DE4018998A1 - Faseroptischer drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Drucksensor, mit einem Druckmeßkopf, der ein Gehäuse aufweist, in dem eine als Druckaufnehmer fungierende, unter Druckbeaufschlagung eine Hubbewegung ausführende Membran aufgenommen ist, deren Membraninnenseite mit einer hochreflektierenden Verspiegelung versehen ist, und mit einem Lichtwellenleiter, dessen Stirnfläche auf die hochreflektierende Verspiegelung der Membraninnenseite ausgerichtet ist, und über den von einer Lichtquelle emittiertes Licht in den Druckmeßkopf eingespeist wird.

Ein derartiger faseroptischer Drucksensor ist bekannt. In dem mit der Membran versehenen Gehäuse ist außer dem o. g., als Eingangs-Lichtwellenleiter fungierende Lichtwellenleiter ein weiterer, als Ausgangs-Lichtwellenleiter wirkender Lichtwellenleiter angeordnet. Hierbei ist vorgesehen, daß die optischen Achsen dieser beiden Lichtwellenleiter zu der reflektierenden Membraninnenseite geneigt sind. Das aus der Stirnfläche des Eingangs-Lichtwellenleiters austretende Licht wird an der Innenseite der Membran reflektiert und anschließend vom Ausgangs-Lichtwellenleiter aufgenommen und zu einem Detektor geleitet. Bei einer Druckbeaufschlagung der Membran wölbt sich diese nach innen, wodurch der Einfallswinkel der aus dem Eingangs-Lichtwellenleiter austretenden Lichtstrahlen auf der Membran verändert wird. Diese Änderung des Einfallswinkels bewirkt eine Änderung des Reflektionswinkels und somit eine Verringerung der den Ausgangs-Lichtwellenleiter erreichenden Lichtmenge. Das ratiometrische Verhältnis der in dem Eingangs-Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtintensität und der vom Ausgangs-Lichtwellenleiter aufgenommenen Lichtmenge stellt ein Maß für den auf die Membran einwirkenden Druck dar.

Dieser bekannte faseroptische Drucksensor besitzt den Nachteil, daß die Intensität des reflektierenden Lichts sich bei einer kleinen Hubbewegung der Membran nur unwesentlich ändert, so daß nur große Druckänderungen einigermaßen genau erfaßbar sind. Außerdem gelangen nicht nur direkt an der Membran reflektierte Lichtstrahlen in den Ausgangs-Lichtwellenleiter: Die durch diffuse Reflexion in den Ausgangs-Lichtwellenleiter gelangenden Lichtstrahlen verfälschen das Meßergebnis. Desweiteren wird die Meßgenauigkeit dieses faseroptischen Drucksensors durch die fehlende Streckenneutralität des konstruktiven Aufbaus verschlechtert: Die Intensität des Lichts ist in nachteiliger Art und Weise auf seiner optischen Übertragungsstrecke von der Lichtquelle zum optoelektronischen Detektor Schwankungen unterworfen, die einerseits durch ein Verbiegen des Lichtwellenleiters, andererseits durch mangelhafte Verbindungen der Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle bzw. mit dem optoelektronischen Detektor zustande kommen. Diese konstruktions- und systembedingten Fluktuationen der Lichtintensität verringern die Zuverlässigkeit und die Meßgenauigkeit dieses bekannten intensitätsmodulierten faseroptischen Drucksensors beträchtlich.

Bei einem anderen bekannten faseroptischen Drucksensor sind in einem Gehäuse ein Eingangs- und ein Ausgangs-Multimode-Lichtwellenleiter fluchtend angeordnet. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen dieser Multimode-Lichtwellenleiter sind orthogonal zu deren gemeinsamen optischen Achse zwei Strichgitter gegeneinander verschiebbar angeordnet. Die Überkopplung des Lichts zwischen dem Eingangs-Multimode-Lichtwellenleiter und dem Ausgangs-Multimode-Lichtwellenleiter erfolgt dabei über eine SELFOC-Gradientenlinse, derart, daß das Licht im Bereich der beiden Strichgitter parallel zur optischen Achse verläuft. Eines der beiden Strichgitter ist fest mit einer parallel zur optischen Achse verlaufenden, als Druckaufnehmer fungierenden Membran verbunden, deren durch eine Druckbeaufschlagung hervorgerufene Hubbewegung orthogonal zu dieser optischen Achse erfolgt. Das fest mit der Membran verbundene Strichgitter wird dadurch gegenüber dem fest im Gehäuse angeordneten zweiten Strichgitter verschoben. Dies bewirkt, daß die Lichttransmission durch die beiden Strichgitter verkleinert wird, wodurch sich die Intensität des vom Ausgangs-Multimode-Lichtwellenleiters aufgenommenen Lichtes verringert. In einer dem Ausgangs-Multimode-Lichtwellenleiter nachgeschalteten Detektorelektronik wird die Intensität des vom Eingangs-Multimode-Lichtwellenleiter auf den Ausgangs-Multimode-Lichtwellenleiter übergekoppelten Lichts gemessen. Das ratiometrische Verhältnis von eingekoppelter und überkoppelter Intensität stellt dann ein Maß für den zu messenden Druck dar. Der mit diesem Drucksensor meßbare Druck beträgt maximal 7,5 kPa.

