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DE19605717C1 - Fibre optic measuring unit with light source transmitting linear polarised light - Google Patents

Fibre optic measuring unit with light source transmitting linear polarised light

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Publication number
DE19605717C1
DE19605717C1 DE1996105717 DE19605717A DE19605717C1 DE 19605717 C1 DE19605717 C1 DE 19605717C1 DE 1996105717 DE1996105717 DE 1996105717 DE 19605717 A DE19605717 A DE 19605717A DE 19605717 C1 DE19605717 C1 DE 19605717C1
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DE
Germany
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fiber
light
sensor
optical
measuring device
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
DE1996105717
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German (de)
Inventor
Klaus Dr Bohnert
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ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
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Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
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Abstract

A fibre optic measuring unit with a light source (1), for transmitting linear polarised light, with a fibre sensor (S), which is connected mechanically with a piezoelectric sensor element (6) and optically with the light source. A receiver fibre (r) is connected mechanically with at least one modulator (7,8) and optically with the fibre sensor. Two light detectors (D1,D2) at least are provided, which are optically connected with the receiver fibre, and deliver output signals (U1,U2), which are proportional to the received light intensity. The sensor fibre is a polarimetric light fibre, not a two mode fibre.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer faseroptischen Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a fiber optic Measuring device according to the preamble of patent claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er durch K. Bohnert et al., Coherence-Tuned Interrogation of a Remote Elliptical Core, Dual-Mode Fiber Strain Sensor, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 13, No. 1, January 1995, S. 94-103, bekannt ist. Dort werden 2 faseroptische Meßeinrichtungen zur Messung elektrischer Wechselspannungen beschrieben, bei denen die elektrische Spannung an einen zylinderförmigen Quarzkristall angelegt wird. Eine resultierende, periodische, piezoelektrische Deformation bzw. Umfangsänderung des Quarzkristalls wird auf eine 2Modenglasfaser als Sensorfaser übertragen. Die dadurch hervorgerufene periodische Dehnung der Sensorfaser führt zu einer Modulation des Phasenunterschiedes der beiden räumlichen, optischen Moden LP₀₁ und LP₁₁ (gerade), die sich in der Sensorfaser ausbreiten. Diese Phasenmodulation ist zur angelegten elektrischen Spannung proportional. Zur Messung wird Licht von einem Mehrmodenlaser über die Sensorfaser, eine Einmodenfaser und 2 Modulatoren mit einer 2Modenfaser als Empfangsfaser zu 2 Photodioden geleitet, welche das Interferenzmuster der beiden Moden detektieren. Die differentielle, optische Phase der Moden der Empfangsfaser wird mit Hilfe eines elektronischen Regelkreises und 2er piezoelektrischer Modulatoren derart geregelt, daß die Phasenmodulation in der Sensorfaser gerade wieder kompensiert wird. Die im Regelkreis erzeugte und an den Piezomodulatoren anliegende Regelspannung ist somit ein Abbild der zu messenden elektrischen Spannung. Statt in Transmission kann die Sensorfaser auch in Reflexion betrieben werden. Ein wesentliches Merkmal des Sensors besteht darin, daß Störungen durch Temperaturschwankungen und mechanische Erschütterungen, welche auf die Verbindungsfasern zwischen der Sende- /Empfangseinheit und den Sensorkopf einwirken, das Meßsignal nicht beeinträchtigen. Längenänderungen von Sensor- und Empfangsfaser infolge von Temperaturänderungen führen ebenfalls zu optischen Phasenverschiebungen. Diese sind aber in der Regel so langsam, daß sie problemlos von den periodischen, elektrisch induzierten Phasenänderungen separiert werden können.With the preamble of claim 1, the invention takes to a state of the art, as described by K. Bohnert et al., Coherence-Tuned Interrogation of a Remote Elliptical Core, Dual-mode fiber strain sensor, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 13, No. 1, January 1995, pp. 94-103. There 2 fiber optic measuring devices for measurement electrical AC voltages described, in which the electrical voltage to a cylindrical quartz crystal is created. A resulting, periodic, piezoelectric deformation or change in circumference of the Quartz crystal is on a 2-mode glass fiber as a sensor fiber transfer. The periodic elongation of the Sensor fiber leads to a modulation of the phase difference of the two spatial, optical modes LP₀₁ and LP₁₁ (even), that spread in the sensor fiber. This phase modulation is proportional to the electrical voltage applied. For Measurement is made by a multi-mode laser via the light Sensor fiber, a single mode fiber and 2 modulators with one 2Mode fiber as reception fiber to 2 photodiodes, which detect the interference pattern of the two modes. The differential, optical phase of the modes of the receiving fiber with the help of an electronic control loop and 2s piezoelectric modulators controlled so that the  Phase modulation in the sensor fiber just compensated again becomes. The generated in the control loop and on the piezo modulators The applied control voltage is therefore an image of the one to be measured electrical voltage. Instead of in transmission, the Sensor fiber can also be operated in reflection. On essential feature of the sensor is that interference due to temperature fluctuations and mechanical shocks, which on the connecting fibers between the transmission / Receiver unit and sensor head act, the measurement signal do not interfere. Changes in length of sensor and Receive fiber due to temperature changes also result to optical phase shifts. But these are usually so slow that it can be easily removed from the periodic, electrical induced phase changes can be separated.

In der Hochspannungstechnik kann die zu messende elektrische Spannung bis zu einige 100 kV betragen. Die Phasenverschiebungen in der Sensor- und Empfangsfaser sind dann relativ groß. Die erforderliche Regelspannung zur Kompensation der optischen Phasenmodulation und/oder die Länge der auf die Modulatoren aufgewickelten Empfangsfaser nehmen entsprechend zu. Die Detektion wird damit komplexer. Zudem können bei höheren Regelsignalen Hystereseeffekte der Piezomodulatoren die Signalqualität beeinträchtigen. Im Regelfall sollte die Regelspannung eine Schwelle von wenigen Volt nicht überschreiten.In high voltage technology, the electrical to be measured Voltage up to some 100 kV. The Then there are phase shifts in the sensor and receiving fibers relatively large. The required control voltage for compensation the optical phase modulation and / or the length of the on the Modulators of coiled receive fiber take accordingly to. This makes detection more complex. In addition, at higher control signals the hysteresis effects of the piezo modulators Affect signal quality. As a rule, the Control voltage does not exceed a threshold of a few volts exceed.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine faseroptische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sie auch für elektrische Spannungen bis zu einigen 100 kV ohne Einbuße an Meßgenauigkeit und ohne Zunahme der Komplexität einsetzbar ist.The invention as defined in claim 1 solves the task of a fiber optic measuring device of the beginning mentioned type to develop in such a way that it also for electrical voltages up to a few 100 kV without loss Measurement accuracy and can be used without increasing complexity.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims defined.  

