DE60120358T2 - Flexible faseroptische mikrobiegeeinrichtung, sensoren, und ein verfahren zu deren verwendung - Google Patents

Flexible faseroptische mikrobiegeeinrichtung, sensoren, und ein verfahren zu deren verwendung Download PDF

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    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtleitereinrichtungen. Insbesondere betrifft sie eine flexible Mikrobiegeeinrichtung, die an einem Lichtleiter angebracht und in einer Sensoranordnung zum Messen der inneren Spannung in einer Konstruktion verwendet werden kann.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Lichtleiter werden dazu verwendet, Licht zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor zu transportieren. Licht in der Faser kann durch Biegen oder anderweitiges Deformieren der Faser moduliert werden. Dadurch wird ein moduliertes Signal erzeugt, das von dem Lichtdetektor aufgenommen und verarbeitet werden kann.
  • Mikrobiegeeinrichtungen können dazu verwendet werden, Deformationen in einer Faser zu induzieren, wodurch bewirkt wird, dass das durch die Faser hindurchgehende Licht mit einer Frequenz moduliert wird, die der Kraft entspricht, welche auf die Einrichtung aufgebracht wird. Typischerweise ist die Einrichtung so an der Faser angebracht, dass sie die Faser umgibt.
  • Eine bekannte Einrichtung ist eine geriffelte Doppelbacken-Anordnung, die einen Lichtleiter zusammendrückt, um das durch ihn hindurchgehende Lichtsignal zu modulieren. Macedo et al. ( US 4 342 907 ) beschreiben eine solche Einrichtung, bei der ein oberes Element durch eine Abstützung mit einem Gehäuse fest verbunden ist. Ein unteres Element war an einer elastischen Membran angebracht. Wenn entweder ein statischer Druck oder ein über die Zeit änderbarer dynamischer Druck die Membran erreicht, wird sie ausgelenkt und drückt dabei das untere Element zu dem oberen Element hin, so dass der Lichtleiter, der an die Rippen der Einrichtung gehalten wird, verformt wird. In US 4 443 700 beschreiben sie ferner eine andere Vorgehensweise, bei der zwei Stahlelemente, die geriffelte gleiche Oberflächen mit ineinandergreifenden Rippen haben, eine Schraubzwinge bilden, die gewöhnlich dazu verwendet wird, die Faser zusammenzudrücken und somit zu verformen. Solchen Einrichtungen mangelt es an der Kompaktheit und Flexibilität, die zum Messen von Kräften im Inneren einer Konstruktion erwünscht sind.
  • Kramer ( US 5 193 129 ) führte Mikrobiegungen ein durch Verweben eines Lichtleiters durch Sprossen einer leiterartigen Konstruktionen hindurch, Einkapseln in einem schaumartigen Material und Umgeben mit einem Mantel. Durch den Lichtleiter durchgelassenes Licht wird bei Auftreten einer Mikrobiegung, die durch das Aufbringen von Druck an irgendeiner Stelle entlang seiner Länge verursacht wird, auf einen Wert verringert, der geringer als ein Schwellenwert ist. Die Sprossen der Leiterkonstruktion sind so bemessen und beabstandet, dass ein angemessener Ort geschaffen wird, um den herum eine Mikrobiegung erzeugt werden kann. Sansone ( US 5 694 497 ) hebt einen der Mängel dieses Sensors hervor, indem er erklärt, dass ein Teil der Konstruktion, in die er eingebettet ist, dazu genutzt werden muss, die Sensorausbildung zu vervollständigen. In der Tat ist der Nutzen dieses Sensortyps insofern begrenzt, als er in das Substrat oder die Konstruktion, die gemessen wird, eingewebt werden muss und später nicht mehr nach Bedarf neu positioniert werden kann.
  • Udd et al. ( US 5 118 931 ) führten Mikrobiegungen in ihr Sensorsystem ein durch Anschmelzen des Lichtleiters und gleichzeitiges Ziehen, um der Faser einen kleineren Durchmesser zu geben. Längen dieser Faser wurden in die nicht geschmolzene Faser gespleißt, um den Sensor herzustellen. Eine Formänderung der Faser beeinflusst die Fortpflanzung von Licht durch sie hindurch, so dass das Detektieren auf der Basis von detektierten Änderungen des Lichtdurchsatzes möglich ist. Wie bei der Einrichtung von Kramer besteht der Mangel dieser Ausbildung darin, dass es nach dem Spleißen in die Faser keine Möglichkeit mehr gibt, die Konstruktion später neu zu positionieren.