Ein weiterer bekannter faseroptische Drucksensor ist unter dem Begriff Faser-Fabry-Perot-Druckmeßsensor bekannt. Er besteht aus einem Stück Lichtwellenleiter, dessen Stirnfläche senkrecht zur optischen Achse des Lichtwellenleiters abgeschnitten sind. Eine Stirnfläche des Lichtwellenleiters ist poliert und teildurchlässig verspiegelt. Die andere Stirnfläche ist hochreflektierend ausgeführt. Das in den Faser-Fabry-Perot-Druckmeßsensor eingekoppelte Licht wird zwischen den als Spiegel wirkenden Stirnflächen des Lichtwellenleiters mehrfach reflektiert. Der Lichtwellenleiter stellt also einen optischen Resonator eines Vielstrahlinterferometers dar, in dem sich die vielfach reflektierten Teilwellen immer dann konstruktiv überlagern, wenn die optische Länge des Lichtwellenleiters ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlängen des eingekoppelten Lichts beträgt. Hingegen tritt destruktive Interferenz auf, wenn der Gangunterschied der Teilwellen ein ungeradzahliges Vielfaches der viertel Wellenlänge beträgt. Das dadurch entstehende Interferenzmuster wird von einem Detektor erfaßt. Eine Dehnung oder eine Stauchung des Lichtwellenleiters verändert die optische Länge desselben, wodurch simultan das Interferenzmuster verändert wird. Aus dieser Änderung des Interferenzmusters ist dann mittelbar über die Längenänderung des Lichtwellenleiters der zu messende Druck oder Zug ermittelbar. Ein Nachteil dieses bekannten Drucksensors besteht darin, daß sich die optische Länge der Faser sehr stark mit der Temperatur ändert. Die durch den Temperatureinfluß bewirkte Veränderung der optischen Länge des Faser-Fabry-Perot-Drucksensors übersteigt die durch Druck/Zug verursachte Längenänderung um ca. den Faktor 10, so daß bei diesem Druckmeßsensor erhebliche Temperaturkompersationen der Druckmeßergebnisse erforderlich sind.

Die beschriebenen faseroptischen Drucksensoren besitzen den Nachteil, daß sie nur in einem bestimmten Druckbereich einsetzbar sind, dessen obere Grenze typischerweise den kPa-Bereich nicht überschreitet. Es ist deshalb nicht möglich, derartige faseroptische Drucksensoren bei der Kunststoffverarbeitung zur druckabhängigen Überwachung, Steuerung und Regelung von Kunststoffverarbeitungsmaschinen einzusetzen, bei denen dieser Parameter von äußester Wichtigkeit für die Produktion qualitätsgerechter Kunststoffteile ist. Bei diesen Kunststoffverarbeitungsmaschinen treten äußerst hohe Druckbelastungen auf, die zum Teil größer als 2000 bar (200 MPa) sind. Die Druckmessung bei derartigen Maschinen wird außerdem noch dadurch erschwert, daß der Drucksensor einer hohen Temperaturbelastung (z. T. größer als 400°C) ausgesetzt ist, für welche die bekannten faseroptischen Drucksensoren nicht ausgelegt sind.

