråden. Det er også erkjent at et kraftmåleinstrument kan være basert på dette forhold ved å bringe tråden til å vibrere mens den er strukket ved hjelp av en ukjent kraft som utøves derpå og måling av vibra-sjonsfrekvensen, slik som i US patent nr. 4 329 775. Tilsvarende er det kjent at ved å utsette det indre av en vibrerende hul bjelkekonstruksjon for trykkvariasjoner vil dennes resonansfrekvens bringes til å variere i samsvar med eller i samme forhold som trykkvariasjonene. På området fiberoptisk teknikk er det kjent at et vibrerende element som delvis blokkerer lysbanen på en periodisk måte mellom to innrettede fiberoptiske elementer, vil "lukke" for lyset som passerer langs det andre fiberoptiske element.

Det er også kjent at en stø lysstråle kan bli rettet langs et første fiberoptisk element, bli modulert (f.eks. akustisk) og returneres til et punkt nærliggende sin kilde via et andre fiberoptisk element (US patentene nr. 4 343 482 og 4 275 295). Det er for kort tid siden blitt hevdet at et vibrerende trådelement kan bli drevet ved å sende et pulserende lys ned langs et første optisk fiberelement, føring av en stø lysstråle ned langs et andre fiberoptisk element til et punkt hvor vibrasjonene modulerer det stabile lys,

og frekvensen for vibrasjonene måles ved refleksjon av det modulerte lys tilbake langs en tredje fiberoptisk element-bane. Modulasjonsfrekvensen kan så bli målt. Forandring av spenningen på den vibrerende tråd kan bevirke at den returnerte lysenergi varierer regelmessig med spenningen på tråden (Jones, B. E. og G. S. Philp, "A Vibrating Wire Sensor with Optical Fibre Links for Force Measurement", Paper No. 05.1, Sensors and Their Applications, UMIST Manchester (UK)

20.-22. september 1983).

Forslaget til Jones og Philp er illustrert på fig.

2. I det apparat de foreslår, strekkes en tynn tråd mellom en forankringsstolpe og et trykkdiafragma. Tråden er plassert mellom polene til en permanent magnet, og dens to festepunkter er elektrisk forbundet, via en tilpasset omformer, til fotodioden 1. Hvis lys med vekslende intensitet føres via en optisk fiber til fotodioden og en vekselstrøm føres gjennom tråden, vil den beveges i et plan vinkelrett til det som defineres av strømmen og det magnetiske felt med en frekvens lik den for intensitetsvariasjonene. Bevegelsen for tråden blir avfølt av to optiske fibre som er plassert parallelt og hosliggende i bevegelsesplanet. Den første av disse to fibre mates med lys av nominelt konstant intensitet fra LED 2

i styringsenheten, og dette lys vil når det forlater fiberen ved følehodet, illuminere tråden. Noe lys reflekteres tilbake til den andre fiber og returneres til styringsenheten. Intensi-teten for dette returnerte lys er en funksjon av posisjonen for tråden i forhold til fiberendene. Når tråden vibrerer,

vil derfor vekslende lysintensitet i fase med oscillasjonen returneres til styringsenheten av den andre fiber. Dette signal blir elektrisk forsterket i styringsenheten, og en del av den elektriske utgang benyttes til å drive LED 1 i fase og resonans med tråden; en tredje optisk fiber fører dette i-fase lyssignal til følerhodet hvor det omdannes til

oscillerende drivkraft for å understøtte osillasjonen.

Disse og de tidligere metoder for fjerndeteksjon og kommunikasjon med fiberoptiske innretninger krever generelt multiple lysbaner, komplekse kretser og/eller uavhengige kilder for oscillasjonsenergi for resonansdelen.

Oppfinnelsen vedrører den oppdagelse at en enkel stabil strålingsenergistråle samtidig kan bli sperret og reflektert av et vibrerbart eller resonansgivende element.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter retting av en stabil strålingsenergistråle langs en første kommunikasjonsbane til et strålingsenergidetektor-transduktorelement' som er plassert tilstøtende til et vibrerbart resonanselement slik at resonanselementet periodisk i hvert fall delvis blokkerer banen for strålingsenergi som treffer resonanselementet, reflekterer en del av den stø strålingsenergi tilbake langs den samme kommunikasjonsbane i motsatt retning når resonanselementet hindrer eller blokkerer strålingsenergibanen, og benytter den detekterte strålingsenergi til å bevirke at resonanselementet understøtter oscillasjonen. Det er i perioder når resonanselementet ikke blokkerer kildestrålingsenergien,

at energien tillates å nå en lysenergi til elektriskenergi-transduktor, som danner en elektrisk strøm ved transduktor-utgangen.

Den elektriske strøm blir fasevekslet i samsvar med kjente prinsipper og benyttes for å initiere og understøtte vibrasjon for resonanselementet. I en vibrerende tråd eller båndversjonen av oscillatordelen av oppfinnelsen blir den fasevekslede elektriske strøm tilført i samsvar med de kjente elektromagnetiske lover til endene av en spent tråd eller båndelement som er opphengt i et magnetfelt og bevirker at tråden eller båndet begynner å oscillere og fortsetter oscillasjonen ved resonansfrekvensen for tråden eller båndet.

Ved en alternativ resonans-hulbjelkeversjon blir transduktor-utgangen fasevekslet og ført til en elektrisk-til-mekanisk enegitransduktor for å initiere og understøtte oscillasjon.

Den periodisk reflekterte strålingsenergi varierer i intensitet og i synkronhet med den oscillerende frekvens for resonanselementet. Ved å innbefatte innretninger for å avbøye en detekterbar del av den oscillatoriske, reflekterte strålingsenergi fra den første stabile strålingsenergibane langs den andre bane til en fjerntliggende detektor, kan frekvensen for den oscillatoriske strålingsenergi (og således for reso-nanselementfrekvensen) bli bestemt ved hjelp av vanlige innretninger. Utøvelsen av en kraft på resonanselementet for å variere dets frekvens i samsvar med størrelsen for kraften muliggjør fjernmålinger av kraften.

Selvfølgelig kan forskjellige fysikalske fenomener således bli målt ved omdanning av det fysikalske fenomen eller parameteren til en kraft som utøves som anført ovenfor. Eksempler på langstrakte innretninger egnet for bruk som resonanselementer innbefatter spente tråder eller båndele-menter, doble eller enkle stemmegafler, klokker, andre utkragende strukturer og doble utkragende innretninger.

For å omkode og kommunisere mer informasjon kan den

stø strålings- (eller lys-) energi inngang til den fiberoptiske bane enten være bredspektret eller spesielt begrenset spektrum, og lyset som returneres fra det vibrerende element kan også være enten bredspektret eller et spesielt begrenset spektrum og gir således stor fleksibilitet ved kommunikasjon av informasjon langs den enkle bane. Andre utførelser av oppfinnelsen innbefatter videre f.eks. minst ett par separate resonatorer som er plassert i et avgrenset rom hvor hvert resonanselement er utformet for måling av en forskjellig fysikalsk parameter. Med to resonatorer og en enkelt fiberoptisk bane blir den

stø energi kommunisert til begge oscillerende resonatorer og hver reflektert del av lyset filtreres ved forskjellig bølgelengde og deretter kombinert for å returneres til en omkoder langs den samme enkle fiberoptiske bane. Denne filtrer-ing kan gjennomføres med vanlige filtre eller med reflekterende elementer belagt med multiple lag som er festet til resonanselementet og plassert for refleksjon av bølgelengdebegrenset lysenergi tilbake langs den fiberoptiske bane.