  • Sansone ( US 5 694 497 ) beschreibt einen an sich selbstverformenden Mikrobiegungs-Deformierer. Bei dieser Einrichtung wird die Faser um sich selbst herum verdreht. Mindestens ein verdrehter Abschnitt ist als ein an sich selbstverformender Mikrobiegungs-Deformierer wirksam. Das Problem bei dieser Einrichtung ist, dass es keine Möglichkeit gibt, eine feste Periode zu erhalten und/oder somit die Empfindlichkeit des Sensors einstellen zu können.
  • FR-A-2769379 betrifft eine flexible Mikrobiegeeinrichtung, die ein oberes Biegegitter und ein unteres Biegegitter aufweist, wobei jedes Gitter aus flexiblen Elementen besteht.
  • US-A-5 684 912 betrifft ein Lichtleitersignal-Dämpfungsglied, um eine Dämpfung von Lichtleitersignalen durch Techniken zu ermöglichen, die rasch und mit einem Minimum an manueller Handhabung durchgeführt werden können.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mikrobiegeeinrichtung bereitzustellen, die abgenommen und an einem Lichtleiter entlang seiner Länge erneut angebracht werden kann.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mikrobiegeeinrichtung bereitzustellen, die flexibel ist.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor bereitzustellen, der eine flexible Mikrobiegeeinrichtung verwendet, so dass der Sensor auf Intensität basiert.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verwendung eines Sensors bereitzustellen, der von einer flexiblen Mikrobiegeeinrichtung Gebrauch macht, so dass das Verfahren angewandt wird, um entweder radiale oder lineare Kräfte zu messen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine flexible Mikrobiegeeinrichtung zur Anbringung an einem Lichtleiter gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Wenn die Einrichtung an einem Lichtleiter angebracht ist, bildet sie einen Lichtleitermikrobiegungs-Sensor. Der Lichtleiter ist zwischen jedem flexiblen Element des oberen Biegeelementgitters und jedem flexiblen Element des unteren Biegeelementgitters derart positioniert, dass jedes flexible Element zwischen den oberen und unteren Biegeelementgittern alterniert.
  • Im Gebrauch ist der Sensor entweder an einer Oberfläche einer Konstruktion angebracht oder in ein Wirtsmaterial eingebettet. Lichtleistung wird in den Mikrobiegungs-Sensor eingeleitet, und das reflektierte Licht wird mit einem Detektor überwacht.
  • Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind teilweise in der nachstehenden Beschreibung angegeben und teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder ergeben sich aus der praktischen Anwendung der Erfindung. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch Apparaturen in Kombinationen erhalten werden, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen hervorgehoben sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen eine vollständige Ausführungsform der Erfindung gemäß den besten Betriebsarten, die bisher für die praktische Anwendung ihrer Prinzipien entwickelt wurden; die Zeichnungen zeigen in:
  • 1A eine Ansicht von oben auf das obere Biegeelementgitter der flexiblen Mikrobiegeeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 1B eine Ansicht von oben auf das untere Biegeelementgitter der flexiblen Mikrobiegeeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 2A die Anordnung der flexiblen Mikrobiegeeinrichtung;
  • 2B eine Ansicht von oben auf die flexible Mikrobiegeeinrichtung im zusammengebauten Zustand;
  • 3 eine Ansicht von oben auf einen Lichtleitermikrobiegungs-Sensor;
  • 4 eine Sensoranordnung;
  • 5A eine optische Anordnung für den Lichtleitermikrobiegungs-Sensor;
  • 5B eine alternative optische Anordnung für den Lichtleitermikrobiegungs-Sensor;
  • 6 eine Seitenansicht eines Lichtleitermikrobiegungs-Sensors, der eingekapselt und in ein Wirtsmaterial eingebettet ist.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, in denen durchweg gleichartige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die 1A und 1B zeigen die flexible Mikrobiegeeinrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen bedeutet flexibel, dass die Einrichtung eine Formänderung erfahren kann, ohne zu brechen. Jede Mikrobiegeeinrichtung 10 weist ein oberes Biegeelementgitter 20 und ein unteres Biegeelementgitter 30 auf. Obwohl 1A das obere Biegeelementgitter 20 zeigt und 1B das untere Biegeelementgitter 30 zeigt, können die beiden umgekehrt sein. Jedes Biegeelementgitter 20, 30 weist mindestens ein flexibles Element 40, 50 auf. Jedes obere flexible Element 40 erstreckt sich von einem oberen Eingriffselement 60, wogegen sich jedes untere flexible Element 50 von einem unteren Eingriffselement 70 erstreckt. Die 1A und 1B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, bei der jedes Biegeelementgitter 20, 30 eine Vielzahl von Biegeelementen 40, 50 aufweist. Die Erfindung ist jedoch auch funktionsfähig, wenn das obere Biegeelementgitter nur ein flexibles Element und das untere Biegeelementgitter nur ein flexibles Element hat.
