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Zweiachsige optische Lageerfassung eines zylindrischen Körpers


Kurzfassung

Die Erfindung nutzt die Lichtwellenleitertechnik und die spektrale Verteilung des Lichts, um das Messproblem zu lösen. Ein herausragender Vorteil der Erfindung ist eine parallele Messung von Positionsänderungen eines zylindrischen Körpers in zwei Messachsen ohne den Einsatz einer externen Stromversorgung am Messort sowie darüber hinaus eine hohe Anzahl von Messstellen über große Entfernungen (bis ca. 1000 m) zu gewährleisten. Damit wäre der störungsfreie Einsatz in blitz- und explosionsgefährdeten Gebieten, unter extremen Umweltbedingungen oder bei radioaktiver Kontaminierung möglich.


Hintergrund

Die Aufgabenstellung bestand darin, einen rein optisch arbeitenden zweiachsigen Neigungssensor (Inklinometer, Tiltmeter) zu entwickeln, der mindestens den Messbereich und die Messgenauigkeiten von vergleichbaren elektrisch arbeitenden Sensoren erreicht. Bei der automatisierten und hochgenauen Erfassung von physikalischen Messgrößen in der Geotechnik (z.B. Neigung und Verschiebung) erzeugen die eingesetzten Sensoren z.T. nur sehr schwache elektrische Signale. Hierbei ergeben sich bei der Weiterleitung über größere Entfernungen sowie bei wechselnden Umgebungsbedingungen verschiedenartige Probleme. Ziel dieser Erfindung war es, einen geeigneten Sensor hierfür zu entwickeln.


Lösung

Im Auswertegerät befindet sich eine breitbandige Lichtquelle, hier speziell eine Weißlicht-LED, deren Licht über eine Glasfaser zum Sensor geleitet wird. Im Sensor wird das Licht über einen Kollimator, der das aus der Glasfaser austretende Licht parallelisiert, auf ein optisches Reflexionsgitter geleitet. Das Reflexionsgitter spaltet das weiße Licht in seine Spektralanteile auf. Über einen Hohlspiegel, wird das Licht in sich zurück über das Gitter und den Kollimator wieder zurück in die Glasfaser projiziert. Diese leitet das Licht zurück zum Auswertesystem, in dem sich ein Spektrometer zur Analyse des Spektrums befindet. Um die Lage von der Senkrechten zu ermitteln, ist über dem Hohlspiegel ein N-förmiges Muster frei pendelnd aufgehängt, welches sich senkrecht zum Schwerefeld der Erde ausrichtet. Das N-förmige Muster blendet dabei stets drei schmalbandige Wellenlängenbereiche (ausgeblendete Peaks) aus. Je nach Lage der Peaks kann die Position des Pendels eineindeutig in zwei Raumrichtungen bestimmt werden. Ein N-förmiges Muster ist für eine zweidimensionale Lagebestimmung überbestimmt. Dadurch können die beiden parallelen Linien des N beispielsweise zur Kalibrierung des Sensors eingesetzt werden. Da die breitbandige Lichtquelle, das Spektrometer und die zum Sensor führende Glasfaser über einen Glasfaserkoppler miteinander verbunden sind, kann das Licht von der breitbandigen Lichtquelle zum Sensor und das Licht vom Sensor zum Spektrometer über eine einzige Glasfaser hin und zurück geleitet werden. Alle Komponenten des Sensors, außer dem Pendel, sind mechanisch fest zueinander angeordnet.


Anwendungsbereiche

- in der Geotechnik, speziell bei der Neigungs- und Winkelmessung, - Bauwerks-, Tagebau- und Bergwerksüberwachung, - z.B. für störungsfreie Einsätze in blitz- und explosionsgefährdeten Gebieten, unter extremen Umweltbedingungen oder bei radioaktiver Kontaminierung


PATON | Patentmanagement Thüringer Hochschulen

Sascha Erfurt
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Adresse
Langewiesener Str. 37
98693 Ilmenau



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE 10 2012 201 228 erteilt

Stichworte

Lageerfassung

Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr