DE10014175A1 - Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren und Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer solchen - Google Patents

Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren und Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer solchen

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (3) aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (11) zur Durchführung von Meßwertbestimmungen, insbesondere von Druckwerten, Dehnungswerten oder Temperaturwerten. Bei dieser Anordnung (3) sind die faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (11) zu verschiedenen Arrays aus hintereinander angeordneten, faseroptisch verbundenen Bragg-Gitter-Sensoren (11) mit unterschiedlicher Frequenzselektivität zusammengefaßt, wobei diesen Arrays Verzögerungsglieder (12) zugeordnet sind. Die Bragg-Gitter-Sensoren (11) werden mit einem einheitlichen Anfragesignal beaufschlagt, das eine zeitlich differenziertes frequenzselektives Licht darstellt. Die frequenzselektiven Bragg-Gitter-Sensoren (11) der verschiedenen Arrays erzeugen bei Übereinstimmung der Frequenzselektivität mit dem Anfragesignal ein Teilsignal, das mit anderen Teilsignalen das Antwortsignal bildet, wobei die Teilsignale durch die Verzögerungsglieder (12) zeitlich voneinander getrennt eine Abfolge von Teilsignalen bilden. Aus der Kenntnis der Laufzeiten der Signale, die im wesentlichen durch die Verzögerungsglieder (12) bestimmt sind und in Kenntnis der Frequenzinformation des Anfragesignals, läßt sich der jeweilige Meßwert mit einem spezifischen Bragg-Gitter-Sensor (11) eines spezifischen Arrays in Verbindung bringen und damit der Meßwert dem Ort dieses Bragg-Gitter-Sensors (11) zuordnen. Durch diese frequenz- und zeitselektive Auswerteung des Antwortsiganls der erfindungsgemäßen ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Faseroptische Bragg-Gitter-Sensoren (fBGS) sind eine neuartige, sehr robuste Klasse von Sensoren, mit denen sich bevorzugt auf Meßlängen von 0,1 bis 20 mm hoch aufgelöst Dehnungen oder auch Temperaturunterschiede messen lassen.
In Raumfahrt und Luftfahrt, im Automobil- und Bahnbereich eröffnen sich durch diese Sensoren neue vielversprechende Möglichkeiten für Anwendungen im Bereich der Inspektion von Fahrzeugen, insbesondere bei allen Arten von adaptiven Systemen zur Steuerung und im Bereich der Meßtechnik beispielsweise zur experimentellen Spannungsanalyse. Derartige faseroptische Bragg-Gitter-Sensoren sind beispielsweise aus dem US-Patent 4,996,419 bekannt. Gegenüber konventionellen Lösungen, bei denen Dehnungsmeßstreifen oder Piezosensorik Anwendung finden, bieten Bragg-Gitter-Sensoren eine Reihe von Vorteilen aufgrund ihrer kompakten Bauweise. Insbesondere sind sie aufgrund des geringen Faserdurchmessers besonders geeignet für die Integration in faserverstärkte Verbundstrukturen, wie sie insbesondere im Flugzeugbau Anwendungen finden. Da das Meßsignal der faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren frequenzspezifisch und nicht amplitudenspezifisch ist, erweist sich das Meßsignal als unabhängig von der übertragenen Strecke und damit auch als unabhängig von Leistungsschwankungen, die durch die Übertragungsleitung hervorgerufen werden. Darüber hinaus erweist sich dieser Sensor wie alle faseroptischen Sensoren als unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.
Weiterhin ist aus der US-Schrift US 5,401,956 ein Meßsystem auf Basis von Bragg-Gitter-Sensoren bekannt, mit dem Druck- oder Temperatureinflüsse erfaßt werden können.
Aus der zum Anmeldezeitpunkt unveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 56 549 der Anmelderin ist bekannt, mehrere faseroptische Bragg-Gitter-Sensoren, die unterschiedliche Frequenzselektivitäten aufweisen, zu einem Array zusammenzufassen und diese gemeinsam mit einem in der Wellenlänge durchstimmbaren Laser mit einem in der Wellenlänge veränderlichen Lichtsignal zu bestrahlen und das durch die frequenzselektive Ausbildung der verschiedenen Bragg-Gitter-Sensoren des Arrays sensorselektive Antwortsignal zu analysieren und dadurch eine Aussage über den Meßwert bezogen auf den spezifischen, selektierten Bragg-Gitter-Sensor zu ermöglichen. Hierdurch können in einer Anordnung Meßwerte, d. h. Dehnungs-, Temperatur- oder Druckmeßwerte am Ort eines spezifischen Sensors eines Arrays bestimmt werden.
