用于补偿光纤光学测量装置的方法和光纤光学测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于补偿例如温度补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法。第一和第二光纤Bragg光栅分别具有Bragg波长，其中以一次光照射光纤Bragg光栅。在以力学量作用于第一和第二光纤Bragg光栅之后，通过所述力学量改性所述光纤Bragg光栅的Bragg波长。借助于光学滤波机构，通将过所述一次光引起并且通过光纤Bragg光栅的Bragg波长根据所述力学量而改性的第一和第二二次光的滤波如此实现，即其中第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降滤波沿的范围中。在检测经滤波的第一和第二二次光的强度之后将其进行比较，紧接着可由强度比较确定所述力学量。
【专利说明】
用于补偿光纤光学测量装置的方法和光纤光学测量装置
【技术领域】
[0001]本申请一般涉及用于借助于在光学光纤中嵌入的传感器检测测量变量的光学测量装置，并且特别是涉及一种用于在光纤光学测量系统中补偿的方法。本申请还涉及一种用于实施补偿方法的光纤光学测量系统。
【背景技术】
[0002]在高精度测量系统中光纤光学传感器显得越来越重要。在此考虑一个或多个在光导光纤中嵌入的传感器，例如光纤Bragg光栅，以便检测通过力学量引起的光学光纤的延伸，并且以便由此可以检测力、扭矩、负荷、压力状态等。
[0003]在光纤传感器中集成的传感器元件以在适合的波长范围中的光射线照射，其中根据传感器元件的设计和作用于传感器元件上的力学量由传感器反射射入光的一部分并且可以提供给分析处理单元。通过作用的力延伸光导光纤，并且光纤Bragg光栅的反射波长或传输波长发生变化。所述波长变化可以在分析单元中检测，并且考虑用于检测对传感器单元的机械作用。
[0004]在传感器元件上反射的光束或通过传感器元件传输的光束的强度和/或波长范围现在具有特征，所述特征通过施加的力学量影响。集成到光学传感器光纤中的光纤光学传感器元件此外针对传感器光纤的延伸是敏感的，由此影响由传感器元件反射的或通过传感器元件传输的波长谱。
[0005]光学光纤并由此在光纤中的光学传感器元件的延伸和/或光纤Bragg光栅结构的变化从现在起不仅依赖于测量的力学量例如力，而且也可能通过不期望的干扰变量例如温度波动影响。由此值得期望的是，消除或至少抑制在检测额定变量时影响测量精度的干扰变量。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种按照权利要求1的用于在光纤光学测量装置中进行补偿的方法。此外本发明提供具有独立权利要求5特征的温度补偿的光纤光学测量装置。
[0007]按照一个实施形式，本发明提供一种用于补偿例如用于温度补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法，其包括:在光纤光学测量系统中提供第一和至少一个第二光纤Bragg光栅，其分别具有一个Bragg波长；以一次光照射光纤Bragg光栅；如此以力学量作用于第一和第二光纤Bragg光栅，使得通过所述力学量改性所述光纤Bragg光栅的Bragg波长；借助于具有上升和下降的滤波沿的光学滤波机构将第一和第二二次光滤波，所述第一和第二二次光通过所述一次光引起并且通过光纤Bragg光栅的Bragg波长根据所述力学量而改性，其中第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降滤波沿的范围中；检测经滤波的第一和第二二次光的强度；分析处理经滤波的第一和第二二次光的检测的强度；以及由强度分析处理确定所述力学量。
