DE3541733C1 - Faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung - Google Patents

Faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung

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DE3541733C1
DE3541733C1 DE19853541733 DE3541733A DE3541733C1 DE 3541733 C1 DE3541733 C1 DE 3541733C1 DE 19853541733 DE19853541733 DE 19853541733 DE 3541733 A DE3541733 A DE 3541733A DE 3541733 C1 DE3541733 C1 DE 3541733C1
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elastic
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pressure
sensor
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DE19853541733
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Rainer Dipl.-Phys. Dr. 7815 Kirchzarten Kist
Seshadri Dipl.-Phys. Dr. 7800 Freiburg Ramakrishnan
Harald 7800 Freiburg Wölfelschneider
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    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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Description

  • Ausgehend von dem oben erörterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die druckempfindlich ist und sich durch eine hohe Auflösung und eine Temperaturkompensation auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt auf der einen Seite des flachen, durch Druck elastisch verformbaren Sensorkörpers befestigt ist, und daß auf der gegenüberliegenden zweiten Seite des flachen Sensorkörpers ein zweiter Lichtwellenleiterabschnitt befestigt ist, der den optischen Resonator eines zweiten Interferometers bildet, das über eine zweite Einkopplungsfaser mit Laserlicht versorgt ist und über eine zweite Auskopplungsfaser mit der Lichtdetektoranordnung verbunden ist.
  • Dadurch, daß mechanische Verformungen des Sensorkörpers unterschiedliche Verstimmungen der Resonatorlänge der beiden Fabry-Perot-Interferometer hervorrufen, während Temperaturänderungen gleichsinnige Verstimmungen der optischen Resonatorlänge bewirken, ist es möglich, durch Auswerten der Differenz der Signale der beiden Interferometer ein temperaturkompensiertes Signal für die Druckmessung bereitzustellen.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer verformbaren Scheibe im Schnitt.
  • Fig. 2 eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer verformbaren elastischen Zunge im Schnitt, Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der verformbaren Zunge des Sensors gemäß Fig. 2, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der elastischen Zunge mit den darauf befestigten Fabry-Perotlnterferometern, Fig. 5 einen Querschnitt durch das feststehende Ende der elastischen Zunge und dem zugeordneten Halteelement, Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drucksensors mit aufgeschnittenem Gehäuse in einer perspektivischen Ansicht und Fig. 7 den Verlauf der Resonanzkurven der beiden Fabry-Perot-Interferometer bei einer Veränderung der optischen Resonatorlänge.
  • Die in Fig. 1 dargestellte faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung dient zum Erfassen eines auf eine Membrane 1 einwirkenden Druckes. Die Membrane 1 ist in der Nähe ihres Randes mit einem elastischen Membranbereich 2 versehen. Der äußere Rand 3 der Membran 1 ist mit einem gegenüber der Umgebung, deren Druck erfaßt werden soll, abgedichteten Gehäuse 4 verbunden. Bewegungen der Membrane 1 werden durch einen Taster 5 auf einen Sensorkörper in Gestalt einer elastischen Platte oder elastischen Scheibe 6 übertragen, wobei die Steifigkeit oder Elastizität der elastischen Scheibe 6 den erfaßbaren Druckbereich im wesentlichen bestimmt.
  • Wie man in Fig. 1 erkennen kann, ruht die elastische Scheibe 6 mit ihrem Rand 7 auf im Gehäuse 4 ausgebildeten Auflagekanten 8, die für die über den Taster 5 auf die elastische Scheibe 6 einwirkenden Kräfte als Gegenlager wirken.