Die Anzahl der möglichen verwendeten Sensoren in einem derartigen Array ist durch die spektrale Breite des Lasers und durch die maximale Dehnung der Bragg-Gitter-Sensoren begrenzt. Beispielsweise kann mit den besten derzeit bekannten modensprungfrei durchstimmbaren Lasern nur ein Spektralbereich von etwa 100 nm durchstimmt werden, so daß unter günstigen Bedingungen maximal 100 Sensoren und bei ungünstigen Bedingungen keine 10 Sensoren in dem Array untergebracht werden können, ohne daß die Möglichkeit der Unterscheidung der Sensorsignale verlorengeht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer solchen Anordnung mit mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren anzugeben, durch welche eine erhöhte Anzahl von Sensoren ermöglicht und dadurch eine ortsspezifische Auswertung der Meßergebnisse ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Meßwert­ bestimmung in einer Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung zeigt die Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren mehrere Arrays, die aus einzelnen hintereinander angeordneten, faseroptisch verbundenen faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren mit unterschiedlicher Frequenzselektivität gebildet sind. Die verschiedenen Arrays sind mit Verzögerungsgliedern, die regelmäßig durch Verzögerungsleitungen gebildet sind, verbunden. Die faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren werden mit Licht einer Lichtquelle, die beispielsweise durch einen durchstimmbaren Laser oder LED gebildet wird, beaufschlagt. Entsprechend der spezifischen Frequenzselektivitäten der einzelnen Bragg-Gitter-Sensoren werden bestimmte Sensoren durch die gewählte Wellenlänge der Lichtquelle aktiviert und senden ein dementsprechendes Antwortsignal. Die anderen Sensoren verhalten sich bei dieser Wellenlänge passiv. Um diese aktivierten Bragg-Gitter-Sensoren der verschiedenen Arrays zu unterscheiden, sind diese verschiedenen Arrays mit Verzögerungsgliedern verbunden, so daß die einzelnen verschiedenen Antwortsignale zu unterschiedlichen Zeiten dem Empfangssystem der Meßanordnung beispielsweise für Dehnungswerte, Temperaturwerte oder Druckwerte zugeführt werden und diese durch das Empfangssystem in Kenntnis der spezifischen Verzögerungszeiten und damit der erwarteten Laufzeiten der Antwortsignale der einzelnen Sensoren der Arrays unterscheidbar sind. Durch diese Möglichkeit, die einzelnen Sensoren und damit die Meßwerte am Ort des Sensors von anderen zu unterscheiden, ist es möglich, eine sehr differenzierte Aussage über die Meßwertverteilung über einen vorgegebenen Raum mit einer Vielzahl von verbundenen Bragg-Gitter-Sensoren zu tätigen. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Meßwertbestimmung ist es möglich, eine Vielzahl von differenzierten Meßwerten durch eine entsprechende Vielzahl von differenzierten Bragg-Gitter- Sensoren zu unterscheiden und entsprechend selektiv auszuwerten. Beispielsweise ist es dadurch möglich, mehrere 100 erfindungsgemäß angesteuerte und verbundene Bragg- Gitter-Sensoren auf einem Flugzeugflügel anzubringen und innerhalb kurzer Zeit während einer Flugsimulation die Dehnungswerte des Flügels an den Positionen der Vielzahl von Bragg-Gitter-Sensoren zu messen und ortsspezifisch aufgelöst auszuwerten.
