DE19548920C2 - Optical sensor and use of such a sensor in a process measuring device - Google Patents

Optical sensor and use of such a sensor in a process measuring device

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und die Verwendung eines solchen Sensors in einer Prozeß-Meßgeräteausrüstung zum Messen von z. B. der Temperatur und/oder des Drucks in einer Anlage wie etwa einem Fabrikationsbetrieb oder einer elektrischen Kraftwerksanlage.The present invention relates to an optical sensor according to the preamble of Claim 1 and the use of such a sensor in a process measuring equipment for measuring e.g. B. the temperature and / or pressure in a system such as one Manufacturing plant or an electrical power plant.

Sensoren wie etwa Thermoelemente und piezoelektrische Elemente werden üblicherweise bei der Prozeß-Meßgeräteausrüstung zum Messen der Temperatur, des Drucks und dergleichen in einer Anlage wie etwa einem Fabrikationswerk oder einem elektrischen Kraftwerk eingesetzt. Die meisten dieser Sensoren sind standardisiert, so daß sie einen Strom im Bereich von 4 bis 20 mA abgeben, wobei jedes Ausgangssignal über ein elektrisches Kabel an seine entsprechende Signalverarbeitungseinheit jeweils Sensor für Sensor weitergeleitet wird.Sensors such as thermocouples and piezoelectric elements are commonly used the process meter equipment for measuring temperature, pressure and the like in a system such as a manufacturing plant or an electrical power plant. Most of these sensors are standardized so that they have a current in the range of 4 to Output 20 mA, with each output signal via an electrical cable to its corresponding signal processing unit is passed on sensor by sensor.

Da das Ausgangssignal des Sensors an die Signalverarbeitungseinheit jeweils Sensor für Sensor angelegt wird, ist die Anzahl von zu benutzenden Kabeln um so größer, je mehr Sensoren vorhanden sind. Die Führung und die Wartung der Kabel sind demgemäß schwierig, und die Auswirkung von Störungen auf das signalführende Kabel ist zunehmend problematisch. Optische Fasern bieten eine schnelle Datenrate bei der Signalübertragung und eine ausgezeichnete Unanfälligkeit gegenüber Störungen bzw. Rauschen, so daß der Einsatz von optischen Fasern als ein Informationsübertragungsmedium in Anlagen nun begonnen wurde.Since the output signal of the sensor to the signal processing unit each sensor for Sensor, the greater the number of cables to be used, the more Sensors are present. The routing and maintenance of the cables are therefore difficult, and the impact of interference on the signal-carrying cable is increasing problematic. Optical fibers offer a fast data rate in signal transmission and an excellent susceptibility to interference or noise, so that the use of optical fibers as an information transmission medium in plants now started has been.

Aus der DE 38 29 103 A1 ist ein Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.A sensor according to the preamble of claim 1 is known from DE 38 29 103 A1.

Aus der US 4 678 905 ist es bekannt, daß die Frequenz der Anregung eines lichtdurchlässigen Oszillators durch einen zu erfassenden Parameter moduliert wird.From US 4,678,905 it is known that the frequency of excitation of a translucent Oscillator is modulated by a parameter to be detected.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Probleme oder Nachteile, die beim Stand der Technik angetroffen werden, im wesentlichen zu beseitigen und einen optischen Sensor des Modulationstyps (mit optischer Modulation arbeitender Sensor), der für ein Multiplex- Übertragungssystem unter Einsatz einer optischen Fasereinrichtung geeignet ist, sowie seine Verwendung in einer Prozeß-Meßgeräteeinrichtung anzugeben. It is an object of the present invention, problems or drawbacks that exist in the prior art Technology can be found to substantially eliminate and an optical sensor of the Modulation type (sensor working with optical modulation), which for a multiplex Transmission system using an optical fiber device is suitable, as well as its Specify use in a process measuring device.  

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Sensor nach Anspruch 1 und eine Verwendung nach Anspruch 8.This object is achieved by an optical sensor according to claim 1 and Use according to claim 8.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Developments of the invention are specified in the subclaims.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Further features and expediencies result from the description of Embodiments based on the figures. From the figures show:  

Fig. 1 ein Blockschaltbild, in dem ein erstes Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, Fig. 1 is a block diagram in which a first embodiment of the working optical modulation sensor is shown according to the present invention,

Fig. 2 eine Darstellung der zeitlichen Veränderung der Intensität von einfallendem Licht bei dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a representation of the temporal change of the intensity of incident light at the working optical modulation sensor according to the first embodiment,

Fig. 3 eine zeitliche Darstellung der Änderung der Intensität von Licht, das von dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor abgegeben wird, Fig. 3 is a time chart of the change in intensity of light output from the working optical modulation sensor,

Fig. 4 ein Blockschaltbild, in dem ein zweites Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, Fig. 4 is a block diagram in which a second embodiment of the working optical modulation sensor is shown according to the present invention,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, in dem ein erstes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßge­ räteausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, Fig. 5 is a block diagram in which a first embodiment of equipment of the process boards messge is shown according to the present invention,

Fig. 6 ein Blockschaltbild, in dem ein zweites Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meß­ geräteausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, Fig. 6 is a block diagram in which a second embodiment of the process measurement instrumentation is shown according to the present invention,

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräte­ ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 7 shows a block diagram equipment a third embodiment of the process of measuring devices according to the present invention,

Fig. 8 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Prozeß-Meßgeräteausrüstung gemäß Fig. 7 veranschaulicht, Fig. 8 is a block diagram illustrating the structure of a process instrumentation of FIG. 7,

Fig. 9 ein Blockschaltbild, das ein viertes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräte­ ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,9 shows. A block diagram equipment a fourth embodiment of the process measuring devices according to the present invention,

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das ein fünftes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräte­ ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, Fig. 10 is a block diagram showing a fifth embodiment of equipment of the process measuring devices according to the present invention is illustrated,

Fig. 11 ein Blockschaltbild, das ein sechstes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgerä­ teausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 11 is a block diagram showing a sixth embodiment of the process Gauge teausrüstung according to the present invention,

Fig. 12 ein Blockschaltbild, das ein siebtes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräte­ ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, Fig. 12 is a block diagram showing a seventh embodiment of the process instrumentation according to the present invention is illustrated,

Fig. 13 ein Blockschaltbild, das ein achtes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräte­ ausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 13 is a block diagram showing an eighth embodiment of the process measuring equipment according to the present invention, and

Fig. 14 ein Blockschaltbild, das ein neuntes Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgerä­ teausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Fig. 14 is a block diagram showing a ninth embodiment of the process according Gauge teausrüstung illustrates the present invention.

Es werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Preferred exemplary embodiments of the invention will now be explained in more detail.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, in dem das erste Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors (Sensor des optischen Modulationstyps) gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein mit optischer Modulation arbeitendender Sensor 1 einen Piezo-Oszillator bzw. Piezo-Schwinger 2, der typischerweise durch einen Quarzkristall oder Lithiumniobat (LiNbO3) gebildet ist, auf. Es ist bekannt, daß dessen natürliche Oszillationsfrequenz bzw. Eigenschwingfrequenz mit der Temperatur und dem Druck variiert, und es wird somit die Temperatur oder der Druck durch Messung seiner natürlichen Schwingfrequenz gemessen. Der Piezo-Oszillator 2 bietet hohe Genauigkeit und auch eine exzellente Reproduzierbarkeit. Der Quarzkristall ist ein photoelastisches Element und kann Licht, das durch ihn geleitet wird, in seiner Phase oder Intensität auf der Basis des photoelastischen Effekts modulieren, bei dem sich der Brechungsindex des Kristalls mit der Streß- bzw. Druckbeanspruchung verändert, die durch die Einwirkung von Druck stattfindet. Lithiumniobat zeigt zusätzlich zu dem photoelastischen Effekt den Pockels-Effekt, bei dem sich der Brechungsindex mit einem angelegten elektrischen Feld verändert, und ist in gleicher Weise imstande, durch es hindurchgeleitetes Licht in der Phase oder Intensität zu modulieren. Fig. 1 shows a block diagram in which the first embodiment of the working optical modulation sensor (sensor of the optical modulation type) of the present invention is illustrated in accordance with. As shown in FIG. 1, a sensor 1 operating with optical modulation has a piezo oscillator or piezo oscillator 2 , which is typically formed by a quartz crystal or lithium niobate (LiNbO 3 ). It is known that its natural oscillation frequency or natural oscillation frequency varies with the temperature and the pressure, and thus the temperature or the pressure is measured by measuring its natural oscillation frequency. The piezo oscillator 2 offers high accuracy and excellent reproducibility. The quartz crystal is a photoelastic element and can modulate the phase or intensity of light transmitted through it based on the photoelastic effect where the refractive index of the crystal changes with the stress caused by the action of Pressure takes place. In addition to the photoelastic effect, lithium niobate shows the Pockels effect, in which the refractive index changes with an applied electric field, and is likewise able to modulate the phase or intensity of light transmitted through it.

Die Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 wird optisch poliert, und es wird dann eine trans­ parente Elektrode auf der polierten Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 aufgebracht, so daß Licht hierdurch hindurchgeht. Eine Oszillatorschaltung 4, die durch eine Batterie 3 gespeist wird, ist an dem Piezo-Oszillator 2 angebracht. The surface of the piezo oscillator 2 is optically polished, and then a transparent electrode is applied to the polished surface of the piezo oscillator 2 , so that light passes through it. An oscillator circuit 4 , which is fed by a battery 3 , is attached to the piezo oscillator 2 .

Auf der Lichteingangsseite des Piezo-Oszillators 2 sind eine eingangsseitige Kondensorlin­ se 6 für das Sammeln von Licht und dessen Umwandlung in paralleles Licht, ein Polarisa­ tor 7 für die lineare Polarisierung des von der Linse 6 stammenden parallelen Lichts sowie eine Viertel-Wellenlängen-Platte 8 für die zirkulare Polarisation des von dem Polarisator 7 stammenden, linear polarisierten Lichts angeordnet, und zwar in der beschriebenen Reihenfolge in Richtung zu dem Piezo-Oszillator 2. An der Lichtausgangsseite des Piezo- Oszillators 2 sind ein Analysator 9 für die lineare Polarisation des von dem Piezo-Oszilla­ tor 2 stammenden Lichts und eine ausgangsseitige Kondensorlinse 10 zum Konvergieren des von dem Analysator 9 abgegebenen, linear polarisierten Lichts angeordnet, und zwar in der beschriebenen Reihenfolge ausgehend von dem Piezo-Oszillator 2. Das durch die Linse 10 konvergierte Licht wird über eine optische Faser 5b zu einer nicht gezeigten Signalverarbeitungseinheit geleitet.On the light input side of the piezo oscillator 2 are an input-side condenser lens 6 for collecting light and converting it into parallel light, a polarizer 7 for the linear polarization of the parallel light coming from the lens 6 and a quarter-wave plate 8 arranged for the circular polarization of the linearly polarized light originating from the polarizer 7 , in the order described in the direction of the piezo oscillator 2 . At the light output side of the piezo-oscillator 2, an analyzer 9 are arranged for the linear polarization of the originating from the piezo Oszilla tor 2 light and an output side condenser lens 10 for converging the output from the analyzer 9, linearly polarized light, in the manner described Order based on the piezo oscillator 2 . The converged by the lens 10 light is guided via an optical fiber 5b to an unshown signal processing unit.

Nachstehend wird die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels erläutert.The operation of this embodiment is explained below.

Das durch eine optische Faser 5a geleitete Licht wird durch die Linse 6 in paralleles Licht umgewandelt, durch den Polarisator 7 linear polarisiert, und durch die Viertel-Wellenlän­ gen-Platte 8 zirkular polarisiert, bevor es in den Piezo-Oszillator 2 eintritt. Wenn der Piezo-Oszillator 2 mit einer Spannung gespeist wird, schwingt er und gibt aufgrund der 1 Beanspruchung und des elektrischen Feld elliptisch polarisiertes Licht ab. Der Analysator 9 greift das elliptisch polarisierte Licht als linear polarisiertes Licht heraus, und es findet folglich hierdurch eine optische Modulation der Intensität in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz des Piezo-Oszillators 2 statt. Das resultierende Licht wird durch die Linse 10 konvergiert und dann über die optische Faser 5b zu der Signalverarbeitungsein­ heit geleitet.The light guided by an optical fiber 5 a is converted by the lens 6 into parallel light, linearly polarized by the polarizer 7 , and circularly polarized by the quarter-wave plate 8 before it enters the piezo oscillator 2 . When the piezo oscillator 2 is supplied with a voltage, it oscillates and emits elliptically polarized light due to the stress and the electrical field. The analyzer 9 picks out the elliptically polarized light as linearly polarized light, and consequently the intensity is optically modulated as a function of the oscillation frequency of the piezo-oscillator 2 . The resulting light is converged through the lens 10 and then passed through the optical fiber 5 b to the signal processing unit.

Fig. 2 zeigt die Änderung der Intensität von einfallendem Licht über die Zeit bezüglich des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors 1. Fig. 3 zeigt die zeitliche Änderung der Intensität von Licht, das von dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor 1 abgege­ ben wird. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, stellt der Piezo-Oszillator 2, wenn er mit dem einfallenden Licht mit konstanter Intensität gespeist wird, ausgangsseitig Licht bereit, das mit der Schwingfrequenz f in seiner Intensität moduliert ist. Die Änderung einer zu messenden Größe, nämlich eine Änderung der Temperatur oder des Drucks, ändert die Schwingfrequenz f entsprechend. Die Signalverarbeitungseinheit erfaßt die Schwingfrequenz f aus dem ausgangsseitigen Licht und wandelt diese in einen Temperatur- oder einen Druckwert um. Der mit optischer Modulation arbeitende Sensor 1 ist mit einem Mechanismus versehen, der die Änderung der zu messenden Größe wie etwa der Tempera­ tur oder des Drucks zu dem Piezo-Oszillator 2 in einer wirksamen, an die zu messende Größe angepaßten Weise überträgt. FIG. 2 shows the change in the intensity of incident light over time with respect to the sensor 1 working with optical modulation. Fig. 3 shows the temporal change in the intensity of light which is given by the sensor 1 working with optical modulation. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the piezo oscillator 2 , when fed with the incident light with constant intensity, provides light on the output side which is modulated in intensity with the oscillation frequency f. The change in a variable to be measured, namely a change in temperature or pressure, changes the oscillation frequency f accordingly. The signal processing unit detects the oscillation frequency f from the light on the output side and converts it into a temperature or a pressure value. The optical modulation sensor 1 is provided with a mechanism that transmits the change in the quantity to be measured such as the temperature or pressure to the piezo oscillator 2 in an effective manner adapted to the quantity to be measured.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht der mit optischer Modulation arbeitende Sensor 1 dem Licht, das durch die optischen Fasern übertragen wird, eine direkte Modulation der Intensität.In this embodiment, the optical modulation sensor 1 enables the light transmitted through the optical fibers to directly modulate the intensity.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können unterschiedliche Prozeß­ größen wie etwa eine Temperatur und ein Druck gleichzeitig gemessen werden, wenn eine Mehrzahl von Piezo-Oszillatoren 2 mit unterschiedlichen Schwingfrequenzen, die einen gesamten Betriebsbereich abdecken, zwischen der Viertel-Wellenlängen-Platte 8 und dem Analysator 9 angeordnet sind. Weiterhin können bei dieser Ausgestaltung Unterschiede zwischen den Frequenzen der Mehrzahl von Piezo-Oszillatoren 2 als eine Korrekturein­ richtung für die Linearität eingesetzt werden. Wenn das Licht in diesem Fall durch die Piezo-Oszillatoren 2 mit unterschiedlichen Oszillationsfrequenzen moduliert wird, wird eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten in überlagerter Weise übertragen. Diese Fre­ quenzkomponenten können in der Signalverarbeitungseinheit separiert werden, so daß sich ein aus mehreren Frequenzen zusammengesetzter Sensor herstellen läßt.In the embodiment described above, different process variables such as temperature and pressure can be measured simultaneously if a plurality of piezo oscillators 2 with different oscillation frequencies, which cover an entire operating range, between the quarter-wave plate 8 and the analyzer 9 are arranged. Furthermore, in this embodiment, differences between the frequencies of the plurality of piezo oscillators 2 can be used as a correction device for the linearity. In this case, when the light is modulated by the piezo oscillators 2 with different oscillation frequencies, a plurality of frequency components are transmitted in a superimposed manner. These frequency components can be separated in the signal processing unit, so that a sensor composed of several frequencies can be produced.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, das ein zweites Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. FIG. 4 shows a block diagram illustrating a second exemplary embodiment of the sensor working with optical modulation according to the present invention.

Gemäß Fig. 4 sind die Komponenten, die gleich bzw. äquivalent mit den zuvor unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschriebenen Komponenten sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Piezo-Oszillator 2 in dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor 1a bei diesem Ausführungsbeispiel optisch poliert. Eine transparente Elektrode ist auf einer Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 zur Bildung einer lichtdurchlässigen Oberfläche aufgebracht, während Silber auf der anderen Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 zur Bildung einer reflektierenden Oberfläche aufgebracht ist. Ein Halbspiegel 11 ist zwischen dem Piezo- Oszillator 2 und der Viertel-Wellenlängen-Platte 8 angeordnet.According to FIG. 4, the components that are identical or equivalent to the components described above with reference to the first exemplary embodiment according to FIG. 1 are denoted by the same reference symbols. As shown in FIG. 4, the piezo oscillator 2 in the sensor 1 a working with optical modulation is optically polished in this exemplary embodiment. A transparent electrode is applied to one surface of the piezo oscillator 2 to form a translucent surface, while silver is applied to the other surface of the piezo oscillator 2 to form a reflective surface. A half mirror 11 is arranged between the piezo oscillator 2 and the quarter-wave plate 8 .

Bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung wird das Licht, das durch die Linse 6, den Polarisator 7, die Viertel-Wellenlängen-Platte 8 und den Halbspiegel 11 hindurch­ getreten ist, durch den Piezo-Oszillator 2 reflektiert. Das reflektierte Licht wird durch den Halbspiegel 11 in rechtem Winkel zu dem einfallenden Licht reflektiert und dann zu dem Analysator 9 gerichtet.In the embodiment described above, the light that has passed through the lens 6 , the polarizer 7 , the quarter-wavelength plate 8 and the half mirror 11 is reflected by the piezo oscillator 2 . The reflected light is reflected by the half mirror 11 at right angles to the incident light and then directed to the analyzer 9 .

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die transparente Elektrode auf der einen Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 zur Bildung der durchlässigen Oberfläche abgeschieden, und Silber ist auf der anderen Oberfläche des Piezo-Oszillators 2 abgeschieden. Das einfallende Licht wird durch die durchlässige Oberfläche durchgelassen und wird von der reflektierenden Oberfläche an der entgegengesetzten Seite reflektiert. Folglich wird das Licht abgegeben, nachdem es einmal in dem Piezo-Oszillator 2 hin- und zurückgewandert ist. Als Ergebnis wandert das Licht durch den Piezo-Oszillator 2 mit dem Doppelten der Strecke, die das Licht einfach bzw. einmal zurücklegt, und es ist daher der Effekt der Modulation der Intensität verdoppelt. Diese Ausgestaltung erleichtert die Erfassung von Frequenzkom­ ponenten bei der Signalverarbeitung.According to this embodiment, the transparent electrode is deposited on one surface of the piezo oscillator 2 to form the permeable surface, and silver is deposited on the other surface of the piezo oscillator 2 . The incident light is transmitted through the transmissive surface and is reflected by the reflective surface on the opposite side. As a result, the light is emitted after it has traveled back and forth in the piezo oscillator 2 . As a result, the light travels through the piezo oscillator 2 at twice the distance that the light travels once, and therefore the effect of modulating the intensity is doubled. This configuration facilitates the detection of frequency components during signal processing.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Winkel der Reflexion so eingestellt werden, daß er sich von dem Einfallswinkel unterscheidet, indem der Einfallswinkel schräg zu der reflektierenden Oberfläche festgelegt wird. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Piezo-Oszillatoren, die unterschiedliche Schwingfrequenzen haben und bei denen beide Oberflächen jedes Oszillators transparent sind, zwischen dem Piezo- Oszillator 2 und dem Halbspiegel 11, nämlich an der Lichteintrittsseite des Piezo-Oszilla­ tors 2, angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung wird ein zusammengesetzter Sensor bzw. Verbundsensor geschaffen, der eine Mehrzahl von Prozeßgrößen detektieren kann. Alles durchgelassene Licht kann durch den Piezo-Oszillator 2 hin- und zurückwandern, wobei der Effekt der Intensitätsmodulation verdoppelt ist.In this embodiment, the angle of reflection can be set to differ from the angle of incidence by setting the angle of incidence obliquely to the reflective surface. Further, in this embodiment, a plurality of piezoelectric oscillators which have different oscillation frequencies, and in which both surfaces of each oscillator are transparent, between the piezoelectric oscillator 2 and the half mirror 11, namely at the light entrance side of the piezo-Oszilla gate 2 is disposed. With this configuration, a composite sensor or composite sensor is created which can detect a plurality of process variables. All transmitted light can travel back and forth through the piezo oscillator 2 , the effect of the intensity modulation being doubled.

Weiterhin ist es möglich, als Lichtführungseinrichtung bzw. Lichtspeiseeinrichtung das reflektierte Licht erneut zu der optischen Faser 5a, die für die Lichtführung bzw. Licht­ speisung benutzt wird, zu projizieren, ohne den Halbspiegel 11 zu benutzen.Furthermore, it is possible as a light guide device or light feed device to project the reflected light again to the optical fiber 5 a, which is used for the light guide or light feed, without using the half mirror 11 .

Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann als Lichtquelle eine Laserlichtquelle eingesetzt werden, die unmittelbar ein linear polarisiertes Laserlicht abgibt. Zur direkten Führung des Laserlichts zu dem Piezo-Oszillator 2 kann eine die Polarisationsebene beibehaltende Faser, die die Polarisationsebene aufrechterhält, eingesetzt werden. Folglich kann der Polarisator 7 entfallen.In the first and second exemplary embodiments, a laser light source which emits a linearly polarized laser light directly can be used as the light source. For direct guidance of the laser light to the piezo oscillator 2 , a fiber that maintains the plane of polarization and maintains the plane of polarization can be used. As a result, the polarizer 7 can be omitted.

Weiterhin kann bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Teil des von der optischen Faser 5a stammenden einfallenden Lichts auf ein photoelektrisches Wandler­ element wie etwa eine Solarzelle gerichtet werden, und das photoelektrische Wandler­ element kann Spannung bzw. Strom zu der Oszillatorschaltung 4 speisen. Die Batterie 3 entfällt folglich. Der Leistungsverbrauch wird verringert, wenn die Oszillatorschaltung 4 durch ein CMOS-Bauelement (complementary metal oxide semiconductor = CMOS) gebildet ist.Further, in the first and second embodiment, a portion of the are such as directed by the optical fiber 5a derived incident light to a photoelectric conversion element, a solar cell, and the photoelectric conversion element can be voltage or current to the oscillator circuit 4 dine. The battery 3 is therefore eliminated. The power consumption is reduced if the oscillator circuit 4 is formed by a CMOS component (complementary metal oxide semiconductor = CMOS).

Wie vorstehend beschrieben, weist ein mit optischer Modulation arbeitender Sensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine eingangsseitige Kondensorlinse zum Sammeln von Licht von einer Lichtquelle, einen Polarisator für die lineare Polarisation des von der eingangsseitigen Kondensorlinse zugeführten Lichts, eine Wellenlängen-Platte für die zirkulare Polarisation des von dem Polarisator stammenden, linear polarisierten Lichts, einen lichtdurchlässigen Piezo-Oszillator, der eine Oszillatorschaltung enthält und in den das von der Wellenlängen-Platte stammende, zirkular polarisierte Licht eingeleitet wird, einen Analysator für die lineare Polarisation des von dem Piezo-Oszillator ankommenden Lichts und eine ausgangsseitige Kondensorlinse für die Umwandlung des von dem Analy­ sator ankommenden, linear polarisierten Lichts auf. Folglich wird das durch optische Fasern übertragene Licht direkt in seiner Intensität moduliert.As described above, a sensor operating with optical modulation according to the first embodiment, an input condenser lens for collecting  Light from a light source, a polarizer for the linear polarization of the input light condenser lens, a wavelength plate for the circular polarization of the linearly polarized light originating from the polarizer, a translucent piezo oscillator, which contains an oscillator circuit and in the the circularly polarized light originating from the wavelength plate is introduced, an analyzer for the linear polarization of the incoming from the piezo oscillator Light and an output condenser lens for converting the analyte arriving linearly polarized light. Hence, this is through optical Fiber-transmitted light is directly modulated in its intensity.

Der mit optischer Modulation arbeitende Sensor weist eine Mehrzahl von Piezo-Oszillato­ ren auf, die unterschiedliche Schwingfrequenzen haben und zwischen der Wellenlängen- Platte und dem Analysator angeordnet sind. Folglich werden unterschiedliche Prozeß­ größen wie etwa die Temperatur und der Druck gleichzeitig gemessen.The sensor working with optical modulation has a plurality of piezo oscillators that have different oscillation frequencies and between the wavelength Plate and the analyzer are arranged. Hence different process variables such as temperature and pressure measured simultaneously.

In Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors ist der lichtdurchlässige, eine Oszillatorschaltung aufweisende Piezo- Oszillator mit einer durchlässigen Oberfläche auf seiner einen Seite und einer reflektieren­ den Oberfläche auf seiner anderen Seite versehen. Folglich wird ein einfallendes Licht durch die durchlässige Oberfläche durchgelassen, von der reflektierenden Oberfläche an der anderen Seite zurückreflektiert und über die durchlässige Oberfläche herausgelassen. Als Ergebnis wandert das Licht durch den Piezo-Oszillator mit dem Doppelten der Strec­ ke, die das Licht einfach durchläuft. Folglich wird das Licht zweifach in seiner Intensität moduliert, so daß die Messung einer Frequenzkomponente bei der Signalverarbeitung vereinfacht ist. In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors ist eine Mehrzahl von lichtdurchlässigen Piezo-Oszillato­ ren, die unterschiedliche Schwingfrequenzen besitzen, an der Lichteintrittsseite des Piezo- Oszillators angeordnet. Diese Ausgestaltung führt zu einem zusammengesetzten Sensor bzw. Mehrfachsensor, der zur Messung einer Mehrzahl von Prozeßgrößen imstande ist. In accordance with the second embodiment of the one with optical modulation working sensor is the translucent piezo oscillator circuit Oscillator with a permeable surface on one side and one reflect the surface on its other side. As a result, an incident light transmitted through the permeable surface from the reflective surface the other side reflected back and let out over the permeable surface. As a result, the light travels through the piezo oscillator with twice the Strec ke that the light simply passes through. As a result, the light becomes double in intensity modulated so that the measurement of a frequency component in signal processing is simplified. In accordance with this embodiment of the one with optical Modulation working sensor is a plurality of translucent piezo oscillators that have different vibration frequencies on the light entry side of the piezo Arranged oscillator. This configuration leads to a composite sensor or multiple sensor, which is capable of measuring a plurality of process variables.  