Zur Vermeidung dieser Nachteile stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen faseroptischen Drucksensor zu entwickeln, welcher eine einfache, aber dennoch exakte und zuverlässige Messung auch von hohen Drücken erlaubt. Außerdem soll gewährleistet sein, daß der erfindungsgemäße Drucksensor bei hohen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius einsetzbar ist. Eine weitere Anforderung an den erfindungsgemäßen Drucksensor besteht darin, daß er streckenneutral arbeiten soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verspiegelung der Membraninnenseite und die Stirnfläche des Lichtwellenleiters orthogonal zu einer optischen Achse des Lichtwellenleiters verlaufen, und daß die Stirnfläche des Lichtwellenleiter teilreflektierend ausgeführt ist, so daß durch die hochreflektierende Verspiegelung der Membraninnenseite und durch die teilreflektierende Stirnfläche des Lichtwellenleiters ein Fabry-Perot-Resonator ausgebildet wird, in dem das vom Lichtwellenleiter in den Fabry-Perot-Resonator eingekoppelte Licht an der hochreflektierenden Verspiegelung der Membraninnenseite zur teilreflektierenden Stirnfläche des Lichtwellenleiters reflektiert wird, und in dem dieses reflektierte Licht zu einem dem Reflektionskoeffizienten R der teilreflektierenden Stirnfläche des Lichtwellenleiters entsprechenden Anteil zur hochreflektierenden Verspiegelung der Membraninnenseite zurückgespiegelt wird, und in dem der verbleibende Anteil des von der hochreflektierenden Verspiegelung reflektierten Lichts durch die teilreflektierende Stirnfläche des Lichtwellenleiters transmittiert wird, und daß das aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelte und in den Lichtwellenleiter transmittierte Licht aufgrund der im Fabry-Perot-Resonator stattfindenden Vielstrahlinterferenz des eingekoppelten Lichts eine zeitliche Intensitätsverteilung aufweist, welche durch den zeitlichen Verlauf der Hubbewegung der Membran bestimmt wird, und daß die Intensitätsverteilung des transmittierten Lichts in einer optoelektronischen Detektoreinrichtung registriert und in einer Ansteuer- und Auswerteinrichtung ausgewertet wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in besonders einfacher Art und Weise ein faseroptischer Drucksensor geschaffen, der universell über einen weiten Druckbereich hinweg einsetzbar ist. Die Verwendung eines handelsüblichen Gehäuses und einer konventionellen Membran als Druckaufnehmer des erfindungsgemäßen Druckmeßkopfes des faseroptischen Drucksensors besitzt nicht nur den Vorteil einer kostengünstigen Herstellungsweise. Vielmehr erlaubt es der Einsatz dieser konventionellen Bauteile, deren für die Druckmessung wesentlichen Eigenschaften - z. B. die Abhängigkeit des Membranhubes von der Druckbeaufschlagung und die Temperaturabhängigkeit des E-Moduls der Membran - bekannt sind, die für den in Betracht gezogenen Druck- und/oder Temperaturbereich am besten geeignete Membran einzusetzen, ohne daß umfangreiche Eich- und Kalibrationsmessungen notwendig sind. Diese Rückgriffsmöglichkeit auf bekannte Membrane und bekannte Gehäuse stellt eine wesentliche Grundlage für den weiten, mit dem erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensor meßbaren Druckbereich dar, da fast alle, von den seither gebräuchlichen, nicht notwendigerweise faseroptischen Drucksensoren her bekannte Membrane einsetzbar sind, wodurch ein weiter Druckmeßbereich abgedeckt wird. Die durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufene Hubbewegung der Membran kann in besonders vorteilhafter Art und Weise mit dem durch die hochreflektierende Verspiegelung der Membraninnenseite und die teilreflektierende Stirnfläche des Lichtwellenleiters gebildeten Fabry-Perot-Resonator hochauflösend erfaßt werden, wodurch eine hohe Präzision der Druckmessung erreicht wird. Die Auswertung des durch die Vielstrahlinterferenz der im Fabry-Perot-Resonator des erfindungsgemäßen Druckmeßkopfes hin- und herreflektierten Lichtstrahlen bewirkte Interferenzmuster erlaubt eine äußerste präzise Erfassung der durch die Druckbeaufschlagung der Membran hervorgerufenen Hubbewegung. Aufgrund der bekannten Beziehung zwischen dem Membranhub und den auf die Membran einwirkenden Druck wird durch diese interferometrische Längenmessung eine äußerst genaue Druckmessung erreicht, die in besonders vorteilhafter Art und Weise eine exakte druckabhängige Überwachung, Steuerung und Regelung von Kunststoffverarbeitungsmaschinen erlaubt. Die mit dem erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensor erzielbare Druckauflösung ist leicht dem gewünschten Einsatzzweck anpaßbar, das diese - von den Eigenschaften der als Druckaufnehmer verwendeten Membran abgesehen - im wesentlichen von der Wellenlänge des von der Lichtwelle emittierten kohärenten und monochromen Lichts bestimmt wird. Die rein digitale Erfassung der Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelten und über den Lichtwellenleiter zur optoelektronischen Detektoreinrichtung geleiteten transmittierten Lichtintensität bewirkt in besonders vorteilhafter Art und Weise eine Streckenneutralität des faseroptischen Drucksensors, da die Meßergebnisse nicht durch Fluktuationen der Lichtintensität sowie durch die Signalform der transmittierten Lichtintensität negativ beeinflußt werden.

Der erfindungsgemäße faseroptische Drucksensor zeichnet sich nicht nur durch seinen universellen, besonders einfach auf verschiedenste Druckbereiche zu adaptierenden Aufbau aus. Zu dieser Universalität des Druckmeßbereiches tritt in besonders vorteilhafter Art und Weise noch ein besonders weiter Anwendungsbereich hinzu: So ist es z. B. möglich, den erfindungsgemäßen Drucksensor in elektrisch gestörten Systemen einzusetzen, da die hier verwendete nicht-metallische Faser-Übertragung der Meßergebnisse völlig immun gegen elektromagnetische Einstreuungen aller Art ist. Ein weiterer Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Drucksensors ist bei explosionsgefährdeten Anlagen, da die äußerst kleinen Leistungen, die zur Versorgung des Fabry-Perot-Resonators des Druckmeßkopfes ausreichen, eine gefahrlose Druckmessung direkt in hochexplosiver Atmosphäre erlauben. Allgemein ist festzustellen, daß sich der erfindungsgemäße faseroptische Drucksensor in "schwierigen" Umgebungen aller Art, wie sie z. B. durch chemisch agressive Stoffe, extreme Temperaturen, äußerst hoher Druck oder ionisierende Strahlungen bewirkt werden, universell einsetzbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen der hochreflektierenden Verspiegelung auf der Membraninnenseite und der teilreflektierenden Stirnfläche des Lichtwellenleiters im Fabry-Perot-Resonator ein optisches System zur Fokussierung und/oder Faltung der im Fabry-Perot-Resonator hin- und hergespiegelten Lichtstrahlen angeordnet ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß der von den Lichtstrahlen zurückgelegte optische Weg verdoppelt oder vervielfacht wird, bevor das von der hochreflektierenden Verspiegelung der Membraninnenseite reflektierte Licht wieder in den Lichtwellenleiter eintritt. Diese vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dann durch ein erhöhtes Auflösevermögen der interferometrischen Längenmessung aus, woraus eine vergrößerte Druckauflösung des erfindungsgemäßen Drucksensors resultiert.