Durch die zeitlich differenziert gesteuerte frequenzselek­ tive Lichtquelle, beispielsweise in Form eines gepulsten spektral durchstimmbaren Lasers, der durch eine zentrale Steuereinheit zeitlich wie spektral gesteuert wird, werden die Bragg-Gitter-Sensoren mit gleichartigen Lichtpulsen beaufschlagt, die sich im wesentlichen nur durch zeitliche Verschiebungen aufgrund der durchlaufenen Verzögerungs­ glieder unterscheiden. Die gleichartigen Pulse werden insbesondere dadurch erreicht, daß die Lichtpulse durch einen oder mehrere Koppler in mehrere Pulse aufgeteilt werden, die alle die gleiche Wellenlänge zeigen. Nach dem Beaufschlagen der Bragg-Gitter-Sensoren mit dem Anfragesignal aus gleichartigen Pulsen entstehen in den Bragg-Gitter-Sensoren Teilsignale, die das Antwortsignal der Anordnung bilden, welches einem Empfänger zugeführt wird, der vorzugsweise mit einem Integrator verbunden ist, welcher durch die zentrale Steuereinheit getriggert wird, so daß das empfangene Antwortsignal nur in vorgegebenen Zeitfenstern erfaßt wird und der Auswerteeinheit zugeführt wird. Dabei sind die Zeitfenster durch die Triggerung so gewählt, daß sie den erwarteten Laufzeiten der Teilsignale der einzelnen Arrays entsprechend gewählt sind. Hierdurch ist eine sichere Unterscheidung der Arrays und damit der einzelnen Bragg-Gitter-Sensoren der einzelnen Arrays möglich.
Neben der Möglichkeit, die faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren im Reflexionsmodus zu betreiben, besteht die Möglichkeit, sie im Transmissionsmodus zu betreiben, was sich gerade bei sehr ausgedehnten zu untersuchenden Strukturen als besonders vorteilhaft erweist, da die Verkabelung hier einfacher ausgeführt werden kann.
Es hat sich besonders bewährt, die Verzögerungszeiten durch eine vorzugsweise zentrale Steuereinheit gesteuert zu wählen. Hierdurch ist es möglich, daß nach spezifischem Bedarf die veränderlich gewählten Verzögerungszeiten den Meßfragestellungen und den Meßbedingungen angepaßt werden können. Insbesondere ist es möglich, einzelne der Arrays durch Wahl einer sehr langen oder unendlich langen Verzögerungszeit von der Messung auszuschließen und nur einzelne wenige Arrays zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, durch die Änderung der Verzögerungszeiten während der Messung einzelne Arrays gezielt ein- bzw. auszu­ schalten. Dies ermöglicht einen sehr universellen Einsatz der verschiedenen Arrays, die zu einer gesamten Anordnung aus einer Mehrzahl von Arrays zusammengefaßt sind. Diese Anordnung wird durch eine gemeinsame zentrale Steuereinheit bevorzugt gesteuert, so daß ein einfacher Eingriff in die Meßprozedur bzw. in das Verfahren zur Messung vorgenommen werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Ver­ zögerungszeiten der Verzögerungsglieder selektiv zu wählen, d. h. daß durch eine geeignete Wahl der Verzögerungsglieder eine sichere Unterscheidung der reflektierten oder transmittierten Antwortsignale der einzelnen Bragg-Gitter- Sensoren gegeben ist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Verzögerungszeiten stets ein Vielfaches voneinander darstellen, indem sie beispielsweise der folgenden Regel genügen:

ti = a . ni
wobei ti die Verzögerungszeit des i-ten Arrays und
n eine natürliche Zahl <= 2 und
a die Länge des Basiszeitintervalls darstellt.
Vorteilhafterweise wird ein Array ohne Verzögerungsglied, d. h. mit einer Verzögerungszeit von 0 Sekunden, versehen, was den Aufbau der Anordnung vereinfacht.
Durch diese Wahl der Verzögerungszeiten ti ist eine sichere Unterscheidung des Antwortsignals im Hinblick auf die Unterscheidung der Teilantwortsignale der einzelnen Arrays gegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Meßanordnung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 einen beispielhaften Ablauf einer Messung und
Fig. 3 beispielhafte Topologien der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die in Fig. 1 dargestellte Meßanordnung zeigt eine zentrale Steuereinheit 10, die durch einen PC mit eingebauten Multifunktionskarten realisiert ist. Die zentrale Steuereinheit 10 ist mit einem External-Cavity-Laser 1 verbunden, das ist ein in der Wellenlänge durchstimmbarer Halbleiterlaser, der einen Wellenlängenbereich von ca. 1480 bis 1580 nm abscannen kann. Dieser zeigt eine Scan- Charakteristik mit deutlichen Schwankungen, die durch das erfindungsgemäße Meßsystem nicht zu einer Einbuße in der Meßgenauigkeit bei der Wellenlängenzuordnung führt. Der Laser 1 sendet ein Lichtsignal in einen optischen Wellenleiter, der über einen breitbandigen faseroptischen Koppler 6 die Hälfte der Lichtleistung auf einen Modulator 2 führt und die andere Hälfte einer Triggereinheit zuführt, die aus einem Ring-Interferometer 7, einer Verstärkerstufe 8 und einem Schmitt-Trigger 9 besteht. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 9 führt zu dem Triggereingang der Steuer­ einheit 10, die auf Basis des Triggersignals der Trigger­ einheit 7, 8, 9 sowohl den Laser 1 als auch den Modulator 2 dahingehend steuert, daß der Modulator 2 zu vorgegebenen Zeiten das Licht des Lasers 1 durchschaltet oder unter­ bricht. Das durch den Modulator 2 durchgeschaltete Licht einer spezifischen Wellenlänge wird über einen weiteren Koppler 6 einer Anordnung 3 aus Bragg-Gitter-Sensoren zugeführt. Diese Anordnung 3 zeigt hier stellvertretend für eine Vielzahl von Bragg-Gitter-Sensoren 11 nur zwei Bragg- Gitter-Sensoren 11 je eines Arrays und ein Verzögerungs­ glied 12. Durch den der Anordnung 3 vorgelagerten Koppler 6 werden den beiden Bragg-Gitter-Sensoren 11 gleiche Lichtpulse als Anfragesignale zugeführt, die sich im wesentlichen nur durch die das Verzögerungsglied 12 vorgegebene Laufzeitverschiebung unterscheiden. Falls nun die Wellenlänge des Anfragesignals zur Sensorwellenlänge des jeweiligen Bragg-Gitter-Sensors 11 paßt, so wird abhängig von der Reflektivität des Bragg-Gitter-Sensors ein Teil des Pulses reflektiert. Falls nicht, so findet keine Reflexion statt. Stimmt die Wellenlänge des Anfragesignals und die Frequenzselektivität der beiden Bragg-Gitter- Sensoren überein, so ergeben sich zwei reflektierende Antwortsignale, die sich durch eine durch das Verzögerungs­ glied 12 bestimmte Zeitverschiebung unterscheiden. Das reflektierte Antwortsignal wird wiederum über den Koppler 6 dem Empfänger 4 zur Verstärkung und anschließend dem Integrator 5 zugeführt. Der Integrator 5 wird über eine Triggerleitung durch ein Steuersignal dahingehend gesteuert, daß alle Antwortsignale, die in vorgegebenen Zeitfenstern dem Integrator zugeführt werden, aufsummiert und der Auswerteeinheit in der zentralen Steuereinheit 10 zugeführt werden. Dabei sind die Zeitfenster so gewählt, daß sie selektiv für eine bestimmte Gruppe von Bragg- Gitter-Sensoren 11 sind, die regelmäßig zu einem Array zusammengefaßt sind. Damit lassen sich Antwortsignale von einer Gruppe respektive Array aus Sensoren von einer anderen Gruppe respektive einem anderen Array aus Sensoren unterscheiden und dementsprechend unterschiedlich auswerten bzw. zuordnen.
In der Auswerteeinheit wird das analoge integrierte Signal mittels eines schnellen AD-Wandlers gewandelt, ausgewertet, dargestellt und abgespeichert. Diese Auswertung erfolgt getrennt für jede Triggerung des Integrators und damit für jedes Zeitfenster, so daß alle zu einer Wellenlänge ge­ hörigen reflektierten Antwortsignale mittels des durch die zentrale Steuereinheit 10 getriggerten Integrators erfaßt und einer Auswertung in der Steuereinheit zugeführt werden können. Die Triggerung erfolgt wie bereits erläutert mittels eines Ring-Interferometers 7 und nicht über einen Timer, da nun in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zugeführten Lichtsignals von dem Laser 1 bei definierten Wellenlängen, die durch die Ausbildung des Ring-Interfero­ meters 7 vorgegeben sind, festgelegte Triggersignale generiert werden. Dadurch ist sichergestellt, daß alle nachfolgenden Funktionseinheiten, insbesondere der Modulator 2, der Integrator 5 sowie die Auswerteeinheiten der Steuereinheit 10, zum richtigen Zeitpunkt also abhängig von der aktuellen Wellenlänge des Lichtpulses korrekt geschaltet bzw. gesteuert werden. Damit ist eine Fehltriggerung durch eine abweichende Zeitbasis, beispiels­ weise durch einen internen Timer der Steuereinheit 10, ausgeschlossen. Mithin erweist sich diese Steuerung der verschiedenen Funktionseinheiten durch die zentrale Steuer­ einheit 10 über die aktuelle Wellenlänge als sehr sicher.