Gemäß dem mit optischer Modulation arbeitenden, die vorstehend beschriebenen Eigen­ schaften aufweisenden Sensor ist die Lichtquelle eine Laser-Lichtquelle für die Aussendung eines linear polarisierten Laserlichts, und es überträgt die die Polarisationsebene beibehal­ tende Faser das Laserlicht zu dem Piezo-Oszillator. Bei dieser Ausgestaltung wird das linear polarisierte Licht, das andernfalls durch den Polarisator bereitgestellt würde, direkt von der Laser-Lichtquelle geleitet bzw. abgegeben, so daß der Polarisator entfällt.According to the one working with optical modulation, the ones described above sensor, the light source is a laser light source for the emission a linearly polarized laser light, and it transmits the polarization plane fiber the laser light to the piezo oscillator. With this configuration, the linearly polarized light that would otherwise be provided by the polarizer directly guided or emitted by the laser light source, so that the polarizer is omitted.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, in dem ein erstes Ausführungsbeispiel einer Prozeß- Meßgeräteausrüstung oder -Meßgeräteeinrichtung, die in Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steht, dargestellt ist. Der mit optischer Modulation arbeitende Sensor 1 ist gemäß der Darstellung in Fig. 1 ausgelegt und arbeitet mit einem Quarzkristall-Oszillator für die Messung von Temperatur und Druck. Eine lichtaussendende Diode (Leuchtdiode) 20 wird als Lichtquelle eingesetzt, die Licht mit konstanter Intensität bereitstellt. Die Leuchtdiode 20 ist mit einer Mehrzahl von T-Koppler 21 wie etwa optischen Faser-Kopplern verbunden, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Eine Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 1 ist in einer parallelen Verschaltung (Leiter-Netzwerk) in einer solchen Weise verbunden, daß ein Ende jedes Sensors 1 über eine optische Mehrfach-Modus-Faser 22 mit dem entsprechenden T- Koppler 21 verschaltet ist. Fig. 5 shows a block diagram showing a first embodiment of a process meter equipment or device which is in accordance with another aspect of the present invention. The sensor 1 working with optical modulation is designed as shown in FIG. 1 and works with a quartz crystal oscillator for the measurement of temperature and pressure. A light-emitting diode (light-emitting diode) 20 is used as the light source, which provides light with a constant intensity. The light emitting diode 20 is connected to a plurality of T-couplers 21, such as optical fiber couplers, which are connected in series with one another. A plurality of sensors 1 working with optical modulation are connected in a parallel connection (conductor network) in such a way that one end of each sensor 1 is connected to the corresponding T-coupler 21 via a multi-mode optical fiber 22 .

Das andere Ende jedes aus der Mehrzahl von Sensoren 1 ist über eine optische Mehrfach- Modus-Faser 22 mit seinem jeweiligen optischen Faser-Koppler 21 verbunden. Folglich werden die von der Mehrzahl von Sensoren 1 abgegebenen Lichtanteile einander bei jedem der T-Kopper 21 überlagert. Die optische Mehrfach-Modus-Faser (optische Faser mit mehreren Modi bzw. Betriebsbereichen) 22 ist mit einem weiteren Koppler 21 verbunden, an dem sich eine optische Faser, die von einer Leuchtdiode 23 herführt, und eine weitere optische Faser von einem photoelektrischen Wandlerelement 24, das als photoelektrischer Wandler dient, treffen. Das photoelektrische Wandlerelement 24 wandelt das zugeführte Licht, das in seiner Intensität mit der Schwingfrequenz des Piezo-Oszillators der Sensoren 1 moduliert ist, in ein elektrisches Signal um. Die Leuchtdiode 23 ist mit einem Strom/­ Frequenz-Wandler 25 und einem Prozeß-Sensor 26 herkömmlicher Ausgestaltung ver­ bunden. Das photoelektrische Wandlerelement 24 ist an eine Signalverarbeitungseinheit 27 angeschlossen.The other end of each of the plurality of sensors 1 is connected to its respective optical fiber coupler 21 via a multi-mode optical fiber 22 . As a result, the light components emitted by the plurality of sensors 1 are superimposed on one another in each of the T-couplers 21 . The multi-mode optical fiber (optical fiber with a plurality of modes or operating areas) 22 is connected to a further coupler 21 , on which there is an optical fiber which leads from a light-emitting diode 23 and another optical fiber from a photoelectric conversion element 24 which serves as a photoelectric converter. The photoelectric converter element 24 converts the supplied light, the intensity of which is modulated with the oscillation frequency of the piezo oscillator of the sensors 1 , into an electrical signal. The light emitting diode 23 is connected to a current / frequency converter 25 and a process sensor 26 of a conventional design. The photoelectric converter element 24 is connected to a signal processing unit 27 .

Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels wird im folgenden beschrieben.The operation of this embodiment is described below.

Das Licht, das von der Leuchtdiode 20 abgegeben wird, wird bei den T-Kopplern 21 aufgeteilt und erreicht die Sensoren 1 über ihre jeweiligen optischen Mehrfach-Modus- Fasern 22. Die Sensoren arbeiten mit jeweiligen Quarzkristallen, die unterschiedliche Schwingfrequenzen haben, wobei sich die Frequenzbereiche nicht gegenseitig überlappen. Jeder Sensor 1 führt eine Intensitätsmodulation innerhalb des Frequenzbereichs durch, der für jede oder eine jeweilige Prozeßgröße oder Variable wie etwa Temperatur und Druck geeignet ist. Das einfallende Licht, das konstante Intensität besitzt, wird in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz des Quarzkristalls in einen pulsierenden Strom umgewandelt.The light that is emitted by the light-emitting diode 20 is split at the T-couplers 21 and reaches the sensors 1 via their respective multi-mode optical fibers 22 . The sensors work with respective quartz crystals that have different oscillation frequencies, the frequency ranges not overlapping each other. Each sensor 1 carries out an intensity modulation within the frequency range which is suitable for each or a respective process variable or variable such as temperature and pressure. The incident light, which has constant intensity, is converted into a pulsating current depending on the oscillation frequency of the quartz crystal.

Die von der Mehrzahl von Sensoren 1 abgegebenen Lichter bzw. Lichtanteile werden einander durch die T-Koppler 21 überlagert und dann zu dem photoelektrischen Wandler­ element 24 über die optische Mehrfach-Modus-Faser 22 geleitet. Diese das abgegebene Licht führende, optische Mehrfach-Modus-Faser 22 empfängt auch das von der Leucht­ diode 23 abgegebene Licht. Die Leuchtdiode 23 wird von dem vom Strom/Frequenz- Wandler 25 abgegebene Frequenzsignal angesteuert, wobei der Strom/Frequenz-Wandler 25 den von dem Prozeß-Sensor 26 abgegebenen Strom in das Frequenzsignal umwandelt.The lights or light components emitted by the plurality of sensors 1 are superimposed on one another by the T-coupler 21 and then passed to the photoelectric converter element 24 via the multi-mode optical fiber 22 . This multi-mode optical fiber 22 guiding the emitted light also receives the light emitted by the light emitting diode 23 . The light-emitting diode 23 is driven by the frequency signal emitted by the current / frequency converter 25 , the current / frequency converter 25 converting the current emitted by the process sensor 26 into the frequency signal.

Das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements 24 wird durch die Signalver­ arbeitungseinheit 27 separiert bzw. aufgetrennt und jeweils Frequenz für Frequenz demo­ duliert. Unter Bezugnahme auf die vorab festgelegte Beziehung zwischen der Frequenz und der Prozeßgröße wird die Temperatur oder der Druck berechnet. Da die Oszillatorschal­ tung des Sensors 1 durch eine Batterie gespeist wird, ist kein Spannungskabel erforder­ lich, und es ist der Sensor vollständig gegenüber jeglichen externen Systemen elektrisch isoliert.The output signal of the photoelectric converter element 24 is separated or separated by the signal processing unit 27 and demodulated frequency by frequency in each case. The temperature or pressure is calculated with reference to the predetermined relationship between the frequency and the process variable. Since the oscillator circuit of the sensor 1 is powered by a battery, no voltage cable is required, and the sensor is completely electrically isolated from any external system.

In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel ist das Kabel, das bei dem Stand der Technik zwischen dem Sensor und seiner Signalverarbeitungseinheit verläuft, durch zwei optische Fasern, eine Eingabeeinrichtung und eine weitere Ausgabeeinrichtung ersetzt, und es ist folglich die Anzahl von Kabeln verringert und die Unanfälligkeit gegenüber Störun­ gen verbessert. Da die Ausgänge bzw. Ausgangswerte der Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 1 einander überlagert sind, läßt sich ein Meßsystem mit mehreren Frequenzen und mehreren Punkten bzw. Meßpunkten aufbauen.In accordance with this embodiment, the cable that runs between the sensor and its signal processing unit in the prior art is replaced by two optical fibers, an input device and another output device, and consequently the number of cables is reduced and the susceptibility to interference gene improved. Since the outputs or output values of the plurality of sensors 1 working with optical modulation are superimposed on one another, a measuring system with several frequencies and several points or measuring points can be constructed.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Prozeß-Meßgerä­ teeinrichtung bzw. Prozeß-Meßausstattung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 sind diejenigen Komponenten, die gleich oder äquivalent mit denjeni­ gen sind, die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteein­ richtung beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Prozeß- Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist vier mit optischer Modula­ tion arbeitende Sensoren 1 auf, die unterschiedliche Schwingfrequenzen haben und in Form einer Reihenschaltung mit dazwischen angeordneten eingangsseitigen und ausgangsseitigen optischen Mehrfach-Modus-Fasern verschaltet sind, ohne daß T-Koppler vorhanden sind. Das photoelektrische Wandlerelement 24, das den photoelektrischen Wandler darstellt, ist mit dem an letzter Stelle angeordneten Sensor 1 über eine optische Faser 22 mit Mehr­ fachmodus verbunden. Die Signalverarbeitungseinheit 27 ist an das photoelektrische Wandlerelement 24 angeschlossen. Fig. 6 shows a block diagram of a second embodiment of the process measuring device or process measuring equipment in accordance with the present invention. In Fig. 6, those components which are the same or equivalent to those described in connection with the first embodiment of the process measuring device direction are given the same reference numerals. The process measuring device according to this exemplary embodiment has four sensors 1 operating with optical modulation, which have different oscillation frequencies and are connected in the form of a series circuit with intermediate-side and output-side optical multi-mode fibers arranged in between without T-couplers being present. The photoelectric conversion element 24 , which represents the photoelectric converter, is connected to the last-arranged sensor 1 via an optical fiber 22 with a multiple mode. The signal processing unit 27 is connected to the photoelectric conversion element 24 .

Auch wenn das von dem Sensor abgegebene Licht linear polarisiert ist, unterliegt seine Polarisationsebene einer Zufallsverteilung bzw. Zufallsbeeinflussung während der Über­ tragung durch die optische Faser 22 mit Mehrfach-Modus und der nachfolgenden Ein­ leitung in einen Sensor 1 der nachfolgenden Stufe. Da bei diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Sensoren 1 durch die optischen Fasern 22 mit Mehrfach-Modus in Reihe geschaltet ist, sind keine T-Koppler (tee couplers) erforderlich. Verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung läßt sich eine kürzere Gesamtlänge der optischen Fasern 22 mit Mehrfach-Modus realisieren. Der übrige Teil des Aufbaus gemäß diesem Ausführungsbeispiel und dessen Vorteile sind gegenüber denjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel unverändert, so daß die Beschreibung insoweit nicht wiederholt wird.Even if the light emitted by the sensor is linearly polarized, its plane of polarization is subject to a random distribution or random influence during the transmission through the optical fiber 22 with multiple mode and the subsequent introduction into a sensor 1 of the subsequent stage. In this embodiment, since a plurality of sensors 1 are connected in series through the multi-mode optical fibers 22 , no tee couplers are required. Compared to the first embodiment of the process measuring device device, a shorter total length of the optical fibers 22 can be realized with multiple mode. The rest of the structure according to this embodiment and its advantages are unchanged from those in the first embodiment, so that the description will not be repeated.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Sensor 1 eine Laser-Lichtquelle, die ein linear polarisiertes Laserlicht aussendet, enthalten, und es kann eine die Polarisationsebene beibehaltende Faser eingesetzt werden. Bei dieser Ausgestaltung gibt die die Polarisation beibehaltende Faser das bereits linear polarisierte Licht an den Sensor 1 der nachfolgenden Stufe als eingangsseitiges Licht ab, und es können folglich alle Analysatoren bei allen Sensoren 1 entfallen.In this embodiment, the sensor 1 can include a laser light source that emits a linearly polarized laser light, and a fiber that maintains the plane of polarization can be used. In this configuration, the fiber that maintains the polarization emits the already linearly polarized light to the sensor 1 of the subsequent stage as light on the input side, and consequently all analyzers for all sensors 1 can be omitted.

Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung kann der Strom, der von einem existierenden Prozeß-Sensor abgegeben wird und im Bereich von vier bis 20 mA liegt, in ein Frequenzsignal umgewandelt werden, das zur Ansteuerung einer lichtaussendenden Diode benutzt wird. Das von der Leuchtdiode abgegebene Licht kann auf einer optischen Übertragungsfaser überlagert werden. Alterna­ tiv kann ein optisches Modulationselement wie etwa ein Pockels-Element eingesetzt werden, um Licht, das durch eine optische Faser übertragen wird, einer Intensitätsmodula­ tion zu unterziehen. Folglich ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Sensor, der mit einem Piezo-Oszillator arbeitet, beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann mit vorhande­ nen Prozeß-Sensoren kombiniert werden, um ein Prozeß-Meßgerätesystem aufzubauen, das eine Vielfalt von Sensoren für unterschiedliche Zwecke enthält.According to the first and second exemplary embodiment of the process measuring device device can the current that is emitted by an existing process sensor and in the Range of four to 20 mA is converted into a frequency signal that is used for Control of a light emitting diode is used. That from the light emitting diode emitted light can be superimposed on an optical transmission fiber. Alterna An optical modulation element such as a Pockels element can be used to an intensity modulus to light transmitted through an optical fiber tion to undergo. Accordingly, the present invention is not related to a sensor a piezo oscillator works limited. The present invention can also be used NEN process sensors can be combined to build a process measuring system contains a variety of sensors for different purposes.

In Übereinstimmung mit der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach einem Gesichtspunkt das von der Lichtquelle stammende Licht über die optische Faser zu dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor geleitet, der die vorstehend beschriebenen Gestaltungen aufweisen kann. Der photoelektrische Wandler wandelt das übertragene Licht, das mit der Schwingfrequenz des Piezo-Oszillators des Sensors in seiner Intensität moduliert ist, in ein elektrisches Signal um. Die Signalver­ arbeitungseinheit gewinnt eine Prozeßgröße wie etwa eine Temperatur oder einen Druck auf der Grundlage der Frequenz des von dem photoelektrischen Wandler abgegebenen Signals. Die Anzahl von Kabeln, die jeweils zwischen einem Sensor und seiner zugehöri­ gen Signalverarbeitung bei einer Sensor-Für-Sensor-Basis verlaufen, ist verringert, und es ergibt sich eine verbesserte Unanfälligkeit gegenüber Störungen bzw. Rauschen. Somit läßt sich eine hohe Zuverlässigkeit realisieren.In accordance with the process measuring device device according to the present Invention is, in one aspect, about the light from the light source  the optical fiber is routed to the optical modulation sensor which is the Can have designs described above. The photoelectric converter converts the transmitted light with the oscillation frequency of the piezo oscillator Sensor is modulated in its intensity into an electrical signal. The signal ver Process unit gains a process variable such as a temperature or a pressure based on the frequency of the output from the photoelectric converter Signal. The number of cables, each between a sensor and its associated signal processing on a sensor-by-sensor basis is reduced, and it there is an improved susceptibility to interference or noise. Thus leaves realize a high level of reliability.

Die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung weist einen optischen Faserkoppler auf, der eine Ab­ zweigung bzw. Verzweigung der optischen Faser bewirkt, und enthält eine Vielzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren, die unterschiedliche Schwingfrequenzen haben. Die Sensoren sind parallel zueinander geschaltet und die Ausgänge bzw. Ausgangs­ signale von der Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren werden einander überlagert. Folglich kann ein Meßsystem mit mehreren Frequenzen und mehreren Punkten bzw. Meßpunkten realisiert werden. Die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung (Prozeß- Meßgerät) weist eine Mehrzahl von Sensoren des Typs mit optischer Modulation auf, die unterschiedliche Schwingfrequenzen besitzen, wobei diese Sensoren in Reihe verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist der T-Koppler entfallen, und es ist die Länge der optischen Faser verkürzt.The process measuring device device has an optical fiber coupler which has an Ab causes branching of the optical fiber, and contains a variety of sensors working with optical modulation, which have different oscillation frequencies to have. The sensors are connected in parallel to each other and the outputs or output signals from the majority of sensors using optical modulation superimposed on each other. Consequently, a measuring system with multiple frequencies and multiple Points or measuring points can be realized. The process measuring device (process Measuring device) has a plurality of sensors of the type with optical modulation, the have different vibration frequencies, these sensors connected in series are. In this embodiment, the T-coupler is omitted and the length of the optical fiber shortened.

Die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele repräsentiert, die im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 14 erläutert werden. Hierbei ist anzumerken, daß bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen mit optischer Modulation arbeitende Sensoren eingesetzt werden, deren Eigenschaften im wesentlichen die gleichen wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 4 sind, wobei das Bezugs­ zeichen 31 anstelle des Bezugszeichens 1 angegeben ist.The process measuring device device according to the present invention is further represented by the exemplary embodiments described below, which are explained below with reference to FIGS. 7 to 14. It should be noted that in the following exemplary embodiments with optical modulation sensors are used, the properties of which are essentially the same as in the previously described exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4, the reference symbol 31 being given instead of the reference symbol 1 .

Zunächst wird eine Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß einem weiteren (dritten) Aus­ führungsbeispiel, bei der der vorstehend beschriebene, mit optischer Modulation arbeitende Sensor eingesetzt wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschrieben.First, a process measuring device device according to a further (third) exemplary embodiment, in which the above-described sensor working with optical modulation is used, is described with reference to FIGS. 7 and 8.

Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 31 im wesentlichen die gleichen Eigenschaften bzw. denselben Aufbau wie die Sensoren 1 gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen, so daß demzufolge die Einzelheiten nicht nochmals beschrieben werden.In this exemplary embodiment, the sensors 31 working with optical modulation have essentially the same properties or the same structure as the sensors 1 according to the above exemplary embodiments, so that the details are therefore not described again.

Es wird nun auf Fig. 7 und 8 Bezug genomen. Licht, das von einer Lichtquelle 40 stammt, die in einer Signalverarbeitungseinheit 32 enthalten ist, die ihrerseits von gleichartigem Typ wie die Signalverarbeitungseinheit 2 bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, wird durch eine lichtspeisende bzw. lichtzuführende, optische Faser 33a und T-Koppler 34 wie etwa optischen Richtkopplern aufgeteilt und zu mit optischer Modulation arbeiten­ den Sensoren 31 gespeist, die im folgenden lediglich als Sensoren 31 bezeichnet werden. Der Sensor 31 dient zur Modulation der Intensität des Lichts mit einer Frequenz in Abhängigkeit von einer Prozeßgröße oder Prozeßvariablen, wobei das Licht durch den T- Koppler 34 und eine lichtempfangende bzw. lichtaufnehmende optische Faser 33b einer Multiplex-Behandlung unterzogen wird und das Licht nachfolgend zu der Signalverarbei­ tungseinheit 32 geleitet wird, die betriebsmäßig mit einem Prozeß-Computer oder einem Rechner 36 und einer Datenanzeigeeinheit 37 über ein Computer-Netzwerk 5 bzw. 35 verbunden ist.Referring now to Fig. 7 and 8 genomes. Light that comes from a light source 40 , which is contained in a signal processing unit 32 , which in turn is of the same type as the signal processing unit 2 in the previously described embodiment, is through a light-feeding or light-feeding optical fiber 33 a and T-coupler 34 such as optical directional couplers and fed to work with optical modulation, the sensors 31 , which are referred to below as sensors 31 only. The sensor 31 serves to modulate the intensity of the light with a frequency as a function of a process variable or process variables, the light being subjected to a multiplex treatment by the T-coupler 34 and a light-receiving or light-receiving optical fiber 33 b and the light subsequently is directed to the signal processing unit 32 , which is operatively connected to a process computer or a computer 36 and a data display unit 37 via a computer network 5 or 35 .

Bei der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird Licht, das durch die lichtzuführende optische Faser 33a zugeführt wird, durch die T- Koppler 34 aufgezweigt und zu den Sensoren 31 geleitet, wobei die Sensoren 31 jeweils alle gleiche Lichtmenge erhalten. Aus diesem Grund haben die jeweiligen T-Koppler 34 unterschiedliche Aufteilungsverhältnisse.In the process Meßgeräteeinrichtung with the structure described above, light which is supplied through the light-supplying optic fiber 33 a, is branched and the T coupler 34 supplied to the sensors 31, the sensors 31 each receive all the same amount of light. For this reason, the respective T-couplers 34 have different distribution ratios.

Die jeweiligen Sensoren 31 sind so eingestellt, daß sie vorbereitend eine Frequenzumwand­ lung mit unterschiedlichen Frequenzen durchführen, und dienen zur Umwandlung der Prozeßgröße in eine Frequenz. Demgemäß können die Ausgangssignale, selbst wenn sie in gemischter Form übertragen werden, nachfolgend in Abhängigkeit von dem Unterschied der Frequenzen elektrisch separiert bzw. aufgeteilt werden.The respective sensors 31 are set so that they preparatively perform a frequency conversion with different frequencies, and are used to convert the process variable into a frequency. Accordingly, even if the output signals are transmitted in a mixed form, they can be electrically separated depending on the difference in frequencies.

Von den jeweiligen Sensoren 31 abgegebene optische Ausgangssignale werden durch die T-Koppler 34 zusammengefaßt und durch die lichtempfangende optische Faser 33b zu der Signalverarbeitungseinheit 32 geleitet. Da die Ausgangssignale von der Mehrzahl von Sensoren 31 multiplexiert bzw. einer Multiplex-Bearbeitung unterzogen sind und zu der Signalverarbeitungseinheit 32 über die optische Faser 33b übertragen werden, läßt sich folglich die Anzahl von Verbindungskabeln verringern, wodurch das Verhalten hinsichtlich Unanfälligkeit gegenüber Störungen bzw. Rauschen verbessert ist.Optical output signals emitted by the respective sensors 31 are combined by the T-coupler 34 and passed through the light-receiving optical fiber 33 b to the signal processing unit 32 . Since the output signals from the plurality of sensors 31 are multiplexed or subjected to a multiplex processing and are transmitted to the signal processing unit 32 via the optical fiber 33 b, the number of connecting cables can consequently be reduced, as a result of which the behavior with regard to susceptibility to interference or Noise is improved.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild, in dem die innere Ausgestaltung der Signalverarbeitungs­ einheit 32, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 eingesetzt wird, dargestellt ist. Das in die Signalverarbeitungseinheit 32 eingespeiste Licht wird durch eine photoelek­ trische Wandlerschaltung 41 in ein elektrisches Signal elektrisch umgewandelt. Das von der photoelektrischen Wandlerschaltung 41 abgegebene Ausgangssignal wird dann zu den bzw. für die jeweiligen Sensoren 31 durch eine Frequenztrennschaltung 42 aufgetrennt. In einer Datenumwandlungsschaltung 44, die mit der Frequenztrennschaltung 42 verbunden ist, werden die Prozeßgrößen mit Hilfe dieser Frequenzen unter Heranziehung von Daten für die jeweiligen Sensoren berechnet, wobei die Daten zuvor in einer Speichereinrichtung für eine Umwandlungsfaktor-Tabelle 43 für eine Anpassung oder eine Korrektur gespei­ chert sind. FIG. 8 shows a block diagram in which the internal configuration of the signal processing unit 32 , which is used in the exemplary embodiment according to FIG. 7, is shown. The light fed into the signal processing unit 32 is electrically converted into an electrical signal by a photoelectric conversion circuit 41 . The output signal emitted by the photoelectric converter circuit 41 is then separated to or for the respective sensors 31 by a frequency separation circuit 42 . In a data conversion circuit 44 , which is connected to the frequency separation circuit 42 , the process variables are calculated with the aid of these frequencies using data for the respective sensors, the data being previously stored in a storage device for a conversion factor table 43 for adaptation or correction are chert.

Bei diesem Vorgang werden die Anpassungen bzw. Korrekturen zum Beispiel bezüglich der Nichtlinearität des Ausgangswerts und der Änderung der Temperatur durchgeführt. Aufgrund der vollständigen Speicherung der Umwandlungsanpassungsfaktoren der bzw. für die jeweiligen Sensoren 31 in der Signalverarbeitungseinheit 32 sind die jeweiligen Sensoren 31 von der Berechnung der Anpassung bzw. Korrektor sowie von der Bereit- Stellung irgendwelcher elektronischer Schaltungen für eine solche Berechnung befreit, so daß die Sensoren in ihrer Gestaltung einfach ausgelegt sind und hohe Zuverlässigkeit besitzen.In this process, the adjustments or corrections are made, for example, with regard to the non-linearity of the initial value and the change in temperature. Due to the complete storage of the conversion adaptation factors of or for the respective sensors 31 in the signal processing unit 32 , the respective sensors 31 are freed from the calculation of the adaptation or corrector and from the provision of any electronic circuits for such a calculation, so that the sensors are simple in design and have high reliability.

Die jeweiligen berechneten Prozeßgrößen werden an das Computer-Netzwerk 35 als wahre Werte über eine Ausgabe-Schnittstellenschaltung 45 abgegeben. Der Prozeß-Computer 36, die Datenanzeigeeinheit 37 und weitere Prozeßmeßgeräte bzw. Prozeß-Meßgeräteein­ richtungen sind betrieblich mit dem Computer-Netzwerk 35 verbunden, so daß der Prozeß- Computer 36 und die Datenanzeigeeinheit 37 gewünschte Prozeßgrößen zu jedem Zeit­ punkt von einer beliebig wählbaren Prozeß-Meßgeräteeinrichtung erhalten kann. Die Verbindung der jeweiligen Prozeß-Meßgeräteeinrichtung über das Netzwerk ermöglich es, die Anzahl der Verbindungskabel zu verringern und die Prozeßinformationen in einer Anlage bzw. einem Werk gemeinsam zu benutzen.The respective calculated process variables are output to the computer network 35 as true values via an output interface circuit 45 . The process computer 36 , the data display unit 37 and other process measuring devices or process measuring devices are operatively connected to the computer network 35 , so that the process computer 36 and the data display unit 37 desired process variables at any time from an arbitrary process -Measuring device can receive. The connection of the respective process measuring device device via the network makes it possible to reduce the number of connecting cables and to share the process information in a plant or a plant.