Eine weiter vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die an der Membraninnenseite der Membran angebrachte hochreflektierende Verspiegelung und/oder die teilreflektierende Verspiegelung der Stirnfläche des Lichtwellenleiters durch ein Aufdampfen und/oder Polieren eines vorzugsweise metallischen Substrats erzeugt wird. Zusätzlich kann noch vorgesehen sein, daß die Membran in ihrem der Stirnfläche des Lichtwellenleiters gegenüberliegendem Teil verstärkt ausgebildet ist, so daß die Verspiegelung der Membraninnenseite auch bei einem großen Membranhub stets planparallel zur teilreflektierenden Stirnfläche des Lichtwellenleiters verläuft. Die beschriebene Verspiegelung der Membraninnenseite und der Stirnfläche des Lichtwellenleiters bewirken in Verbindung mit der - ggf. erforderlichen - Verstärkung der Membran einen Fabry-Perot-Resonator aus, welcher sich durch seine hohe Resonatorgüte auszeichnet.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die zur Einspeisung des von der Laser-Sendediode emittierten kohärenten und monochromen Laserlichts in den Fabry-Perot-Resonator des Druckmeßkopfs verwendeten Lichtwellenleiter als Monomode-Lichtwellenleitern ausgebildet sind. Diese erfindungsgemäße Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der Fabry-Perot-Resonator aufgrund der genau festgelegten Modenstruktur des eingekoppelten Lichts eine höhere Phasensensitivität aufweist, als dies bei der Verwendung von einfacheren Multimode-Lichtwellenleiter der Fall sein würde. Diese erhöhte Phasensensitivität der im Fabry-Perot-Resonator stattfindenden Vielstrahlinterferenz erhöht ihrerseits wiederum in besonders vorteilhafter Art und Weise die Druckauflösung des erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors.

Der aus der monochromes und kohärentes Laserlicht emittierenden Lichtquelle und den über den Monomode-Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle verbundenen Druckmeßkopf bestehende faseroptische Drucksensor erlaubt eine zuverlässige und präzise Druckmessung, wenn der zeitliche Verlauf der Druckbeaufschlagung der Membran bekannt ist. Um in besonders vorteilhafter Art und Weise den zeitlichen Verlauf dieser Druckbeaufschlagung mit dem erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensor selbst erfassen zu können, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen die Lichtquelle und den Druckmeßkopf eine Codiereinrichtung geschaltet ist, welche das von der Lichtquelle emittierte monochrome und kohärente Laserlicht in zwei gegeneinander phasenverschobene und durch ihre Codierung diskriminierbare Teilstrahlen aufspaltet, welche über einen polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiter dem Druckmeßkopf zugeführt werden. Die beiden codierten Teilstrahlen des Laserlichts werden anschließend in zwei getrennten Detektordioden der Detektoreinrichtung separat ausgewertet. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es besonders einfach möglich, zeitliche Fluktuationen der Druckbeaufschlagung der Membran präzise und zuverlässig zu erfassen. Hierbei ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Codiereinrichtung entweder durch eine integriert optischen Chip oder durch die dem integriert optischen Chip entsprechenden diskreten Bauelemente ausgebildet ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Codiereinrichtung einen Polarisationssteller und einen Phasenschieber aufweist, welcher sehr schnell modulierbar sind, so daß das in die Codiereinrichtung eingespeiste Laserlicht in einer vorgegebenen zeitlichen Sequenz nacheinander zwei verschiedene Polerisationshauptrichtungen einnimmt. Eine derart aufgebaute Codiereinrichtung zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus, da die bei der oben beschriebenen Codiereinrichtung benötigten Richtkoppler und einer der beiden Polerisationssteller ersatzlos entfallen können. Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, daß zum detektieren der transmittierten Intensität nur eine einzige optoelektronische Detektordiode nötig ist, welche entsprechend zeitlich koordiniert wird. Die optischen Signale der beiden Detektorzweige können somit in einer einzigen Detektordiode registriert werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das von der Lichtquelle emittierte monochrome und kohärente Laserlicht einer Einseitenbandmodulation unterzogen wird und über Multimode-Lichtwellenleiter zum Druckmeßkopf geleitet wird. Diese Maßnahme erhöht die Auflösung der interferometrischen Längenmessung, so daß auch bei einer digitalen Erfassung und Auswertung der transmittierten Intensität eine Längen/Druckauflösung erreichbar ist, welche weitgehend mit einer alle Zwischenwerte der transmittierten Intensitätsverteilung erfassenden analogen Auswertemethode gleichwertig ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Infrarot-Temperaturmeßfühler im Druckmeßkopf integriert ist. Die zur Versorgung des Infrarot-Meßfühlers erforderliche Einspeisung von Infrarot-Lichtstrahlung wird über einen separaten oder über den zur Einspeisung des Laserlichts in den Fabry-Perot-Resonator dienenden Lichtwellenleiter durchgeführt. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die zur exakten Erfassung der Druckbeaufschlagung der Membran erforderliche Temperaturkompensation der Druck-Meßergebnisse sehr präzise und sehr schnell durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß beim Einsatz des erfindungsgemäßen Drucksensors mit integrierten Temperaturmeßfühler bei Spritzguß-Extrusionsmaschinen die Temperatur der mit der Membran in Berührung stehenden Kunststoffmasse leicht gemessen werden kann.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Systemkomponenten des Drucksensors,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckmeßkopfs des Drucksensors,

Fig. 3 die Verteilung der transmittierten Lichtintensität,

Fig. 4 einen integriert optischen Chip des Druckmeßsensors,

Fig. 5 die Verteilung der transmittierten Lichtintensität bei der Verwendung von zwei phasenverschobenen und codierten Teilwellen,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel des Druckmeßkopfs des Drucksensors.