[0008]按照另一实施形式，本发明提供一种用于检测力学量的光纤光学测量装置，包括:第一和至少第二光纤Bragg光栅，其分别具有根据施加的力学量的Bragg波长；一次光光源，用于以一次光照射光纤Bragg光栅；光学滤波机构，用于将由所述一次光引起并且通过Bragg波长改性而由第一和第二光纤Bragg光栅发出的第一和第二二次光滤波，其中，光学滤波机构具有至少一个上升和至少一个下降的滤波沿，并且其中，第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降滤波沿的范围中；以及光学检测机构，用于检测经滤波的第一和第二二次光的强度；以及分析处理单元，用于分析处理经滤波的第一和第二二次光的检测的强度以及由强度比较确定所述力学量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]各实施例在附图中示出并且在以下说明中进一步阐明。附图中示出:
[0010]图1 一种传感器光纤，其包含构成为光纤Bragg光栅的用于测量光纤延伸的集成传感器元件；
[0011]图2传感器反射响应，其通过在光纤内的在图1中示出的集成传感器元件引起；
[0012]图3按照一个实施例的具有光源、光纤耦合器和检测装置的光纤光学测量装置的示意方框图；
[0013]图4按照另一个实施例的温度补偿的光纤光学测量系统的方框图；
[0014]图5按照又一实施例的总结在过滤图中的作为波长的函数和对于不同负荷情况的获得的信号幅度的滤波传递曲线；以及
[0015]图6按照又一实施例的用于阐明用于温度补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法的流程图。
[0016]在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相同的构件或步骤。
【具体实施方式】
[0017]在下文中更详细地参照本发明的不同实施形式，其中在附图中阐明了一个或多个例子。
[0018]在此所述的本发明的实施形式此外涉及用于补偿例如用于温度补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法。在光纤光学测量系统中提供第一和至少一个第二光纤Bragg光栅，它们分别具有一个Bragg波长。光纤Bragg光栅以一次光照射并且以力学量如此作用，使得光纤Bragg光栅的Bragg波长通过力学量改性。
[0019]在借助于光学滤波机构将通过一次光引起并且通过光纤Bragg光栅的Bragg波长根据力学量而改性的第一和第二二次光滤波之后，检测经滤波的第一和第二二次光的强度。考虑用于滤波的滤波机构具有至少一个上升和下降的滤波沿，其中第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，并且其中第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降的滤波沿的范围滤波沿的范围中。由滤波之后检测的强度也就是经滤波的第一和第二二次光的强度可确定力学量。强度可以通过数学方式或在检测中累加，可以计算平均值，其中如果必要可以进行加权。由经滤波的第一和第二二次光的强度的强度比较或强度分析处理可以确定补偿变量，所述补偿变量可以用于确定力学量。
[0020]按照典型的实施形式可以由此实现强度的求和，即通过下降和上升的滤波沿滤波至少两个传感器的频谱和信号并且将所述信号提供给光学检测机构的检测器。在此发生通过强度的累加对强度的求和。
[0021]用于检测力学量的温度补偿的光纤光学测量装置的一个实施形式具有第一和至少一个第二光纤Bragg光栅，所述光纤Bragg光栅分别具有一个依赖于施加的力学量的Bragg波长。一次光光源用于以一次光照射光纤Bragg光栅。光学滤波机构用于将通过一次光引起并且通过Bragg波长改性而由第一和第二光纤Bragg光栅发出的第一和第二二次光滤波，其中光学滤波机构具有至少一个上升和至少一个下降的滤波沿。所述沿可以通过在传输和反射中应用的光学滤波器或通过两个光学滤波器提供。