"Belegg av multiple lag" slik det benyttes her, er belegg bygget opp av multiple lag av dielektrisk materiale med spesielle brytningsindekser. Slike belegg kan være (spek-tralt) høypass, båndpass eller lavpass, avhengig av anordningen

av lagene, idet valget av dette ligger innenfor det som kan ventes av en vanlig fagmann på området optikk. Ved omkoderen kan en strålesplitter (eller en ekvivalent dertil) bli benyttet for å separere energi med kortere bølgelengde fra energi med lengre bølgelengde. Oscillasjonsfrekvensene kan så bli målt for å indikere de avfølte fysikalske parametre. En mengde av lignende multippel-bruk-utforminger kan bli benyttet, begrenset i kombinasjoner bare av forskjellige typer fysikalske parametre som skal måles og i antall bare av evnen til å differensiere og diskriminere blant strålingsenergibølge-lengdene. Noen kombinasjonsanvendelser på en enkelt optisk fiberbane i samsvar med den foreliggende oppfinnelse innbefatter indikasjon av frekvens og av "ut av området", posisjon og grensestopp, lokal eller fjern temperatur og trykk, trykk og/eller differensialtrykk og andre variabler, såsom temperatur osv., slik det er ønsket ved den spesielle anordning.

Det er derfor en fordelaktig hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for måling av ett eller flere fysikalske fenomener ved et sted fjerntliggende fra stedet hvor signalet benyttes eller observeres, og hvor målesignalet er immunt eller motstandsdyktig mot tilnærmet alle vanlige omgivelsesforstyrrelser.

Det er en fordel ved foreliggende oppfinnelse at en enkelt fiberoptisk bane kan bli benyttet for å føre både oscillatorkildeenergi og det oscillerende resonanssignal.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at tallrike typer fysikalske parametre lett og nøyaktig kan bli målt.

<y>tterligere en fordel ved oppfinnelsen er muligheten

til å føre et flertall av signalinformasjonsenergier og oscil-latorkildeenergien på en enkelt fiberoptisk bane.

Det er en videre fordel ved foreliggende oppfinnelse

at da den omkodede kommunikasjon som føres av den optiske fiber ikke er særlig avhengig av strålingsenerginivået, vil tilveiebringelsen av i hvert fall minimale egnede energi-nivåer muliggjøre en vellykket måling selv hvor optisk ampli-tudestøy av bred båndbredde er til stede.

Ytterligere en annen fordel ved foreliggende oppfinnelse er effektiv total isolasjon og frihet fra radiofrekvensinter-ferens (RFI).

En videre fordel er eliminasjon av elektrisk ledende baner mellom sensorsted og styringsrom som resulterer i jord-sløyfestrømmer.

En ytterligere fordel ved foreliggende oppfinnelse

er vesentlig redusert under hensyntagen til elektriske ledere som fører sterk elektromagnetisk pulsenergi inn i det elek-troniske og styringsdelene i styringssystemet.

En annen fordel ved oppfinnelsen beskrevet her er frihet fra eksplosjonsfare som er forbundet med elektriske strømmer i kritiske omgivelser.

En ytterligere fordel ved foreliggende oppfinnelse

er frihet fra lyninduserte farer.

En fordel ved en utførelsesform for foreliggende oppfinnelse er at den er meget lett å tilpasse både til optisk og elekrisk forbindelse, noe som muliggjør enda større varia-sjonsmulighet ved tilpasning av ny teknikk til gammelt styr-ingsutstyr og/eller integrasjon eller kombinasjon av elektrisk teknikk og lysenergiteknikk.

En ytterligere fordel ved oppfinnelsen er at lyssignalene lett kan multiplekses for multippel signaloverføring på meget få baner.

Ytterligere en fordel ved oppfinnelsen beskrevet her ligger i det faktum at den oscillerende resonanselementdel er pålitelig selvstartende.

Og ytterligere et trekk ved denne oppfinnelse er at

den er lett tilpassbar til operasjon under vanskelige om-givelsesbetingelser, såsom korrosive omgivelser.

En annen fordel ved oppfinnelsen vedrører dens enkle metodikk og utformingstrekk ved at kostbare, komplekse, i seg selv mindre pålitelige kretselementer kan erstattes med billige, enkle og pålitelige.

En ytterligere fordel ved denne oppfinnelse er at måle-feil som innføres på grunn av banetap (såsom fiberoptiske bøyetap), blir unngått, da målingen er frekvensbasert.

Et annet særlig fordelaktig trekk ved oppfinnelsen

er at ingen lokal energikilde kreves ved det fjerntliggende

målested for å initiere eller holde på oscillasjonene.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at den lett og økonomisk kan fremstilles, kalibreres og installeres og settes i rutineoperasjon.

Og en annen fordel ved foreliggende oppfinnelse er

at da den er optisk basert, har feltsensoren et minimalt elektronisk innhold, dvs. sensorenheten krever ingen sili-siumbaserte forsterkningsinnretninger.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen er selv-innlysende fra den følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne og forskjellige utførelser sett i forbindelse med de vedlagte tegninger.

Tallrike trekk ved oppfinnelsen beskrevet her vil fremgå ved granskning av de forskjellige tegningsfigurer som danner en del av denne beskrivelse. Piler med uttrukken linje indikerer stabil eller CW-lysenergif orplantningsiretning , mens piler med stiplet linje indikerer en pulserende eller modulert lysretning. I alle riss indikerer like henvisningstall til hverandre svarende deler: Fig. 1 er et forenklet blokkdiagram av oppfinnelsen. Fig. 2 er et basisdiagram som illustrerer nivået for relevante arbeider utført i området nær oppfinnelsen. Fig. 3 er et forenklet skjematisk riss av basisresonans-trådoscillatorsensordelen av oppfinnelsen. Fig. 4 er et forenklet riss av basisresonanshulbjelke-oscillatorsensorutførelsen av oppfinnelsen. Fig. 5 er et forenklet skjematisk riss av en dualreso-natorsensor ifølge en annen utførelse for søkernes oppfinnelse. Fig. 6 viser spektralfordelingen av en del av strålingsenergien som kan anvendes ved foreliggende oppfinnelse og viser to diskrete anvendbare båndpasskurver. Fig. 7 er et forenklet skjematisk riss av en trykkcelle-utforming ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 er et forenklet riss av en temperaturkompensert trykksensorutforming ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 er et forenklet skjematisk riss av en temperatursensor ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 10 er en enkel belastningscelleutforming ved foreliggende oppfinnelse i skjematisk riss. Fig. 11 illustrerer en resonanshulbjelke-temperatursensor.

Fig. 12 er et forenklet riss av en annen utførelse

av oppfinnelsen hvor en elektrisk bryter er innsatt i kombinasjon med sensoren.

Fig. 13 er et forenklet riss av en utførelse i hvilken det kan benyttes enten en optisk eller elektrisk drivanordning, og

fig. 14 er et tidsdiagram som viser riktig og uriktig forhold mellom signal og tilbakeføringsstrøm i den foretrukne utførelse av oppfinnelsen.

Det vises nå til tegningen, spesielt fig. 1, hvor det

er vist et forbedret fiberoptisk fjernsensorapparat 10, som innbefatter strålingsenergitilførselskildeanordninger 19,

stø (eller CW) strålingsenergibane 11, strålingsavbøynings-anordning 12, innbefattende f.eks. omvendt stråleavbøynings/ oppspaltingsanordning 13, toveis-strålingsenergibane 14, avbøyd strålingsenergibane 15, kraftomdannelsesanordning 16 og kommunikasjonsanordninger 17 for overføring av kraften til en oscillatoranordning 20 og signaldeteksjonsanordning 18.