  • Jedes flexible Element hat eine bestimmte Breite w und einen Durchmesser d und ist um eine bestimmte Distanz beabstandet, um eine Periode Λ zu bilden. Der Durchmesser des flexiblen Elements beeinflusst die Empfindlichkeit der Einrichtung. Man hat gefunden, dass sich die flexiblen Elemente mit kleinem Durchmesser leichter als diejenigen mit größerem Durchmesser bewegten. Jedes flexible Element hat an einem Ende oder an dem Ende, an dem das flexible Element an dem Eingriffselement angebracht ist, eine stationäre Position, um eine feste Periode Λ zu etablieren. Die Periode hängt davon ab, ob der in dem Sensor verwendete Lichtleiter ein Einzelmodenlichtleiter oder ein Multimodenlichtleiter sein soll. Bevorzugt ist das flexible Element aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem formbaren Kunststoff mikrobearbeitetem Silizium, einem Elastomer; und Silikafaser. Ein Beispiel für Silikafaser ist eine beschichtete Lichtleitfaser, die auf eine geeignete Länge zugeschnitten ist. Die Eingriffselemente sind bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem formbaren Kunststoff, mikrobearbeitetem Silizium und einem Elastomer. Wenn mikrobearbeitetes Silizium verwendet wird, werden v-Nuten in das Silizium geätzt, um das Eingriffselement zu bilden.
  • 2A zeigt, wie das obere Biegeelementgitter 20 mit dem unteren Biegeelementgitter 30 zusammengebaut wird, um die flexible Mikrobiegeeinrichtung zu bilden. Das obere Biegeelementgitter 20 hat mindestens ein oberes Eingriffselement 60, das an einem Ende jedes flexiblen Elements 40 positioniert ist. Gleichermaßen hat das untere Biegeelementgitter 30 mindestens ein unteres Eingriffselement 70, das an einem Ende jedes flexiblen Elements 50 positioniert ist. Bei einem Eingriff passt jedes obere Eingriffselement 60 des oberen Biegeelementgitters 20 mit jedem entsprechenden unteren flexiblen Element 50 des unteren Biegeelementgitters 30 so zusammen, dass das untere flexible Element 50 in dem oberen Eingriffselement 60 untergebracht ist. Gleichermaßen passt jedes untere Eingriffselement 70 des unteren Biegeelementgitters 30 mit jedem entsprechenden oberen flexiblen Element 40 des oberen Biegeelementgitters 20 so zusammen, dass das obere flexible Element 40 in dem unteren Eingriffselement 70 untergebracht ist. Dies ermöglicht die Befestigung des oberen Biegeelementgitters 20 an dem unteren Biegeelementgitter 30. Sowohl das obere als auch das untere Eingriffselement 60, 70 sind so gezeigt, dass sie sich im zusammengebauten Zustand der Einrichtung an der gleichen Seite (oder der unteren Seite) der Einrichtung befinden. Es versteht sich jedoch, dass das obere Eingriffselement 60 so positioniert sein könnte, dass es sich an der Seite befindet, die (der oberen Seite) dem unteren Eingriffselement 70 gegenüberliegt, die sich an der unteren Seite befindet. Andere Konfigurationen, die für die spezielle aktuelle Anwendung geeignet sind, können verwendet werden.
  • 2B zeigt die flexible Mikrobiegeeinrichtung 10 nach ihrem Zusammenbau. Wenn das obere Biegeelementgitter 20 mit dem unteren Biegeelementgitter 30 in Eingriff ist, alternieren die flexiblen Elemente 40, 50. Dabei ist das obere flexible Element 40 jedes zweite flexible Element. Ein solcher Eingriff wird als ein alternierende Eingriff bezeichnet oder als ein Eingriff, bei dem das obere Biegeelementgitter mit dem unteren Biegeelementgitter alternierend in Eingriff ist.
  • 3 zeigt, wie die flexible Mikrobiegeeinrichtung 10 verwendet werden kann, um einen Lichtleitermikrobiegungs-Sensor zu bilden. Bei der Bildung des Sensors wird der Lichtleiter 80 zwischen jedem flexiblen Element 40 des oberen Biegeelementgitters 20 und jedem flexiblen Element 50 des unteren Biegeelementgitters 30 positioniert. Jedes flexible Element 40 des oberen Biegeelementgitters 20 ist mit jedem flexiblen Element 50 des unteren Biegeelementgitters 30 alternierend in Eingriff. Es ist zu beachten, dass der Lichtleiter 80 zwischen den oberen und unteren flexiblen Elementen 40 und 50 sandwichartig angeordnet ist und nicht zwischen den flexiblen Elementen verwoben ist.
  • 4 zeigt, wie eine Sensoranordnung 90 durch Anbringen einer Vielzahl von flexiblen Mikrobiegeeinrichtungen 10 an einem Lichtleiter 80 gebildet wird. Bevorzugt wird die Anordnung gebildet, indem ein einzelner Lichtleiter durch eine Vielzahl von flexiblen Mikrobiegeeinrichtungen hindurchgeführt wird. Es kann jedoch eine Vielzahl von Lichtleitern und flexiblen Mikrobiegeeinrichtungen verwendet werden, um eine dreidimensionale Anordnung oder einen Stapel zu bilden. Bei einer typischen Anwendung können 21 flexible Mikrobiegeeinrichtungen an einem einzelnen Lichtleiter innerhalb einer Länge von dreißig Fuß angebracht werden. Die Empfindlichkeitsrichtung ist zu dem Lichtleiter orthogonal. Es werden entweder radiale oder lineare Kräfte aufgebracht. Während sich die Kraft über die Einrichtung bewegt, bewegen sich die oberen und unteren Biegeelemente auf und ab und verändern die von dem Detektor detektierte Lichtintensität. Die Empfindlichkeit kann verändert werden durch den Durchmesser der flexiblen Elemente; durch die Anzahl von flexiblen Elementen, welche die Biegeelementgitter aufweisen; durch Einstellen der Periode Λ oder durch Ändern der Materialeigenschaften eines Einkapselungsmaterials.
  • Das Biegeelementgitter hat eine stationäre Periode. Die periodische Distanz Λ wird auf der Basis des Lichtleitertyps berechnet, der für den Sensor verwendet wird. Wenn der Lichtleiter ein Multimodenlichtleiter ist, ist die periodische Distanz Λ definiert durch die Gleichung:
    Figure 00070001
    wobei:
    • a
    = der Radius des Lichtleiterkerns
    n1
    = die Kernbrechzahl
    n2
    = die Mantelbrechzahl
  • Wenn der Lichtleiter ein Einzelmodenlichtleiter ist, ist die periodische Distanz Λ: 10 μm ≤ Λ ≤ 1500 μm. Durch Einstellen der periodischen Distanz kann man die Empfindlichkeit des Sensors einstellen.
  • Wie bereits beschrieben, sind die flexiblen Elemente aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem formbaren Kunststoff; mikrobearbeitetem Silizium; einem Elastomer; und Silikafaser. Wenn ein Elastomer das gewählte Material ist, ist das Elastomer bevorzugt ein Polyurethan. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor in ein Material eingekapselt, das mechanische Eigenschaften hat, die von denen der flexiblen Elemente verschieden sind. Beispielsweise kann das Einkapselungsmaterial aus der Gruppe ausgewählt sein, die besteht aus: Silikon RTV; UV-gehärtetem Epoxid; einem Elastomer; und Polyurethan. Wenn der Sensor schließlich in ein Wirtsmaterial eingebettet werden soll, muss das Einkapselungsmaterial mit dem Wirtsmaterial kompatibel sein. Unter Wirtsmaterial versteht man, dass das Material eines sein kann, das eine Konstruktion wie etwa die Gummiabdeckung an einer Rolle umgibt. Alternativ kann der Sensor von einer Schutzumhüllung wie etwa einem Vakuumsack umschlossen sein.