[0022]此外光纤光学测量装置如此设计，使得第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降沿的范围中。用于检测经滤波的第一和第二二次光的强度的光学检测机构设计为用于提供用于分析处理单元的电气输出信号，所述分析处理单元可以设计为分析处理经滤波的第一和第二二次光的检测的强度，并且用于由强度确定力学量。分析处理可以通过形成和、平均值、具有强度的加权的和、具有强度的加权的平均值或者通过其他适合的方式实现。
[0023]图1阐明了在光导光纤中集成的传感器或传感器单元303，其具有光纤Bragg光栅306。虽然在图1中仅仅示出唯一的光纤Bragg光栅306，但是可以理解为，本发明不限于来自单个光纤Bragg光栅306的数据监测，而是沿着传输光纤或传感器光纤304可以设置多个光纤Bragg光栅306。
[0024]图1由此示出了光导光纤的仅仅一个部段，所述部段构成为传感器光纤304，其中所述传感器光纤304针对光纤延伸308是敏感的。在此应该指出，术语“光学”或“光”应该指示在电磁频谱中的波长范围，所述波长范围可以由红外光谱范围通过可见光谱范围延伸直至红外频谱范围。光纤Bragg光栅306的中心波长也就是所谓的Bragg波长通过以下等式获得:
[0025]λ B= 2.n k.Λ。
[0026]在此nk是传感器光纤304的芯的基本模式的有效折射指数，而Λ是光纤Bragg光栅306的空间上的栅格周期(调制周期)。
[0027]根据反射响应的半波宽度给出的频谱宽度依赖于光纤Bragg光栅306沿着传感器光纤304的延伸。在传感器光纤304内的光传播由此通过光纤Bragg光栅306的作用例如根据力、力矩和机械应力以及温度，以所述温度作用于传感器光纤304并且特别是在传感器光纤304内的光纤Bragg光栅306。
[0028]如在图1中所示，测量光204由左进入到传感器光纤304中，其中测量光204的一部分作为传输的光206以相比于测量光204改变的波长走向出去。此外可能的是，在光纤的输入端部(也就是在所述端部上，而且测量光204也在所述端部上入射)上接收反射光205，其中反射光204同样具有改变的波长分配，如其例如在图2中所示(传感器反射响应)。
[0029]在一种情况下，其中测量光204在一个宽的频谱范围中入射，在传输光206中在Bragg波长的位置上产生传输最大值(相比于在图2中示出的相反的走向的走向，也就是说在Bragg波长下的最大吸收)。在反射光中在所述位置产生反射最大值，所述反射最大值以下参照图2进行阐明。
[0030]图2示意地示出了传感器反射响应400，如果宽带测量光204入射，并且如果光纤Bragg光栅306 (图1)的中心波长也就是Bragg波长λ B相应于虚线403，那么接收传感器反射响应。传感器反射响应400可以具有关于中心波长403对称的曲线，其中所述曲线具有半值宽度404(FWHM，在半最大值的全宽)，也就是说在最大强队一半时的频谱宽度。
[0031]示意地在图2中在此表示空间上的采样点(圆)。通过以检测单元104接收的二次光203的分析处理现在可能的是获得在图2中示出的曲线，也就是说传感器反射响应400作为波长λ的函数。在图2中由此示出了强度分布I (λ)，也就是说由传感器元件303反射的强度作为波长λ的函数。通过测量装置有待检测的波长分布通过波长响应区域405产生，所述波长响应区域通过在图2中的双箭头示出。改变的二次光203在所述范围中具有波长分量，如果测量光纤Bragg光栅306。改变的二次光203那么相应于在图2中示出的传感器反射响应400，也就是说反射强度402接收为波长401的函数。
[0032]图3示出了按照一个实施例的温度补偿的光纤光学测量装置的示意方框图。在图3中示出的光纤光学测量装置设计为用于检测至少一个待测量的力。光纤光学测量装置100具有用于提供光束的一次光光源101，以所述光束可以照射至少两个光学传感器元件303a、303b。
