DE3918640A1 - Contactless signal generator for optical fibre system - has mirror with magnetic member, forming movable unit, actuated by magnetic target - Google Patents

Contactless signal generator for optical fibre system - has mirror with magnetic member, forming movable unit, actuated by magnetic target

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Abstract

A photosignal from an optical fibre is reflected on a mirror surface, opposite to the optical fibre output face, and is supplied to a photosensitive detector for generating an electric output signal. A mirror (3) is coupled to a magnetic material element (2) to form a movably held unit, which engageable by magnetic material target element (10). The target element is movably fitted at a given spacing. The mirror is movable w.r.t. the beam path of the optical fibre (6). The movable unit is pref. engageable by a resetting spring (5). The unit and spring are typically fitted in an air-and humidity-tight housing (1) with a connector for coupling the optical fibre. USE/ADVANTAGE - For detectors of movable component end position, with reliable switching signal generating and transmission even with electromagnetic interference.

Description

Die Erfindung betrifft einen berührungslos arbeitenden Signalgeber in Lichtwellenleitertechnik, bei dem ein aus einem Lichtwellenleiter austretendes Lichtsignal an einer der Austrittsfläche gegenüberliegenden Spiegel­ fläche reflektiert und einem lichtempfindlichen Detek­ tor zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals zugeführt wird.The invention relates to a contactless working Signal transmitter in fiber optic technology, in which a light signal emerging from an optical waveguide a mirror opposite the exit surface surface reflected and a light-sensitive detector gate for generating an electrical output signal is fed.

Für eine Reihe von Einsatzfällen werden Schaltelemente zum Erkennen bzw. Erfassen der Endlage beweglicher Komponenten benötigt, die auch unter rauhen elektroma­ gnetischen Umweltbedingungen, unter anderem bei elektrostatischen Aufladungserscheinungen oder bei Blitzeinschlägen, zuverlässig und störungsunauffällig arbeiten. Dies gilt insbesondere für den Bereich des Flugzeugbaus, wo in zunehmendem Maße elektrisch nicht leitende Materialien wie beispielsweise CFK zum Einsatz kommen. Herkömmliche mechanische Endlageschalter bzw. induktive Näherungsschalter sind hier nicht in allen Fällen in der Lage, diese speziellen Anforderungen zu erfüllen.Switching elements are used for a number of applications for recognizing or detecting the end position more flexible Components needed even under rough electroma genetic environmental conditions, among others electrostatic charging phenomena or at Lightning strikes, reliable and trouble-free work. This applies in particular to the area of Aircraft construction, where increasingly not electrically conductive materials such as CFRP are used come. Conventional mechanical limit switches or inductive proximity switches are not in all  Cases able to meet these special requirements fulfill.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Signalgeber bereitzustellen, der auch bei elektromagnetischen Störeinflüssen eine zuverlässige Schaltsignalerzeugung und -übertragung ermöglicht und der dabei zugleich möglichst einfach und gewichtssparend aufgebaut ist.Therefore, it is an object of the invention to provide a signal generator To provide, even with electromagnetic A reliable switching signal generation enables and transfers and at the same time is as simple and weight-saving as possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Signalge­ ber mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Pa­ tentanspruchs. Dadurch, daß der erfindungsgemäße Si­ gnalgeber nur aus optischen und mechanischen Komponen­ ten, nicht aber aus elektronischen Bauteilen besteht, weist er einen zugleich kompakten und robusten Aufbau auf. Er ermöglicht dabei weiterhin auch lange Übertra­ gungswege, ohne daß hierbei zu hohe Signalverluste auftreten.The invention solves this problem by a signal With the characteristic features of the first Pa entitlement. The fact that the Si Signal encoder only from optical and mechanical components but does not consist of electronic components, it has a compact and robust construction on. It also enables long transfers supply paths without excessive signal losses occur.

Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen dienen zum einen dem Zweck, den Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Signalgebers noch weiter zu vereinfachen, zum anderen dienen sie dazu, den Signalgeber gemäß der Erfindung einem möglichst breiten Spektrum möglicher Einsatzgebiete zugänglich zu machen. Der Signalgeber nach der Erfindung kann dabei entweder als Schalt­ element oder aber auch als analoger Meßgeber eingesetzt werden, wobei er im letzteren Fall insbesondere als Sensor für die Meßgrößen Beschleunigung, Druck und Temperatur dienen kann.The measures specified in the further claims serve the purpose of building the inventions to further simplify the signal generator according to the invention, on the other hand, they serve to switch the signal generator according to the Invention as wide a spectrum as possible Make areas of application accessible. The signal generator according to the invention can either be used as a switching element or also used as an analog sensor be, in the latter case in particular as Sensor for the parameters acceleration, pressure and Temperature can serve.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen: In the following the invention is based on in Drawing illustrated embodiments closer are explained. Show it:  

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Funktionsweise des erfindungsgemäßen Signalgebers, FIG. 1 shows a schematic representation of the functioning of the signal generator according to the invention,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen ersten Signalgeber, Fig. 2 is a longitudinal section through a first signal transmitter,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt gemäß III-III durch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung, Fig. 3 is a vertical section according to III-III through the embodiment illustrated in FIG. 2 arrangement,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen zweiten Signalgeber, Fig. 4 shows a longitudinal section through a second transducer,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt gemäß V-V durch die in Fig. 4 dargestellte Anordnung und Fig. 5 is a vertical section according to VV through the arrangement shown in Fig. 4 and

Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch die Anordnung in Fig. 4 Fig. 6 shows a horizontal section through the arrangement in Fig. 4

Im Inneren eines luftdicht gekapselten Sensorgehäuses 1 sind ein Magnet 2 sowie ein Spiegel 3 zu einer beweg­ lichen Schalteinheit 4 verbunden und unter der Kraft einer Zugfeder 5 in der in Fig. 1 ausgezogen darge­ stellten Ruhelage gehalten. Oberhalb der dabei vom Spiegel 3 eingenommenen Position ist das eine Ende ei­ nes Y-förmig aufgebauten einfaserigen Lichtwellenlei­ ters 6 in das Gehäuse 1 eingeführt und fixiert. Das zweite Ende dieses Lichtwellenleiters 6 ist in zwei Äste 6′ und 6′′ aufgespalten, von denen das eine an eine Lichtquelle 7 und das andere an einen licht­ empfindlichen Detektor 8 angekoppelt ist, die beide Teil einer Auswerteeinheit 9 sind.Inside an airtightly encapsulated sensor housing 1 , a magnet 2 and a mirror 3 are connected to a movable switching unit 4 and held under the force of a tension spring 5 in the extended position shown in FIG . Above the position assumed by the mirror 3 , the one end of a Y-shaped single-fiber Lichtwellenlei age 6 is inserted and fixed in the housing 1 . The second end of this optical fiber 6 is split into two branches 6 'and 6 '', one of which is coupled to a light source 7 and the other to a light-sensitive detector 8 , both of which are part of an evaluation unit 9 .

Die Betätigung des vorstehend beschriebenen Signalge­ bers erfolgt über ein Targetelement 10, das aus einem ferromagnetischen Material besteht und das mechanisch mit demjenigen, hier nicht dargestellten Element gekoppelt ist, dessen Position detektiert werden soll. Bei einer Annäherung des Targetelementes 10 an den Ma­ gneten 2 in der durch den entsprechenden Pfeil gekenn­ zeichneten Richtung bewegt sich Magnet 2 entgegen der Rückstellkraft der Zugfeder 5 in die in der Zeichnung strichpunktiert dargestellte Position. Der mit dem Ma­ gneten 2 fest verbundene Spiegel 3 gelangt dadurch in den Bereich der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters 6. Das von der Lichtquelle 7 ausgesandte Licht wird dann von Spiegel 3 in den Lichtwellenleiter 6 reflek­ tiert und ein Teil in den Leiter wieder eingekoppelt, so daß nunmehr der Detektor 8 aktiviert wird. Ein in der Auswerteeinheit 9 vorgesehenes Vergleicherelement liefert nun das entsprechende elektrische Detektor­ schaltsignal. Wird das Targetelement wieder aus dem Bereich des Magneten entfernt, so kehrt die Anordnung wieder in den Ausgangszustand zurück.The actuation of the above-described signal sensor takes place via a target element 10 , which consists of a ferromagnetic material and which is mechanically coupled to the element, not shown here, whose position is to be detected. When the target element 10 approaches the magnet 2 in the direction indicated by the corresponding arrow, magnet 2 moves against the restoring force of the tension spring 5 into the position shown in broken lines in the drawing. The conveniently conducted by Ma 2 firmly connected mirror 3 thereby going into the area of the exit surface of the optical waveguide. 6 The light emitted by the light source 7 is then reflected by the mirror 3 in the optical waveguide 6 and a part is coupled back into the conductor, so that the detector 8 is now activated. A comparator element provided in the evaluation unit 9 now supplies the corresponding electrical detector switching signal. If the target element is removed from the area of the magnet again, the arrangement returns to the initial state.