Um die vom Integrator 5 abgeleiteten Meßwerte einer korrekten absoluten Wellenlänge zuzuordnen, wird neben der Triggereinheit 7, 8, 9 auch einer Absorptionszelle 13 mit bekannten und spezifischen Transmissionseinbruchstellen definierter Wellenlängen das Licht des Lasers 1 zugeführt. Das von der Absorptionszelle 13 abgegebene Signal wird in einem Verstärker 14 verstärkt und der Steuereinheit 10 zur Auswertung der absoluten Wellenlänge des Lasers, der in seinem vorgegebenen Frequenzband durchgestimmt wird, zugeführt. Damit läßt sich jedem Meßpunkt eine spezifische Wellenlänge zuordnen.
Daneben wird das Anfragesignal des Lasers 1 auch einem faseroptischen Fabry-Perot-Interferometer 15 zugeführt, mittels dem ein Modulationssprungdetektor realisiert ist. Im Falle eines Modulationssprunges, der durch das faser­ optische Fabry-Perot-Interferometer erkannt wird, ist es möglich, derartige Veränderungen im Anfragesignal bei der Auswertung des Antwortsignals zu berücksichtigen.
In Fig. 2 ist der zeitliche Ablauf eines Meßvorgangs dargestellt, wie er in der Meßanordnung nach Fig. 1 für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer erfindungsgemäßen Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren beispielhaft stattfindet. Dabei sind vier unterschiedliche Abläufe untereinander dargestellt, die in der Meßanordnung zu entsprechenden Zeiten, beispielsweise t0, zeitgleich stattfinden. Zeitgleiche Zeitpunkte sind dabei in den untereinander angeordneten Darstellungen untereinander angeordnet.
Die obere Abbildung a) zeigt den Intensitätsverlauf des Signals nach dem faseroptischen Ring-Interferometer 7. Hierbei sind deutlich charakteristische Intensitäts­ einbrüche zu erkennen, die mit bestimmten Wellenlängen des durch den Laser 1 ausgesandten, durchgestimmten Anfragesignals korrelieren. Diese Intensitätseinbrüche werden zur Festlegung der Triggerung der verschiedenen anderen zu triggernden Einheiten verwandt. Unter anderem wird der Modulator 2 mit einem Triggersignal gesteuert, was in der Darstellung b) der Abb. 2 wiedergegeben ist.
In der Darstellung c) sind verschiedene Teilsignale des Antwortsignals im Empfänger 4 dargestellt. Der Abstand der beiden Teilsignale ist im wesentlichen durch die im Ver­ zögerungsglied 12 bestimmte zeitliche Verzögerung fest­ gelegt. Durch diese zeitliche Verzögerung ist es möglich, die Teilsignale des Antwortsignals voneinander zu unterscheiden und voneinander getrennt auszuwerten. Dies erfolgt über die spezifische Triggerung des Integrators 5, durch die definierte Zeitfenster zi festgelegt werden, welche mit vorgegebenen zu erwartenden Verzögerungszeiten korrelieren. Innerhalb dieser Zeitfenster zi werden alle eingehenden Teilsignale aufsummiert und als analoges Signal der zentralen Steuereinheit 10 zugefügt, die getriggert durch die Triggereinheit 7, 8, 9 das in einem spezifischen Zeitfenster aufintegrierte Signal digital wandelt und einem spezifischen Array und damit in Verbindung mit der ebenfalls zur Verfügung stehenden Frequenzinformation einem spezifischen Bragg-Gitter-Sensor eines spezifischen Arrays zuordnet und auswertet.