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein für relativ niedrigere Spannungen bekanntes Meßverfahren ohne große Änderungen auch für Hochspannungen anwendbar wird.An advantage of the invention is that it is relative lower voltages known measuring method without large Changes also apply to high voltages.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play explained. Show it:

Fig. 1 schematisch eine faseroptische Meßeinrichtung mit einer polarimetrischen Sensorfaser in Transmissionsanordnung, Fig. 1 shows schematically a fiber optical measuring device with a polarimetric sensor fiber in the transmission arrangement,

Fig. 2a-5a Orientierungen von Faserachsen einer Zuleitungsfaser, der Sensorfaser, einer Rückleitungsfaser und einer Empfangsfaser der faseroptischen Meßeinrichtung gemäß Fig. 1, FIGS. 2a-5a orientations of fiber axes of a feed fiber, the sensor fiber, return fiber and a receiving fiber of the fiber optic measuring device according to FIG. 1,

Fig. 2b-5b angeregte optische Moden in den optischen Fasern gemäß den Fig. 2a-5a, Fig. 2b-5b excited optical modes in the optical fibers shown in FIGS. 2a-5a,

Fig. 6 schematisch eine faseroptische Meßeinrichtung mit einer polarimetrischen Sensorfaser in Reflexionsanordnung, Fig. 6 shows schematically a fiber optical measuring device with a polarimetric sensor fiber in reflection arrangement,

Fig. 7 einen hohlzylindrischen Modulator und Fig. 7 is a hollow cylindrical modulator and

Fig. 8 und 9 Interferenzanordnungen bei Verwendung einer polarimetrischen Empfangsfaser. FIGS. 8 and 9 arrangements interference when using a polarimetric receiving fiber.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same parts have the same reference numerals featured.

Fig. 1 zeigt schematisch eine faseroptische Meßeinrichtung mit einem Quarzzylinder bzw. einem piezoelektrischen Sensorelement (6) aus Quarz mit einer auf dessen Zylinderumfang gewickelten polarimetrischen Glasfaser bzw. Lichtfaser bzw. Sensorfaser (s) in einer Transmissionsanordnung. Eine polarimetrische Lichtfaser weist 2 zueinander orthogonale optische Hauptachsen (x, y) senkrecht zur Faserrichtung auf. Bei einer vorgegebenen Wellenlänge sind die beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x)) und (LP₀₁(y)) des LP₀₁-Grundmodus ausbreitungsfähig mit Polarisationen parallel zu den optischen Hauptachsen (x, y). Die effektiven Brechungsindizes für die beiden Polarisationen sind unterschiedlich, d. h., die Lichtfaser ist doppelbrechend. Fig. 1 shows schematically a fiber optic measuring device with a quartz cylinder or a piezoelectric sensor element ( 6 ) made of quartz with a polarimetric glass fiber or light fiber or sensor fiber (s) wound on its cylinder circumference in a transmission arrangement. A polarimetric optical fiber has two main optical axes (x, y) orthogonal to each other perpendicular to the fiber direction. At a given wavelength, the two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x)) and (LP₀₁ (y)) of the LP₀₁ basic mode are propagable with polarizations parallel to the main optical axes (x, y). The effective refractive indices for the two polarizations are different, ie the optical fiber is birefringent.

Von einer niederkohärenten Lichtquelle (1), z. B. einer Mehrmoden-Laserdiode, wird Licht über eine hochdoppelbrechende und damit polarisationserhaltende Einmodenglasfaser bzw. Einmodenlichtfaser bzw. Zuleitungsfaser (2) mit 2 zueinander orthogonalen optischen Hauptachsen (x, y), vgl. Fig. 2a, der Sensorfaser (s), vgl. Fig. 3a, über eine Glasfaserverbindung bzw. einen Spleiß (3) zugeführt. In der Einmodenlichtfaser (2) ist das Licht parallel zu einer der optischen Hauptachsen (x, y) eines elliptischen Faserkerns (14) polarisiert, welcher Faserkern (14) von einem Fasermantel (15) umgeben ist. Die Zuleitungsfaser (2) und die Sensorfaser (s) sind in dem Spleiß (3) so zusammengespleißt, daß ihre optischen Hauptachsen (x, y; x′, y′) in einem Winkel von 45° zueinander stehen, wobei die optischen Hauptachsen der Sensorfaser (s) mit (x′, y′) bezeichnet sind. Die optischen Hauptachsen (x, y; x′, y′) dieser beiden verspleißten Fasern (2, s) dürfen allenfalls um einen tolerierbaren Differenzwinkel (ε) von 30°, vorzugsweise von 10° von diesem 45°-Winkel abweichen. In der Sensorfaser (s) sind dann beide orthogonalen optischen Moden bzw. Polarisationszustände des Grundmodus (LP₀₁(x′)) und (LP₀₁(y′)) angeregt und haben bei einem 45°-Winkel die gleiche Amplitude, vgl. Fig. 3b. In der Zuleitungsfaser (2), vgl. Fig. 2b, ist z. B. der Grundmodus (LP₀₁) in y-Richtung angeregt. Die Sensorfaser (s) steht mit einem piezoelektrischen Sensorelement (6), z. B. einem Quarzzylinder, in Wirkverbindung, auf den ein bezüglich seiner Amplitude zu messendes elektrisches Feld einwirkt, welches durch ein Blitzzeichen angedeutet ist.From a low-coherent light source ( 1 ), e.g. B. a multimode laser diode, light is transmitted via a highly birefringent and thus polarization-maintaining single-mode glass fiber or single-mode optical fiber or feed fiber ( 2 ) with 2 mutually orthogonal optical main axes (x, y), cf. Fig. 2a, the sensor fiber (s), cf. Fig. 3a, supplied via a glass fiber connection or a splice ( 3 ). In the single-mode optical fiber ( 2 ), the light is polarized parallel to one of the main optical axes (x, y) of an elliptical fiber core ( 14 ), which fiber core ( 14 ) is surrounded by a fiber cladding ( 15 ). The feed fiber ( 2 ) and the sensor fiber (s) are spliced together in the splice ( 3 ) so that their main optical axes (x, y; x ', y') are at an angle of 45 ° to one another, the main optical axes being Sensor fiber (s) are designated with (x ′, y ′). The main optical axes (x, y; x ′, y ′) of these two spliced fibers ( 2 , s) may deviate from this 45 ° angle by a tolerable difference angle (ε) of 30 °, preferably 10 °. In the sensor fiber (s) both orthogonal optical modes or polarization states of the basic mode (LP₀₁ (x ') and (LP₀₁ (y')) are excited and have the same amplitude at a 45 ° angle, cf. Fig. 3b. In the feed fiber ( 2 ), cf. Fig. 2b, z. B. the basic mode (LP₀₁) excited in the y direction. The sensor fiber (s) is with a piezoelectric sensor element ( 6 ), for. B. a quartz cylinder, in operative connection, which acts on an electric field to be measured with respect to its amplitude, which is indicated by a lightning symbol.