For formålet med denne beskrivelse er energitilførsels-kildeanordningen 19 en stø tilførsel av strålingsenergi, innbefattende koherent og ikke-koherent lys som ligger generelt innenfor bølgelengdeområdet fra ca. 1000 til ca. 100 000 Ångstrøm. Uttrykket "lys" kan bli benyttet i denne beskrivelse for å indikere den mer generelle form "strålingsenergi" innenfor det ovenfor angitte spesielle bølgelengdeområde. Denne stø energi identifiseres ut fra formålet med denne beskrivelse, som stø eller kontinuerlig bølge- (CW-) energi for å skille den fra på/av-modulert, pulserende eller lukket energi. På

fig. 1 er denne CW-energi koblet inn i den stø strålingsenergibane 11 som kan være en enkelt fiberoptisk lysleder eller lignende. En stråleavbøyningsanordning 12 som vil bli beskrevet nedenfor, er plassert i banen 11 ved et egnet styringssted fjerntliggende fra det fysikalske sted for størrelsesmålings-

stedet. Banen 11 går inn i avbøyningsanordningen 12 ved et første sted for å lede lysenergi inn der, og en toveis-strålingsenergibane leder lysenergien bort fra avbøyningsanordningen 12 fra et annet sted på denne. Igjen er banen 14 en enkel fiberoptisk lysleder eller lignende. Banen 14 leder CW-lysenergi inn i oscillatoranordningen 20 som inneholder et reso-nansf rekvenselement som er beskrevet mer fullstendig nedenfor. En kraftomdannelsesanordning 16 omdanner effektivt den fysikalske størrelse som skal måles til en mekanisk kraft som utøves på resonansfrekvenselementet til oscillatoranordningen 20. Valget av kraftomdannelsesanordning av de mange arter som er kjent på området, ligger innenfor valget for fagmannen og vil variere i avhengighet av de fysikalske fenomener som skal måles. Generelt sagt blir CW-lys som mottas via de etter hverandre følgende baner 11 og 14, reflektert som lys hvis intensitet varierer med en frekvens avhengig av den målte fysikalske parameter og føres tilbake langs banen 14 til den omvendte stråleoppspalter 13 som er plassert i avbøynings-anordningen 12. Strålespalteren 13 kan være hvilken som helst kjent innretning for føring av lys når det fremføres derigjennom fra en første retning og avbøyer en del av lyset som føres gjennom i motsatt retning. Det avbøyde lys med variabel intensitet (eller pulserende) ledes langs banen 15 til signaldeteksjonsanordningen 18. Detektorsensoren 18,

en lysenergi til elektrisk energi-transduktor, kan være hvilken som helst av flere fotosensorer, innbefattende en fotodiode,

en fotospennings-celle eller -element, eller ekvivalenter hertil.

Ved drift blir så CW-lys ført langs en enkel sekvensiell bane (11, 14) til en oscillator 20 som drives av CW-lys.

En detaljbeskrivelse av denne krets er innbefattet her i forbindelse med fig. 3 og 4. En kraft som er relatert til den fysikalske parameter som skal måles, utøves av kraftom-dannelses- og kommunikasjonsanordningene (16, 17) på resonans-elemenet i oscillatoren 20 for å forårsake et lys som pulserer med variabel frekvens (relatert til kraften) som reflekteres langs banen 14 til et fjerntliggende sted hvor det avbøyes (12, 13) til en detektor 18 via en lysbane 15. Detektoren tilveiebringer således et utgangssignal som er relatert til den fysikalske parameter som måles.

Det skal nå vises til fig. 3 hvor det er vist et forenklet diagram av en basisutførelse av oscillatoranordningen 20 som en del av fjernmåleapparatet. Det skal bemerkes at mens alle de nødvendige elementer i oscillatoranordningen

20 er innbefattet, er de vist og beskrevet i skjematisk form for å gi en generell beskrivelse istedenfor å angi spesielle trekk, detaljer og anordninger. Dette gjøres for å tillate fagfolk å gjøre bruk av oppfinnelsen i samsvar med deres egne behov. x

Oscillatoranordningen 20 innbefatter en første ende-støttekonstruksjon 21, resonanselementet 22, endestykket 23 for den fiberoptiske bane, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24, isolator 25, omformer 26 eller en ekvivalent hertil, fasevekslingsanordning 27, en elektrisk forbindelsesanordning 28, en andre endestøttekonstruksjon 29, magnetfeltkildeanordning 30, 31 og ramme 32.

Rammen 32 er anordnet for sammensetning av komponentene og er stivt konstruert. Til rammen 32 er det festet ende-støttene 21, 29 for resonanselementet 22. I dette eksempel er det benyttet et båndelement som resonanselement 22. Alternativt kan andre former eller profiler bli benyttet, innbefattende tråder, bånd eller bjelkestrukturer som krever en annen fysisk anordning som skal beskrives senere. En reflekterende flate er innbefattet for å reflektere lys når resonanselementet 22 "lukker" for lyset. En endestøttekonstruksjon 29 innbefatter isolasjonsinnretninger 25 for elektrisk å isolere en ende av resonanselementet 22 fra rammen 32. Lysbanen 14 ender ved endepunktet 23 hosliggende til resonanselementet

22. En strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24

er plassert på motsatt side av og er delvis blokkert av resonanselementet 22.- Transduktoren 24 er elektrisk forbundet med omformeren 26 via forbindelsestråder eller ledninger 28. Andre vindinger på omformeren 26 innbefatter forbindelser med en fasevekslingsanordning 27, og med endene på resonanselementet 22 via den isolerte ende derav og rammen 32 og den motsatte støtte 21. Magneter 30, 31 er likt fordelt

parallelt til og på motsatte sider av resonanselementet 22. Ved dette eksempel er magneten 30 nord og magneten 31 syd. Feltet kan bli snudd hvis dette er ønsket, under forutsetning av at de elektromagnetiske lover blir riktig tatt hensyn til. De er plassert slik at de skal bevirke et magnetisk felt vinkelrett til resonanselementet 22 og også vinkelrett til retningen for strømmen som føres i resonanselementet 22 for å bevirke at resonanselementet 22 beveges frem og tilbake, plassert mellom strålingsenergikilden (endepunktet

23) og transduktoren 24. I denne form vil omformer 26, fase-stabilisator 27, forbindelsestråder 28 og magneter 30, 31

i generell forstand danne et apparat som bevirker vibrasjon av resonanselementet 22.

Denne mekanisme er forklart på følgende måte. Strålingsenergi som ankommer ved endepunktet 23, illuminerer den opto-elektriske transduktor 24, danner en spenning som forandres til et lavt nivå av omformeren 26. En fasevekslerkrets 27 veksler fasevinkelen for den drivende strøm slik at den overskrider 0° og forblir mindre enn 180° over vibrasjonsfrekvens-området for elementet 22 (se også fig. 14). Fasevekslingskretsen 27 er en impedans tilformet av minst en av de følgende reaktanser: kapasitiv, induktiv og/eller motstand. Den fasevekslede strøm tilføres til endene av båndelementet 22, danner et elektromagnetisk felt rundt resonanselementet 22. På grunn av vekselvirkningen mellom det elektriske felt og det faste magnetiske felt rundt båndet fra magnetene 30 og 31 beveges resonanselementet 22 i feltet, vinkelrett til lysstrålen fra endepunktet 23. Når resonanselementet beveges til blokk-ering av strålingsenergibanen mellom endepunktet 23 og den opto-elektriske transduktor 24, vil strømmen som dannes av fotocellen bli redusert, og når resonanselementet 22 hindrer strålingsenergibanen, blir strålingsenergien reflektert tilbake langs den samme kildebane som den ankommende energi.