In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel läßt sich, wie vorstehend erläutert, eine Prozeß-Meßgeräteeinrichtung, die hinsichtlich ihrer Störunanfälligkeit verbessert ist und verringerte Kabel aufweist, verglichen mit der herkömmlichen Gestaltung, dadurch erhalten, daß die optischen Fasern miteinander verbunden sind und die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren eingesetzt werden.In accordance with this embodiment, as explained above, a process measuring device, which is improved in terms of its susceptibility to interference and has reduced cables compared to the conventional design obtained that the optical fibers are interconnected and those with optical Modulation working sensors are used.

Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren als Sensoren 31 benutzt werden, ist es erforderlich, die Lichtquelle 40 in der Signalverarbeitungseinheit 32 vorzusehen. Jedoch kann in einem Fall, bei dem der Sensor 31 selbst mit einer Lichtquelle versehen ist, diese Lichtquelle 40 weggelassen werden, und es kann folglich auch die das Licht zuführende optische Faser 33a entfallen. Somit können die Prozeßgrößen mit einer noch weiter vereinfachten Ausgestaltung gemessen werden.Since in the present exemplary embodiment the sensors working with optical modulation are used as sensors 31 , it is necessary to provide the light source 40 in the signal processing unit 32 . However, in a case in which the sensor 31 itself is provided with a light source, this light source 40 can be omitted, and consequently the optical fiber 33 a supplying the light can also be omitted. The process variables can thus be measured with an even more simplified embodiment.

Weiterhin können insbesondere bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sensoren 31 in Reihe angeordnet werden, auch wenn die jeweiligen Sensoren 31 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels der das Licht zuführenden optischen Faser 33a und der lichtempfangenden optischen Faser 33b parallel zueinander angeordnet sind. Die Anord­ nung eines Signalsensors oder eines einzigen Sensors 31 kann ebenfalls gewählt werden. In einem solchen Fall sind die das Licht zuführende optische Faser 33a und die licht­ empfangende optische Faser 33b mit dem einzigen Sensor 31 verbunden.Furthermore, in particular in the present exemplary embodiment, the sensors 31 can be arranged in series, even if the respective sensors 31 in the exemplary embodiment shown are arranged parallel to one another by means of the light-feeding optical fiber 33 a and the light-receiving optical fiber 33 b. The arrangement of a signal sensor or a single sensor 31 can also be selected. In such a case, the light supplying optical fiber 33 a and the light receiving optical fiber 33 b are connected to the single sensor 31 .

Wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert, ist die Signalverarbeitungseinheit 33 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Lichtquelle 40, der photoelektrischen Wandlerschaltung 41, der Frequenztrennschaltung 42, der Tabelle 43 für die Umwand­ lungsanpassungsfaktoren, der Datenumwandlungsschaltung 44 und der Ausgangs-Schnitt­ stellenschaltung 45 versehen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Lichtquelle 40 im Inneren oder außerhalb der Signalverarbeitungseinheit 32 angeordnet sein, und es läßt sich die Wartung und die Handhabbarkeit bzw. Steuerbarkeit der Einheit 32 dadurch verbessern, daß die anderen Schaltungen integral in der Einheit 32 angeordnet werden.As explained above with reference to FIG. 8, the signal processing unit 33 in the present embodiment is with the light source 40 , the photoelectric conversion circuit 41 , the frequency separation circuit 42 , the conversion adjustment factor table 43, the data conversion circuit 44 and the output interface circuit 45 Mistake. With this configuration, the light source 40 can be arranged inside or outside the signal processing unit 32 , and the maintenance and manageability of the unit 32 can be improved by arranging the other circuits integrally in the unit 32 .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß der vorliegen­ den Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. In Fig. 9 sind Elemente oder Schaltungen, die denjenigen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.Another embodiment of the process measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIG. 9. In FIG. 9, elements or circuits which correspond to those in the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8 are provided with the same reference symbols and are not described again.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, ist die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel mit einer Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 31 versehen, wie es bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen angegeben ist, wobei die Sensoren 31 zur Umwandlung der Prozeßgrößen wie etwa der Temperatur und des Drucks in Frequenzsignale und zur Abgabe von in seiner Intensität moduliertem Licht, das von einer externen Einrichtung zugeführt wird, dienen.As can be seen from FIG. 9, the process measuring device device according to this exemplary embodiment is provided with a plurality of sensors 31 operating with optical modulation, as is indicated in the exemplary embodiments explained above, the sensors 31 for converting the process variables such as the Temperature and pressure in frequency signals and for emitting light modulated in intensity, which is supplied by an external device.

Die Sensoren 31 sind zentralisiert an einer lokalen Platine angeordnet, und es sind an der gleichen Platine weiterhin Stern-Koppler 38 angeordnet. Das Licht, das von der Licht­ quelle 40 zugeführt wird, die in die Signalverarbeitungseinheit 32 eingegliedert ist, wird verzweigt bzw. aufgeteilt und den jeweiligen Sensoren 31 über die das Licht zuführende optische Faser 33a und den Stern-Koppler 38 zugeführt. Die Sensoren 31 dienen zur Modulation der Intensität des Lichts mit Frequenzen, die den Prozeßgrößen entsprechen, wobei das modulierte Licht im Multiplex-Verfahren durch den Stern-Koppler 38 und die lichtaufnehmende optische Faser 33b geleitet und dann zu der Signalverarbeitungseinheit 32 übertragen wird. Die Signalverarbeitungseinheit 32 kann, auch wenn dies nicht gezeigt ist, mit einem Prozeß-Computer und einer Datenanzeigeeinheit über ein Computer-Netz­ werk, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, verbunden sein.The sensors 31 are arranged centrally on a local board, and star couplers 38 are also arranged on the same board. The light that is supplied from the light source 40 , which is incorporated into the signal processing unit 32 , is branched or divided and fed to the respective sensors 31 via the light-feeding optical fiber 33 a and the star coupler 38 . The sensors 31 are used to modulate the intensity of the light at frequencies which correspond to the process variables, the modulated light being multiplexed through the star coupler 38 and the light-receiving optical fiber 33 b and then being transmitted to the signal processing unit 32 . The signal processing unit 32 , although not shown, can be connected to a process computer and a data display unit via a computer network, as shown in FIG. 7.

Bei dem Ausführungsbeispiel mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die nach­ stehend beschriebene Funktion erzielt. Jeder der Stern-Koppler 38 ist ein optisches Ele­ ment für die Verzweigung einer optischen Faser in eine Mehrzahl von optischen Fasern. Das Licht, das durch die das Licht zuführende optische Faser 33a geleitet wird, wird sofort bzw. gleichzeitig in eine benötigte Anzahl von Lichtern bzw. Lichtanteilen über die Stern-Koppler 38 aufgeteilt, wobei die Lichtanteile anschließend zu den jeweiligen Senso­ ren 31 mit gleicher Lichtmenge geleitet werden. In dem Fall, daß die Sensoren 31 hin­ sichtlich ihrer Anordnung zentralisiert sind, ist es nicht notwendig, die optischen Fasern für die Verbindung mit den jeweiligen Sensoren 31 lang auszulegen, selbst wenn das Licht sofort bzw. an gleicher Stelle durch den Stern-Koppler 38 aufgeteilt wird. Die jeweiligen Sensoren 31 dienen zur Umwandlung der Prozeßgrößen in die sich jeweils voneinander unterscheidenden Frequenzen, und die von diesen abgegebenen Ausgangssignale werden durch den Stern-Koppler 38 zusammengefaßt und dann über die lichtempfangende optische Faser 33b zu der Signalverarbeitungseinheit 32 geleitet. Gemäß diesem Ausführungsbei­ spiel kann die Anzahl von Verbindungskabeln verringert und das Verhalten hinsichtlich Störunanfälligkeit verbessert werden. Zusätzlich kann in dem Fall, daß die Sensoren 31 hinsichtlich ihrer Anordnung zentralisiert bezüglich der lokalen Platine oder dergleichen positioniert sind, der Aufbau noch weiter vereinfacht werden, und es körnen die Her­ stellungskosten dadurch verringert werden, daß das Licht an einer Stelle durch den Stern- Koppler 38 aufgeteilt wird, verglichen mit dem Fall, bei dem die Sensoren in der Form einer Leiter unter Einsatz der T-Koppler 34 wie etwa eines optischen Richtkopplers mit unterschiedlichen Verzweigungsverhältnissen verbunden sind.In the embodiment with the structure described above, the function described below is achieved. Each of the star couplers 38 is an optical element for branching an optical fiber into a plurality of optical fibers. The light that is passed through the light supplying optical fiber 33 a is immediately or simultaneously divided into a required number of lights or light components via the star coupler 38 , the light components then being used with the same sensors 31 Amount of light can be directed. In the event that the sensors 31 are visually centralized in terms of their arrangement, it is not necessary to design the optical fibers for the connection with the respective sensors 31 to be long, even if the light is immediately or at the same location through the star coupler 38 is divided. The respective sensors 31 are used to convert the process variables into the frequencies that differ from one another, and the output signals emitted by them are combined by the star coupler 38 and then passed via the light-receiving optical fiber 33 b to the signal processing unit 32 . According to this embodiment, the number of connection cables can be reduced and the behavior with respect to interference immunity can be improved. In addition, in the case that the sensors 31 are positioned in a centralized position with respect to the local board or the like, the structure can be further simplified, and the manufacturing cost can be reduced by having the light at one point by the star Coupler 38 is divided compared to the case where the sensors are connected in the form of a ladder using the T-coupler 34 such as an optical directional coupler with different branching ratios.

Ferner ist der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingesetzte Stern-Koppler 38 eine Art der optischen Wellenleiter-Koppler, die in Richt-Koppler und Stern-Koppler unterteilt werden können. Der Richt-Koppler wird in dem Fall der Trennung und des Herausgreifens von zwei optischen Richtsignalen, die nach oben und unten bzw. in beiden Richtungen fließen und sich in der optischen Faser fortpflanzen, eingesetzt, wobei zwei optische Signale für eine optische Faser zusammengefaßt und zu dieser übertragen werden, oder ein optisches Signal, das sich auf einer optischen Faser verpflanzt, aufgeteilt wird. Auf der anderen Seite wird der Stern-Koppler in dem Fall der Verzweigung der Energie eines optischen Signals zu N-Anschlüssen, der Zusammenfassung von optischen Signalenergien mit der Anzahl N zu einem Anschluß, oder der Aufteilung von optischen Signalen mit der Anzahl N auf jeweils 1/N und der gleichförmigen Abgabe desselben zu N-Anschlüssen eingesetzt. Demgemäß kann festgestellt werden, daß ein Richtkoppler des Typs N = 2 im wesentlichen die gleiche Funktion wie diejenige des Stern-Kopplers aufweist.Furthermore, the star coupler 38 used in the present exemplary embodiment is a type of optical waveguide coupler which can be divided into directional couplers and star couplers. The directional coupler is used in the case of the separation and extraction of two optical directional signals which flow up and down or in both directions and propagate in the optical fiber, with two optical signals being combined and combined for one optical fiber this is transmitted, or an optical signal that is transplanted on an optical fiber is split. On the other hand, in the case of branching of the energy of an optical signal into N connections, the combination of optical signal energies with the number N into one connection, or the division of optical signals with the number N into 1, the star coupler becomes 1 in each case / N and the uniform delivery of the same to N connections. Accordingly, it can be said that a directional coupler of the type N = 2 has essentially the same function as that of the star coupler.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Elemente oder Einheiten, die denjenigen bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals im einzelnen beschrieben werden. FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of the process measuring device device according to the present invention, the elements or units which correspond to those in the previously described exemplary embodiment according to FIG. 7 being provided with the same reference symbols and not being described again in detail.

Bezugnehmend auf Fig. 10 ist die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel mit einer Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 31 versehen, wie es bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert wurde, wobei die Sensoren 31 zur Umwandlung der Prozeßgrößen wie etwa der Temperatur und des Drucks in Frequenzsignale dienen und Licht, das von einer externen Einrichtung zugeführt wird, mit modulierter Intensität abgeben.With reference to FIG. 10, the process measuring device device according to this exemplary embodiment is provided with a plurality of sensors 31 operating with optical modulation, as was explained in the exemplary embodiment described above, the sensors 31 for converting the process variables such as the temperature and the Serve pressure in frequency signals and emit light that is supplied by an external device with modulated intensity.