Nach einem Durchlaufen der Sensorfaser (s) wird das Licht über einen Spleiß (4) in eine weitere polarisationserhaltende Einmodenlichtfaser bzw. Rückleitungsfaser (2′) und von dieser über einen weiteren Spleiß (5) in eine optische 2Modenlichtfaser bzw. Empfangsfaser (r) eingekoppelt.After passing through the sensor fiber (s), the light is coupled via a splice ( 4 ) into a further polarization-maintaining single-mode optical fiber or return fiber ( 2 ') and from there via a further splice ( 5 ) into an optical 2 -mode optical fiber or receive fiber (r) .

In einer 2Modenlichtfaser ist bei einer vorgegebenen Wellenlänge neben dem Grundmodus LP₀₁ auch der gerade LP₁₁- Modus ausbreitungsfähig. Die Lichtfaser weist 2 zueinander orthogonale optische Hauptachsen (x, y) senkrecht zur Faserrichtung auf. Beide räumliche Moden (LP₀₁- und gerader LP₁₁-Modus) können sowohl parallel zur x- als auch parallel zur y-Richtung polarisiert sein, sie werden dementsprechend als LP₀₁(x)- und gerader LP₁₁(x)-Modus bzw. als LP₀₁(y)- und gerader LP₁₁(y)-Modus bezeichnet.In a 2-mode optical fiber is at a given Wavelength in addition to the basic mode LP₀₁ also the straight LP₁₁- Spreadable mode. The optical fiber has 2 to each other orthogonal optical main axes (x, y) perpendicular to the Grain direction. Both spatial modes (LP₀₁ and straighter LP₁₁ mode) can be both parallel to the x and parallel to y direction are polarized, they are accordingly as LP₀₁ (x) - and straight LP₁₁ (x) mode or as LP₀₁ (y) - and called straight LP₁₁ (y) mode.

Die optischen Hauptachsen (x′, y′; x, y) von Sensorfaser (s) und Rückleitungsfaser (2′) stehen ebenfalls in einem Winkel von 45° ± ε zueinander. Die optischen Hauptachsen (x, y) von Rückleitungsfaser (2′) und Empfangsfaser (r) stehen parallel oder senkrecht zueinander, mit einer tolerierbaren Abweichung von ±10°; sie sind jedoch so zusammengespleißt, daß ihre optischen Achsen, welche in eine zur xy-Ebene orthogonalen z-Richtung zeigen, einen kleinen lateralen Versatz in y-Richtung haben, derart, daß die beiden räumlichen Moden (Grundmodus (LP₀₁) und gerader LP₁₁-Modus) der Empfangsfaser (r) mit etwa gleicher Amplitude angeregt werden, vgl. Fig. 5b.The main optical axes (x ′, y ′; x, y) of sensor fiber (s) and return fiber ( 2 ′) are also at an angle of 45 ° ± ε to each other. The main optical axes (x, y) of the return fiber ( 2 ′) and the receiving fiber (r) are parallel or perpendicular to one another, with a tolerable deviation of ± 10 °; however, they are spliced together so that their optical axes, which point in a z direction orthogonal to the xy plane, have a small lateral offset in the y direction, such that the two spatial modes (basic mode (LP₀₁) and straight LP₁₁- Mode) of the receiving fiber (r) are excited with approximately the same amplitude, cf. Fig. 5b.

Fig. 4a zeigt die Orientierung der Faserachsen der Rückleitungsfaser (2′) und Fig. 4b die darin angeregten optischen Moden. Fig. 4a shows the orientation of the fiber axes of the return fiber ( 2 ') and Fig. 4b the optical modes excited therein.

Die Empfangsfaser (r) ist um 1. und 2. Hohlzylinder aus einer piezoelektrischen Keramik bzw. um piezoelektrische Modulatoren (7, 8) gewickelt; sie steht ausgangsseitig über einen als Analysator (9) wirkenden Polarisator mit 2 optoelektrischen Detektoren bzw. Photodioden bzw. Lichtdetektoren (D1, D2) in optischer Verbindung, welche jeweils ausgangsseitig eine Ausgangsspannung (U1) bzw. (U2) liefern, die zur empfangenen Lichtleistung proportional ist. Die Lichtdetektoren (D1, D2) sind so angeordnet, daß sie beide jeweils eine der beiden gegenphasigen Substrukturen des Interferenzmusters detektieren. Der Analysator (9) am Ende der Empfangsfaser (r) ist parallel zu einer der beiden optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) ausgerichtet, d. h., je nach Analysatorstellung wird die x- oder die y-Polarisation der Moden detektiert. Von dieser parallelen Ausrichtung darf der Analysator (9) höchstens um ± 10° abweichen. Die relative Phasenverschiebung der Moden ist bei einer gegebenen Längenänderung der Lichtfaser polarisationsabhängig mit einem Unterschied von typisch 20%-30% zwischen den beiden orthogonalen Polarisationen. Mit dieser Orientierung der Fasern (2, s, 2′, r) erreicht man, daß das Licht der beiden Polarisationsmoden der Sensorfaser (s) jeweils zu etwa gleichen Anteilen auf die beiden räumlichen Moden der Empfangsfaser (r) aufgeteilt wird.The receiving fiber (r) is wound around 1st and 2nd hollow cylinders made of a piezoelectric ceramic or around piezoelectric modulators ( 7 , 8 ); it is on the output side via a polarizer acting as an analyzer ( 9 ) with 2 optoelectric detectors or photodiodes or light detectors (D1, D2) in optical connection, each of which supplies an output voltage (U1) or (U2) on the output side, for the received light output is proportional. The light detectors (D1, D2) are arranged such that they each detect one of the two antiphase substructures of the interference pattern. The analyzer ( 9 ) at the end of the receiving fiber (r) is aligned parallel to one of the two main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r), ie, depending on the position of the analyzer, the x or y polarization of the modes is detected. The analyzer ( 9 ) may deviate from this parallel orientation by a maximum of ± 10 °. For a given change in length of the optical fiber, the relative phase shift of the modes is polarization-dependent, with a difference of typically 20% -30% between the two orthogonal polarizations. With this orientation of the fibers ( 2 , s, 2 ', r) it is achieved that the light of the two polarization modes of the sensor fiber (s) is each divided approximately equally between the two spatial modes of the receiving fiber (r).