Når resonanselementet 22 tilstrekkelig blokkerer strålingsenergibanen til i det vesentlige å stoppe dannelsen av strøm, vil resonanselementet, som er under strekk, gå tilbake til sin hvilestilling, frilegge strålingsenesrgibanen, og den samme virkning gjentas, og resulterer i udempet oscillasjon.

Fig. 4 viser et fiberoptisk fjernsensorapparat 40 med utkragende bjelke, som innbefatter en alternativ utførelse av oscillatoranordningen 20, vist innenfor boksen av stiplet linje. Denne resonanshulromsensor innbefatter banen 11 for stø (CW) strålingsenergi, motsatt stråleavbøyningsspalteren 13, toveis-strålingsenergibanen 14, den avbøyde pulserende strålingsenergibane 15, kraftomdannelsesanordningen 16, kraftomdannelseskommunikasjonsanordningen 17, signaldeteksjonsanordningen 18, strålingsenergikildetilførselsanordningen 19, den fiberoptiske banes ende 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktoren 24, den elektriske forbindelsesanordning 28, avbryteren 41, fasevekslingskretsen 42, (hul-bjelke) resonanselementet 43 og vibratoranordningen 44.

Ved den foreliggende utforming er kraftomdannelsesanordningen 16 iboende i resonanshulbjelkeelementet 43 når det benyttes for å måle trykk, da trykket som tilføres av kraftomdannelseskommunikasjonsanordningen 17 avstiver (og derfor forandrer resonansfrekvensen til) resonanshulbjelkeelementet 43. Detaljene ved utformingen av oscillatoranordningen 20 er noe forskjellig fra dem på fig. 3. Oscillasjon av hulbjelken 43 tilveiebringes av vibratoranordningen 44

som er en elektromekanisk innretning såsom et piezoelektrisk krystallelement, en bimorf celle (to krystallelementer såsom Rochellesalter i fast kombinasjon og anordnet for å virke

som en mekanisk transduktor) eller lignende. Vekselstrømmen eller pulserende elektrisk energi for drift av vibratoren utledes fra den opto-elektriske transduktor 24, som kan være en fotocelle, fotodiode ellr lignende. Ved endepunktet 23

for den fiberoptiske bane rettes strålingsenergi mot den tilliggende transduktor 24. Plassert mellom endepunktet 23

og transduktoren 24, og i hvert fall delvis blokkerende lysbanen derimellom, er en speilende eller reflekterende avbryter 41 som er festet til enden på det hule bjelkeresonanselement 43. For å opprettholde det korrekte faseforhold for pålitelig oscillasjon er utgangen på transduktoren 24 under påvirkning av en vanlig fasevekslerkrets 42 før forbindelsen med vibratoren 3 via elektriske forbindelsesledningsanordninger 28. Fasevekslerkretsen 42 innbefatter minst én av de følgende

impedanser: kapasitiv, induktiv og/eller motstand, slik det kreves for veksling av fasevinkelen til drivstrømmen slik at den overskrider 0° og forblir mindre enn 180° gjennom frekensområdet for elementet 43.

Den fysiske anordning av oscillatorelementene 23, 41, 24, 43 og 44 er slik at CW strålingsenergi rettes mot transduktoren 24 fra endepunktet 23, og et elektrisk signal dannes, som er fasevekslet etter behov (se ovenfor) og tilføres til vibratoranordningen 44 som elektromekanisk bringer resonans-hulb jelkeelementet 43 til å bevege seg fra sin stabile.stil-ling. Til enden av resonanselementet 43 er det festet en avbryter 41 som er plassert for avbrytelse av strålingsenergibanen ved elektromekanisk avbøyning for resonanselementet 43. Ved avbrytning av strålingsenergien vil en speilende eller reflekterende del av avbryteren reflektere strålingsenergien tilbake langs banen 14. Under denne periode av redusert drivkraft vil resonanselementet 43 returnere i retning av sin stabile posisjon til tilstrekkelig strålingsenergi er tillatt å passere av avbryteren og igjen treffe transduktoren for å danne vibratorens drivkraft.

Oscillasjonen er således initiert og opprettholdt ved den naturlige resonansfrekvens for resonanshulbjelkeelementet. En trykk (P-j) -forandring som innføres via kommunikas jons-anordningen 17 i hulbjelkehulrommet, vil variere stivheten for hulbjelken og derved forandre oscillasjonsfrekvensen.

Fremdeles under henvisning til fig. 4 blir inngangs-kraften i form av CW strålingsenergi tilført fra tilførsels-kildeanordningen 19 via etter hverandre følgende baner 11

og 14 til endepunktet 23. Avbryteren 41 innbefatter reflek-sjonsanordninger for effektivt å reflektere minst en del av strålingsenergien tilbake langs banen 14 (som beskrevet) for å snu stråleavbøyningsspeilet 13, som påny retter den pulserende strålingsenergi som reflekteres av avbryteren 41 til signaldetektoren 18 via banen 15, for bestemmelse av oscillatorens 20 frekvens.

En utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter bruken av et antall signaler på den enkelte fiberoptiske bane på

den måte som er vist ved dobbelresonatorsensoren 50 på fig. 5.

Elementene i en slik dobbelresonatorsensor 50 innbefatter enrgikildetilførselsanordninger 19, den stø (CW) strålingsenergibane 11,' et omvendt stråleavbøyningsspei1 13, en første toveis-strålingsenergibane 14, en første avbøyet pulserende strålingsenergibane 15, sensorstråleoppspalter/kombinator 51, en andre toveis-strålingsenergibane 52, en tredje toveis-strålingsenergibane 53, en første sensor 54 og andre sensor 55, detektorstrålespalter 56, andre og tredje pulserende strålingsenergibaner 57, 58, første og andre detektorbølge-lengdefiltere 59 og 60, første og andre detektorer 61 og 62 og deres respektive første og andre utgangssignaler 63

og 64, og første og andre sensorbølgelengdefiltere 65 og

66.

I dualsensorenheten på fig. 5 vil sensorspalteren/ kombinatoren 51 oppdele den innkommende, stø CW strålingsenergi ved port A i to (eller flere) strålingsenergisignaler som følger separat utgangsbane. (Sensorspalteren/kombinatoren 51 diskuteres mer detaljert nedenfor). Spalteren/kombinatorens utgangsporter B og C er således separert fra hverandre. Toveis-banene 52 og 53 leder strålingsenergien til sensorene 54

og 55. I hver sensor 54, 55 er det vist et separat bølgelengde-filter 65, 66 som er plassert mellom enden av den fiberoptiske bane (52, 53) og den avspeilede eller reflekterende flate.

(Eksempler på dobbelt-bølgelengdefiltrering.er vist på fig.

7 og beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. 7). Alternativt til diskrete filtere kan de speilende eller reflekterende områder av resonanselement/avbryter bli belagt med ett eller flere ekstremt tynne belegg som er følsomme for en spesiell bølgelengde for å begrense bølgelengden til det reflekterte signal. Hvert separate filterelement 65, 66 (eller belagt speilflate) er spesifikk for en annen bølgelengde og begrenser bølgelengden for den returnerte strålingsenergi. Sensorene 54 og 55 er lignende de oscillatoranordningene 20 som tidligere er beskrevet, med unntak av at filtrene 65 og 66 (eller de belagte speilflater) begrenser bølgelengden for strålingsenergien som returneres, slik at en spesiell (og forskjellig) bølgelengde er forbundet med hver sensor 54, 55. Utgangen

63, 64 på hver respektiv detektor 61, 62 er relatert til den fysiske størrelse som blir målt.