[0033]出于所述目的，光学传输光栅302提供在一次光光源101与第一光纤親合器102a之间。一次光201从光纤親合器102a出来，所述一次光朝向第二光纤親合器102b，所述第二光纤親合器将一次光201朝向第一传感器光纤304a和第二传感器光纤304b，所述第一传感器光纤包含第一传感器元件303a，所述第二传感器光纤包含第二光学传感器元件303b。由光学传感器元件303a、303b根据施加的力返回的传感器反射响应400a、400b又导回到第二光纤親合器102b并且进一步引导到第一光纤親合器102a。在第一光纤親合器102a中将导回的光的一部分作为二次光202提供给滤波机构109。也就是说，滤波机构109通过二次光202提供传感器反射响应400a和400b作为光输入信号，所述传感器反射响应可以具有不同的中心波长。
[0034]在滤波机构109中实现输入信号波长的滤波，如以下参照图4将进一步阐明的那样。经过滤的二次光203最后由滤波机构109输出并且提供给检测机构104，所述检测机构可以具有配置给第一和第二传感器反射响应400a、400b的检测器(参见下面的参照图4的说明)。如果必要检测器也可以检测反射响应的强度的和。在此可以叠加至少两个传感器的信号。电气输出信号103最后引导给分析处理单元110，所述分析处理单元按照运行与检测机构104连接。在分析处理单元110中对于计算基于两个基于两个传感器反射响应400a,400b的信号实施，如此使得实现以下参照图5有待阐明的温度补偿。经由温度补偿的输出信号301最后通过分析处理单元110在分析处理电气输出信号103之后提供给检测机构104。典型地也可以进行其他补偿，例如力矩或其他影响的补偿，其中通过设置发生共模抑制，也就是说相同地影响两个光纤Bragg光栅的影响在一个经分析处理的信号中通过按照在此所述的实施形式的滤波被抑制。
[0035]在此应该指出，虽然在图3中示出了两个光学传感器元件303a、303b的驱控，但是也可以探讨三个或更多光学传感器元件，以便例如提高测量精度。所述一次光可以在照射光学传感器元件303a、303b之前通过一次光光源101进行强度调制，以便例如借助于射频识别技术消除或至少减小不期望的干扰。在通过一次光光源101对一次光201的强度调制时可以提供检测机构104的调制频率，以便实现在检测机构104中的同步检测。
[0036]如图3所示，第二光纤耦合器102b用于将一次光201分配到两个传感器光纤304a,304b,它们分别包含光学传感器元件303a、303b。反射的光，也就是传感器反射响应400a或400b随后同样经由第二光纤耦合器102b反馈。在图3中示意示出的滤波机构109构成为光学滤波机构，其包括光学滤波器。光学滤波器可以选自以下组，所述组由薄膜滤波器、光纤Bragg光栅、LPG(长周期光栅)、阵列波导光栅(AWG)、中阶梯光栅、光栅装置、棱镜、干涉仪以及上述每一组合组成。
[0037]此外在此应该指出，虽然测量在图3中的反射中阐明，但是构成为光纤Bragg光栅的光学传感器元件303a、303b也可以在传输中运行，如此使得传输的一次光201作为二次光(传输的二次光)202提供给光学滤波机构109。
[0038]图4示出了按照另一实施例的温度补偿的光纤光学测量装置的更详细的方框图。在此应该注意，已经参照图3所述的构件在此不再重新提及，以便避免冗余的描述。一次光光源101通过传输光纤302与分束器102a耦合，如此使得由一次光光源101出来的一次光201可以提供给光学传感器元件303。光学传感器元件集成到传感器光纤304中。虽然在此仅仅示出一个光学传感器元件303，但是可以理解为，设计在图4中示出的分析处理装置用于至少两个光学传感器元件，如此使得两个光纤Bragg光栅信号可以在光学滤波机构109的不同滤波沿上检测。