Die beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x′)) und (LP₀₁(y′)) der Sensorfaser (s) akkumulieren einen GangunterschiedThe two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x ')) and (LP₀₁ (y ′)) of the sensor fiber (s) accumulate one Path difference

ΔLs = lS · Δng,s,ΔL s = l S · Δn g, s ,

wobei ls die Länge der Sensorfaser (s) und Δng,s der Unterschied der Gruppenbrechungsindizes der beiden Polarisationszustände ist.where l s is the length of the sensor fiber (s) and Δn g, s is the difference in the group refractive indices of the two polarization states.

Die beiden räumlichen Moden der Empfangsfaser (r) (je nach der Stellung des Analysators (9) sind dies entweder der LP₀₁(x)- und der gerade LP₁₁(x)-Modus oder der LP₀₁(y)- und der gerade LP₁₁(y)-Modus) akkumulieren einen GangunterschiedThe two spatial modes of the receiving fiber (r) (depending on the position of the analyzer ( 9 ), these are either the LP₀₁ (x) - and the straight LP₁₁ (x) mode or the LP₀₁ (y) - and the straight LP₁₁ (y ) Mode) accumulate a path difference

ΔLr = lr · Δng,r,.DELTA.L r = l r · .DELTA.n g, r,

wobei lr die Länge der Empfangsfaser (r) und Δng,r der Unterschied der Gruppenbrechungsindizes der beiden Moden ist. Dieser Unterschied ist nur unwesentlich von der Polarisation abhängig, so daß an dieser Stelle nicht zwischen der x- und y-Polarisation unterschieden wird. Die Faserlängen ls und lr werden so gewählt, daß ΔLs und ΔLr innerhalb der Kohärenzlänge der Lichtquelle (1) gleich sind. where l r is the length of the receive fiber (r) and Δn g, r is the difference in the group refractive indices of the two modes. This difference is only insignificantly dependent on the polarization, so that no distinction is made here between the x and y polarization. The fiber lengths l s and l r are chosen so that ΔL s and ΔL r are the same within the coherence length of the light source ( 1 ).

Am Ende der Empfangsfaser (r) gibt es Lichtwellen mit einem relativen Gangunterschied von ΔLr - ΔLs ≈ 0, die miteinander kohärent interferieren und Lichtwellen mit relativen Gangunterschieden von Ls und ΔLr (mit ΔL₅ ≈ ΔLr) sowie ΔL₅ + ΔLr, welche inkohärent interferieren und lediglich einen konstanten Untergrund zum Interferenzmuster liefern. Wichtig ist, daß ΔLs bzw. ΔLr deutlich größer als die Kohärenzlänge der Lichtquelle (1) sind.At the end of the receiving fiber (r) there are light waves with a relative path difference of ΔL r - ΔL s ≈ 0, which interfere coherently with one another and light waves with relative path differences of L s and ΔL r (with ΔL₅ ≈ ΔL r ) and ΔL₅ + ΔL r which interfere incoherently and only provide a constant background to the interference pattern. It is important that ΔL s and ΔL r are significantly larger than the coherence length of the light source ( 1 ).

In einer Sensorfaser (s) mit einer Länge der großen Hauptachse des Faserkerns (14) von 4 µm, einer Länge der kleinen Hauptachse von 2 µm, einem Brechungsunterschied zwischen Faserkern (14) und Fasermantel (15) von 0,03 und einer Faserlänge von 1 m wurde für die beiden orthogonalen Polarisationen ein akkumulierter optischer Wegunterschied von etwa 0,2 mm bei einer Wellenlänge von 780 nm gemessen. Der Unterschied zwischen den Gruppenbrechungsindizes der beiden Polarisationszustände des LP₀₁-Grundmodus der Sensorfaser (s) ist nahezu unabhängig von der Wellenlänge. Im Gegensatz dazu ist der Gruppenbrechungsunterschied zwischen den beiden räumlichen Moden LP₀₁ und LP₁₁ der Empfangsfaser (r) stark abhängig von der Wellenlänge des Lichtes.In a sensor fiber (s) with a length of the large main axis of the fiber core ( 14 ) of 4 µm, a length of the small main axis of 2 µm, a refractive difference between the fiber core ( 14 ) and the fiber cladding ( 15 ) of 0.03 and a fiber length of An accumulated optical path difference of about 0.2 mm at a wavelength of 780 nm was measured 1 m for the two orthogonal polarizations. The difference between the group refractive indices of the two polarization states of the LP₀₁ basic mode of the sensor fiber (s) is almost independent of the wavelength. In contrast, the group refraction difference between the two spatial modes LP₀₁ and LP₁₁ of the receiving fiber (r) is strongly dependent on the wavelength of the light.

Die Empfindlichkeit der Fasern, d. h. die differentielle Phasenänderung bei einer gegebenen Längenänderung der Faser, wird im wesentlichen durch den Unterschied der effektiven Brechungsindizes, den die interferierenden Wellen "sehen", bestimmt. Für Fasern mit einem elliptischen Faserkern (14) des oben genannten Typs ist für eine Phasenverschiebung von 2π zwischen den räumlichen Moden (LP₀₁) und (LP₁₁) eine Längenänderung von ca. 100 µm erforderlich. Die gleiche Phasenverschiebung zwischen den orthogonalen Polarisationen des Grundmodus (LP₀₁) erfordert eine Längenänderung von ca. 1,5 mm. Wird also bei einem optischen Spannungssensor die 2Moden-Sensorfaser nach dem eingangs genannten Stand der Technik durch eine polarimetrische Faser (s) ersetzt, so können mit unverändertem Detektionssystem 15fach höhere Spannungen gemessen werden. The sensitivity of the fibers, ie the differential phase change for a given change in length of the fiber, is essentially determined by the difference in the effective refractive indices that the interfering waves "see". For fibers with an elliptical fiber core ( 14 ) of the type mentioned above, a change in length of about 100 microns is required for a phase shift of 2π between the spatial modes (LP₀₁) and (LP₁₁). The same phase shift between the orthogonal polarizations of the basic mode (LP₀₁) requires a change in length of about 1.5 mm. If, in the case of an optical voltage sensor, the 2-mode sensor fiber according to the prior art mentioned at the beginning is replaced by a polarimetric fiber (s), 15 times higher voltages can be measured with an unchanged detection system.