  • Zur Erfassung der Durchbiegung der elastischen Platte oder elastischen Scheibe 6 ist sowohl auf deren Oberseite 9 als auch auf deren Unterseite 10 jeweils ein Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 so fixiert, daß beim Durchbiegen der elastischen Scheibe 6, die durch das Produkt der Brechzahl n und der geometrischen Länge L bestimmte Resonatorlänge n L des Fabry-Perot-Interferometers 11 auf der Oberseite 9 eine Änderung erfährt, die sich von der gleichzeitig auftretenden Anderung der Resonatorlänge des Fabry-Perot-Interferometers 12 auf der Unterseite 10 unterscheidet, während bei Temperaturänderungen der Umgebung des faseroptischen Fabry-Perot-Sensors gemäß Fig. 1 Veränderungen der Resonatorlängen beim Fabry-Perot-Interferometer 11 und beim Fabry-Perot-Interferometer 12 übereinstimmen. Um Temperaturspannungen zwischen der Oberseite 9 und der Unterseite 10 der elastischen Scheibe 6 möglichst zu vermeiden ist es zweckmäßig, die elastische Scheibe 6 aus einem Wärme gut leitenden Material, beispielsweise aus Stahl, zu fertigen. Es ist aber auch möglich, die elastische Scheibe 6 aus Silicium oder Quarzkristall herzustellen.
  • Die in Fig. 1 dargestellte faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung zum Erfassen von Drucken, insbesondere sehr hohen Drucken, bei hohen Umgebungstemperaturen mit einer Temperaturkompensation verfügt über eine Laserlichtquelle 45, die eine Laserdiode sein kann, deren Licht in an sich bekannter Weise in das vordere Ende 13 einer Zuleitungsfaser 14, die als Versorgungs-Lichtwellenleiter für beide Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 dient, in Richtung der Pfeile 15 eingespeist wird.
  • Das eingespeiste Licht gelangt über einen Koppler 16 zu einer ersten Einkopplungsfaser 17 und einer zweiten Einkopplungsfaser 18, die Monomodefasern sein können, um die Resonatoren der Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 mit einer Gauß'schen Lichtverteilung anzuregen.
  • Die Einkopplungsfasern 17, 18 enden in optischen Steckern 19, 20, die lösbar mit fest im Gehäuse 4 angeordneten zugeordneten optischen Steckern 21, 22 verbunden sind.
  • Die als Sensoren zur Erfassung der unterschiedlichen Verformungen auf der Oberseite 9 und der Unterseite 10 dienenden Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 bestehen jeweils aus einem Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt 23, 24, der bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen gestreckten Verlauf entlang der Oberseite 9 bzw. der Unterseite 10 hat. Die Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 23, 24 verfügen über senkrecht zur Lichtwellenleiterachse geschnittene Endflächen, die poliert und teildurchlässig verspiegelt sind. Dadurch wird das über die Einkopplungsfasern 17, 18 eingekoppelte Licht zwischen den auf den Endflächen ausgebildeten Spiegeln mehrfach reflektiert. Die Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 sind somit Vielstrahlinterferometer mit einem optischen Resonator, in dem die vielfach reflektierten Teilwellen sich immer dann konstruktiv überlagern, wenn die optische Resonatorlänge ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge erreicht. Der Einsatz einer Gradientenindexfaser mit parabolischem Brechzahlprofil gestattet einen multimodigen Betrieb, indem eine Laserlichtwellenlänge ausgewählt wird, bei der die Modendispersion vernachlässigbar ist. Die Kernabmessungen eines solchen Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitts sind wesentlich größer als die eines Monomode-Lichtwellenleiters. Infolge der bei Gradientenindexfasern einfachen Justierung ist es möglich, die Fabry-Perot-Interferometer 11, 12 über die optischen Stecker 19 bis 22 mit den Einkopplungsfasern 17, 18 problemlos zu verbinden.
  • An dem den die verspiegelten Endflächen aufnehmenden Steckern 21, 22 gegenüberliegenden Ende der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 23, 24 sind analog zu den. optischen Steckern 19 bis 22 optische Stecker 25 bis 28 vorgesehen. Die teildurchlässig verspiegelten Endflächen befinden sich vorzugsweise in den optischen Steckern 25, 26. Das von den Fabry-Perot-Interferometern 11, 12 transmittierte Licht gelangt über die optischen Stecker 27, 28 in Auskopplungsfasern 29, 30, die beispielsweise Multimodefasern sind, und mit Lichtdetektoren 31, 32 gekoppelt sind.