Strålespalteren 51 utgjør en optisk innretning for oppeling av en stråle i to eller flere separate stråler. Eksempler på enkle strålespaltere innbefatter: 1) en tynn plate av lystransmitterende glass, ofte spesielt reflekterende belagt, som f.eks. ved metallisering, innsatt i en stråle i en vinkel for å avdele en del av strålen i en annen retning; og 2) to rettvinklede prismer som er limt sammen ved deres hypotenusflater, hvor en av hypotenusflåtene kan være delvis reflekterende belagt. Når en stråle føres gjennom, vil deler av stråleenergien bli avbøyet i vinkler bestemt av stillingen for prismeflåtene og retningen for indikatorlyset. Alternativt kan mer enn én mindre optisk fiber motta energi fra minst én større optisk fiber og oppdele energien fra den større fiber i de mindre fibre. Hvilken som helst kjent lys- eller strålingsenergispalter og/eller spalter/kombinator som er ekvivalent i funksjon til det ovenstående, kan benyttes i stedet; eksempelet som er beskrevet her, er bare for illustra-sjonsformål.

Det skal nå vises til fig. 6, hvor det er vist en spek-tralfordelingskurve 70 for en IR (infrarød) LED (lysutsendende diode), med hvilken det er overlagret separate båndpass-reaksjonskurver 71, 72 for to diskrete bølgelengder for strålingsenergi innenfor spektralutgangen for LED. Båndpasskurvene 71, 72 som er vist, er produktet av flerelags-strålingsenergi-refleksjoner eller overføringsbelegg. Bruk av reflekterende belegg er foretrukket, da det er mer strålingsenergieffektiv.

I det foreliggende tilfelle skriver kurvene 71, 72 seg fra strålingsenergi som er ført gjennom filtre såsom den type som er vist på fig. 5 (59, 60, 65, 66). Videre selektivitet (f.eks. en smalere reaksjonskurve) kan bli oppnådd ved å utstyre resonanselementet med flerlags-strålingsenergireflek-terende speilbelegg eller elementer og således tillate multip-pelsensorretursignaler på en enkelt fiberoptisk bane.

Fig. 7 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen for gjennomføring av funksjonen av en trykksensor 80 og innbefatter toveis-strålingsenergibanen 14, kraftomdannelseskommunikasjons anordning 17, som i dette tilfelle er en trykkommunikasjonsanordning såsom en slange eller et rør, resonanselementet 22, den fiberoptiske baneendedel 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktoren 24, isolatoren 25, omformeren 26, faseveksleranordningen 27, den elektriske forbindelsesanordning 28, endestøttekonstruksjonen 29, den magnetiske feltkildeanordning (nord) 30 og (syd) 31, ramme 32, diafragma 81 med et forsterket og/eller styrket sentralområde 83, den forbelastede fjær 82, det første kammer 83, trykkammeret 85, skilledelen 86 og porten 88.

Ved utførelsen på fig. 7 er resonanselementet 22 en

tråd eller et bånd som er strukket mellom endestøttekonstruk-sjonen 29 og difragmaet 81 som forsegler første kammer 84

fra trykkammeret 85. Det sentrale område 83 på diafragmaet 81 er forsterket for festing av resonanselementet 22 som holdes under strekk av den forbelastede fjær 82 som tvinger diafragmaet bort fra skilleveggen 86. Resonanselementet 22

er plassert mellom den optiske banes endedel 23 og transduktoren 24 for i hvert fall delvis å blokkere banen mellom disse to. Trykk (P-j) er kommunisert til trykkammeret 85 via kommunikasjonsanordningen 17. Magneter 30, 31 danner et magnetisk felt som, når resonanselementet 22 er elektrisk energi-sert, bringer resonanselementet 22 til å bevege seg tilbake og frem mellom de permanente magnetpolflater i en retning vinkelrett til både retningen for strømmen i resonanselementet og det magnetiske felt.

Ved innpasning i et system under drift blir diafragmaet 81 på trykksensoren 80 utsatt for et trykk P som representerer den fysiske størrelse som kan måles. trykker mot diafragmaet

81 og dets styringsområde 83 vil i forhold til trykket P^bevirke en forandring i strekket på resonanselementet- 22

og derfor vil dets resonansfrekvens variere i forhold til trykket P^. Resonanselementet bringes til å oscillere eller vibrere med en bestembar frekvens, av et elektrisk signal som utledes fra strålingsenergi som ledes via banen 14 fra en fjerntliggende strålingsenergitilførselskilde (ikke vist) til baneendepunktet 23. Når strålingsenergi (som kan være i form av lysenergi) treffer transduktoren 24, mottar resonans-

elementet 22 et elektrisk signal via omformeren 26 som bevirker at resonanselementet 22 beveges (under innflytelse av det magnetiske felt som er tilveiebragt av magnetene 30, 31)

inn og ut av lysbanen mellom endepunktene 23 og transduktoren 24, lukker for lyset som når transduktoren 24 med en regelmessig hastighet, hvis frekvens avhenger av det strekk som utøves på resonanselementet 22 av diafragmaet 81. Resonanselementet 22 er et metallisk bånd med en reflekterende flate eller lignende. For tilbakemating av båndets resonansfrekvens blir lyset reflektert i en modulert form under lukkingen tilbake langs den samme bane 14 på hvilken det er ankommet og detekteres fjerntliggende i samsvar med den beskrivelse som tidligere er gitt ovenfor. En ytre port 88 kreves hvis manometertrykket skal måles; enheten kan bli evakuert og porten 88 forsegles hvis et absolutt trykk skal måles.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan også måle temperatur. Dette kan gjøres på forskjellige måter, og valget av disse muligheter avhenger ofte av den anvendelse som temperatur-målingen er tenkt til. For eksempel kan en gassfylt kolbe (f.eks. 121 på fig. 11) bli forbundet til apparatet som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 4 og trykkvariasjonene måles som beskrevet der. Det samme gassfylte kolbeapparat kan bli benyttet for å sette det indre av et hulrom under trykk, slik det er beskrevet på fig. 8, for å måle tempera-turer. Det er ofte særlig fordelaktig å kjenne den grad med hvilken temperaturen påvirker resonansfrekvensen til resonanselementet 22, for å identifisere nøyaktigheten av målingen. Fig. 8 illustrerer en vanlig slik situasjon, hvor trykket blir fjernmålt; temperaturen ved trykksensorstedet må bli målt for å identifisere tilstedeværelsen og graden av temperatur som forårsaket variasjoner i bestemmelsen av trykkmålingens nøyaktighet.

Måling av temperatur og trykk på fig. 8 gjennomføres

med en dobbeltsensorutforming av en temperaturkompensert trykksensor 90, innbefattende strålingsenergitilførselsanord-ninger 19, stø (CW) strålingsenergibane 11, omvendt stråle-avbøyningsspalter 13, første toveis-strålingsenergibane 14, første avbøyd pulserende strålingsenergibane 15, sensor-

strålespalter/kombinator 51 (se omtalen til fig. 5), andre toveis-strålingsenergibane 52, tredje toveis-strålingsenergibane 53, detektorstrålespalter 56, andre pulserende strålingsenergibane 57, tredje pulserende strålingsenergibane 58,

første detektorbølgelengdefilter 59, andre detektorbølgelengde-filter 60, første sensorbølgelengdefilter 65, andre sensor-bølgelengdefilter 66, trykksensor 80 (se ovenstående diskusjon i forbindelse med fig. 7), temperaturdetektor 93 og dens utganssignal 91 (fig. 8), trykkdetektor 94 og dens trykkut-gangssignal 92 og temperatursensor 100 (diskusjon til fig. 9) .

Den temperaturkompenserte trykksensor 90 er i det vesentlige den samme som dobbeltresonatorsensoren 50 på fig. 5, bortsett fra bruken av spesielle temperatur- og trykksensorer 100, 80. Trykksensor 80 er beskrevet ovenfor; temperatursensor 100 (i det vesentlige den samme som oscillatoranordningen 20, som er beskrevet tidligere) er illustrert på fig. 9 og beskrevet i det følgende.

Som på fig. 5 blir to separate signaler som representerer fysiske parametre i sensorene 80 henholdsvis 100 utviklet ved bruk av en enkelt strålingsenergikildeanordning (ikke vist) som energitilførselskilde og ledes langs en enkelt bane. De to signaler, her trykk og lokal temperatur ved trykksensorstedet, blir utviklet som to signaler med forskjellig bølgelengde og ført tilbake langs den samme enkelte fiberoptiske bane 14 for å bli separat detektert, og gir et temperatur relatert signal som kan være elektronisk relatert til trykksignalet og benyttet for å redusere temperaturen som forårsaker trykksignalfeil.

Fig. 9 viser skjematisk en enkel temperatursensor 100 særlig egnet for bruk til måling av omgivelsestemperatur innenfor en omhylling som inneholder en eller flere andre sensorer som måler temperaturpåvirkede fysiske størrelser, såsom trykk. Innbefattede elementer er: toveis-strålingsenergibane 14, endestøttekonstruksjon 21, resonanselement 22, fiberoptisk baneendedel 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24, omformer 26, fasevekslingsanordning (resistor) 27, elektrisk forbindelsesanordning 28, magnetisk feltkildeanordning 30 (N) og 31 (S), ramme 32, reflektor 101, forbiføring 102 og montering 103, elektrisk isolator 104 og endestøttekonstruksjon 105.

Resonanselementet 22 er opphengt under strekk mellom første og andre endestøttekonstruksjon 21, 105 og er elektrisk isolert av isolasjonen 104 ved endestøtten 105. En forbindelse til endemonteringen 103 muliggjør festing av resonanselementet 22 ti isolatoren 104 og endestøtten 105. Faseveksleranordningen

27 er innsatt for å innstille fasen for drivkraften innen-

for det ønskede område (0°-180°). En fleksibel elektrisk leder forbinder den isolerte ende av resonanselementet 22

til omformerens 26 sekundære vinding. Reflektorelementet 101 er valgfritt; det er anordnet for å forbedre reflektivi-teten for resonanselementet 22 hvis dette ikke har tilstrekkelig lysreflektivitet eller hvis større lyseffektivitet er krevet. Ved valg av resonanselement 22 og ramme (basis eller hus) 32 av materialer med forskjellige temperaturkoeffisienter kan lokal temperatur bli nøyaktig målt. Resonansbåndet 22

i seg selv forblir frekvensuavhengig av temperaturen. Ved multippel sensorbruk som diskutert ovenfor i forbindelse med fig. 5, kan speilflaten være belagt med en eller flere strålingsenergifrekvensselektive belegg.for å begrense fre-kvensreaksjonen for den returnerte, lukkede energi. De gjenblivende deler og elementer virker nøyaktig som det i det vesentlige tilsvarende apparat på fig. 3 (beskrevet ovenfor), med unntak av de ovenstående forskjeller.

Den forbedrede fiberoptiske fjernsensor er ideelt tilpassbar til utformingen av en belastningscellesensor 110

som vist på fig. 10, hvilken sensor innbefatter toveis-strålingsenergibane 14, kraftomdannelseskommunikasjonsanordning 17, resonanselement 22, fiberoptisk baneendedel 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24, elektrisk isolator 25, omformer 26, faseveksleranordning 27, elektrisk forbindelsesanordning 28, magnetisk felt (nord) -anordning 30 og (syd) 31, belastning 111, belastningscellehus 112, første endevegg 113, andre endevegg 114, kammer 115 og endemontering 116.

Ved denne utforming virker sensoren i det vesentlige

på samme måte som tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 3,

med unntak av at den fysiske størrelse som måles, er et trykk som utøves direkte på hele belastningscellehuset 112 (og tilføres til huset 112 som en helhet istedenfor til endeveggen 113) av kraftomdannelsesanordningen 17, som er en krage eller leppe 17. På denne tegning er belastningen 11

vist skjematisk som en masse som påvirkes av tyngdekraften. Kragen eller leppen 17 på belastningscellen 110 kan være

en integrert del av huset 112 eller et helt separat stykke. Dets funksjon er å overføre belastningskraften som utøves

til sideveggene på huset 112 istedenfor til endeveggen. 113,

noe som kunne resultere i en falsk eller ukalibrert utgangs-avlesning. Det bør bemerkes at da sensoren måler den kraft som utøves av belastningen som en frekvensforandring istedenfor som en absolutt frekvensmåling for seg, kan belastningscellen bli anordnet på en hvilken som helst innstilling eller posisjon og fremdeles nøyaktig måle den kraft som utøves med liten eller ingen uoverensstemmelse på grunn av denne posisjon eller innstilling.

Fig. 11 er et forenklet skjematisk riss av en resonans-hulromtemperatursensor 120 for en fluidumfylt kolbe i samsvar med en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse, og hvilken sensor innbefatter toveis-strålingsenergibane 14, kraftkommuni-kasjonsanordning 17 (vist i delsnitt) som i dette tilfelle er en trykkommunikasjonsanordning, fiberoptisk baneendedel 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24, elektrisk forbindelsesanordning 28, reflekterende avbryter 41, fasevekslerkrets 42, resonanshulbjelkeelement 43 (vist i delvis snitt), vibratoranordning 44 og den fluidumfylte, temperaturfølsomme beholder 121,. som inneholder et temperatur-følsomt fluidum 122. Vanlige fylte damptrykkteknikker kan bli benyttet for å unngå temperatureffekter på fyllings-fluidumet.

Bruken av denne utførelse er i det vesentlige lik den som er beskrevet for basissensoroscillatoranordningen 40

i forbindelse med fig. 4, bortsett fra den spesielle kraftomdannelsesanordning, en fluidumfylt, temperaturfølsom fluidumbeholder 121 som kan inneholde hvilket som helst egnet tempera-turfølsomt fluidum 122, enten gass eller væske. Ved denne

anordning kan kraftomdannelseskommunikasjonsanordningen være et rør eller et kapillarrør, som er forbundet til hulbjelkeresonanselementet 43 og den temperaturfølsomme fluidumbeholder 121, som kan være kolbeformet etter ønske. Temperaturfor-andringer som påvirker beholderen 121, utvider eller sammen-trekker fluidumet som befinner seg i den. Fluidumutvidelse kommuniseres til hulrommet i hulbjelkeresonanselementet 43

og bevirker at resonansfrekvensen for dette forandres.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet ved at den

har optisk tilført bruksenergi og blir optisk avfølt, er det klart at den elektromekaniske drivdel av oscillatoren kan avbrytes hvis ønsket for å stoppe oscillasjonen.

Fig. 12 er et forenklet skjematisk riss som illustrerer en utførelse av oppfinnelsen beregnet på visse anvendelser ved hvilke elektriske lavnivåsignaler er tilgjengelige for ytterligere elektrisk signalkommunikasjon og innbefatter toveis-strålingsenergibane 14, endestøttekonstruksjon 21, resonanselement 22, fiberoptisk baneendedel 23, strålingsenergi til elektrisk energi-transduktor 24, omformer 26, fasestabilisatoranordning 27, elektrisk forbindelsesanordning 28, endestøttekonstruksjon 29, bryter 131, endemontering 132 og isolator 133.

