DE20110825U1

DE20110825U1 - Fiber optic sensor for the detection of bending conditions

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Publication number: DE20110825U1
Application number: DE20110825U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2011-06-30

Description

Faseroptischer Sensor zur Erfassung von BiegezuständenFiber optic sensor for detecting bending conditions

Mit bekannten technischen Lösungen werden Bauelementdeformationen beispielsweise an Rotorblättern von Windkraftanlagen mit Dehnmeßstreifen, wenn elektrische Einrichtungen nicht zulässig sind, mit faseroptischen Bragg-Gittern erfasst und ausgewertet.Using known technical solutions, component deformations, for example on rotor blades of wind turbines with strain gauges, are recorded and evaluated using fiber-optic Bragg gratings when electrical devices are not permitted.

Die dargestellte Erfindung verfolgt nicht diesen konventionellen Weg, sondern stellt eine aus bewährten einfachen Bauelementen entwickelte Lösung dar, die einerseits die Forderungen nach ausschließlich optischen Bauelementen im Flügelblattbereich erfüllt, andererseits aber keiner besonders aufwendigen optisch aktiven Auswerteeinrichtungen bedarf.The invention presented does not follow this conventional path, but represents a solution developed from proven simple components, which on the one hand meets the requirements for exclusively optical components in the blade area, but on the other hand does not require any particularly complex optically active evaluation devices.

Figur 1 verdeutlicht das Wirkprinzip der Meßeinrichtung.Figure 1 illustrates the operating principle of the measuring device.

In der Flügelnabe ist ständig mit rotierend eine Auswerteeinheit (1) untergebracht, die einerseits permanent mit einer Versorgungsspannung betrieben werden muss andererseits an der gewünschten CAN-bus-Schnittstelle die Signale über die Deformationszustände der einzelnen Meßstellen bereitstellt.An evaluation unit (1) is housed in the blade hub and is constantly rotating. On the one hand, this unit must be permanently operated with a supply voltage and, on the other hand, provides the signals on the deformation states of the individual measuring points at the desired CAN bus interface.

Diese Auswerteeinheit (1) enthält neben dem Microcontroller (2) zur elektronischen Auswertung und Umwandlung der Meßwerte noch eine permanente Lichtquelle [Laser oder LED] (3) und eine CCD-Zeile (4).This evaluation unit (1) contains, in addition to the microcontroller (2) for electronic evaluation and conversion of the measured values, a permanent light source [laser or LED] (3) and a CCD line (4).

Über genormte Fasersteckverbindungen (5) können an die Auswerteeinheit (1) ein oder mehrere Messfühler (6) angeschlossen werden.One or more measuring sensors (6) can be connected to the evaluation unit (1) via standardized fiber connectors (5).

Diese Messfühler (6) bestehen aus einem zylindrischen, in sich flexiblem Gehäuse (7) mit zwei auf einer Achse liegenden mechanischen Befestigungsstellen (8) und einem LWL-Anschlußkabel (9) beliebiger Länge mit Steckverbindungen (5). Im Gehäuse (7) befinden sich eine starr mit der einen Befestigungsstelle verbundene Lichtbündeleinrichtung (10) am Ende einer Sendefaser und ein in einem matrixförmigen Gitterverband (11) angeordnetes Faserbündel (12) als Empfänger, das fest mit der anderen Befestigungsstelle (8) verbunden ist.These sensors (6) consist of a cylindrical, flexible housing (7) with two mechanical fastening points (8) on one axis and a fiber optic connecting cable (9) of any length with plug connections (5). In the housing (7) there is a light bundle device (10) rigidly connected to one fastening point at the end of a transmitting fiber and a fiber bundle (12) arranged in a matrix-shaped grid structure (11) as a receiver, which is firmly connected to the other fastening point (8).

Wird nun Licht der permanenten Quelle (3) der Auswerteeinheit (1) über eine Faser zum Messfühler (6) gebracht und tritt dort über die Bündeleinrichtung (10) aus, so trifft es als Kreis (13) mit unterschiedlicher Intensität etwa in der Mitte des Empfängerfaserbündels (11)(12) auf und wird über die einzelnen Fasern (12) zurück zur Auswerteeinheit (1) geleitet. Dort trifft es auf die CCD-Zeile (4), die die unterschiedlichen Intensitäten in elektrische Größen wandelt und der Auswertung im Controller (2) zuführt.If light from the permanent source (3) of the evaluation unit (1) is now brought to the sensor (6) via a fiber and exits there via the bundle device (10), it hits the center of the receiver fiber bundle (11)(12) as a circle (13) with varying intensity and is guided back to the evaluation unit (1) via the individual fibers (12). There it hits the CCD line (4), which converts the different intensities into electrical quantities and feeds them for evaluation in the controller (2).

Gibt es nun eine Biegedeformation am Flügel, werden dabei die beiden Befestigungsstellen (8) des Messfühlers (6) gegeneinander aus der Achse verschoben, was dazu führt, das der Lichtkreis (13) auf dem Empfängerfaserbündel (11)(12) wandert. Damit verändern sich die einzelnen Intensitäten je Faser, woraus die Verschiebung in der Fläche, also die Biegung in zwei Richtungen ermittelt werden kann.If there is a bending deformation on the wing, the two fastening points (8) of the sensor (6) are displaced from the axis relative to each other, which causes the light circle (13) to move on the receiver fiber bundle (11)(12). This changes the individual intensities of each fiber, from which the displacement in the area, i.e. the bending in two directions, can be determined.

Claims

1. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: one or more measuring sensors consisting exclusively of non-metallic materials can be coupled to a central evaluation unit with fiber optic fibers and connectors, thus allowing the system to be expanded modularly.

2. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: the measuring sensor consists of two relatively flexible halves connected to one another, one of which contains an optical transmitting fiber with a focusing device and the other an optical receiver in the form of a matrix-like receiver fiber bundle.

3. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: the central evaluation unit contains a microcontroller, an optically permanent radiation source and an opto-electronic element, e.g. a CCD line, which converts the returning light signals into electrical quantities and feeds them to the microcontroller for evaluation.

4. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: the two halves of the measuring sensor are each attached to different locations on the measuring object and when it is deformed, a displacement of the focused light spot on the matrix-shaped receiver fiber bundle occurs, which can be specified as a displacement in two directions or bending about two axes after evaluation in the microcontroller.

5. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: the connection between the measuring sensors and the evaluation unit is only fiber optic and thus largely independent of the distance and of electrical interference.

6. Fiber optic sensor for detecting bending conditions, characterized in that: regardless of the mounting condition or prestressing, any condition can be calibrated as a reference value against which deviations can then be evaluated.