Der in Fig. 1 dargestellte faseroptische Drucksensor weist einen Druckmeßkopf 10 auf, welcher über einen Monomode-Lichtwellenleiter 11 mit einem integriert optischen Chip 20 verbunden ist. Dieser steht über einen weiteren Monomode-Lichtwellenleiter 31 mit einer Licht-Sender/Empfängereinheit 30 in Verbindung. Das von einer Laser-Sendediode 32 der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 abgegebene monochrome und kohärente Licht wird über den weiteren Monomode-Lichtwellenleiter 31 in den integriert optischen Chip 20 eingespeist. Die optoelektronischen Detektordioden 33a und 33b der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 sind über je einen Multimode-Lichtwellenleiter 34a und 34b mit Ausgängen 20a und 20b des integriert optischen Chips 20 verbunden. Die Licht-Sender/Empfängereinheit 30 ist über Signalleitungen 41a-41c mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 verbunden. Desweiteren weist der faseroptische Drucksensor einen Temperaturfühler 50 auf, welcher über eine weitere Signalleitung 51 mit der Ansteuer­ und Auswerteelektronik 40 verbunden ist.

Der faseroptische Druckmeßkopf 10 ist in Fig. 2 näher dargestellt. An der Stirnseite eines Gehäuses 12 des faseroptischen Druckmeßkopfs 10 ist eine Membran 13 angebracht, welche als Druckaufnehmer fungiert. Bei einer Belastung der Membran 13 mit einem gewissen Druck p wölbt sich die Membran 13 unter dieser Druckbeaufschlagung in den Innenraum 12′ des Gehäuses 12. Das Gehäuse 12 und die Membran 13 des faseroptischen Drucksensors 10 sind handelsübliche Bauteile, wie sie in bekannten, nicht notwendigerweise faseroptischen Drucksensoren zur Druckmessung Verwendung finden. Dies erlaubt es vorteilhafterweise, bei der Realisierung des beschriebenen Druckmeßkopfes 10 auf bekannte und bewährte Druckmeß-Membrane zurückzugreifen, deren mechanische Eigenschaften (thermische Ausdehnung, E-Modul des Membranmaterials, Zusammenhang zwischen Druckbeaufschlagung und Hub) für den interessierenden Druck- und/oder Temperaturbereich gut bekannt sind. Außerdem verbilligt die Verwendung bekannter Gehäuse und Membrane den Aufbau des beschriebenen Druckmeßkopfes 10 beträchtlich, da keine aufwendige Neuentwicklung der Membran 13 und des Gehäuses 12 notwendig ist.

Wesentlich ist nun die Ausgestaltung der im Innenraum 12′ des Gehäuses 12 befindlichen Membraninnenseite 13′ der Membran 13.

Diese ist - zumindest in ihrem einer Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 (s. u.) gegenüberliegenden Teil - mit einer hochreflektierenden Verspiegelung 14 versehen, welche bspw. durch Aufdampfen und/oder Polieren einer Gold­ oder Silberschicht erreicht wird. Außerdem ist es möglich, bei einem geeignet gewählten Membran der Membraninnenseite 13′ auf das Aufdampfen und/oder Polieren der Gold- oder Silberschicht zu verzichten, wenn der Reflexionskoeffizient R dieses Membranmaterial zur Erzielung der entsprechenden Resonatorgüte ausreicht. Außerdem ist wichtig, daß sich der verspiegelte Teil der Membran 13 bei einer Druckbeaufschlagung linear nach innen bewegt, d. h. daß die Verspiegelung 14 auf der Membraninnenseite 13′ bei der durch die Druckbeaufschlagung ausgelösten Hubbewegung der Membran 13 orthogonal zur optischen Achse 15 des Monomode-Lichtwellenleiters 11 bleibt. Diese Forderung ist bei den bekannten zur Druckmessung verwendeten Membrane hinreichend erfüllt. Bei speziellen Anwendungszwecken, welche z. B. den Einsatz einer Flachmembran mit kleinem Innendurchmesser und großem Hub im Zentrum der Membran erfordern, kann vorgesehen sein, daß - um die Orthogonalität der Verspiegelung 14 der Membraninnenseite 13′ zur optischen Achse 15 zu gewährleisten - der entsprechende Teil der Membran 13 verstärkt wird, so daß auch bei diesen Bedingungen die Verspiegelung 14 währen der Hubbewegung der Membran 13 orthogonal zur optischen Achse 15 des Lichtwellenleiters 11 verläuft.

Dem Fachmann ist bekannt, daß der Ausdruck "hochreflektierend" bei der Bezeichnung der Reflexionseigenschaften der Verspiegelung 14 nicht dahingehend zu verstehen ist, daß damit ein Reflexionskoeffizient der Verspiegelung 14 gemeint ist, der in der Größenordnung von eins liegt. Vielmehr ist es dem Fachmann bekannt, daß wie er den Reflexionskoeffizienten der Verspiegelung 14 zu wählen hat, damit eine dem gewünschten Einsatzzweck entsprechende Resonatorgüte des Fabry-Perot-Resonators erreicht wird.