Das Licht, das von der Lichtquelle 40 zugeführt wird, die in der Signalverarbeitungseinheit 32 enthalten ist, wird in dieser aufgeteilt und in gleichförmiger Weise den jeweiligen Sensoren 31 über die das Licht zuführende optische Faser 33a und den Stern-Koppler 38 gespeist. Die Sensoren 31 wandeln die Prozeßgrößen in Frequenzen um, die sich vonein­ ander unterscheiden. Die von ihnen abgegebenen optischen Signale werden erneut zu der Signalverarbeitungseinheit 32 über die lichtempfangende optische Faser 33b geleitet. In der Signalverarbeitungseinheit 32 werden diese optischen Ausgangssignale einzeln in elek­ trische Signale umgewandelt oder durch den T-Koppler oder Stern-Koppler zusammen­ gefaßt und dann in das elektrische Signal umgewandelt.The light that is supplied from the light source 40 , which is contained in the signal processing unit 32 , is divided in this and fed in a uniform manner to the respective sensors 31 via the light-feeding optical fiber 33 a and the star coupler 38 . The sensors 31 convert the process variables into frequencies that differ from one another. The optical signals emitted by them are again routed to the signal processing unit 32 via the light-receiving optical fiber 33 b. In the signal processing unit 32 , these optical output signals are individually converted into elec trical signals or combined by the T-coupler or star coupler and then converted into the electrical signal.

Bei einer Ausgestaltung, bei der die Anordnung der Sensoren 31 in einer Anlage bzw. einem Werk verteilt ist, kann dann, wenn ein Verbindungssystem eingesetzt wird, bei dem die jeweiligen Sensoren 31 in Form einer Leiter verbunden oder durch die Stern-Koppler verbunden sind, der Fall auftreten, daß die Länge der optischen Faser bzw. Fasern lang ist. In einem solchen Fall ist das radiale Verbindungssystem wie bei diesem Ausführungs­ beispiel das optimale System im Hinblick auf die anfallenden Kosten.In an embodiment in which the arrangement of the sensors 31 is distributed in a plant or a plant, if a connection system is used in which the respective sensors 31 are connected in the form of a conductor or are connected by the star coupler, the case occur that the length of the optical fiber or fibers is long. In such a case, the radial connection system, as in this embodiment, is the optimal system with regard to the costs involved.

In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Verbindungs­ kabel verringert und das Verhalten hinsichtlich Störunanfälligkeit verbessert werden.In accordance with this embodiment, the number of connections cables are reduced and behavior with regard to interference immunity is improved.

Weiterhin ist anzumerken, daß es nicht erforderlich ist, alle optischen Fasern individuell anzuordnen. Manche optischen Fasern können mit Hilfe eines T-Kopplers oder Stern- Kopplers verzweigt oder zusammengefaßt werden, je nachdem, wie es die Situation im Hinblick auf eine Verringerung der Kosten erfordert.It should also be noted that it is not necessary to individually customize all optical fibers to arrange. Some optical fibers can be connected using a T-coupler or star  Couplers can be branched or summarized, depending on how the situation in the With a view to reducing costs.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. In Fig. 11 sind Elemente oder Schaltungen, die denjenigen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es entfällt deren Beschreibung.Another embodiment of the process meter device in accordance with the present invention will be explained below with reference to FIG. 11. In Fig. 11, elements or circuits corresponding to those in the embodiment shown in Figs. 7 and 8 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ist die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel mit einer Mehrzahl von Sensoren 31 des Typs mit optischer Modulation und Reflexion versehen, wobei die Sensoren zur Umwandlung der Prozeßgrößen wie etwa der Temperatur und des Drucks in Frequenzsignale dienen und Licht, das von einer externen Einrichtung über die optische Faser 33 zugeführt wird, hinsichtlich seiner Intensität durch die Frequenzsignale moduliert und dann erneut durch die optische Faser 33 geleitet wird.As shown in FIG. 11, the process measuring device device according to this exemplary embodiment is provided with a plurality of sensors 31 of the type with optical modulation and reflection, the sensors being used to convert the process variables such as the temperature and the pressure into frequency signals and light, which is supplied from an external device via the optical fiber 33 , is modulated in intensity by the frequency signals and then passed through the optical fiber 33 again.

Das Licht, das von der Lichtquelle 40, die in der Signalverarbeitungseinheit 32 enthalten ist, zugeführt wird, wird durch die optische Faser 33 und den T-Koppler 34 aufgeteilt und 1 zu den jeweiligen Sensoren 31 geführt. Die Sensoren 31 dienen zur Modulation der Intensität des Lichts mit Frequenzen, die den Prozeßgrößen entsprechen, und das modulier­ te Licht wird durch den T-Koppler 34 und die optische Faser 33 einer Multiplex-Behand­ lung unterzogen und dann erneut zu der Signalverarbeitungseinheit 32 gesendet. Die Signalverarbeitungseinheit 32 kann, auch wenn dies nicht gezeigt ist, mit einem Prozeß- Computer und einer Datenanzeigeeinheit über ein Computer-Netzwerk verbunden sein.The light that is supplied from the light source 40 contained in the signal processing unit 32 is divided by the optical fiber 33 and the T-coupler 34 and 1 is led to the respective sensors 31 . The sensors 31 are used to modulate the intensity of the light at frequencies corresponding to the process quantities, and the modulated light is multiplexed by the T-coupler 34 and the optical fiber 33 and then sent again to the signal processing unit 32 . The signal processing unit 32 , although not shown, can be connected to a process computer and a data display unit via a computer network.

Mit dem den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzenden Ausführungsbeispiel wird die nachstehend erläuterte Funktion erhalten. With the embodiment having the structure described above, the Get function explained below.  

Das Licht, das durch die optische Faser 33 übertragen wird, wird mit Hilfe der T-Koppler 34 zu jeweiligen Sensoren 31 mit gleicher Lichtmenge verzweigt. Aus diesem Grund ist es erwünscht, T-Koppler 34 einzusetzen, die sich voneinander unterscheidende Auftei­ lungsverhältnisse besitzen. Die jeweiligen Sensoren 31 dienen zur Umwandlung der Prozeßgrößen in Frequenzen, die sich voneinander unterscheiden. Die optischen Signale werden von den jeweiligen Sensoren 31 in einer Richtung abgegeben, die umgekehrt ist zu der Richtung des Lichts von der Lichtquelle, und werden dann durch die T-Koppler 34 zusammengefaßt und durch die optische Faser 33 zu der Signalverarbeitungseinheit 32 übertragen. Bei der Signalverarbeitungseinheit 32 werden die optischen Signale zu einer optischen Verzweigungsschaltung 46 wie etwa einem Halbspiegel verzweigt und anschlie­ ßend zu der photoelektrischen Wandlerschaltung 41 für die Durchführung der photoelek­ trischen Umwandlung geführt.The light that is transmitted through the optical fiber 33 is branched with the aid of the T-coupler 34 to respective sensors 31 with the same amount of light. For this reason, it is desirable to use T-couplers 34 which have different distribution ratios. The respective sensors 31 are used to convert the process variables into frequencies that differ from one another. The optical signals are output from the respective sensors 31 in a direction reverse to the direction of the light from the light source, and are then combined by the T-couplers 34 and transmitted to the signal processing unit 32 through the optical fiber 33 . In the signal processing unit 32 , the optical signals are branched to an optical branching circuit 46 such as a half mirror and then to the photoelectric conversion circuit 41 for performing the photoelectric conversion.

Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren eingesetzt werden, bei denen die Lichteinspeisung und der Lichtempfang durch eine einzige optische Faser über bzw. mit Kontakten an mehreren Punkten durchgeführt werden, ist das Verbindungskabel bzw. dessen Länge noch weiter verringert, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8. Folglich kann eine verbesserte Prozeß-Meßgeräteeinrichtung erzielt werden, bei der eine geringere Anzahl von Ver­ bindungskabeln eingesetzt ist.Since, according to this exemplary embodiment, the sensors working with optical modulation are used, in which the light feed and the light reception are carried out by a single optical fiber above or with contacts at several points, the connecting cable or its length is further reduced compared to that Embodiment according to FIGS. 7 and 8. Consequently, an improved process measuring device can be achieved in which a smaller number of connecting cables is used.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert. In Fig. 13 sind Elemente oder Schaltungen, die denjenigen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es entfällt deren detaillierte Beschreibung.Another embodiment of the process meter device in accordance with the present invention will be explained below with reference to FIG. 13. In Fig. 13, elements or circuits corresponding to those in the embodiment shown in Figs. 7 and 8 are given the same reference numerals and their detailed description is omitted.

Gemäß Fig. 13 ist die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 31 versehen, bei denen die Lichteinspeisung und der Lichtempfang durch eine einzige optische Faser durchgeführt wird, wie es unter Bezugnahme auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 erläutert wurde. Die Sensoren 31 dienen zur Umwandlung der Prozeß­ größen wie etwa der Temperatur und des Drucks in Frequenzsignale, durch die das Licht, das von der externen Quelle zugeführt wird, in seiner Intensität moduliert und anschlie­ ßend abgegeben wird.Referring to FIG. 13, the process Meßgeräteeinrichtung is provided in this embodiment with a plurality of optical modulation operating sensors 31, in which the light input and light receiving is performed by a single optical fiber, as described with reference to the above-described embodiment of FIG. 11 has been explained. The sensors 31 are used to convert the process variables, such as the temperature and the pressure, into frequency signals, by means of which the light, which is supplied from the external source, is modulated in its intensity and then emitted.

Das Licht, das von der Lichtquelle 40, die in der Signalverarbeitungseinheit 32 enthalten ist, zugeführt wird, wird verzweigt und zu den jeweiligen Sensoren, die hinsichtlich ihrer Anordnung in einer Anlage oder einem Werk verteilt sind, über die jeweiligen optischen Fasern 33 gespeist. Die Sensoren 31 dienen zur Modulation der Intensität des Lichts mit Frequenzen, die den Prozeßgrößen entsprechen, wonach das Licht zu der Signalverarbei­ tungseinheit 32 geleitet wird. Die Signalverarbeitungseinheit 32 kann, auch wenn dies nicht gezeigt ist, mit einem Prozeß-Computer und einer Datenanzeigeeinheit über ein Computer- Netzwerk verbunden sein, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.The light that is supplied from the light source 40 contained in the signal processing unit 32 is branched and fed to the respective sensors, which are distributed with regard to their arrangement in a plant or a plant, via the respective optical fibers 33 . The sensors 31 are used to modulate the intensity of the light at frequencies that correspond to the process variables, after which the light is directed to the signal processing unit 32 . The signal processing unit 32 , although not shown, can be connected to a process computer and a data display unit via a computer network, as shown in FIG. 7.

Bei diesem Ausführungsbeispiel mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften wird das von der Signalverarbeitungseinheit 32 abgegebene Signal in dieser aufgezweigt und dann jeweils zu den Sensoren 31 über die optischen Fasern 33 mit jeweils gleicher Lichtmenge geführt. In den jeweiligen Sensoren 31 werden die Prozeßgrößen in Frequenzen umgewan­ delt, die sich voneinander unterscheiden, und die von den Sensoren 31 stammenden optischen Signale werden zu der Signalverarbeitungseinheit 32 übertragen, in der die optischen Signale durch die optische Verzweigungsschaltung 46 wie etwa einen Halb­ spiegel einzeln aufgezweigt werden, oder es werden die Signale einmal durch den T- Koppler oder Stern-Koppler zusammengefaßt und dann durch den Halbspiegel abgezweigt, wodurch die optischen Signale in elektrische Signale umgewandelt werden.In this exemplary embodiment with the properties described above, the signal emitted by the signal processing unit 32 is branched therein and then routed to the sensors 31 via the optical fibers 33 with the same amount of light in each case. In the respective sensors 31 , the process variables are converted into frequencies that differ from one another, and the optical signals originating from the sensors 31 are transmitted to the signal processing unit 32 , in which the optical signals are individually mirrored by the optical branching circuit 46, such as a half mirror be branched out, or the signals are combined once by the T-coupler or star-coupler and then branched off by the half mirror, whereby the optical signals are converted into electrical signals.

Bei einer Ausgestaltung, bei der die Sensoren 31 getrennt bzw. verteilt in einer Anlage bzw. einem Werk angeordnet sind, kann dann, wenn ein Verbindungssystem eingesetzt wird, bei dem die jeweiligen Sensoren 31 in Form einer Leiter verbunden oder durch die Stern-Koppler verbunden sind, der Fall auftreten, daß die Länge der optischen Faser groß ist. In einem solchen Fall ist das radiale Verbindungssystem wie bei diesem Ausführungs­ beispiel das optimale System im Hinblick auf die anfallenden Kosten.In one embodiment, in which the sensors 31 are arranged separately or distributed in a plant or a factory, if a connection system is used, the respective sensors 31 are connected in the form of a conductor or connected by the star coupler are the case where the length of the optical fiber is long. In such a case, the radial connection system, as in this embodiment, is the optimal system with regard to the costs involved.

In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zu dem Vorteil der separaten Anordnung der Sensoren 31 in der Anlage oder dem Werk, die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren eingesetzt, bei denen die Lichtzuführung und der Lichtempfang durch eine einzige optische Faser über Mehrpunktkontakte bzw. mehrere Abgriffe bewerkstelligt werden. Es kann daher eine Prozeß-Meßgeräteeinrichtung realisiert werden, bei der im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 eine noch weiter verringerte Anzahl von Verbindungskabeln eingesetzt wird.In accordance with this exemplary embodiment, in addition to the advantage of the separate arrangement of the sensors 31 in the plant or the factory, the sensors working with optical modulation are used, in which the light supply and the light reception are accomplished by a single optical fiber via multipoint contacts or multiple taps become. A process measuring device device can therefore be implemented, in which an even further reduced number of connecting cables is used in comparison to the exemplary embodiment according to FIG. 10.