[0039]由光学传感器元件303 (仅仅作为一个光学传感器元件303在图4中示出)反馈的光又通过光纤耦合器102a引导到光纤耦合器102c，所述光纤耦合器可以通过独立的滤波沿107、108提供给独立的检测器，也就是说第一检测器105和第二检测器106。示意地在图4中示出了两个滤波沿，也就是说下降的滤波沿107和上升的滤波沿108，它们通过一个或多个设置在滤波机构109中的光学光纤提供。例如可以通过一方面在传输中并且另一方面在反射中滤波的滤波器提供滤波沿。按照一个实施例一一所述实施例可以与在此所述的各实施例组合——的光学滤波机构109可以构成为边缘滤波机构。两个独立的检测器105、106现在允许将独立的电气输出信号103a、103b提供给在图4中未示出的分析处理单元110(图3)，其中两个电气输出信号103a、103b可以相互比较。
[0040]光纤耦合器102c可以如此设计，使得提供的二次光202以相同的组分分配到下降滤波沿107和上升滤波沿108。按照其他实施形式也可以代替光纤耦合而应用其他装置。例如可以结合滤波元件应用分束器，其中提供在一个滤波元件的传输中的滤波沿和在一个滤波元件的反射中的滤波沿。连接的检测器一一也就是第一检测器105，其在下降的滤波沿107测量信号；以及第二检测器106，其在上升的滤波沿108测量信号一一输出相应的电气输出信号103a、103b，所述电气输出信号相应于二次光202的这样的组分的强度，所述这样的组分根据在光学滤波机构109中的光学滤波在滤波机构109的输出端上可用。
[0041]通过在图4中示出的光学和电气装置基于光纤Bragg光栅传感器提供差分测量系统。如果至少两个光纤Bragg光栅传感器通过相同程度以变量A影响并且通过不同的程度以变量B影响，那么光纤Bragg光栅信号也就是传感器反射响应400a、400b的差分分析处理实现了在光纤光学测量系统中通过两个传感器的频谱反射信号的分析处理获得变量B的程度，其中补偿或至少部分补偿变量A对两个传感器的影响。
[0042]特别适合的是用于基于边缘滤波器的光纤光学测量系统的差分测量方法。换句话说，在示出的光纤光学测量装置中实现了相对于测量装置的优点，所述测量装置借助于频谱分析的方法检测两个光纤Bragg光栅传感器的反射信号。光纤Bragg光栅传感器的中间频率在频谱上足够宽地相互分离。两个传感器例如经受相同的温度，其中一个传感器然而在此与每个其他影响机械解耦。
[0043]在图4中示出的光纤光学测量系统提供补偿，例如温度补偿，其基于基于边缘滤波器的分析处理。由两个如此所述的测量的光强度可以借助于线性化特性曲线或任意特征曲线的多项式分析处理推断由传感器反射的光的波长。光检测器的电气输出信号可以在信号采样之前被电气低通滤波。这实现了反混叠滤波器的实施。在图4中示出的光学滤波机构109中应用频谱滤波器，所述滤波器关于中心波长具有对称的(准线性的)滤波特性。这样的滤波特性可以通过多个滤波装置实现。光学传感器元件303a、303b实现为在光学传感器光纤304中两个光纤Bragg光栅传感器的串联。
[0044]按照另一实施形式，第一传感器元件303a和第二光学传感器元件303b、例如分别一个光纤Bragg光栅依次安装在光学光纤中。两个反射响应的和可以在一个光纤中通过具有至少一个滤波器的滤波装置滤波并且在滤波之后通过检测器检测，其中所述滤波装置具有上升和下降沿。在此通过两个反射响应(或传输响应)的两个强度的叠加提供分析处理，也就是求和。引入到整个光纤上并且相同地作用到两个传感器元件上的延伸导致光纤Bragg光栅的峰值的移动，其中然而叠加基本保持不变。由此也如在其他实施形式中那样发生共模抑制。而且在传感器元件的位置上相同的发热情况下发生类似的补偿，其中反射响应(或传输响应)的两个强度的叠加基本上保持不变。
[0045]按照典型的实施形式滤波的上升沿和滤波的下降沿对称地设置。此外，反射响应的信号峰值可以为此在频谱上对称地设置。由此由反射响应的同步频谱移动产生基本上相同的和信号。影响、力矩和环境中的波动相同地作用于两个传感器元件，由此可以自动地也就是被动地被补偿。通过移动发现经分析处理的测量信号的变化。