Der Monomode-Lichtwellenleiter 11 ist im der Membran 13 gegenüberliegenden Teil des Gehäuses 12 angeordnet. Hierbei ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Ummantelung 11a des Monomode-Lichtwellenleiters 11 durch eine gegen hohe Temperaturen widerstandsfähige Verklebung 16 im Gehäuse 12 befestigt ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß der beschriebene Drucksensor auch bei hohen Temperaturen einsetzbar ist, da der Monomode-Lichtwellenleiter 11 auch bei derartigen Temperaturen sicher im Gehäuse 12 des faseroptischen Druckmeßkopfs 10 gehalten wird.

Wesentlich an der Anordnung des polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiters 11 im Gehäuse 12 des faseroptischen Drucks 10 ist, daß seine Stirnfläche 11′ orthogonal zur optischen Achse 15 des Monomode-Lichtwellenleiters 11 steht und somit parallel zur Verspiegelung an der Membraninnenseite 13′ der Membran 13 verläuft. Die in einem Abstand von - vorzugsweise - ca. 1/100 bis 10 mm von der Membraninnenseite 13′ entfernte Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 ist teilreflektierend verspiegelt ausgeführt, wobei diese teilreflektierende Verspiegelung in an sich bekannter Weise durch ein Aufdampfen und Polieren eines geeigneten - vorzugsweise metallischen - Substrats erreicht wird. Durch diese Verspiegelung der Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 wird erreicht, daß die vom Monomode-Lichtwellenleiter 11 her auf die Stirnfläche 11′ auftreffenden Lichtstrahlen des von der Lichtquelle (Laser-Senderdiode 32) der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 emittierten kohärenten und monochromen Laserlichts im wesentlichen ungedämpft durch diese teilreflektierende Stirnfläche 11′ hindurchtreten und anschließend zur hochreflektierenden Verspiegelung 14 gelangen. Im Gegensatz dazu steht das optische Verhalten der Stirnfläche 11′ für Lichtwellen, die von der Verspiegelung 14 der Membraninnenseite 13′ reflektiert wurden und aus dieser Richtung auf die Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 auftreffen: Die teilreflektierende Verspiegelung der Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 bewirkt, daß nur ein gewisser Anteil des auf die Stirnfläche 11′ einfallenden Lichtes wieder in Richtung der Membran 13 reflektiert wird. Diese vom Reflexionskoeffizienten R abhängige Licht-Anteil läuft zur Verspiegelung 14 der Membraninnenseite 13′ zurück und gelangt nach einer erneuten Reflexion zur Stirnfläche 11′, etc. Der nicht reflektierte Anteil 1-R des auf die Stirnfläche 11′ auftreffenden Lichtes wird durch diese transmittiert und anschließend vom Monomode-Lichtwellenleiter 11 zum integriert optischen Chip 20 geleitet.

Durch die hochreflektierende Verspiegelung 14 des der Stirnfläche 11′ des polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiters 11′ gegenüberliegenden Teils der Membraninnenseite 13′ der Membran 13 und durch die teildurchlässige, teilreflektierende Verspiegelung der Stirnfläche 11′ wird in besonders einfacher Art und Weise ein Resonator eines Fabry-Perot-Interferometers geschaffen, welcher eine hochauflösende Erfassung des durch die Druckbeaufschlagung bewirkten Hubes der Membran 13 und somit eine äußerst präzise Messung des auf die Membran 13 einwirkenden Druckes p ermöglicht: Durch die vorher beschriebenen Vielfachreflexionen der in dem durch die teilreflektierenden Stirnfläche 11′ und die hochreflektierende Verspiegelung 14 gebildeten Fabry-Perot-Resonator hin- und herlaufenden monochromen und kohärenten Lichtstrahlen tritt eine Vielstrahlinterferenz auf, welche das bekannte, eingangs bereits beschriebene Interferenzmuster ausbildet.

Die aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelte und in den polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiter 11 transmittierte Lichtwelle weist eine Intensitätsverteilung auf I_t, deren Gesetzmäßigkeit durch die bekannte Formel von G.B.Airy festgelegt wird:

I_t = I₀/(1 + 4 R(sin(2 π · L₀/1)/(1 - R))²).

In dieser Gleichung wird die über den Monomode-Lichtwellenleiter 11 in den Fabry-Perot-Resonator eingekoppelte Lichtintensität mit I₀ bezeichnet, und die Variable R steht für den Reflexionskoeffizienten der teilreflektierenden Stirnfläche 11′. Wie es sich aus dieser Gleichung ergibt, wird die Intensität des transmittierten Lichts I_t im wesentlichen durch den Quotienten aus der optischen Weglänge L₀ (optische Weglänge L₀ = geometrischer Abstand L zwischen der Verspiegelung 14 und der Stirnfläche 11′ multipliziert mit dem Brechungsindex n des zwischen diesen beiden Endspiegeln des Fabry-Perot-Resonators befindlichen Mediums) und der Wellenlänge 1 des von der Laser-Sendediode 32 emittierten kohärenten und monochromen Laserlichts bestimmt. Man erkennt, daß die Intensität I_t des aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelten und in den Monomode-Lichtwellenleiter 11 transmittierten Laserlichts minimal ist, wenn die optische Länge L₀ dieses Resonators ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge 1 des kohärenten, monochromen Laserlichts ist. Im Gegensatz dazu ist die Intensität des transmittierten Lichts maximal, wenn die optische Länge des Fabry-Perot-Resonators ein ungeradzahliges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge 1 des verwendeten Laserlichts beträgt. Wesentlich für das Verständnis des nachfolgend beschriebenen Meßprinzips des faseroptischen Drucksensors ist die aus der oben beschriebenen Verteilung der Maxima und Minima der transmittierten Lichtintensität folgende Eigenschaft, daß sich bei einer Verringerung (Vergrößerung) der optischen Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators um eine viertel Wellenlänge 1 des verwendeten monochromen und kohärenten Laserlichts ein Minimum (Maximum) der aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelten und in den Lichtwellenleiter transmittierten Lichtwelle in ein Maximum (Minimum) übergeführt wird.