Ein Differenzbildner (10), dem eingangsseitig die Ausgangsspannungen (U1) und (U2) der Lichtdetektoren (D1, D2) zugeführt sind, liefert ausgangsseitig eine Differenzspannung (ΔU) an einen Regler bzw. Differenzspannungsregler (11), welcher die Differenzspannung (ΔU) auf 0 regelt. Dieser Differenzspannungsregler (11) liefert ausgangsseitig ein Signal (S), das sowohl einen Gleich- als auch einen Wechselspannungsanteil enthält. Dieses Signal (S) gelangt über ein Tiefpaßfilter (TP) an einen Gleichspannungsverstärker (12), welcher ausgangsseitig eine Kompensationsspannung (U12) an den Modulator (8) überträgt. Das Signal (S) ist ferner einem Sperrfilter (13) für die Resonanzfrequenz des Modulators (8) zugeführt, welches ausgangsseitig eine Kompensationsspannung (U13) an den Modulator (7) überträgt. Das Sperrfilter (13) hat die Aufgabe, ein Schwingen des Regelkreises auf der Resonanzfrequenz des Modulators (8) zu verhindern. Die Kompensationsspannung (U13) ist proportional zu der zu messenden elektrischen Wechselspannung und somit gleichzeitig ein Ausgangssignal der faseroptischen Meßeinrichtung. Die für eine gegebene Modulatorspannung hervorgerufene optische Phasenverschiebung ist abhängig von der Geometrie und vom Material des Modulators (7, 8) sowie vom Typ der Lichtfaser und der Länge des mit dem Modulator (7, 8) in Verbindung stehenden Lichtfasersegments. Der Modulator (7, 8) kann z. B. so ausgelegt sein, daß eine Kompensationsspannung (U13) von ±3 V eine differentielle optische Phasenverschiebung von ±10° zwischen den räumlichen Moden LP₀₁ und LP₁₁ bewirkt.A difference generator ( 10 ), to which the output voltages (U1) and (U2) of the light detectors (D1, D2) are fed on the input side, supplies a differential voltage (ΔU) on the output side to a regulator or differential voltage regulator ( 11 ) which detects the differential voltage (ΔU) regulates to 0. On the output side, this differential voltage regulator ( 11 ) supplies a signal (S) which contains both a DC and an AC voltage component. This signal (S) passes through a low-pass filter (TP) to a DC voltage amplifier ( 12 ), which on the output side transmits a compensation voltage (U12) to the modulator ( 8 ). The signal (S) is also fed to a blocking filter ( 13 ) for the resonance frequency of the modulator ( 8 ), which on the output side transmits a compensation voltage (U13) to the modulator ( 7 ). The blocking filter ( 13 ) has the task of preventing the control circuit from oscillating at the resonance frequency of the modulator ( 8 ). The compensation voltage (U13) is proportional to the electrical alternating voltage to be measured and thus at the same time an output signal from the fiber optic measuring device. The optical phase shift caused for a given modulator voltage depends on the geometry and the material of the modulator ( 7 , 8 ) as well as on the type of optical fiber and the length of the optical fiber segment connected to the modulator ( 7 , 8 ). The modulator ( 7 , 8 ) can e.g. B. be designed so that a compensation voltage (U13) of ± 3 V causes a differential optical phase shift of ± 10 ° between the spatial modes LP₀₁ and LP₁₁.

Fig. 6 zeigt eine faseroptische Meßeinrichtung, bei der die Sensorfaser (s) in Reflexion betrieben wird. Licht von der Lichtquelle (1) wird über die Zuleitungsfaser (2), einen Spleiß (17), einen Faserkoppler (18), einen Spleiß (19), eine weitere Zuleitungsfaser (20), welche gleiche optische Eigenschaften wie die Zuleitungsfaser (2) aufweist, und den Spleiß (3) der Sensorfaser (s) zugeführt, welche endseitig mit einer reflektierenden Beschichtung (21) versehen ist. Im Faserkoppler (18) wird das Licht vorzugsweise im Verhältnis 1 : 1 aufgeteilt. Das Licht wird am Ende der Sensorfaser (s) in der Beschichtung (21) reflektiert und durchläuft die Sensorfaser (s) ein 2. Mal. Über die Zuleitungsfaser (20), den Spleiß (19), den Faserkoppler (18) und den Spleiß (5) gelangt ein Teil des reflektierten Lichtes in die Empfangsfaser (r), an deren Ende wiederum das Interferenzmuster der beiden Moden (LP₀₁) und (LP₁₁) hinter dem Analysator (9) detektiert wird. Zur Kompensation des in der Sensorfaser (s) akkumulierten Gangunterschiedes zwischen den orthogonalen Polarisationszuständen können 2 hohlzylindrische Modulatoren (7) und (8) gemäß Fig. 1 mit der Empfangsfaser (r) in Wirkverbindung stehen oder nur ein hohlzylindrischer Modulator (22), wie in Fig. 6 schematisch dargestellt. Bei dem Modulator (22) wird die Kompensationsspannung (U13) an der Innenseite bzw. Innenwand des Hohlzylinders angelegt und die Kompensationsspannung (U12) an dessen Außenseite bzw. Außenwand oder umgekehrt (nicht dargestellt). Die Auswerteinrichtungen sind gleich wie in Fig. 1. Fig. 6 shows a fiber optic measuring device in which the sensor fiber (s) is operated in reflection. Light from the light source ( 1 ) is transmitted via the feed fiber ( 2 ), a splice ( 17 ), a fiber coupler ( 18 ), a splice ( 19 ), a further feed fiber ( 20 ), which have the same optical properties as the feed fiber ( 2 ) has, and the splice ( 3 ) of the sensor fiber (s) supplied, which is provided at the end with a reflective coating ( 21 ). The light is preferably divided in a ratio of 1: 1 in the fiber coupler ( 18 ). The light is reflected at the end of the sensor fiber (s) in the coating ( 21 ) and passes through the sensor fiber (s) a second time. Via the feed fiber ( 20 ), the splice ( 19 ), the fiber coupler ( 18 ) and the splice ( 5 ), part of the reflected light reaches the receiving fiber (r), at the end of which the interference pattern of the two modes (LP₀₁) and (LP₁₁) behind the analyzer ( 9 ) is detected. To compensate for the path difference accumulated in the sensor fiber (s) between the orthogonal polarization states, 2 hollow cylindrical modulators ( 7 ) and ( 8 ) according to FIG. 1 can be in operative connection with the receiving fiber (r) or only one hollow cylindrical modulator ( 22 ), as in Fig. 6 is shown schematically. In the case of the modulator ( 22 ), the compensation voltage (U13) is applied to the inside or inside wall of the hollow cylinder and the compensation voltage (U12) to the outside or outside wall thereof or vice versa (not shown). The evaluation devices are the same as in FIG. 1.