Weiterhin ist anzumerken, daß es nicht notwendig ist, alle optischen Fasern einzeln anzuordnen. Manche der optischen Fasern können aufgezweigt oder für eine Verbindung zusammengefaßt werden, und zwar mit Hilfe des T-Kopplers oder des Stern-Kopplers, je nach den Anforderungen im Hinblick auf eine Reduzierung der Gesamtkosten.It should also be noted that it is not necessary to individually separate all optical fibers to arrange. Some of the optical fibers can be branched or for connection can be summarized, with the help of the T-coupler or the star coupler, each according to the requirements with a view to reducing the total cost.

Unter Bezugnahme auf Fig. 14 wird im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 14 sind Elemente oder Schaltungen, die denjenigen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals detailliert beschrieben.Another embodiment of the process meter device according to the present invention will be described below with reference to FIG. 14. In FIG. 14, elements or circuits which correspond to those in the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8 are provided with the same reference symbols and will not be described again in detail.

Bezugnehmend auf Fig. 14 ist die Prozeß-Meßgeräteeinrichtung gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel mit einer Mehrzahl von mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren 31 versehen, wie es bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel angegeben ist. Die Sensoren 31 dienen zur Umwandlung der Prozeßgrößen wie etwa der Temperatur und des Drucks in Frequenzsignale sowie zur Übertragung des Lichts, das von einer externen Einrichtung zugeführt wird, mit einer durch die Frequenzen modulierten Intensität.Referring to Fig. 14 is the process according to Meßgeräteeinrichtung approximately for this exporting with a plurality of working optical modulation sensors 31 is provided, as indicated in the above described embodiment. The sensors 31 are used to convert the process variables such as temperature and pressure into frequency signals and to transmit the light which is supplied by an external device with an intensity modulated by the frequencies.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist eine Lichtquelle 39 in der Nähe der Sensoren 31 angeordnet, und das von der Lichtquelle 39 abgegebene Licht wird aufgeteilt und den jeweiligen Sensoren 31 über die optische Faser 33a für die Zuleitung und den Empfang des Lichts sowie die T-Koppler 34 je nach Bedarf zugeführt. Die Sensoren 31 dienen zur Modulation der Intensität des Lichts durch die Frequenzen, die den Prozeß­ größen entsprechen. Das modulierte Licht wird dann durch die T-Koppler 34 und die das Licht empfangende optische Faser 33b einer Multiplex-Behandlung unterzogen und anschließend zu der Signalverarbeitungseinheit 32 übertragen. Die Signalverarbeitungsein­ heit 32 kann, auch wenn dies nicht gezeigt ist, mit einem Prozeß-Computer und einer Datenanzeigeeinheit über ein Computer-Netzwerk verbunden sein, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.According to this exemplary embodiment according to FIG. 14, a light source 39 is arranged in the vicinity of the sensors 31 , and the light emitted by the light source 39 is divided and sent to the respective sensors 31 via the optical fiber 33 a for the supply and reception of the light and the T-coupler 34 fed as needed. The sensors 31 are used to modulate the intensity of the light by the frequencies that correspond to the process sizes. The modulated light is then b by the T-coupler 34 and the light receiving optical fiber 33 of a multiplex treatment undergone, and then transmitted to the signal processing unit 32nd The signal processing unit 32 , although not shown, may be connected to a process computer and a data display unit via a computer network, as shown in FIG. 7.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften wird das Licht, das von der in der Nähe der Sensoren 31 angeordneten Lichtquelle 39 stammt, durch die das Licht zuführende optische Faser 33a übertragen, durch die T-Koppler 34 je nach Bedarf aufgeteilt und anschließend zu den jeweiligen Sensoren 31 mit jeweils gleicher Lichtmenge geleitet. Aus diesem Grund werden T-Kopper 34 mit Aufteilungsverhältnissen, die sich voneinander unterscheiden, eingesetzt. Die von den jeweiligen Sensoren 31 stammenden optischen Signale werden durch die T-Koppler 34 zusammengefaßt und über die das Licht empfangende optische Faser 33b zu der Signalverarbeitungseinheit 32 übertragen.According to this exemplary embodiment with the properties described above, the light which comes from the light source 39 arranged in the vicinity of the sensors 31 is transmitted through the light-feeding optical fiber 33 a, divided by the T-coupler 34 as required and then added the respective sensors 31 with the same amount of light. For this reason T-Kopper 34 are used with distribution ratios that differ from each other. The optical signals originating from the respective sensors 31 are combined by the T-coupler 34 and transmitted to the signal processing unit 32 via the optical fiber 33 b receiving the light.

Wenn als Sensoren die mit optischer Modulation arbeitenden Sensoren eingesetzt werden, kann den Sensoren 31 Gleichlicht oder Konstantlicht zugeführt werden, so daß lediglich eine Spannungsquelle mit der Lichtquelle 39 verbunden ist. Demgemäß kann dann, wenn die Spannungsquelle bzw. Spannungsversorgung sichergestellt ist und die Lichtquelle 39 nahe bei den Sensoren 31 angeordnet ist, die Länge der optischen, das Licht zuführenden Faser 33a kurz ausgelegt werden, verglichen mit einem Fall, bei dem die das Licht zuführende optische Faser 33a in Verbindung mit der Signalverarbeitungseinheit 32 benutzt wird.If the sensors working with optical modulation are used as sensors, constant or constant light can be supplied to the sensors 31 , so that only one voltage source is connected to the light source 39 . Accordingly, when the power source is ensured and the light source 39 is located close to the sensors 31 , the length of the optical fiber 33 a supplying the light can be made short compared to a case in which the light supplying optical fiber 33 a is used in connection with the signal processing unit 32 .

Da bei der Ausgestaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 39 nahe bei den Sensoren 31 angeordnet ist, läßt sich eine Prozeß-Meßgeräteeinrichtung bzw. Prozeß- Meßgeräteapparatur erhalten, die im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 eine kleinere Anzahl von Verbindungskabeln aufweist.Since in the embodiment according to this exemplary embodiment the light source 39 is arranged close to the sensors 31 , a process measuring device or process measuring apparatus can be obtained which has a smaller number of connecting cables in comparison with the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8 ,

Gemäß den verschiedenartigen Ausführungsbeispielen der Prozeß-Meßgeräteeinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung mit den vorstehend beschriebenen Eigenheiten lassen sich die nachstehend angegebenen vorteilhaften Wirkungen erzielen.According to the various embodiments of the process measuring device according to the present invention with the peculiarities described above the advantageous effects indicated below can be achieved.

Die Prozeßgrößen wie etwa die Temperatur und der Druck werden in die Frequenzsignale umgewandelt, die natürliche Bereiche aufweisen, und zu den Sensoren als optische Signale übertragen. Die in den Sensoren gemessenen Prozeßgrößen werden unter Heranziehung der Umwandlungsanpassungsdaten berechnet. Folglich sind der oder die Sensoren von einer solchen Berechnung befreit, so daß sich ein einfaches elektronisches Schaltungssystem der Sensoren ergibt.The process variables such as temperature and pressure are included in the frequency signals converted, which have natural areas, and to the sensors as optical signals transfer. The process variables measured in the sensors are calculated using the Conversion adjustment data calculated. Consequently, the sensor or sensors are one such calculation exempt, so that a simple electronic circuit system Sensors results.

Bei der Anordnung einer Mehrzahl von Sensoren können die Frequenzsignale im Multi­ plex-Verfahren übertragen werden und können weiterhin in die elektrischen Signale für eine Separierung der von den jeweiligen Sensoren abgegebenen Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Unterschied der Frequenzen umgewandelt werden. Die Anzahl der Verbindungskabel läßt sich weiter verringern, und das Verhalten hinsichtlich Störunanfäl­ ligkeit läßt sich zusätzlich zu dem vorstehend angegebenen Vorteil verbessern.In the arrangement of a plurality of sensors, the frequency signals in the multi plex method can be transmitted and can continue to be used in the electrical signals a separation of the output signals emitted by the respective sensors in Depending on the difference in frequencies are converted. The number of Connection cable can be further reduced, and the behavior with regard to accidents Ligkeit can be improved in addition to the advantage indicated above.

Bei der Ausgestaltung, bei der die jeweiligen Sensoren durch die das Licht zuführende optische Faser und die lichtempfangende optische Faser mit Hilfe des optischen Wellenlei­ ter-Kopplers miteinander verbunden sind, können die optischen Signale wirksam im Multiplex-Betrieb weitergeleitet und an die Signalverarbeitungseinheit angelegt werden, wenn die Anordnung der Sensoren zentralisiert ist.In the configuration, in which the respective sensors by the light supply optical fiber and the light receiving optical fiber using the optical waveguide  ter-coupler are interconnected, the optical signals can be effective in Multiplexed and forwarded to the signal processing unit, if the arrangement of the sensors is centralized.

Bei der Ausgestaltung, bei der die jeweiligen Sensoren durch die optische Faser zur Durchführung der Lichtzuführung und des Lichtempfangs verbunden sind, und die T- Koppler zur Verzweigung der optischen Faser für die Verbindung mit den jeweiligen Sensoren vorhanden sind, wird eine kleinere Anzahl von optischen Fasern und T-Kopplern für die Multiplex-Verarbeitung bzw. Multiplex-Weiterleitung der optischen Ausgangs­ signale für die Durchführung der Signalverarbeitung eingesetzt.In the configuration, in which the respective sensors through the optical fiber Implementation of the light supply and light reception are connected, and the T- Coupler for branching the optical fiber for connection to the respective Sensors are present, a smaller number of optical fibers and T-couplers for multiplex processing or multiplex forwarding of the optical output signals used for the execution of signal processing.

Bei der Ausgestaltung, bei der die jeweiligen Sensoren über die optische Faser für die Durchführung der Lichtzuführung und des Lichtempfangs verbunden sind und die optische Wellenleiterschaltung für eine Verzweigung der optischen Faser für den Anschluß an die jeweiligen Sensoren vorgesehen ist, wird eine kleinere Anzahl von optischen Fasern und optischen Wellenleiterschaltungen für die Multiplex-Behandlung bzw. -Weiterleitung der optischen Ausgangssignale für die Durchführung der Signalverarbeitung eingesetzt. Dies ist bei der zentralisierten Anordnung der Sensoren wirksam anwendbar.In the configuration, in which the respective sensors via the optical fiber for the Carrying out the light supply and the light reception are connected and the optical Waveguide circuit for branching the optical fiber for connection to the respective sensors is provided, a smaller number of optical fibers and optical waveguide circuits for the multiplex treatment or forwarding of the optical output signals used for performing signal processing. This can be used effectively with the centralized arrangement of the sensors.

Die Signalverarbeitungseinheit ist mit einem Wirt-Computersystem über ein Computer- Netzwerk oder mit der Datenanzeigeeinheit verbunden. Bei dieser Ausgestaltung kann eine Mehrzahl von Signalbearbeitungseinheiten über ein einziges Verbindungskabel angeschlos­ sen werden, wodurch die Anzahl von Verbindungskabeln verringert wird und die Informa­ tionen gemeinsam benutzt werden können.The signal processing unit is connected to a host computer system via a computer Network or connected to the data display unit. With this configuration, a A plurality of signal processing units connected via a single connecting cable sen, whereby the number of connecting cables is reduced and the informa can be used together.

Der beschriebene Sensor des Typs mit optischer Modulation weist eine eingangsseitige Kondensorlinse für das Sammeln von Licht von einer Lichtquelle, einen Polarisator für die Linearpolarisation des von der eingangsseitigen Kondensorlinse ankommenden Lichts, einen lichtdurchlässigen Piezo-Oszillator, der mit einer Oszillatorschaltung versehen ist und in den das linear polarisierte Licht von dem Polarisator eingeführt wird, einen Analysator für die Linearpolarisation des von dem Piezo-Oszillator ankommenden Lichts und eine ausgangsseitige Kondensorlinse für die Umwandlung des von dem Analysator abgegebe­ nen, linear polarisierten Lichts auf. Eine Prozeß-Meßgeräteeinrichtung bzw. Prozeß- Meßgeräteapparatur, bei der der Sensor mit der vorstehend beschriebenen Gestaltung eingesetzt wird, weist weiterhin eine optische Faser zur Zuführung von Licht von der Lichtquelle zu dem mit optischer Modulation arbeitenden Sensor, einen photoelektrischen, betriebsmäßig mit der Ausgangsseite des mit optischer Modulation arbeitenden Sensors verbundenen Wandler für die Umwandlung des zugeführten Lichts, das mit der Oszilla­ tionsfrequenz des Piezo-Oszillators intensitätsmoduliert ist, in ein elektrisches Signal, und eine Signalverarbeitungseinheit für die Gewinnung einer Prozeßgröße auf der Grundlage der Frequenz eines Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers auf. The described sensor of the type with optical modulation has an input side Condenser lens for collecting light from a light source, a polarizer for the Linear polarization of the light arriving from the condenser lens on the input side, a translucent piezo oscillator, which is provided with an oscillator circuit and  into which the linearly polarized light is introduced from the polarizer, an analyzer for the linear polarization of the light arriving from the piezo oscillator and one output condenser lens for converting the output from the analyzer linear polarized light. A process measuring device or process Measuring apparatus, in which the sensor with the design described above is used, furthermore has an optical fiber for supplying light from the Light source to the sensor working with optical modulation, a photoelectric, operationally with the output side of the sensor working with optical modulation connected converters for converting the light supplied to the Oszilla tion frequency of the piezo oscillator is intensity-modulated, in an electrical signal, and a signal processing unit for obtaining a process variable on the basis the frequency of an output signal of the photoelectric converter.  