Diese Bragg-Gitter-Sensor-selektive Auswertung des Signals unter Zuhilfenahme der Frequenzinformation und der Zeit­ fensterinformation, die mit der Wahl der Verzögerungs­ glieder korreliert, ermöglicht eine bisher nicht dagewesene Anzahl von möglichen Bragg-Gitter-Sensoren und damit eine besonders hochwertige örtliche Auflösung der zu erfassenden Meßwerte, die sowohl Temperatur-, Dehnungs- oder Druckmeß­ werte darstellen können.
In Fig. 3 sind drei Beispiele möglicher Anordnungen, auch Topologien genannt, von Arrays aus faseroptischen Gitter­ sensoren (fBGS) dargestellt. Dabei besteht ein Array aus mehreren Bragg-Gitter-Sensoren, die unterschiedliche Frequenzselektivitäten aufweisen. Dadurch ist sicherge­ stellt, daß im wesentlichen nur ein einziger Bragg-Gitter- Sensor eines Arrays bei einer vorgegebenen Frequenz bzw. Wellenlänge des Anfragesignals anspricht und ein dement­ sprechendes Reflexionssignal bzw. Transmissionssignal abgibt.
Unter a) ist in Fig. 3 eine serielle Anordnung von Arrays dargestellt, die miteinander über optische Wellenleiter mit zwischengeschalteten Verzögerungsgliedern 12 verbunden sind. Erzeugt der gepulste Laser ein Anfragesignal, so wird es über den Koppler 6 den verschiedenen hintereinander angeordneten und damit seriell angeordneten Arrays und damit den einzelnen Gittersensoren der einzelnen Arrays zugeführt. Alle Bragg-Gitter-Sensoren der erfindungsgemäßen Anordnung erhalten im wesentlichen das gleiche Anfrage­ signal. Paßt die Frequenz des Anfragesignals mit der Frequenzselektivität eines Bragg-Gitter-Sensors eines Arrays zusammen, so wird in diesem eine Antwort als reflektiertes Teilsignal auf das Anfragesignal generiert und in Richtung Koppler 6 ausgesendet. Bei jedem Durchqueren eines Verzögerungsglieds 12 findet eine zeitliche Verzögerung des übertragenen Lichtsignals statt, so daß die Teilsignale des Antwortsignals von den nachge­ ordneten Arrays wesentlich später den Koppler 6 erreichen und dementsprechend später dem Empfangssystem aus Empfänger 4, Integrator 5 und Steuereinheit 10 zugeführt werden. Durch diese spezifische Verzögerung, die sich durch die Aufsummierung der einzelnen zeitlichen Verzögerungen der Verzögerungsglieder 12 ergibt, die auf dem Weg des Anfrage­ signals bzw. auf dem Rückweg des Teilsignals des Antwort­ signals entstehen, läßt sich eine spezifische Trennung der Teilsignale nach den einzelnen Arrays und in Verbindung mit der Frequenzinformation nach den einzelnen Bragg-Gitter- Sensoren der einzelnen Arrays vornehmen. Mithin läßt sich aus dem Meßsignal in dem Empfangssystem 4, 5, 10 ein spezifischer Meßwert für Druck, Temperatur oder Dehnung am Ort dieses spezifischen Bragg-Gitter-Sensors bestimmen.
Auf entsprechende Weise ist unter b) in der Fig. 3 eine Anordnung aus parallelgeschalteten Arrays dargestellt. Jedes Array ist mit einer spezifischen zeitlichen Ver­ zögerung beaufschlagt, die durch ein entsprechendes Verzögerungsglied vorgegeben ist. Dabei ist durch die Anzahl der angedeuteten Kreise eine unterschiedlich große Verzögerung angedeutet. Das oberste Array der parallel angeordneten Arrays ist mit einer Verzögerung 0 Verzöge­ rungszeiteinheiten, das zweite mit 2 und das dritte mit 4 Verzögerungszeiteinheiten beaufschlagt. Die verschiedenen Arrays werden durch vorgelagerte Koppler 6 mit dem gleichen Anfragesignal beaufschlagt. In der dargestellten Anordnung wird diese parallele Anordnung der Arrays im Reflexions­ modus betrieben, d. h. das über die Koppler 6 den Arrays zugeführte Anfragesignal wird über dieselben Koppler 6 wie das Antwortsignal dem Empfangssystem 4, 5, 10 zugeführt. Die Auswertung und die Funktionsweise dieser parallelen Anordnung entspricht der zuvor beschriebenen Funktions­ weise.