Zu beachten ist, daß sich infolge des 2maligen Lichtdurchlaufs durch die Sensorfaser (s) der akkumulierte Gangunterschied zwischen den orthogonalen Polarisationszuständen und die Amplitude der differentiellen Phasenmodulation im Vergleich zur Transmissionsanordnung gemäß Fig. 1 verdoppeln. Bei der Dimensionierung der Sensoren (7, 8; 22), der Sensorfaser (s) und der Empfangsfaser (r) ist dies entsprechend zu berücksichtigen.It should be noted that as a result of the double passage of light through the sensor fiber (s), the accumulated path difference between the orthogonal polarization states and the amplitude of the differential phase modulation double compared to the transmission arrangement according to FIG. 1. This must be taken into account when dimensioning the sensors ( 7 , 8 ; 22 ), the sensor fiber (s) and the receiving fiber (r).

Die Reflexionsanordnung gemäß Fig. 6 ist besonders bei großen Abständen zwischen einem Meßkopf mit der Sensorfaser (s) und einer Sende-/Empfangseinheit mit der Lichtquelle (1) und der Empfangsfaser (r) mit nachgeordneten Empfangs- und Steuereinrichtungen (9, D1, D2, 10-13, TP) geeignet, da sich im Vergleich zur Transmissionsanordnung gemäß Fig. 1 die benötigte Faserlänge zur Lichtübertragung zwischen den beiden Einheiten halbiert. Ebenso halbiert sich die Anzahl etwa benötigter Lichtfaserstecker (nicht dargestellt). Is the reflection arrangement according to Fig. 6, especially with large distances between a measuring head with the sensor fiber (s) and a transmitting / receiving unit with the light source (1) and the receiving fiber (r) with downstream reception and control devices (9, D1, D2 , 10-13 , TP) because the fiber length required for light transmission between the two units is halved compared to the transmission arrangement according to FIG. 1. Likewise, the number of optical fiber connectors required (not shown) is halved.

Fig. 7 zeigt einen hohlzylindrischen Modulator (22′) mit einer geerdeten Elektrodenbeschichtung (25) an dessen Innenwand und 2 durch eine elektrodenfreie Zone (a) voneinander beabstandete und elektrisch gegenseitig isolierte Elektrodenbeschichtungen (23, 24) an dessen Außenwand. An eine der beiden Elektrodenbeschichtungen (23) ist die Kompensationsspannung (U12) und an die andere (24) die Kompensationsspannung (U13) angelegt. Ein derartiger Modulator (22′) kann anstelle des Modulators (22) in Fig. 6 eingesetzt werden. Es versteht sich, daß Innen- und Außenelektroden vertauscht sein können. Eine der beiden Elektrodenbeschichtung (23, 24) kann außen und die andere innen am Modulator (22′) angebracht sein. Es versteht sich ferner, daß die Modulatoren (22, 22′) gemäß den Fig. 6 und 7 auch für die Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet werden können. Fig. 7 shows a hollow cylindrical modulator ( 22 ') with a grounded electrode coating ( 25 ) on its inner wall and 2 by an electrode-free zone (a) spaced apart and electrically mutually insulated electrode coatings ( 23 , 24 ) on its outer wall. The compensation voltage (U12) is applied to one of the two electrode coatings ( 23 ) and the compensation voltage (U13) to the other ( 24 ). Such a modulator ( 22 ') can be used instead of the modulator ( 22 ) in Fig. 6. It is understood that the inner and outer electrodes can be interchanged. One of the two electrode coatings ( 23 , 24 ) can be attached outside and the other inside on the modulator ( 22 '). It also goes without saying that the modulators ( 22 , 22 ') according to FIGS. 6 and 7 can also be used for the arrangement according to FIG. 1.

Anstelle der 2Moden-Empfangsfaser (r) kann grundsätzlich auch eine polarimetrische Lichtfaser verwendet werden. Die optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) sind dann im Spleiß (5) unter einem Winkel von 45° ± ε bezüglich der Achsen der Rückleitungsfaser (2′) ausgerichtet. Falls die Empfangsfaser (r) über eine Luftstrecke oder direkt mit der Sensorfaser (s) in optischer Verbindung steht, sind die optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) entweder unter einem Winkel von 45° ±ε oder unter einem Winkel von 90° ±ε bezüglich der optischen Hauptachsen (x′, y′) der Sensorfaser (s) angeordnet. Die beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x)) und (LP₀₁(y)) der Empfangsfaser (r) akkumulieren einen GangunterschiedInstead of the 2-mode receive fiber (r), a polarimetric optical fiber can also be used. The main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r) are then aligned in the splice ( 5 ) at an angle of 45 ° ± ε with respect to the axes of the return fiber ( 2 '). If the receiving fiber (r) is in optical connection via an air gap or directly with the sensor fiber (s), the main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r) are either at an angle of 45 ° ± ε or at an angle of 90 ° ± ε with respect to the main optical axes (x ′, y ′) of the sensor fiber (s) arranged. The two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x)) and (LP₀₁ (y)) of the receiving fiber (r) accumulate a path difference

ΔLr - lr Δng,r*,ΔL r - l r Δn g, r *,

wobei Δng,r der Unterschied der Gruppenbrechungsindizes der orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x)) und (LP₀₁(y)) der Empfangsfaser (r) ist. Für ΔLs und ΔLr gelten wieder die weiter oben angegebenen Bedingungen. Am Ende der Empfangsfaser (r) werden die beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x)) und (LP₀₁(y)) mit Hilfe der in Fig. 8 oder 9 angegebenen optischen Anordnungen zur Interferenz gebracht. Die beiden gegenphasigen Interferenzsignale werden wieder mit den Lichtdetektoren (D1, D2) detektiert. where Δn g, r is the difference in the group refractive indices of the orthogonal polarization states (LP₀₁ (x)) and (LP₀₁ (y)) of the receiving fiber (r). The conditions given above apply again to ΔL s and ΔL r . At the end of the receiving fiber (r), the two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x)) and (LP₀₁ (y)) are brought to interference with the aid of the optical arrangements indicated in FIG. 8 or 9. The two antiphase interference signals are again detected with the light detectors (D1, D2).

Gemäß Fig. 8 wird das aus der Empfangsfaser (r) austretende Lichtbündel mittels einer Linse (L) auf einen Strahlteiler (ST) fokussiert und darin in 2 Teilstrahlen zerlegt, welche über Polarisatoren (P1, P2) zu den Lichtdetektoren (D1, D2) gelangen. Die Kanten des Strahlteilers (ST) stehen unter einem Winkel von 45° ±10° zu den optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r). Der Polarisator (P1) steht unter einem Winkel von 45° ±ε und der Polarisator (P2) unter einem Winkel von -45° ±ε zu einer der beiden optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r).According to FIG. 8, the light bundle emerging from the receiving fiber (r) is focused on a beam splitter (ST) by means of a lens (L) and broken down into two partial beams which are transmitted to the light detectors (D1, D2) via polarizers (P1, P2). reach. The edges of the beam splitter (ST) are at an angle of 45 ° ± 10 ° to the main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r). The polarizer (P1) is at an angle of 45 ° ± ε and the polarizer (P2) is at an angle of -45 ° ± ε to one of the two main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r).