[0046]在一个光纤中具有两个传感器元件一一其输出信号也就是反射信号或传输信号引导到滤波装置并且随后引导到检测器上一一的实施形式实现特别简单的装置并由此成本有利的装置。在此分析处理通过叠加、也就是在检测器上强度的求和实现。此外光学成像缺陷通过应用光纤对两个信号相同地施加作用。其他实施形式一一其中两个传感器元件的信号在一个光纤中分离地滤波和检测，或者其中在每一个光纤中的两个传感器元件的信号分离地滤波和检测一一在结构上更复杂，可以通过数字分析处理如果必要提供更高的灵活性。
[0047]图5是用于阐明滤波功能的图，所述滤波功能通过光学滤波机构109提供。光学传感器元件303a、303b--它们构成为光纤Bragg光栅--的中心波长如此调节，使得这些光学传感器元件在未加载状态下对称地绕光学滤波器的中心波长具有反射最大值。光学传感器元件303a、303b此外如此设置，使得光学传感器元件相同地通过变量A影响，然而没有相同地通过变量B影响。
[0048]例如两个光学传感器元件303a、303b同样经受一个温度T (变量A)。温度T的变化引起在频谱中两个中心波长(光纤Bragg光栅反射最大值)的相同的移动。基于滤波器的对称的准线性的滤波沿光学传感器元件303a的在检测器上出现的光效率减小，而由另一光学传感器元件303b反馈的光效率相应提高。因此两个光纤Bragg光栅传感器的温度变化通过相同形式的频谱移动一一如其在图5中的图(b)和图(c)所示一一没有引起在测量的总输出信号中的变化。按照本实施例的基于滤波的测量方法检测波长变化作为在测量的光强度中的变化，从而在相同形式的影响下通过变量A不出现输出信号变化。
[0049]按照所述实施例的测量方法然而不仅补偿了在光纤Bragg光栅传感器中的相同形式的波长变化，而且也补偿了频谱滤波器的中心波长的变化。光学滤波器的中心波长的移动原因可以通过在测量系统自身中的温度变化引起。根据滤波器的技术实施方案在此可以在多个10pm/K的范围中出现漂移。通过光纤Bragg光栅传感器的对称设置和滤波器的对称形式，如上所述可能的是，独立于滤波特性限定范围中任意移动地获得测量的强度信号。
[0050]未均匀地作用到两个传感器上的变量B的变化(通过光纤光学测量装置的整体结构给出)由此引起在检测器上的有效强度变化，由此在测量系统的数据处理中可检测波长变化。按照一个优选实施例一一所述实施例可以与其他在此所述的实施例组合一一测量系统的设置如此，使得第二光学传感器元件303b (图2)通过环境温度并且同时通过在传感器位置上的存在的延伸影响，而第一光学传感器元件303a(图1)机械解耦并且由此仅仅通过环境温度而不通过在传感器行的材料延伸影响。通过这种方式可以例如补偿光纤光学测量系统关于:
[0051]⑴测量系统的滤波器的中心波长的移动，例如通过热影响；以及
[0052](ii)两个光学传感器元件(FBG传感器)的相同形式的波长变化，例如取决于在两个传感器位置上的相同的温度变化。
[0053]如图5所示，一个设有半值宽度404的光学滤波器的滤波传输406具有确定的对称性，如此使得存在上升和下降的滤波沿。在图5中对于三个不同的情况(a)、(b)和(C)记录相应的滤波传输406作为波长401的函数。术语“中心波长”如上所应用的那样表示滤波传输曲线的最大值。中心波长403由此相应于在最大滤波传输的位置上的这样的波长。构成为光纤Bragg光栅传感器的光学传感器元件303a、303b的中心波长现在如此调节，使得第一 Bragg波长409位于在上述滤波沿的范围中，而此外第二 Bragg波长410位于在下降滤波沿的范围中。
[0054]作为测量时间407的函数的信号幅度408根据在图5(a)中示出的虚线说明。两个光学信号现在如果其累加相同地有助于信号幅度408。如果现在两个Bragg波长也就是第一 Bragg波长409和第二 Bragg波长410的相同形式的移动出现，例如通过变量A均匀地作用于两个光学传感器元件303a、303b，那么可以如在图5(b)中所示那样两个Bragg波长提高。通过这种方式在配置给第一 Bragg波长409的第一检测器105中检测提高第一传输差411的信号幅度，而在配置给第二 Bragg波长410的第二检测器106中检测降低第二传输差412的信号幅度。