  • 5A zeigt eine optische Anordnung für einen Lichtleitermikrobiegungs-Sensor. Die Anordnung weist einen Optokoppler 100 auf, der ein erstes Ende oder eine Leitung 110 hat, die mit dem Lichtleiter 80 gekoppelt ist. Eine Lichtquelle 120 ist mit einem zweiten Ende oder einer Leitung 130 des Optokopplers 100 gekoppelt. Ein Detektor 140 ist mit einem dritten Ende oder einer Leitung 150 des Optokopplers 100 gekoppelt. Ein Reflektor 160 ist an einem der Lichtquelle 120 gegenüberliegenden Ende des Lichtleiters 80 positioniert.
  • 5B zeigt eine alternative Ausführungsform für die optische Anordnung, bei der eine verschmolzene, verjüngte Doppelkonuseinrichtung 210 zwischen dem Optokoppler 100 und dem Detektor 140 angeordnet ist. Die verschmolzene, verjüngte Doppelkonuseinrichtung 210 trennt Moden hoher und niederer Ordnung von einem Lichtsignal.
  • Bei einer Anwendung ist der Lichtleitermikrobiegungs-Sensor an einer Oberfläche einer Konstruktion angebracht. Lichtleistung wird in den Mikrobiegungs-Sensor eingeleitet, und reflektiertes Licht wird mit dem Detektor überwacht. Wenn der Sensor an der Oberfläche einer Konstruktion angebracht ist, kann die Kraftbeanspruchung zwischen zwei Objekten gemessen werden. Bei einem zweiten Verfahren, das in 6 gezeigt ist, wird der Lichtleitermikrobiegungs-Sensor 170 zunächst in ein Material 180 eingekapselt und dann in ein Wirtsmaterial 190 wie etwa eine Gummiabdeckung einer Rolle eingebettet, die eine Konstruktion 200 umgibt. Lichtleistung wird eingeleitet, und das reflektierte Licht wird mit dem Detektor (nicht gezeigt) überwacht, wenn eine Kraft auf die Rolle aufgebracht wird. In diesem Fall wird eine Beanspruchung oder Dehnung an einem Material detektiert.
  • Die obige Beschreibung und die Zeichnungen sind nur beispielhaft für die bevorzugten Ausführungsformen, mit denen die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gelöst bzw. erzielt werden, und die vorliegende Erfindung soll nicht darauf beschränkt sein. Jede Modifikation der vorliegenden Erfindung, die vom Umfang der nachstehenden Ansprüche umfasst ist, wird als Teil der vorliegenden Erfindung angesehen.

Claims (16)

  1. Flexible Mikrobiegeeinrichtung (10) zur Anbringung an einem Lichtleiter, um darin Mikrobiegungen zu bilden, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: ein oberes Leiterbiege-Gitterteil (20), das wenigstens ein vorspringendes flexibles langgestrecktes Element (40) hat; ein unteres Leiterbiege-Gitterteil (30), das wenigstens ein vorspringendes flexibles langgestrecktes Element (50) hat; wobei jedes flexible Element (40) des oberen Biegegitterteils (20) nichtkontinuierlich entlang einem flexiblen Element (50 des unteren Biegegitterteils (30) verläuft, um ein Gitter zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Biegegitterteil (20) ein Eingriffselement (60) hat, das darin ausgebildet und an einem Ende jedes flexiblen Elements (40) positioniert ist, wobei jedes flexible Element (40) des oberen Gitterteils (20) sich in freitragender Weise von dem oberen Eingriffselement (60) weg erstreckt; und daß das untere Biegegitterteil (30) wenigstens ein unteres Eingriffselement (70) hat, das darin ausgebildet und an einem Ende jedes flexiblen Elements (50) positioniert ist, wobei sich jedes flexible Element (50) des unteren Gitterteils (30) in freitragender Weise von dem unteren Eingriffselement (70) weg erstreckt; wobei das freie Ende eines jeden unteren flexiblen Elements (50) des unteren Biegegitterteils (30) lösbar mit einem Eingriffselement (60) des oberen Biegegitterteils (20) zusammenpaßt und wobei das freie Ende eines jeden oberen flexiblen Elements (40) des oberen Biegegitterteils (20) lösbar mit einem Eingriffselement (70) des unteren Biegegitterteils l (30) zusammenpaßt, um das obere Biegegitterteil (20) mit dem unteren Biegegitterteil (30) in Festlegeeingriff zu bringen.