Gemäß Fig. 9 werden die beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁(x)) und (LP₀₁(y)) der Empfangsfaser (r) mittels einer Linse (L) auf ein Wollastonprisma (W) fokussiert und darin zur Interferenz gebracht. Die optische Achse des Wollastonprismas (W) steht unter einem Winkel von 45° ±ε zu den optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r). Bei genügender Kompaktheit der optischen Anordnungen gemäß den Fig. 8 und 9 kann die Linse (L) auch entfallen.According to FIG. 9, the two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x)) and (LP₀₁ (y)) the receiving fiber (r) are focused by a lens (L) on a Wollaston prism (W) and is brought to interference. The optical axis of the Wollaston prism (W) is at an angle of 45 ° ± ε to the main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r). If the optical arrangements according to FIGS. 8 and 9 are sufficiently compact, the lens (L) can also be omitted.

Es versteht sich weiterhin, daß anstelle von Quarzzylindern und Piezokeramiken auch andere piezoelektrische Bauelemente als Sensorelement (6) und als Modulatoren (7, 8, 22, 22′) verwendet werden können.It goes without saying that instead of quartz cylinders and piezoceramics, other piezoelectric components can be used as sensor element ( 6 ) and as modulators ( 7 , 8 , 22 , 22 ').

Prinzipiell können die Zuleitungsfasern (2, 20) und die Rückleitungsfaser (2′) entfallen. Das polarisierte Licht könnte z. B. durch die Luft oder durch Vakuum übertragen und mit Hilfe von Linsen in die Lichtfasern eingekoppelt werden.In principle, the feed fibers ( 2 , 20 ) and the return fibers ( 2 ') can be omitted. The polarized light could e.g. B. transmitted by air or by vacuum and coupled into the light fibers with the aid of lenses.

Anstatt der elektrischen Spannung kann auch eine andere physikalische Größe gemessen werden, sofern sie eine Längenänderung der Sensorfaser (s) bewirkt, die eindeutig dieser physikalischen Größe zugeordnet werden kann.Instead of the electrical voltage, another can physical quantity can be measured, provided it is a Length change of the sensor fiber (s) causes that clearly can be assigned to this physical quantity.

BezugszeichenlisteReference list

1 Lichtquelle, Mehrmodenlaser
2, 20 Einmodenlichtfasern, hochdoppelbrechende Einmodenglasfasern, Zuleitungsfasern
2′ Einmodenlichtfaser, hochdoppelbrechende Einmodenglasfaser, Rückleitungsfaser
3-5, 17, 19 Spleiße, Glasfaserverbindungen
6 Sensorelement, Quarzzylinder
7, 8, 22, 22′ Modulatoren
9 Analysator
10 Differenzbildner
11 Regler, Differenzspannungsregler
12 Gleichspannungsverstärker
13 Sperrfilter
14 Faserkern
15 Fasermantel
18 Faserkoppler
21 reflektierende Beschichtung
23-25 Elektrodenbeschichtungen
a elektrodenfreie Zone
D1, D2 Lichtdetektoren, optoelektrische Detektoren, Photodioden
L Linse
LP₀₁ optischer Grundmodus
LP₁₁ optischer gerader Modus
P1, P2 Polarisatoren
r optische 2Modenlichtfaser, polarimetrische Lichtfaser, Empfangsfaser
s polarimetrische optische Faser, Sensorfaser
S Signal am Ausgang von 11
ST Strahlteiler
U1, U2 Ausgangsspannungen von D1, D2
U12 Ausgangssignal von 12, Kompensationsspannung, Kompensationspotential
U13 Ausgangssignal von 13, Kompensationsspannung, Kompensationspotential
TP Tiefpaßfilter
W Wollastonprisma
x, y; x′, y′ optische Hauptachsen
ΔU Differenzspannung
ε Differenzwinkel, Toleranzwinkel.
1 light source, multimode laser
2 , 20 single-mode optical fibers, high birefringent single-mode glass fibers, feed fibers
2 ′ single-mode optical fiber, highly birefringent single-mode glass fiber, return fiber
3-5 , 17 , 19 splices, fiber optic connections
6 sensor element, quartz cylinder
7 , 8 , 22 , 22 ' modulators
9 analyzer
10 difference formers
11 regulator, differential voltage regulator
12 DC amplifiers
13 notch filter
14 fiber core
15 fiber cladding
18 fiber couplers
21 reflective coating
23-25 electrode coatings
a electrode-free zone
D1, D2 light detectors, optoelectric detectors, photodiodes
L lens
LP₀₁ optical basic mode
LP₁₁ optical straight mode
P1, P2 polarizers
r 2-mode optical fiber, polarimetric fiber, receive fiber
s polarimetric optical fiber, sensor fiber
S signal at the output of 11
ST beam splitter
U1, U2 output voltages from D1, D2
U12 output signal from 12 , compensation voltage, compensation potential
U13 output signal from 13 , compensation voltage, compensation potential
TP low pass filter
W Wollaston prism
x, y; x ′, y ′ main optical axes
ΔU differential voltage
ε difference angle, tolerance angle.

Claims (10)