  • Das aus den hinteren Enden der Auskopplungsfasern 29,30 austretende Licht ist in Fig. 1 durch die Pfeile 33, 34, veranschaulicht.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung als Drucksensor, bei dem die mit den Bauteilen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 übereinstimmenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden sind.
  • In dem durch die Membrane 1 verschlossenen Gehäuse 4 befindet sich als verformbarer Sensorkörper statt einer elastischen Scheibe 6 eine elastische Zunge 36 aus Stahl, Silicium, Quarzkristall oder einem sonstigen elastischen Material. Die elastische Zunge 36 verfügt über ein freies Ende 37, das geringfügig über die Mittelachse des Gehäuses 4 und der Membrane 1 hinausragt. Fluchtend mit der Mittelachse ist der Taster 5 angeordnet, der die auf die Membrane 1 einwirkenden Druckkräfte auf das freie Ende 37 der Zunge 36 überträgt und dabei ausgehend von der in Fig. 2 gezeigten Ruhestellung beim Einwirken eines Druckes auf die Membrane 1 eine Verformung der Zunge 36 in Richtung auf den Gehäuseboden 38 bewirkt. Da die Zunge mit einem feststehenden Ende 39 am Gehäuse 4 befestigt ist, führt eine Belastung der Zunge in Richtung auf den Gehäuseboden 38 dazu, daß die Oberseite 40 der Zunge 36 gedehnt und die Unterseite 41 der Zunge 36 gestaucht wird. Das Erfassen der Dehnung auf der Oberseite 40 und der Stauchung auf der Unterseite 41 erfolgt jeweils mit einem Fabry-Perot-Interferometer 51, 52. Die Fabry-Perot-Interferometer 51, 52 bestehen aus Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitten 53, 54, deren Endflächen senkrecht zur Lichtwellenleiterachse geschnitten, poliert und teildurchlässig verspiegelt sind.
  • Während Fig. 3 die elastische Zunge 36 gegenüber der Fig. 2 vergrößert darstellt, zeigt Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf die elastische Zunge 36 zur Veranschaulichung des U-förmigen Verlaufs der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 53, 54. Wie man in Fig. 4 deutlich erkennt, erstreckt sich der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt 53 auf der Oberseite 40 ausgehend von dem feststehenden Ende 39 bis zum freien Ende 37 und von dort zurück bis zum feststehenden Ende 39. Infolge des U-förmigen Verlaufs ist es möglich sowohl den optischen Stecker 21 zum Einkoppeln von Licht als auch den optischen Stecker 25 zum Auskoppeln von Licht am feststehenden Ende 39 der Zunge 36 anzuordnen. Durch die U-förmige Biegung am freien Ende 37 werden weiterhin die äußeren, zur Dispersion stärker beitragenden Moden infolge des an sich bekannten Microbending-Effektes aus dem Kern ausgekoppelt. Dies hat zur Folge, daß die Resonanzkurve des auf der Oberseite 40 fixierten Fabry-Perot-Interferometers 51 und des auf der Unterseite 41 fixierten Fabry-Perot-Interferometers 52 entsprechender Gestalt Resonanzkurven aufweisen, die deutlicher und störungsfreier ausgeprägt sind, als dies bei den linearen Fabry-Perot-Interferometern 11, 12 der Fall ist. Bei einer Änderung der optischen Resonatorlänge der Perot-Interferometer 51, 52, deren verspiegelte Endflächen in den optischen Steckern 21 und 25 bzw. 22 und 26 vorgesehen sind, verschieben sich die Resonanzkurven in der bei Fabry-Perot-Interferometern bekannten Weise. Die über die Auskopplungsfasern 29, 30 in Richtung der Pfeile 33,34 zu den Lichtdetektoren 31,32 ausgekoppelten Lichtsignale erzeugen in den Lichtdetektoren 31, 32 entsprechend den Resonanzkurven schwankende Signalspannungen, die einer in der Zeichnung nicht dargestellten Auswerteschaltung mit einem Verstärker zugeführt werden, die weiterhin über den Fabry-Perot-Interferometern 51, 52 zugeordnete Rauf-Runter-Zähler verfügt. Die Auswertung der Meßsignale geschieht dabei in an sich bekannter Weise dadurch, daß bei einer Veränderung der optischen Weglänge oder der Resonatorlänge die Zahl der Resonanzmaxima erfaßt wird, wobei in Abhängigkeit von der Richtung der Änderung der Resonatorlänge der Zählerstand inkrementiert oder dekrementiert wird.