Legende zu den Zeichnung (Bezugszeichen)Legend for the drawing (reference symbol)

11

Mit optischer Modulation arbeitender Sensor
Sensor working with optical modulation

22

Piezo-Oszillator
Piezo-oscillator

44

Oszillatorschaltung
oscillator circuit

55

Optische Faser
Optical fiber

66

Eingangsseitige Kondensorlinse
Input condenser lens

77

Polarisator
polarizer

88th

Viertel-Wellenlängen-Platte
Quarter wavelength plate

99

Analysator
analyzer

1010

Ausgangsseitige Kondensorlinse
Output condenser lens

1111

Halbspiegel
half mirror

2020

Leuchtdiode
led

2121

T-Koppler
T-coupler

2222

Optische Faser
Optical fiber

2323

Leuchtdiode
led

2424

Photoelektrischer Wandler
Photoelectric converter

2525

Strom/Frequenz-Wandler
Current / frequency converter

2626

Sensor
sensor

2727

Signalverarbeitungseinheit
Signal processing unit

3131

Sensor
sensor

3232

Signalverarbeitungseinheit
Signal processing unit

3333

Optische Faser
Optical fiber

3434

T-Koppler
T-coupler

3535

Computer-Netzwerk
Computer network

3636

Prozeß-Computer
Process computer

3737

Datenanzeigeeinheit
Data display unit

3838

Stern-Koppler
Star Coupler

3939

Lichtquelle
light source

4040

Lichtquelle
light source

4141

Photoelektrische Wandlerschaltung
Photoelectric converter circuit

4242

Frequenztrennschaltung
Frequency separation circuit

4343

Tabelle für Umwandlungsanpassungsfaktor
Conversion Adjustment Factor Table

4444

Datenumwandlungsschaltung
Data conversion circuit

4545

Ausgangs-Schnittstellenschaltung
Output interface circuit

4646

Optische Verzweigungsschaltung
Optical branch circuit

Claims (18)

1. Optischer Sensor zur Modulation von Licht in Abhängigkeit von einem zu erfassenden Parameter, mit
einer Lichtquellenanordnung (5a, 6, 7, 8) zum Liefern von polarisiertem Licht, einem Sensorelement (2) zur Modulation von Licht in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Parameter,
einem Analysator (9) zum linearen Polarisieren des von dem Sensorelement (2) kommenden Lichts, und
einer ausgangsseitigen Kondensorlinse (10) zum Konvergieren des vom Analysator (9) linear polarisierten Lichts, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sensorelement (2) mindestens ein mit einer Oszillatorschaltung (4) versehener lichtdurchlässiger Piezo-Oszillator (2) ist, durch den das polarisierte Licht über eine vorbestimmte Strecke läuft, der von der Oszillatorschaltung (4) zur Oszillation angeregt wird, und dessen Eigenfrequenz von dem zu erfassenden Parameter moduliert wird.1. Optical sensor for modulating light depending on a parameter to be detected, with
a light source arrangement ( 5 a, 6 , 7 , 8 ) for supplying polarized light, a sensor element ( 2 ) for modulating light as a function of the parameter to be detected,
an analyzer ( 9 ) for linearly polarizing the light coming from the sensor element ( 2 ), and
an output condenser lens ( 10 ) for converging the linearly polarized light from the analyzer ( 9 ), characterized in that
that the sensor element ( 2 ) is at least one translucent piezo oscillator ( 2 ) provided with an oscillator circuit ( 4 ), through which the polarized light travels over a predetermined distance, which is excited by the oscillator circuit ( 4 ) to oscillate, and its natural frequency is modulated by the parameter to be recorded. 2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Piezo-Oszillatoren mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen, die zwischen der Lichtquellenanordnung (5, 6, 7, 8) und dem Analysator (9) angeordnet sind.2. Sensor according to claim 1, characterized by a plurality of piezo oscillators with different natural frequencies, which are arranged between the light source arrangement ( 5 , 6 , 7 , 8 ) and the analyzer ( 9 ). 3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Piezo- Oszillatoren (2) eine durchlässige Oberfläche an ihrer einen Seite und eine reflektierende Oberfläche an ihrer anderen Seite aufweisen.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the translucent piezo oscillators ( 2 ) have a transparent surface on one side and a reflective surface on its other side. 4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der lichtdurchlässigen Piezo-Oszillatoren (2), die unterschiedliche Eigenfrequenzen haben und jeweils einen Teil des Lichts von der Lichtquellenanordnung erhalten, vorgesehen sind.4. Sensor according to claim 3, characterized in that a plurality of the translucent piezo oscillators ( 2 ), which have different natural frequencies and each receive part of the light from the light source arrangement, are provided. 5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung eine eingangsseitige Kondensorlinse (6) zum Sammeln von Licht von einer Lichtquelle, und einen Polarisator (7) zum linearen Polarisieren des von der eingangsseitigen Kondensorlinse (6) stammenden Lichts aufweist.5. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light source arrangement an input-side condenser lens ( 6 ) for collecting light from a light source, and a polarizer ( 7 ) for linearly polarizing the light from the input-side condenser lens ( 6 ) having. 6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung eine Laser-Lichtquelle zum Aussenden eines linear polarisierten Laserlichts zu den Piezo- Oszillatoren (2) über eine Faser (5a), die die Polarisationsebene beibehält, aufweist.6. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light source arrangement comprises a laser light source for emitting a linearly polarized laser light to the piezo oscillators ( 2 ) via a fiber ( 5 a) which maintains the plane of polarization. 7. Sensor nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Wellenlängen-Platte (8), die vor den Piezo-Oszillatoren (2) angeordnet ist, zum zirkularen Polarisieren des linear polarisierten Lichts und zum Ausgeben des zirkular polarisierten Lichts als das polarisierte Licht zum Einleiten in das Sensor-Element (2).7. Sensor according to claim 5 or 6, characterized by a wavelength plate ( 8 ), which is arranged in front of the piezo oscillators ( 2 ), for circularly polarizing the linearly polarized light and for outputting the circularly polarized light as the polarized light Introduce into the sensor element ( 2 ). 8. Verwendung eines optischen Sensors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Prozeß-Meßgeräteeinrichtung, die vorgesehen ist mit
einer ersten optischen Faser (22) für die Zuführung des Lichts von einer Lichtquelle (20) zu dem optischen Sensor (1),
einem photoelektrischen Wandler (24), der betriebsmäßig mit einer Ausgangsseite des optischen Sensors (1) zur Umwandlung des übertragenen Lichts, das mit der Eigenfrequenz des Piezo-Oszillators moduliert ist, in ein elektrisches Signal verbunden ist, und
einer Signalverarbeitungseinheit (27) zur Ermittlung einer Prozeßgröße auf der Grundlage der Frequenz eines von dem photoelektrischen Wandler (24) abgegebenen Ausgangssignals.8. Use of an optical sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 7 in a process measuring device which is provided with
a first optical fiber ( 22 ) for supplying the light from a light source ( 20 ) to the optical sensor ( 1 ),
a photoelectric converter ( 24 ) operatively connected to an output side of the optical sensor ( 1 ) for converting the transmitted light, which is modulated with the natural frequency of the piezo oscillator, into an electrical signal, and
a signal processing unit ( 27 ) for determining a process variable on the basis of the frequency of an output signal output by the photoelectric converter ( 24 ). 9. Verwendung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von T-Kopplern (21), die für die erste optische Faser (22) vorgesehen sind, wobei eine Mehrzahl der optischen Sensoren (1) parallel zueinander angeordnet und betriebsmäßig mit den T-Kopplern (21) derart verbunden sind, daß die Ausgangssignale der optischen Sensoren (1) einander überlagert sind.9. Use according to claim 8, characterized by a plurality of T-couplers ( 21 ), which are provided for the first optical fiber ( 22 ), wherein a plurality of the optical sensors ( 1 ) are arranged parallel to one another and in operation with the T-couplers ( 21 ) are connected such that the output signals of the optical sensors ( 1 ) are superimposed on one another. 10. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von optischen Sensoren, die unterschiedliche Eigenfrequenzen haben, in Reihe geschaltet sind. 10. Use according to claim 8, characterized in that the majority of optical sensors that have different natural frequencies in Series are connected.   11. Verwendung nach Anspruch 8, bei dem die Signalverarbeitungseinheit eine Datenumwandlungsschaltung (27), die betriebsmäßig mit dem photoelektrischen Wandler zur Umsetzung eines von dem photoelektrischen Wandler abgegebenen elektrischen Signals in eine Prozeßgröße in Abhängigkeit von Umwandlungsanpassungsdaten bzw. Umwandlungskorrekturdaten für die Ermittlung der Prozeßgröße aus der Frequenz des von dem photoelektrischen Wandler abgegebenen elektrischen Signals verbunden ist, aufweist.11. Use according to claim 8, wherein the signal processing unit comprises a data conversion circuit ( 27 ) which is operable with the photoelectric converter for converting an electrical signal output by the photoelectric converter into a process variable as a function of conversion adaptation data or conversion correction data for determining the process variable from the Frequency of the electrical signal output by the photoelectric converter is connected. 12. Verwendung nach Anspruch 8, bei der
eine Mehrzahl der optischen Sensoren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine zweite optische Faser zur Multiplex-Behandlung und Übertragung der von den jeweiligen Sensoren abgegebenen optischen Signale verwendet werden,
der photoelektrische Wandler betriebsmäßig mit den Ausgangsseiten der optischen Sensoren durch die zweite optische Faser zur Umwandlung der übertragenen optischen Signale in elektrische Signale mit sich jeweils unterscheidenden Frequenzen verbunden ist, und die Signalverarbeitungseinheit
eine Frequenztrennschaltung, die betriebsmäßig mit dem photoelektrischen Wandler zur Separierung von Prozeßgrößen in Abhängigkeit von dem Unterschied der Frequenzen verbunden ist, und
eine Datenumwandlungsschaltung, die betriebsmäßig mit dem photoelektrischen Wandler zum Umwandeln eines von dem photoelektrischen Wandler abgegebenen elektrischen Signals in Prozeßgrößen in Abhängigkeit von Umwandlungsanpassungsdaten bzw. Umwandlungskorrekturdaten für die Umwandlung bzw. Gewinnung von Prozeßgrößen aus den Frequenzen verbunden ist,
aufweist.12. Use according to claim 8, in which
a plurality of the optical sensors ( 1 ) according to one of Claims 1 to 7 and a second optical fiber are used for multiplex treatment and transmission of the optical signals emitted by the respective sensors,
the photoelectric converter is operatively connected to the output sides of the optical sensors through the second optical fiber for converting the transmitted optical signals into electrical signals with different frequencies, and the signal processing unit
a frequency separation circuit, which is operatively connected to the photoelectric converter for separating process variables depending on the difference in frequencies, and
a data conversion circuit which is operatively connected to the photoelectric converter for converting an electrical signal output by the photoelectric converter into process variables as a function of conversion adaptation data or conversion correction data for converting or obtaining process variables from the frequencies,
having. 13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensoren durch die das Licht zuführende erste optische Faser und die das Licht empfangende zweite optische Faser parallel miteinander verbunden sind.13. Use according to claim 12, characterized in that that the optical sensors by the light supplying the first optical fiber and the Light receiving second optical fibers are connected in parallel. 14. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensoren parallel zueinander an ihren beiden Enden durch eine Mehrzahl von das Licht zuführenden ersten optischen Fasern, an denen ein optischer Wellenleiter- Koppler vorgesehen ist, angeordnet sind.14. Use according to claim 12, characterized in that that the optical sensors are parallel to each other at their two ends by a plurality  of the light-feeding first optical fibers, on which an optical waveguide Coupler is provided are arranged. 15. Verwendung nach Anspruch 8, bei der eine zweite optische Faser zum Weiterleiten eines von dem optischen Sensor stammenden optischen Signals an den photoelektrischen Wandler vorgesehen ist.15. Use according to claim 8, in which a second optical fiber for passing one from the optical sensor optical signal to the photoelectric converter is provided. 16. Verwendung nach Anspruch 8, bei der
eine Mehrzahl von optischen Sensoren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 des reflektierenden Typs, in die jeweils Licht durch die erste optische Faser eingespeist und das Licht dann in vorbestimmten Bereichen in Abhängigkeit von Prozeßgrößen intensitätsmoduliert wird und optische Signale von den Sensoren reflektiert und erzeugt werden, und
eine optische Verzweigungsschaltung, die für die erste optische Faser vorgesehen und zur Aufteilung der optischen Signale von den optischen Sensoren des reflektierenden Typs und zur Führung derselben zu dem photoelektrischen Wandler ausgelegt ist,
verwendet wird.16. Use according to claim 8, in which
a plurality of optical sensors according to one of claims 3 to 7 of the reflective type, into each of which light is fed through the first optical fiber and the light is then intensity-modulated in predetermined ranges as a function of process variables and optical signals are reflected and generated by the sensors, and
an optical branching circuit which is provided for the first optical fiber and which is designed to split the optical signals from the optical sensors of the reflective type and to guide them to the photoelectric converter,
is used. 17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensoren des reflektierenden Typs mit ihren beiden Enden jeweils parallel zueinander mittels optischer Fasern, an denen ein optischer Wellenleiter-Koppler vorgesehen ist, angeordnet sind.17. Use according to claim 16, characterized in that that the optical sensors of the reflective type with their two ends each parallel to each other by means of optical fibers, on which an optical waveguide coupler is provided are arranged. 18. Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßgrößen über eine Ausgangsschaltung übertragen werden, die mit der Daten­ umwandlungsschaltung verbunden ist.18. Use according to one of claims 11 to 17, characterized in that that the process variables are transmitted via an output circuit, which with the data conversion circuit is connected.
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