Das Meßprinzip des faseroptischen Drucksensor ist nun wie folgt: Wird auf der Membran 13 der Druck p beaufschlagt so verschiebt sich diese samt der auf der Membraninnenseite 13′ aufgebrachten hochreflektierenden Verspiegelung 14 in Richtung der Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11. Dies bedeutet aber, daß die optische Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators verringert wird, wodurch sich eine Änderung in der Intensitätsverteilung I_t der in den Monomode-Lichtwellenleiter 11 transmittierten Lichtmenge ergibt. Eine typische Intensitätsverteilung I_t des transmittierten Lichts ist in Fig. 3 dargestellt. Auf der Abszisse des in dieser Figur enthaltenen Diagramms ist in willkürlichen Einheiten der zeitliche Verlauf der Hubbewegung der Membran 13 aufgetragen. Auf der Ordinate des Diagramms ist die auf die in den Fabry-Perot-Resonator eingespeiste Lichtintensität I₀ normierte Verteilung der transmittierten Lichtintensität I_t aufgetragen. Die in Fig. 3 gezeigte Kurve 1 stellt dann die von einer Detektordiode 33a der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 registierte Lichtmenge dar. Da es die aus dem Prinzip der interferometrischen Längenmessung basierende Druckmessung nur erlaubt, eine Relativmessung des die Membran 13 beaufschlagenden Druckes p zu erfassen, wird angenommen, daß der faseroptische Drucksensor zuvor derart geeicht wurde, daß der Ruhestellung der Membran 13 (Nullpunkt des Diagramms der Fig. 3) ein gewisser, genau definierter Referenzdruck zugeordnet wird. Bei der Erläuterung des Meßprinzips wird an dieser Stelle - ohne die Allgemeinheit der folgenden Überlegungen zu beschränken - angenommen, daß bei einer Druckbeaufschlagung der Membran 13 mit dem der Eichung des faseroptischen Drucksensors 10 zugrundeliegenden Referenzdruckes die transmittierte Intensität ein Minimum MIO aufweist. Dem Fachmann wird aus den nachfolgenden Überlegungen klar ersichtlich, wie er zu verfahren hat, wenn diese Voraussetzung nicht erfüllt ist, d. h. wenn beim Referenzdruck die transmittierte Intensität kein Minimum aufweist: Wird die Membran 13 nun mit dem Druck p beaufschlagt, so wird eine Hubbewegung der Membran 13 ausgelöst. Die optische Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators verringert sich dementsprechend kontinuierlich. Die Hubbewegung der Membran 13 endet, wenn sich die durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufenen, auf die Membran einwirkenden Kräfte und die durch die Hubbewegung vergrößerte Membranspannung das Gleichgewicht halten.

Beträgt nun - der oben getroffenen Annahme über den Referenzdruck und die Intensität der transmittierten Lichtmenge folgend - der Membranhub ein Viertel der Wellenlänge des kohärenten und monochromen Laserlichts, so registriert die Licht-Sender/Empfängereinheit 30 ein erstes Maximum MA1 der transmittierten Intensität. Nach einer weiteren Verschiebung der Membran 13 von einer viertel Wellenlänge 1 wird ein erstes Minimum MI1 der transmittierten Intensität registriert. Nach einem weiteren Membranhub von einer viertel Wellenlänge 1 wird ein zweites Maximum MA2 der Intensitätsverteilung in der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 registriert, etc.

Dem Fachmann ist aus obiger Beschreibung nun sofort das Meßprinzip des faseroptischen Drucksensors 10 ersichtlich: Die auf einer interferometrischen Längenmessung basierende digitale Druckmessung erfolgt derart, daß von der in den optoelektronischen Detektordioden 33a, 33b der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 registrierten Intensitätsverteilung des transmittierten Lichts in der Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 nur die Maxima und/oder die Minima der transmittierten Lichtintensität ausgewertet werden. Durch ein einfaches Abzählen der bei einer Hubbewegung der Membran 13 auftretenden, derart "digitalisierten" Maxima und/oder Minima ist es in einfacher Art und Weise möglich, die Hubbewegung der Membran 13 mit einer Genauigkeit von einer viertel Wellenlänge 1 des verwendeten kohärenten und monochromen Laserlichts zu bestimmen. Aus der bekannten Beziehung zwischen dem die Membran 13 beaufschlagenden Druck p und der dadurch ausgelösten Hubbewegung dieser Membran 13 ist es direkt möglich, den Druck p zu berechnen. Die mit dieser digitalen Auswertemethode erzielbare Genauigkeit beträgt - bei einer gleichzeitigen Erfassung der Maxima und der Minima der transmittierten Intensitätsverteilung ein Viertel der Wellenlänge 1 des von der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 emittierten kohärenten und monochromen Laserlichts. Ist nur eine geringere Längen- und somit Druckauflösung erforderlich, so ist es ausreichend, entweder die Maxima oder die Minima der transmittierten Intensitätsverteilung zu erfassen. Die Längen/Druckauflösung beträgt dann eine halbe Wellenlänge 1 des verwendeten kohärenten und monochromen Laserlichts.