  • Zur Erfassung von Richtungsänderungen ist es zweckmäßig, die Laserlichtquelle 45 zu modulieren, um eine Richtungsumkehr elektronisch einfach erfassen zu können.
  • Eine andere Methode zur Auswertung der Sensorsignale besteht darin, statt einer einzigen Laserlichtquelle 45 für jedes Fabry-Perot-Interferometer 51, 52 eine getrennte Laserlichtquelle 45 vorzusehen und die Lichtwellenlänge der Laserlichtquellen 45 mit Hilfe von Stromregelungsschaltungen nachzuführen, so daß Änderungen der optischen Weglänge oder optischen Resonatorlänge der Grandientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 53, 54 kompensiert werden und das Signal an den Lichtdetektoren 31, 32 dauernd dem gleichen Resonanzmaximum zugeordnet bleibt. Das detektierte Signal bleibt somit stets auf der gleichen Interferenzordnung eingerastet. Der Laserstrom wird gegen den Meßparameter geeicht. Die zum Nachführen der Wellenlängen der Laserlichtquellen verwendeten Regelsignale werden ausgewertet, um schließlich aus der Differenz der Resonatorlängenänderungen die Durchbiegung der elastischen Zunge 36 und damit den auf die Membrane 1 wirkenden Druck zu bestimmen.
  • Beim Verbiegen der elastischen Zunge 36 werden die Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 53, 54 der U-förmigen Fabry-Perot-Interferometer 51, 52 gedehnt bzw. gestaucht. Damit ändert sich die optische Resonatorlänge, so daß das optische Signal um einige freie Spektralbereiche wandert. Quarzglas hat gute elastische Eigenschaften. Es läßt sich um einige Prozent innerhalb des Gültigkeitsbereichs des Hook'schen Gesetzes reversibel dehnen. Aus diesem Grunde reagiert der erörterte faseroptische »Dehnungsmeßstreifen« sehr empfindlich auf Auslenkungen der elastischen Zunge 36. Ein Biegehub von beispielsweise 0,5 ,um gemessen in der Mitte (halbe Länge) einer 38 mm langen Zunge 36, erzeugt ein Auswandern des Fabry-Perot-Interferometer-Signals um drei freie Spektralbereiche. Die Durchbiegung einer Druckmembrane, die für einen Drucksensor in der Größenordnung einiger 10 llm liegt, sollte bei geeigneter mechanischer Umsetzung der Membranbewegung auf die Zunge 36 für eine Messung mit der geforderten Auflösung ausreichen, da mit geeigneten Detektions- und Auswerteverfahren Änderungen der optischen Resonatorlänge von einigen 10 nm meßbar sind. Der freie Spektralbereich zwischen zwei benachbarten Interferenzordnungen des Fabry-Perot-lnterfe- rometers liegt für eine Wellenlänge von 0,9 iim und einen Brechungsindex von n = 1,5 bei 300 nm.