  2. Flexible Mikrobiegevorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes flexible Element (40, 50) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den folgenden besteht: einem formbaren Kunststoff; mikrobearbeitetem Silizium; einem Elastomer; und Silikafaser.
  3. Flexible Mikrobiegevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Silikafaser eine beschichtete Lichtleitfaser ist.
  4. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor, der folgendes aufweist: die flexible Mikrobiegevorrichtung (10) gemäß Anspruch 1; und eine Lichtleitfaser (80), die sich in Querrichtung zwischen jedem flexiblen Element (40) des oberen Biegegitterteils (20) und jedem flexiblen Element (50) des unteren Biegegitterteils (30) erstreckt; um einen Sensor zu bilden.
  5. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei eine Vielzahl von flexiblen Mikrobiegevorrichtungen (10) an dem Lichtleiter angebracht sind, um eine Sensoranordnung zu bilden.
  6. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei der Lichtleiter (80) ein Multimodenlichtleiter ist und wobei jedes obere Biegegitterteil (20) und jedes untere Biegegitterteil (30) jeweils eine Vielzahl von flexiblen Elementen aufweist, wobei die Vielzahl von Elementen fingerartig ineinandergreifen und die flexiblen Elemente von jeder Vielzahl um eine periodische Distanz Λ voneinander beabstandet sind, wobei Λ definiert ist durch die Gleichung:
    Figure 00120001
    wobei: a = der Radius des Lichtleiterkerns ist, n1 = die Kernbrechzahl ist und n2 = die Mantelbrechzahl ist.
  7. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei jedes flexible Element aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den folgenden besteht: einem formbaren Kunststoff; mikrobearbeitetem Silizium; einem Elastomer; und Silikafaser.
  8. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 7, wobei das Elastomer ein Polyurethan ist.
  9. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei der Sensor in ein Material eingekapselt ist, das mechanische Eigenschaften hat, die von denen der flexiblen Elemente verschieden sind.
  10. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 9, wobei das eingekapselte Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus folgenden besteht: Silikon RTV; UV-gehärtetem Epoxid; einem Elastomer; und Polyurethan.
  11. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei der Sensor von einer Schutzumhüllung umschlossen ist.
  12. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, wobei der Lichtleiter (80) ein Einzelmodenlichtleiter ist und wobei jedes obere Biegeelementgitter (20) und jedes untere Biegeelementgitter (30) jeweils eine Vielzahl von flexiblen Elementen aufweist, wobei die Vielzahl von Elementen fingerartig ineinandergreifen und jedes flexible Element um eine periodische Distanz Λ beabstandet ist, wobei 10 μm ≤ Λ ≤: 1500 μm.
  13. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 4, der ferner folgendes aufweist: einen Optokoppler (100), der ein erstes Ende (110) hat, das mit dem Lichtleiter (80) gekoppelt ist; eine Lichtquelle (120), die mit einem zweiten Ende (130) des Optokopplers (100) gekoppelt ist; einen Detektor (140), der mit einem dritten Ende (150) des Optokopplers (180) gekoppelt ist; und einen Reflektor (160), der an einem der Lichtquelle (120) gegenüberliegenden Ende des Lichtleiters (80) positioniert ist.
  14. Lichtleitermikrobiegungs-Sensor nach Anspruch 13, der ferner eine verschmolzene, verjüngte Doppelkonuseinrichtung (210) aufweist, die zwischen dem Optokoppler (100) und dem Detektor (140) angeordnet ist, wobei die verschmolzene, verjüngte Doppelkonuseinrichtung (210) Moden hoher und niederer Ordnung von einem Lichtsignal trennt.
  15. Verfahren zum Verwenden des Lichtleitermikrobiegungs-Sensors nach Anspruch 14, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Anbringen des Sensors an einer Oberfläche einer Konstruktion; b) Aktivieren der Lichtquelle, um Lichtleistung in den Mikrobiegungs-Sensor einzuleiten; und c) Überwachen von reflektiertem Licht mit dem Detektor.
  16. Verfahren zum Verwenden des Lichtleitermikrobiegungs-Sensors nach Anspruch 14, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Einbetten des Sensors in ein Wirtsmaterial; b) Aktivieren der Lichtquelle, um Lichtleistung in den Mikrobiegungs-Sensor einzuleiten; und c) Überwachen von reflektiertem Licht mit dem Detektor.
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