[0055]对于对称的滤波沿，特别是对于光学滤波机构109的准线性上升或下降的滤波沿，第一传输差411等于第二传输差412。换句话说，两个检测器105、106的总检测信号幅度保持不变，如果两个光纤Bragg光栅传感器如此以相同的变量A作用，使得一个波长移动实现到更高的波长的移动，如在图5(b)中所示，或者两个光学传感器元件303a、303b的两个Bragg波长的移动实现到更低波长的移动，如这在图5(c)中所阐明的那样。
[0056]经滤波的第一和第二二次光的检测的强度的分析处理可以根据一个实施例一一GIA实施例可以与其他在此所述实施例组合一一包括对第一二次光的强度和第二二次光的强度的求和和/或求差，以便获得结果的信号幅度108。
[0057]按照另一实施例，光学滤波机构109具有带有对称滤波沿的光学滤波器。在此光学传感器元件303a、303b—一它们可以设计为光纤Bragg光栅传感器一一如此设置，使得第一 Bragg波长409位于在上升滤波沿的范围中，而第二 Bragg波长410位于在下降滤波沿的范围中。如果光学滤波机构109具有对称的上升和下降滤波沿，那么由此产生变量的好的补偿，所述变量相同地作用于两个光学传感器元件303a、303b，例如温度变化。滤波机构109的滤波特性可以具有一个或多个以下特征:
[0058](i)准线性滤波特性；
[0059](ii)三角形滤波沿；以及
[0060](iii)对称滤波沿。
[0061]在对称的滤波沿的情况下可能的是，由力学量改性的第一和第二二次光202在对称的上升和下降沿上光学对称地滤波。按照一个实施形式，至少两个传感器(例如2、4或2*n个传感器，其中η是自然数)的频谱和信号提供给两个滤波沿，它们通过在传输和反射中的滤波器或通过两个滤波器提供。光学滤波机构109也可以具有两个独立的配置给光纤Bragg光栅的并且在独立的传感器光纤304a、304b中设置的具有不同坡度的滤波沿107,108的光学滤波单元。由此产生的优点在于，在相同形式地作用于两个光学传感器元件303a、303b的情况下实现能与干扰变量的改善的补偿，所述干扰变量相同地作用于两个光学传感器元件303a、303b的Bragg波长409或410。
[0062]图6是一个流程图，其阐明了一种用于温度补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法。在方框501中的开始之后，在随后的方框中在光纤光学测量系统中提供第一和至少一个第二光纤Bragg光栅306作为第一和第二光学传感器兀件303a、303b。光纤Bragg光栅306分别具有不同的Bragg波长409、410。随后以一次光201照射光纤Bragg光栅(方框503)。如果现在一力学量作用于第一和第二光纤Bragg光栅(方框504)，那么根据力学量产生光纤Bragg光栅306的Bragg波长409、410的变化。
[0063]在方框505中借助于光学滤波机构109将通过所述一次光引起的并且通过光纤Bragg光栅的Bragg波长409、410根据所述力学量改性的第一和第二二次光滤波。光学滤波机构109具有上升和下降的滤波沿108或107。第一光纤Bragg光栅303a的Bragg波长409位于在上升滤波沿108的范围中，而第二光纤Bragg光栅303b的Bragg波长410位于在光学滤波机构109的下降滤波沿107的范围中。最后在方框506中检测经滤波的第一和第二二次光202的强度。分析处理例如对经滤波的第一和第二二次光202的检测的强度(方框507)求和，紧接着可由强度确定所述力学量(方框508)。步骤在方框509中结束。