  • Um den faseroptischen Drucksensor bei hohen Temperaturen bis 400 0C betreiben zu können, darf der verwendete Gradientenindex-Lichtwellenleiter keine Polymerummantelung aufweisen. Eine »nackte« Faser (Kern plus Primärmantel) wäre aber zu brüchig und für den Fertigungsprozeß praktisch nicht geeignet. Außerdem wäre ihre mechanische Fixierung an einer Unterlage (elastische Zunge) sehr problematisch. Hier empfiehlt sich eine metallisch (Aluminium, Nickel, Eisen-Nickel) ummantelte Faser. Neben der mechanischen Festigkeit bieten solche Fasern zudem den Vorteil, daß sie durch geeignete Verbindungstechniken, wie z. B.
  • Schweißen oder galvanischen Einbetten, an eine Trägerstruktur fixiert werden können. Die Haftfestigkeit und Temperaturbeständigkeit einer solchen Verbindungstechnik ist allerdings nicht unkritisch. Um hier gute Ergebnisse zu erzielen, ist eine sorgfältige Auswahl der Materialien hinsichtlich Elastizitätsmodul, thermischer Ausdehnung und galvanotechnischer Verträglichkeit notwendig.
  • So ist z. B. Aluminium hinsichtlich Haftfestigkeit problematisch. Hier müßte zumindest beim Galvanisieren mit Leitlack-Zwischenschichten (ca. 5 ,um dick) gearbeitet werden, auf die anschließend Kupfer- oder Nickelschichten aufgebracht werden. Besser geeignet sind Lichtwellenleiter, die bereits mit Nickel oder einer Eisen-Nickel-Legierung ummantelt sind. Aus diesem Grunde sind die Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 53, 54 vorzugsweise mit Nickel oder Nickel-Eisen-Legierung ummantelt und durch Schweißen oder galvanisches Einbetten mit der elastischen Zunge 36 verbunden.
  • Wie man in Fig. 4 weiter erkennt, ist der elastischen Zunge 36 ein Halteelement 55 mit Ausnehmungen 56, 57 zugeordnet, die in Fig. 5 besonders deutlich zu erkennen sind und insbesondere zur Aufnahme der optischen Stecker 21,25,22, 26, dienen. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind den optischen Steckern 21, 25, 22 und 26 entsprechende optische Stecker 19, 20, 27 und 28 zugeordnet, die teilweise in Fig. 3 zu erkennen sind.
  • Statt des Einbaus der in Fig. 4 dargestellten Anordnung in ein Gehäuse 4 gemäß Fig. 2 ist es auch möglich, die elastische Zunge 36 in ein zylindrisches Gehäuse 60 mit einem Boden 61 anzuordnen, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Man erkennt in Fig. 6 den Ausschnitt einer Wand 62 eines unter Druck stehenden Behälters, dessen Innendruck erfaßt werden soll. Der Mantel des zylindrischen Gehäuses 60 ist daher dicht mit der Wand 62 verbunden. Bei einem Ansteigen des zu erfassenden Druckes verformt sich der Mantel des zylindrischen Gehäuses 60 zwischen dem Boden 61 und der Wand 62 ähnlich einer Einschnürung, wobei der Durchmesser gegenüber dem in Fig. 6 dargestellten unbelasteten Durchmesser verringert wird.
  • Die durch den Druckanstieg bewirkte Einwölbung des Mantels des zylindrischen Gehäuses 60 wird mit Hilfe der elastischen Zunge 36 erfaßt, die über den Taster 5 von der Innenseite des sich verformenden zylindrischen Gehäuses 60 auf die Zunge 36 übertragen wird. Bei einem Ansteigen des Druckes wird die Zunge 36 in Fig. 6 somit angehoben, so daß auf der Oberseite 40 ein Stauchen und auf der Unterseite 41 ein Dehnen der zugeordneten Fabry-Perot-Interferometer 51, 52 erfolgt, deren Aufbau bereits oben erörtert worden ist, so daß hierauf nicht nochmals eingegangen wird. Man erkennt in Fig. 6, daß die Einspannung der Zunge 36 mit einem Stopfen 63 im Innern des zylindrischen Gehäuses 60 erfolgt. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind keine optischen Stecker zum Verbinden der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitte 53, 54 vorgesehen, obwohl dies selbstverständlich zur Verbindung mit den Einkopplungsfasern 17, 18 und den Auskopplungsfasern 29, 30 erfolgen kann.