Endemonteringen 132 og isolatoren 133 er som tidligere beskrevet i forbindelse med punktene 25 og 87 (fig. 3 og 7). Med unntak av bryter 131 er de gjenblivende elementer beskrevet i forbindelse med fig. 3. Bryter 131 (SW^) er i stand til å avbryte tilbakeføringssignalet til de elektriske signaler, og som sådan er den en utmerket innretning til å starte og stoppe disse signaler. Som en forseglet magnetisk reagerende tungebryter utgjør den en ideell begrensnings-bryter eller annen oscillasjonsavbryter. To eller flere normalt lukkede innretninger kan bli forbundet i serie med bryteren 131, eller to eller flere vanligvis åpne bryterinnretninger kan bli forbundet parallelt med bryter 131 for å gi multiple avbryterfunksjoner. Tilleggsbrytere plassert ved andre steder kan være anvendbare i forskjellig områdeidenti fikasjon eller posisjonsplassering og referansebruk. Alternativt kan et et elektrisk signal bli utledet direkte fra endedelene 134, 135, som på fig. 13, og benyttet for ytterligere elektrisk kommunikasjon; dette er vanligvis et lavnivåsignal.

Utførelsen på fig. 13 er i det vesentlige lik den på

fig. 12, bortsett fra eliminasjonen av bryteren (S1) 131

på fig. 12 og innføringen av elektriske kontakter 134, 135

på fig. 13 for å muliggjøre direkte elektrisk og/eller optisk krafttilførsel/avføling for apparatet. Disse elektriske kontakter kan også bli benyttet for deteksjon, lokal indikasjon og/eller kalibreringsformål. Det samme er tilfellet i mange av de andre utførelser av oppfinnelsen som er beskrevet her. Hvis benyttet i elektrisk driftstilstand, kan bøylen 140 mellom endedelene 141 og 135 bli kuttet for å unngå belastning av transduktoren. En bryter kan innsettes istedenfor bøylen 1 40 .

Det skal til slutt vises til fig. 14, hvor to riss

av trådposisjon og drivstrøm er vist, hvor den relative fase for strømmene er korrekt på fig. 14B og vekslet med 90° (ukor-rekt på fig. 14A). Stabil operasjon er illustrert av fig. 14B. Drivstrøm er bare tilgjengelig når den reflekterende del av resonanselementet ikke hindrer lys i å nå transduktoren.

Claims (38)

1. Optisk drevet oscillerende resonanselementapparat, karakterisert ved at det omfatter: a) et resonanselement som utsettes for en belastningskraft, b) en strålingsenergikildeanordning for tilveiebringelse av strålingsenergi, c) en enkel kommunikasjonsbaneanordning for å kanalisere strålingsenergien i en første retning til et endepunkt hosliggende til resonanselementet, d) en transduktoranordning, i stand til å omdanne strålingsenergi til elektrisk energi, hosliggende til resonanselementet og motsatt til nevnte endepunkt, for dannelsen av en elektrisk strøm som utledes fra størrelsen av strålingsenergien som kommer fra endepunktet, e) en elektrisk drivanordning som er elektrisk forbundet med transduktoren for å indusere bevegelse for resonanselementet på tvers mellom transduktoren og endepunktet med en frekvens som er relatert til resonansfrekvensen for resonanselementet, og f) en reflekterende anordning, forbundet med resonanselementet og plassert mellom endepunktet og transduktoranordningen under bevegelse av resonanselementet, for refleksjon i hvert fall av en del av strålingsenergien langs minst en del av kommunikasjonsbanen i en andre retning motsatt til den første retning.

2. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at resonanselementet som utsettes for en belastningskraft, er et bånd.

3. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at resonanselementet som utsettes for en belastningskraft, er en resonanshulbjelke-konstruks jon.

4. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 3, karakterisert ved at resonanshulbjelke-konstruksjonen er en utkragende innretning.

5. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, har en bølgelengde mellom 10 3 og 10 <5> Ångstrøm.

6. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 5, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, for-trinnsvis har en bølgelengde mellom ca. 1000 og ca. 4000 Ång-strøm .

7. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 5, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, for-trinnsvis har en bølgelengde mellom ca. 4000 og ca. 7000 Ång-strøm.

8. Oscillerende resonanselementapparat ifølge.krav 5, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, har en bølgelengde mellom ca. 7000 og 100 000 Ångstrøm.

9. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, er inkoherent.

10. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, er koherent.

11. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at de kommuniserende baneanordninger omfatter en enkel fiberoptisk strålingsenergi-passas je.

12. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at kommunikasjonsbanen omfatter en sekvensiell serie av strålingsenergipassasje-elementer langs en enhetlig bane.

13. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at strålingsenergien som tilveiebringes av strålingsenergikildeanordningen, er i det vesentlige stø og umodulert.

14. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den reflekterende anordning videre innbefatter en separat, reflekterende element-anordning som er forbundet med resonanselementet, hvilket reflekterende element er plassert i hvert fall delvis mellom strålingsenergiendepunktet og transduktoranordningen for å reflektere i hvert fall en del av strålingsenergien tilbake opp kommunikasjonsbaneanordningen i motsatt retning og synkront med det oscillerende resonanselement.

15. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre innbefatter en omformerimpedanstilpasset anordning med minst første og andre vindinger, hvor transduktorutgangsstrømmen er koblet til den første vinding og resonanselementets drivanordning er forbundet til den andre vinding.

16. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 15, karakterisert ved at det videre omfatter faseveksleranordninger for å bevirke faseforsinkelse for drivstrømmen og være mellom 0° og 180°.

17. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektriske drivanordning i denne omfatter: a) en magnetisk kraftforspenningsanordning for dannelsen av et magnetisk felt rundt resonanselementet, b) en anordning for å kommunisere mellom transduktorens elektriske energiutgang og de respektive ender av resonanselementet og føring av transduktorutgangsstrømmen derigjennom for å danne et elektromagnetisk felt, og c) en anordning for å indusere bevegelse for resonanselementet mellom transduktoranordningen og strålings-energiens endepunkt ved samvirke mellom den magnetiske kraftforspenningsanordning og det elektromagnetiske felt.

18. Oscillerende resonanselementapparat ifølge krav 3, karakterisert ved at den elektriske drivanordning i denne omfatter: a) en piezoelektrisk vibratoranordning for omdanning av elektrisk energi til mekanisk bevegelse for resonanselementet, og b) en anordning for kommunikasjon mellom transduktorens elektriske energiutgang og den piezoelektriske vibrator.

19. Kraftmålemetode i et optisk drevet oscillerende resonanselementapparat som omfatter et resonanselement som utsettes for en belastningskraft, med strålingsenergidrivkilde og anordninger for tilbakeføring av en signalverdi som er relatert til belastningskraften, karakterisert ved at metoden omfatter: a) utsettelse av en kildeende på en strålingsenergibane-anordning for en stø stråle av slik strålingsenergi, b) kommunisering av den stø strålingsenergi langs banen i en første retning til en fjerntliggende resonans-elementinnretning, og c) alternativt å bruke den kommuniserte strålingsenergi til intermitterende å drive resonanselementet i en oscillerende tilstand og å reflektere i hvert fall en del av strålingsenergien delvis langs banen i en andre, motsatt retning, hvor den elektriske energi utledes fra strålingsenergien under perioder når strålingsenergien ikke blir reflektert og blir benyttet til å understøtte oscillasjonen for resonanselementet.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at resonanselementet bringes til å oscillere på grunn av påvirkningen av et elektromagnetisk felt i et i det vesentlige fast magnetisk felt.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at resonanselementet bringes til å oscillere ved å utsette dette for mekanisk belastning som forårsakes ved direkte utøvelse av et elektrisk felt på et piezoelektrisk element.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at frekvensen for reflekterte strålingsenergipulser relateres til verdien for belastningskraften som utøves på resonanselementet og videre omfatter det trinn å detektere den reflekterte strålingsenergi for å indikere belastnings-kraf tens verdi.