Die gleiche Signalerzeugung wird auch erreicht, wenn die vorstehend beschriebene Anordnung dahingehend ge­ ändert wird, daß das Targetelement 10 aus einem Ma­ gneten 2 vorgesehen wird. Wichtig ist in jedem Fall, daß die übrigen Komponenten des Sensors aus nicht­ ferromagnetischen Werkstoffen bestehen. Aufbauend auf dem vorstehend beschriebenen Grundprinzip sind in den Fig. 2 und 3 bzw. 4 bis 6 zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Signalgebers dargestellt. Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnung handelt es sich um einen linear aufgebauten Signalgeber. Die wiederum aus einem Magneten 12 und einem Spiegel 13 bestehende bewegliche Einheit 14 ist in einem zylin­ drischen Gehäuse 11 angeordnet, in dem sich auch die Zugfeder 15 befindet. Der Lichtwellenleiter 16 ist über ein Anschlußelement 17 in radialer Richtung in das Ge­ häuse 11 eingeführt. Auch bei dieser Anordnung besteht das Targetelement 20 wieder aus ferromagnetischem Ma­ terial.The same signal generation is also achieved if the arrangement described above is changed to the effect that the target element 10 is provided from a magnet 2 . It is important in any case that the other components of the sensor are made of non-ferromagnetic materials. Building on the basic principle described above, two different embodiments of the signal transmitter are shown in FIGS. 2 and 3 or 4 to 6. The arrangement shown in FIGS. 2 and 3 is a linear signal generator. The in turn consisting of a magnet 12 and a mirror 13 movable unit 14 is arranged in a cylindrical housing 11 , in which the tension spring 15 is also located. The optical fiber 16 is inserted through a connector 17 in the radial direction into the housing 11 Ge. In this arrangement, the target element 20 again consists of ferromagnetic material.

Der in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Signalgeber ist als Rotationstyp ausgelegt, d.h. bei diesem ist die bewegliche Einheit 24 im quaderförmigen Gehäuse 21 in einem Spitzenlager 28 drehbar gehaltert. Der Spiegel 23 ist dabei auf der Stirnfläche der beweglichen Einheit 24 gelagert und damit in den Bereich des Anschlußele­ mentes 27 bewegbar, sofern hier nicht dargestelltes magnetisches Targetelement in den Bereich des Ferrit­ stabes 22 gelangt. Dadurch wird auch bei diesem Si­ gnalgeber das von der Lichtquelle stammende Licht in den Lichtwellenleiter 26 reflektiert. Nach dem Entfer­ nen des Targetelementes bewirkt auch in diesem Fall ein Rückstellelement in Form einer Feder, im vorliegenden Beispiel einer Spiralfeder 25, die Rückkehr in die Ausgangslage.The signal generator shown in FIGS. 4 to 6 is designed as a type of rotation, that is to say the movable unit 24 in the cuboid housing 21 is rotatably supported in a tip bearing 28 . The mirror 23 is mounted on the end face of the movable unit 24 and thus movable in the area of the connecting element 27 , provided that the magnetic target element (not shown) reaches the area of the ferrite rod 22 . As a result, the light originating from the light source is also reflected in the optical waveguide 26 in this signal generator. After removing the target element, a return element in the form of a spring, in the present example a spiral spring 25 , also causes the return to the starting position in this case.

Insbesondere die zuletzt beschriebene Anordnung eignet sich für einen Einsatz als Analogmeßgeber, bei dem an­ stelle einer digitalen Ja/nein - Information eine dem variablen Abstand des Targetelementes vom beweglichen Element und damit der veränderlichen Spiegelposition entsprechende Zu- oder Abnahme der Lichtintensität ein kontinuierlich veränderbares Ausgangssignal erzeugt. Damit lassen sich die erwähnten Sensoren für Beschleu­ nigung, Druck und Temperatur auf einfache Weise reali­ sieren.The arrangement described last is particularly suitable is for use as an analog encoder, in which provide digital yes / no information to the variable distance of the target element from the movable Element and thus the changing mirror position a corresponding increase or decrease in light intensity continuously variable output signal generated. This allows the mentioned sensors for acceleration cleaning, pressure and temperature in a simple way sieren.