1. Faseroptische Meßeinrichtung
  • a) mit einer Lichtquelle (1) zum Aussenden von linearpolarisiertem Licht,
  • b) mit einer Sensorfaser (s), die mit einem piezoelektrischen Sensorelement (6) mechanisch und mit der Lichtquelle (1) optisch in Verbindung steht,
  • c) mit einer Empfangsfaser (r), die mit mindestens einem Modulator (7, 8; 22, 22′) mechanisch und mit der Sensorfaser (s) optisch in Verbindung steht, und
  • d) mit mindestens 2 Lichtdetektoren (D1, D2), welche mit der Empfangsfaser (r) in optischer Verbindung stehen und ausgangsseitig Signale (U1, U2) liefern, welche proportional zur empfangenen Lichtintensität sind, dadurch gekennzeichnet,
  • e) daß die Sensorfaser (s) eine polarimetrische Lichtfaser ist, keine Zweimodenfaser.
1. Fiber optic measuring device
  • a) with a light source ( 1 ) for emitting linearly polarized light,
  • b) with a sensor fiber (s) which is mechanically connected to a piezoelectric sensor element ( 6 ) and optically to the light source ( 1 ),
  • c) with a receiving fiber (r) which is mechanically connected to at least one modulator ( 7 , 8 ; 22 , 22 ') and optically connected to the sensor fiber (s), and
  • d) with at least 2 light detectors (D1, D2) which are in optical connection with the receiving fiber (r) and on the output side supply signals (U1, U2) which are proportional to the received light intensity, characterized in that
  • e) that the sensor fiber (s) is a polarimetric light fiber, not a two-mode fiber.
2. Faseroptische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die optischen Hauptachsen (x′, y′) der Sensorfaser
  • (s) unter einem Winkel von 45° ±ε zur Polarisationsrichtung eines von der Lichtquelle (1) einfallenden Lichtstrahles und
  • b) ebenfalls unter einem Winkel von 45° ±ε zu zueinander orthogonalen optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) stehen, wobei ε ein vorgebbarer Toleranzwinkel ist.
2. Fiber optic measuring device according to claim 1, characterized in
  • a) that the main optical axes (x ′, y ′) of the sensor fiber
  • (s) at an angle of 45 ° ± ε to the direction of polarization of a light beam incident from the light source ( 1 ) and
  • b) also at an angle of 45 ° ± ε to mutually orthogonal optical main axes (x, y) of the receiving fiber (r), where ε is a predeterminable tolerance angle.
3. Faseroptische Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Toleranzwinkel ε 30°,
  • b) insbesondere, daß der Toleranzwinkel ε 10° ist.
3. Fiber optic measuring device according to claim 2, characterized in
  • a) that the tolerance angle ε 30 °,
  • b) in particular that the tolerance angle ε is 10 °.
4. Faseroptische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfaser (r) über einen Analysator (9) mit den Lichtdetektoren (D1, D2) in optischer Verbindung steht.4. Fiber optic measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving fiber (r) via an analyzer ( 9 ) with the light detectors (D1, D2) is in optical connection. 5. Faseroptische Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (9) am Ende der Empfangsfaser (r) parallel zu einer der beiden optischen. Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) ausgerichtet ist mit einem Toleranzwinkel von ±10°.5. Fiber optic measuring device according to claim 4, characterized in that the analyzer ( 9 ) at the end of the receiving fiber (r) parallel to one of the two optical. Main axes (x, y) of the receiving fiber (r) is aligned with a tolerance angle of ± 10 °. 6. Faseroptische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfaser (r) eine 2Modenlichtfaser ist.6. Fiber optic measuring device according to one of the preceding Claims, characterized in that the receiving fiber (r) is a 2-mode optical fiber. 7. Faseroptische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die Lichtquelle (1) niederkohärentes Licht aussendet und
  • b) daß für die Sensorfaser (s) und für die Empfangsfaser (r) wenigstens annähernd die Bedingung: ls · Δng,s = lr · Δng,rgilt, mit ls = Länge der Sensorfaser (s), Δng,s = Unterschied der Gruppenbrechungsindizes der beiden orthogonalen Polarisationszustände (LP₀₁ (x′)) und (LP₀₁(y′)) des Grundmodus (LP₀₁) der Sensorfaser (s) mit den beiden zueinander orthogonalen optischen Hauptachsen (x′, y′), lr = Länge der Empfangsfaser (r) und Δng,r = Unterschied der Gruppenbrechungsindizes der beiden räumlichen Moden (LP₀₁) und (LP₁₁) der Empfangsfaser (r),
  • c) insbesondere, daß die Lichtquelle (1) eine Kohärenzlänge aufweist, die kleiner als ls · Δng,s ist.
7. Fiber optic measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that
  • a) that the light source ( 1 ) emits low-coherent light and
  • b) that for the sensor fiber (s) and for the receiving fiber (r) at least approximately the condition: l s · Δn g, s = l r · Δn g, r applies, with l s = length of the sensor fiber (s), Δn g, s = difference between the group refractive indices of the two orthogonal polarization states (LP₀₁ (x ′)) and (LP₀₁ (y ′)) of the basic mode (LP₀₁) of the sensor fiber (s) with the two mutually orthogonal optical main axes (x ′, y ′) , l r = length of the receive fiber (r) and Δn g, r = difference of the group refractive indices of the two spatial modes (LP₀₁) and (LP₁₁) of the receive fiber (r),
  • c) in particular that the light source ( 1 ) has a coherence length which is less than l s · Δn g, s .
8. Faseroptische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die Empfangsfaser (r) eine polarimetrische Lichtfaser ist und
  • b) daß die optischen Hauptachsen (x, y) der Empfangsfaser (r) unter einem Winkel von 45° ±ε zur Polarisationsrichtung eines von der Sensorfaser (s) übermittelten Lichtstrahles stehen, wobei ε ein vorgebbarer Toleranzwinkel ist,
  • c) insbesondere, daß die Empfangsfaser (r) über einen Strahlteiler (ST) und 2 nachgeordnete Polarisatoren (P1, P2) oder
  • d) über ein Wollastonprisma (W) mit den Lichtdetektoren (D1, D2) in optischer Verbindung steht.
8. Fiber optic measuring device according to claim 1, characterized in
  • a) that the receiving fiber (r) is a polarimetric optical fiber and
  • b) that the main optical axes (x, y) of the receiving fiber (r) are at an angle of 45 ° ± ε to the direction of polarization of a light beam transmitted by the sensor fiber (s), where ε is a predeterminable tolerance angle,
  • c) in particular that the receiving fiber (r) via a beam splitter (ST) and 2 downstream polarizers (P1, P2) or
  • d) is in optical connection with the light detectors (D1, D2) via a Wollaston prism (W).
9. Faseroptische Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der mindestens eine Modulator (22) hohlzylindrisch ist,
  • b) daß an dessen Innenwand ein niederfrequentes Kompensationspotential (U13) und
  • c) daß an dessen Außenwand ein höherfrequentes Kompensationspotential (U12) anliegt
  • d) oder umgekehrt.
9. Fiber optic measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that
  • a) that the at least one modulator ( 22 ) is hollow cylindrical,
  • b) that on the inner wall a low-frequency compensation potential (U13) and
  • c) that a higher-frequency compensation potential (U12) is present on the outer wall
  • d) or vice versa.
10. Faseroptische Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der mindestens eine Modulator (22′) hohlzylindrisch ist und
  • b) auf seiner Innen- oder Außenwand 2 elektrisch gegenseitig isolierte Elektrodenbeschichtungen (23, 24) aufweist,
  • c) von denen eine mit einem niederfrequenten Kompensationspotential (U13) und
  • d) die andere mit einem höherfrequenten Kompensationspotential (U12) in elektrischer Verbindung steht.
10. Fiber optic measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in
  • a) that the at least one modulator ( 22 ') is hollow cylindrical and
  • b) has on its inner or outer wall 2 electrically mutually insulated electrode coatings ( 23 , 24 ),
  • c) one of which has a low-frequency compensation potential (U13) and
  • d) the other is in electrical connection with a higher-frequency compensation potential (U12).
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