23. I et optisk drevet oscillerende resonanselementapparat som innbefatter et resonanselement som utsettes for en belastningskraft, med strålingsenergidrivkilde og anordninger for tilbakeføring av et antall signalverdier som er relatert til belastningskraften, omfatter fremgangsmåten: a) utsettelse av en kildeende på en strålingsenergibane-anordning for en stø stråle av strålingsenergi som innbefatter et antall bølgelengder som innbefatter minst første og andre bølgelengder, b) kommunikasjon av den stø stråle av strålingsenergi alngs banen i en første retning til en oppspaltingsanordning, hvilken oppspaltingsanordning oppdeler strålingsenergien i et antall adskilte baner, c) kommunikasjon av strålingsenergien fra minst en av antallet adskilte baner til en fjerntliggende resonans-elementinnretning, og d) alternativt å bruke den kommuniserte strålingsenergi til intermitterende drift av minst ett resonanselement i en oscillerende tilstand og å reflektere energi av en bølgelengde som velges fra minst en del av strålingsenergien langs minst en del av banen i en andre, motsatt retning hvor den elektriske energi utledes fra strålingsenergien under perioder når strålingsenergien ikke blir reflektert og benyttes til å forsterke oscillasjon for resonanselementet.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at resonanselementet bringes til å oscillere ved påvirkning av et elektromagnetisk felt i et i det vesentlige fast magnetisk felt.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at resonanselementet bringes til å oscillere ved å utsette det samme for mekanisk belastning som forårsakes av direkte utøvelse av et elektrisk felt på et piezoelektrisk element.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved at den reflekterte strålingsenergi selektivt avdeles ved bølgelengde og detekteres for å indikere belastningskraft-verdien.

27. Optisk drevet sensor for fjernmåling av et antall belastningskrefter som er relatert til minst én fysikalsk parameter, karakterisert ved at den omfatter: a) en strålingsenergikildeanordning for tilveiebringing av strålingsenergi, b) et antall oscillerende resonanselementer som utsettes for minst to belastningskrefter som er relatert til minst én fysikalsk parameter, plassert fjerntliggende fra strålingsenergikildeanordningen, c) en enkelt kommunikasjonsbaneanordning for å kanalisere strålingsenergien i en første retning fra kildeanord-ningen, d) en anordning for oppdeling av den enkelte kommunikasjonsbane i et antall kommunikasjonsbaner, e) flere kommunikasjonsbaneanordninger for å kommunisere strålingsenergi langs hver av nevnte kommuniserende baner til tilsvarende enkelte endedelanordninger hosliggende hvert av resonanselementene, f) individuelle transduktoranordninger forbundet med hver bane og hvert endepunkt, hosliggende til hvert av resonanselementene og motsatt til de respektive tilsvarende endepunkter, for dannelsen av en elektrisk spenning fra strålingsenergien som kommer ut fra de respektive tilsvarende endepunkter, g) individuelle elektriske drivanordninger for å indusere bevegelse for hvert resonanselement på tvers mellom dets tilsvarende transduktor og respektive endepunkt for å lukke for strålingsenergi som når transduktoren, h) en reflekterende flate på hver av resonanselementene for modulering av strålingsenergien ved å reflektere minst en del av strålingsenergien langs minst en del av den kommuniserende bane i en andre retning motsatt til den første retning, i) en anordning for selektivt å separere strålingsenergien som returneres fra hver av resonanselementene ved bølge-lengden, og j) en anordning for å detektere modulasjonsfrekvensen for den tilbakeførte strålingsenergi som tilhører hvert av resonanselementene.

28. Apparat ifølge krav 27, karakterisert ved at anordningen for selektivt å separere strålingsenergien om bølgelengden omfatter et bølgelengdeselektivt filterelement ved hjelp av hvilket strålingsenergien fra det respektive resonanselement passerer.

29. Apparat ifølge krav 27, karakterisert ved at anordningen for selektivt å separere strålingsenergi etter bølgelengde omfatter et annet bølgelengdeselektivt belegg på den reflekterende flate på hvert respektive resonanselement .

30. Apparat ifølge krav 2, for måling av en fluidumtrykkraft, hvor resonansbåndelementet innbefatter første og andre ender, og videre omfatter: g) en husanordning som danner en stiv omhylling med minst én endevegg i en omsluttende omhylling som har minst én sidevegg vinkelrett til og forbundet med nevnte endevegg, h) et trykkdiafragma avstandsplassert fra endeveggen, hvilket diafragma innbefatter monteringsanordninger festet til en første ende av nevnte resonansbåndelement, og som i omhyllingen bestemmer første og andre hulrom slik at det første hulrom er i det vesentlige forseglet og innbefatter nevnte endevegg, en atmosfærisk utstrøm-ningsåpning, og minst en del av sideveggen, og hvor det andre hulrom er forseglet fra det første hulrom, og i) kildeanordninger for fluidumtrykkraft for kommunisering av trykkraften til det andre hulrom og til diafragmaet, karakterisert ved at resonansbåndelementets andre ende er festet til den indre flate av endeveggen til omhyllingen i det første hulrom, og hvorved det langsgående strekk på resonansbåndet varieres i forhold til trekkraften som utøves på diafragmaet.

31. Apparat ifølge krav 30, for måling av absolutt trykk, karakterisert ved at det første hulrom evakueres og forsegles tett.

32. Apparat ifølge krav 30, for måling av manometertrykk, karakterisert ved at det første hulrom ventileres til atmosfæren.

33. Apparat ifølge krav 2, for måling av temperatur, videre innbefattende en husomhylling med motsatte første og andre ender på hvilke resonansbåndelementets ender er festet, videre karakterisert ved at husomhyllingskonstruk-sjonen har en annen ekspansjonstemperaturkoeffisient enn den for båndelementet.

34. Apparat ifølge krav 2, for måling av mekanisk trykkraft, hvor resonansbåndelementet innbefatter første og andre ender, karakterisert ved at det videre omfatter: g) første og andre endevegger og minst én tilstøtende sidevegg som omgir en lengdeakse vinkelrett til og mellom endene og dannende en omhylling som har indre flater, h) festeanordninger for festing av de første og andre ender av resonansbåndelementet under strekk til det indre av dse første og andre endevegger, og i) avstandsanordninger som er plassert mellom de tilstøtende sidevegger og den mekaniske trykkraft, for separering av den mekaniske trykkraft fra den respektive endevegg og for å kommunisere bare den mekaniske trykkraft til nevnte sidevegger, hvilken kraft blir kommunisert koaksi-alt med den langsgående akse. 32

35. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at det innbefatter en resonanshulbjelkekonstruksjon med et indre hulrom for måling av en fluidumtrykkraft ved kommunikasjon med fluidumtrykkraften og videre innbefattende en damp i likevekt som adskiller fluidumtrykkraftkilden fra resonanshulbjelkens indre hulrom.

36. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre innbefatter anordninger for avbrytelse av den elektriske forbindelse mellom transduktoren og den elektriske drivanordning.

37. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at det videre innbefatter endeanordninger for elektrisk forbindelse til den elektriske drivanordning, for fjernstyrt elektrisk signalering og isolasjon av det oscillerende resonanselementapparat .

38. Apparat ifølge krav 37, karakterisert ved at det videre innbefatter anordninger for avbrytelse av den elektriske forbindelse mellom transduktoren og den elektriske drivanordning.