[0064]通过光纤光学测量系统的干扰变量补偿例如可以提供具有对于横向加速度降低的敏感性的改善的加速度传感器。另一应用例子是温度补偿的应变式传感器以及具有对于剪应变补偿的敏感性的应变式传感器。在此可以补偿效应，例如在传感器上的温度效应或在传感器上的其他效应。
[0065]虽然本发明以上根据典型实施例进行说明，然而本发明并不限于此，而是可通过多种方式进行修改，而且本发明也不限于所述的应用可能。
【权利要求】
1.一种用于补偿被设计来检测力学量的光纤光学测量系统的方法，其包括: 在光纤光学测量系统中提供第一和至少一个第二光纤Bragg光栅，其分别具有一个Bragg波长； 以一次光照射光纤Bragg光栅； 如此以力学量作用于第一和第二光纤Bragg光栅，使得通过所述力学量改性所述光纤Bragg光栅的Bragg波长； 借助于具有上升和下降的滤波沿的光学滤波机构将第一和第二二次光滤波，所述第一和第二二次光通过所述一次光引起并且通过光纤Bragg光栅的Bragg波长根据所述力学量而改性，其中第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降滤波沿的范围中； 检测经滤波的第一和第二二次光的强度； 分析处理经滤波的第一和第二二次光的检测的强度；以及 由强度分析处理确定所述力学量。
2.如权利要求1所述的方法，其中: 所述由力学量改性的第一和第二二次光在对称上升和下降的滤波沿光学滤波。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中: 所述经滤波的第一和第二二次光的分析处理包括对第一二次光的强度和第二二次光的强度的求和和/或求差，特别是包括对第一二次光的强度和第二二次光的强度的求和。
4.如前述权利要求中一项所述的方法，其中: 在照射光纤Bragg光栅之前将所述一次光进行强度调制。
5.一种用于补偿检测力学量的光纤光学测量装置，包括: 第一和至少第二光纤Bragg光栅，其分别具有根据施加的力学量的Bragg波长； 一次光光源，用于以一次光照射光纤Bragg光栅； 光学滤波机构，用于将由所述一次光引起并且通过Bragg波长改性而由第一和第二光纤Bragg光栅发出的第一和第二二次光滤波，其中，光学滤波机构具有至少一个上升和至少一个下降的滤波沿，并且其中，第一光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在上升滤波沿的范围中，而第二光纤Bragg光栅的Bragg波长位于在光学滤波机构的下降滤波沿的范围中；以及 光学检测机构，用于检测经滤波的第一和第二二次光的强度；以及 分析处理单元，用于分析处理经滤波的第一和第二二次光的检测的强度以及 由强度分析处理确定所述力学量。
6.如权利要求5所述的光纤光学测量装置，其中: 光学滤波机构具有对称的上升和下降滤波沿。
7.如权利要求5或6所述的光纤光学测量装置，还包括至少一个装置，所述装置适合于将由第一和第二光纤Bragg光栅发出的第一和第二二次光分配到两个独立的光轴或光纤束。
8.如权利要求7所述的光纤光学测量装置，其中: 光学滤波机构具有两个独立的配置给Bragg光栅的并且设置在独立的光纤束中的光学滤波单元，所述光学滤波单元具有不同坡度的滤波沿。
9.如权利要求5至8中一项所述的光纤光学测量装置，其中: 光学滤波机构包括光学滤波器，所述光学滤波器选自以下组，所述组由薄膜滤波器、光纤Bragg光栅、LPG、阵列波导光栅(AWG)、中阶梯光栅、光栅装置、棱镜、干涉仪以及上述每一组合组成。
10.如权利要求7至9中一项所述的光纤光学测量装置，其中: 用于检测经滤波的第一和第二二次光的光学检测机构具有独立的、配置给光纤束的、用于所述第一和第二经滤波的二次光的光学检测器。
【文档编号】G01L1/26GK104508446SQ201380029685
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】托尔比约恩·布克, 拉尔斯·霍夫曼, 马蒂亚斯·穆勒, 罗尔夫·沃伊泰沙 申请人:慕尼黑工业大学