Neben der rein seriellen und der parallelen Anordnung besteht auch die Möglichkeit einer gemischten Anordnung der Arrays in Form von baumartig verschachtelten Strukturen, bei denen die Arrays sowohl in parallelen als auch in seriellen Strukturen angeordnet sind. Eine solche ist in c) der Fig. 3 dargestellt. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr gute Anpassung der Anordnung an das zu vermessende Objekt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Meßwertbestimmung in einer Anordnung (3)
aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (fBGS) (11), die zu verschiedenen Arrays aus hintereinander angeordneten, faseroptisch verbundenen faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (11) mit unterschiedlicher Frequenzselektivität zusammengefaßt sind,
und aus Verzögerungsgliedern (12), die diesen Arrays zugeordnet sind,
wobei die faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (11) mit einem Anfragesignal beaufschlagt werden, das zeitlich differenzierte frequenzselektive Licht darstellt,
und wobei ein Antwortsignal ausgewertet wird, indem einzelne Teilsignale des Antwortsignals anhand ihrer spezifischen Frequenz und anhand ihrer im wesentlichen durch die Verzögerungsglieder (12) bestimmte Laufzeit des Signals spezifisch einen oder wenigen faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (fBGS) (11) zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder (12) selektiv gewählt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten ti der Verzögerungsglieder (12) unterschiedlich gewählt sind und der Regel
ti = a . ni mit a < 0s und, n <= 2 und i < 0
genügt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten durch eine Steuereinheit (10) gesteuert gewählt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (3) im Transmissions­ modus betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (3) im Reflexionsmodus betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrays seriell angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrays parallel zueinander angeordnet sind.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrays teilweise seriell und teilweise parallel zueinander angeordnet sind.
10. Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (fBGS) (11) zur Durchführung des Verfahrens zur Meßwertbestimmung nach Anspruch 1, bei der faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (fBGS) zu verschiedenen Arrays aus hintereinander angeordneten, faseroptisch verbundenen faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (11) mit unterschiedlicher Frequenzselektivität zusammengefaßt sind und bei der diesen Arrays Verzögerungsglieder (12) dahingehend zugeordnet sind, daß die faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (11) mit einem Anfragesignal beaufschlagbar sind, das zeitlich differenziertes frequenzselektive Licht darstellt, und ein Antwortsignal dahingehend auswertbar ist, daß einzelne Teilsignale des Antwortsignals anhand ihrer spezifischen Frequenz und anhand ihrer im wesentlichen durch die Verzögerungsglieder (12) bestimmte Laufzeit des Signals spezifisch einen oder wenigen faseroptischen Bragg-Gitter-Sensoren (fBGS) (11) zuordenbar sind.
11. Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (fBGS) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (1) einen gepulsten spektral durchstimmbaren Laser (1) darstellt, der durch eine Steuereinheit (10) zeitlich und spektral gesteuert wird.
12. Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (fBGS) nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (1) einen spektral durchstimmbaren Laser (1) darstellt, der durch eine Steuereinheit (10) spektral gesteuert wird und dessen Signalausgang ein Modulator (2) zugeordnet ist, der durch die Steuereinheit (10) getriggert wird.
13. Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (fBGS) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Ring-Interferometer (7) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ein Triggersignal durch die Steuereinheit (10) erzeugt wird, durch das der Integrator (5), die Lichtquelle bzw. der Modulator (2) und die Signalauswertung in der Steuereinheit (10) zeitlich gesteuert werden.
14. Anordnung aus mehreren faseroptischen Bragg-Gitter- Sensoren (fBGS) nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch eine Steuereinheit (10) getriggerter Integrator (5) vorgesehen ist, der getriggert durch die Steuereinheit (10) geeignet ist, innerhalb vorgegebener Zeitfenstern das Antwortsignal zeitlich getrennt zusammenzufassen.
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