Claims (10)

1. Berührungslos arbeitender Signalgeber in Lichtwel­ lenleitertechnik, bei dem ein aus einem Lichtwel­ lenleiter austretendes Lichtsignal an einer der Austrittsfläche gegenüberliegenden Spiegelfläche reflektiert und einem lichtempfindlichen Detektor zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel (3, 13, 23) mit einem aus einem magnetischen Werkstoff bestehenden Element (2, 12, 22) zur Bildung einer beweglich gehalterten Einheit (4, 14, 24) verbunden ist, die über ein im Abstand beweglich angeordnetes und ebenfalls aus einem magnetischen Werkstoff bestehendes Targetelement (10, 20) beaufschlagbar ist, wobei der Spiegel (3, 13, 23) in bezug auf den Strahlengang des Lichtwellenleiters (6, 16, 26) bewegbar ist. 1. Non-contacting signal generator in Lichtwel lenleitertechnik, in which a light signal emerging from a Lichtwel lenleiter reflects on a mirror surface opposite the exit surface and is fed to a light-sensitive detector for generating an electrical output signal, characterized in that a mirror ( 3 , 13 , 23 ) is connected to an element ( 2 , 12 , 22 ) made of a magnetic material to form a movably held unit ( 4 , 14 , 24 ), which is arranged via a target element ( 10 , 20 ) which is movably arranged at a distance and also consists of a magnetic material ) can be acted upon, the mirror ( 3 , 13 , 23 ) being movable with respect to the beam path of the optical waveguide ( 6 , 16 , 26 ). 2. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die bewegliche Einheit (4, 14, 24) über eine Rückstellfeder (5, 15, 25) beaufschlagbar ist.2. Signal generator according to claim 1, characterized in that the movable unit ( 4 , 14 , 24 ) via a return spring ( 5 , 15 , 25 ) can be acted upon. 3. Signalgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bewegliche Einheit (4, 14, 24) sowie die Feder (5, 15, 25) in einem luft- und feuchtigkeitsdicht verschlossenen Gehäuse (1, 11, 21) angeordnet sind, daß mit einem Anschlußelement (17, 27) zur Ankopplung des Lichtwellenleiters (6, 16, 26) versehen ist.3. Signal generator according to claim 1 or 2, characterized in that the movable unit ( 4 , 14 , 24 ) and the spring ( 5 , 15 , 25 ) in an air and moisture-tight sealed housing ( 1 , 11 , 21 ) arranged are that is provided with a connecting element ( 17 , 27 ) for coupling the optical waveguide ( 6 , 16 , 26 ). 4. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die bewegliche Ein­ heit (4, 14) in linearer Richtung bewegbar gehaltert ist.4. Signal generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the movable unit ( 4 , 14 ) is movably supported in the linear direction. 5. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einheit (24) schwenkbar gehaltert ist.5. Signal generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the movable unit ( 24 ) is pivotally supported. 6. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (6, 16, 26) an seinem dem Spiegel (3, 13, 23) abge­ wandten Ende geteilt ausgebildet ist, wobei ein Teilstrang (6′) mit einer Lichtquelle (7) und der zweite Teilstrang (6′′) mit dem lichtempfindlichen Detektor (8) gekoppelt ist.6. Signal generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the optical waveguide ( 6 , 16 , 26 ) at its end facing the mirror ( 3 , 13 , 23 ) is formed divided, with a partial strand ( 6 ') with a light source ( 7 ) and the second strand ( 6 '') is coupled to the light-sensitive detector ( 8 ). 7. Signalgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lichtwellenleiter (6, 16, 12) einfaserig aufgebaut ist.7. Signal generator according to claim 6, characterized in that the optical waveguide ( 6 , 16 , 12 ) is constructed in a single fiber. 8. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anordnung als End­ schalter ausgebildet ist. 8. Signal generator according to one of claims 1 to 7, there characterized in that the arrangement as an end switch is formed.   9. Signalgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anordnung als Ana­ logmeßgeber aufgebaut ist.9. Signal generator according to one of claims 1 to 7, there characterized in that the arrangement as Ana log transmitter is built. 10. Signalgeber nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeich­ net, daß dieser als Sensor zur Erfassung der Meß­ größe Beschleunigung, Druck oder Temperatur ausge­ bildet ist.10. Signal generator according to claim 9, characterized in net that this as a sensor for detecting the meas acceleration, pressure or temperature forms is.
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