  • In Fig. 7 ist das Ausgangssignal des Fabry-Perot-Interferometers 51 mit FFP1 und das Ausgangssignal des Fabry-Perot-Interferometers 52 mit FFP2 bezeichnet. Da beim Verbiegen der elastischen Zunge 36 das eine Fabry-Perot-Interferometer 151 gedehnt und das andere Fabry-Perot-Interferometer 52 gestaucht wird, verändern sich die optischen Signale (Folge von Interferenzordnungen) der beiden Resonatoren gegenläufig.
  • Diese Verhältnisse sollen durch Fig. 7 veranschaulicht werden, deren horizontale Achse die sich im Laufe der Zeit ändernde Resonatorlänge zugeordnet ist, die das Produkt der vom Drucks und der Temperatur T abhängigen Brechzahl n und geometrischen Länge L ist.
  • Läuft unter dem Einfluß einer Druckänderung dp das Signal des FFP1 z. B. vom Punkt Al zum Punkt B1, so läuft bei symmetrischer Konfiguration des Resonatorpaares das Signal des uner FFPZ vom Punkt A2 zum Punkt B2. Eine geeignete Auswertung des Differenzsignals beider Fabry-Perot-Resonatoren erlaubt somit eine Bestimmung des Drucks mit doppelter Auflösung.
  • Der Effekt einer bei beiden Fabry-Perot-Interfermometern gleichen Temperaturänderung T (thermische Ausdehnung sowie thermooptische Veränderung der Brechzahl) führt andererseits zu einer gleichsinnigen und damit gleich großen Verschiebung beider optischer Signale, also von Punkt Al nach C1 bzw. von Punkt A2 nach C2, so daß im Rahmen einer Differenzsignalauswertung der Einfluß der Temperatur kompensiert werden kann.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung mit einem einen optischen Sensor eines Interferometers bildenden Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt als Resonator, der an seinen beiden senkrecht auf der Lichtwellenleiterachse stehenden Stirnflächen verspiegelt und mit einem elastischen Sensorkörper verbunden ist, mit einer den Resonator über eine Einkopplungsfaser anregenden Laserlichtquelle und mit einer an eine Auswerteschaltung angeschlossenen, über eine Auskopplungsfaser angekoppelten Lichtdetektoranordnung, durch die das vom Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt transmittierte Licht erfaßbar ist, dadurch gekennz e i c h n e t, daß der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt (23, 24, 53, 54) auf der einen Seite (9, 40) des flachen, durch Druck elastisch verformbaren Sensorkörpers (6, 36) befestigt ist, und daß auf der gegenüberliegenden zweiten Seite (10, 41) des flachen Sensorkörpers (6, 36) ein zweiter Lichtwellenleiterabschnitt (24, 54) befestigt ist, der den optischen Resonator eines zweiten Interferometers (12, 52) bildet, das über eine zweite Einkopplungsfaser (18) mit Laserlicht versorgt ist und über eine zweite Auskopplungsfaser (30) mit der Lichtdetektoranordnung (31, 32) verbunden ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper eine in einem mit einer Druckmembrane (1) verschlossenen Gehäuse (4) angeordnete elastische Scheibe (6) ist, die mit ihrem Rand (7) an zwei gegenüberliegenden Randbereichen auf im Gehäuse (4) ausgebildeten Auflagekanten (8) ruht und über einen mit der Druckmembran (1) verbundenen Taster (5) auf Biegung belastbar ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper eine in einem mit einer Druckmembrane (1) verschlossenen Gehäuse (4) einseitig befestigte elastische Zunge (36) ist, die auf beiden Seiten je mit einem U-förmig gebogenen Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt (53, 54) verbunden ist, der sich jeweils ausgehend vom feststehenden Ende (39) der Zunge (36) bis zum freien Ende (37) der Zunge (36) und zurück zum feststehenden Ende (39) der Zunge (36) erstreckt, und daß die Bewegungen der Druckmembrane (1) über einen Taster (5) auf das freie Ende (37) der Zunge (36) übertragbar sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper eine in einem mit einem verformbaren Mantel ausgestatteten und zur Druckseite geschlossenen zylindrischen Gehäuse (60) einseitig eingespannte elastische Zunge (36) ist, die auf beiden Seiten je mit einem U-förmig gebogenen Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt (53, 54) verbunden ist, der sich jeweils ausgehend vom fest eingespannten Ende (39) der Zunge (36) bis zum freien Ende (37) der Zunge (36) und zurück zum fest eingespannten Ende (39) der Zunge (36) erstreckt, und daß das bewegliche Ende (37) der Zunge (36) über einen Taster (5) an einer Stelle mit der Innenseite des einschnürend verformbaren Mantels des Gehäuses (60) verbunden ist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einkopplungsfasern (17, 18) über einen Koppler (16) mit einer einzigen Laserlichtquelle (45) verbunden sind.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Auskopplungsfasern (29, 30) mit jeweils einem getrennten Lichtdetektor (31, 32) verbunden sind.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplungsfasern (17, 18) und die Auskopplungsfasern (29, 30) über optische Stecker (19 bis 22, 25 bis 28) mit den Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitten (23, 24, 53, 54) lösbar verbunden sind.
  8. 8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper (6, 36) aus elastischem Stahl, Silicium oder Quarzkristall hergestellt ist.
  9. 9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt (23, 24, 53, 54) eine Ummantelung aus Nickel, einer Nickel-Eisen-Legierung oder Aluminium aufweist.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt durch Schweißen oder galvanisches Einbetten mit der Oberfläche des Sensorkörpers (6, 36) verbunden ist.
    Die Erfindung betrifft eine faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung mit einem einen optischen Sensor eines Interferometers bildenden Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt als Resonator, der an seinen beiden senkrecht auf der Lichtwellenleiterachse stehenden Stirnflächen verspiegelt und mit einem elastischen Sensorkörper verbunden ist, mit einer den Resonator über eine Einkopplungsfaser anregenden Laserlichtquelle und mit einer an eine Auswerteschaltung angeschlossenen, über eine Auskopplungsfaser angekoppelten Lichtdetektoranordnung, durch die das vom Gradientenindex-Lichtwellenleiterabschnitt transmittierte Licht erfaßbar ist.
    Eine derartige faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung ist in der früheren Patentanmeldung P 35 06 844.2-52 beschrieben und verfügt über einen Sensorkörper, der insbesondere ein elastischer Körper oder eine elastische Platte sein kann, die beim Einwirken einer Kraft eine Veränderung der optischen Resonatorlänge gestattet, was durch die Auswerteschaltung erfaßt wird und zur Anzeige gebracht wird. Wenn der bekannte Sensor als Kraftmesser oder Drucksensor ausgebildet ist, führen Temperaturänderungen in der Umgebung zu Meßsignalen, die von solchen, die auf eine mechanische Verformung zurückgehen, nicht unterschieden werden können. Aus diesem Grunde ist es bei dem bekannten Sensor erforderlich, einem Drucksensor einen Temperatursensor zuzuordnen, um eine Temperaturkompensation durchzuführen.
    In der DE-OS 19 19 354 ist ein Meßumformer beschrieben, bei dem eine Druckdifferenz eine Durchbiegung einer elastischen Zunge bedingt. Die beiden gegenüberliegenden Zungenflächen sind hierbei mit Dehnungsmeßstreifen belegt, die somit bei Zungenbiegungen Längenänderungen entgegengesetzten Richtungssinns unterliegen.
DE19853541733 1985-11-26 1985-11-26 Faseroptische Fabry-Perot-Einrichtung Expired DE3541733C1 (de)

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