Der faseroptische Drucksensor zeichnet sich durch seine Streckenneutraltität aus. In der dem Monomode-Lichtwellenleiter 11 nachgeschalteten Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 werden nur die Minima und die Maxima der Intensitätsverteilung der transmittierten Lichtmenge registriert, so daß Intensitätsschwankungen - wie sie z. B. durch unterschiedliche Übertragungsstreckenlängen oder der Alterung der Lichtwellenleiter und/oder der Laserdiode auftreten - auf die Meßgenauigkeit keinen Einfluß haben. Außerdem ist bei dieser digitalen Erfassung von Vorteil, daß die erzielbare Meßgenauigkeit in weiten Grenzen unabhängig von der Signalform und von der Güte des Fabry-Perot-Resonators ist.

Es ist natürlich ebenfalls möglich, mit einer entsprechend ausgebildeten optoelektronischen Detektoreinrichtung und einer geeigneten Auswerteelektronik die gesamte Intensitätsverteilung des transmittierten Lichts analog zu erfassen und die erfaßte Intensitätsmodulation des transmittierten Lichts gemäß der durch die Airy-Formel gegebenen Verlauf der Zwischenwerte zwischen einem Maximum und einem Minimum in eine Längenänderung des Fabry-Perot-Resonators umzurechnen und daraus die Druckbeaufschlagung der Membran 13 zu ermitteln. Desweiteren ist es möglich, die registrierte Intensitätsverteilung quasi digital auszuwerten, d. h. die Intensitätsänderung in diskreten Schritten zu erfassen.

Zur weiteren Erhöhung der Druckauflösung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß im Fabry-Perot-Resonator zwischen der Verspiegelung 14 und der Stirnfläche 11′ ein optisches System zur Fokussierung und/oder Faltung der im Faby-Perot-Resonator hin und herreflektierten Lichtstrahlen angeordnet ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß der optische Weg verdoppelt oder vervielfacht wird, den die Lichtstrahlen zurücklegen, bevor sie wieder in den Lichtwellenleiter 11 eintreten. Dieses optische System wurde - aus Gründen der Übersichtlichkeit - in Fig. 2 nicht dargestellt. Es ist dem Fachmann aber bekannt, wie ein derartiges bekanntes optisches System zur Fokussierung und Faltung im Fabry-Perot-Resonator auszubilden und anzuordnen ist.

Der aus der als Lichtquelle fungierenden, ein monochromes und kohärentes Laserlicht emittierenden Laser-Sendediode 32 und aus dem über den Monomode-Lichtwellenleiter 11 mit der Lichtquelle verbundenen Druckmeßkopf 10 bestehende faseroptische Drucksensor erlaubt eine zuverlässige und präzise Druckmessung, wenn der zeitliche Verlauf der Druckbeaufschlagung bekannt ist: Denn mit dem obigen Meßprinzip des faseroptischen Drucksensors ist es noch nicht möglich, eine Richtungsumkehr der Membran 13 zu erkennen, d. h. es ist nicht möglich, zu entscheiden, ob der Druck p zu- oder abnimmt. Diese mangelnde Richtungssensitivität des interferometrischen Druckmeßverfahrens ist aus dem in Fig. 3 enthaltenen Diagramm ersichtlich: Es wird angenommen, daß die Membran 13 nach einer Auslenkung um den Abstand X ihre Gleichgewichtslage einnimmt. Bei der darauffolgenden Abnahme des die Membran 13 beaufschlagenden Druckes p vergrößert sich wiederum der Abstand zwischen der Verspiegelung 14 der Membraninnenseite 13′ und der Stirnfläche 11′ des Monomode-Lichtwellenleiters 11 und somit die optische Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators. Aufgrund der durch die Airy-Formel gegebenen sin²-Abhängigkeit der transmittierten Intensität vom Quotienten aus der optischen Länge L₀ und der Wellenlänge R ist es der digital arbeitenden, nur auf Maxima und Minima ansprechenden Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 nicht möglich, festzustellen, ob das registrierte Minimum MIX der in Fig. 3 dargestellten Verteilung der transmittierten Lichtintensität einer Vergrößerung des Druckes p oder einer Verkleinerung desselben entspricht.

Aus diesem Grund ist in besonders vorteilhafter Art und Weise vorgesehen, daß in den faseroptischen Druckmeßkopf 10 zwei gegeneinander phasenverschobene Teilstrahlen des kohärenten und monochromen Laserlichts eingespeist werden. Um diese phasenverschobenen Wellenzüge diskriminieren zu können, ist es erforderlich, diese zu codieren. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Codierung dieser beiden Teilstrahlen des von der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 emittierten Laserlichts besteht darin, die beiden Teilstrahlen unterschiedlich - vorzugsweise senkrecht aufeinander - linear zu polarisieren und dann die Intensitäten der beiden unterschiedlich codierten (polarisierten) Teilstrahlen getrennt auszuwerten. Eine weitere Möglichkeit der Codierung besteht in der Verwendung eines links- und eines rechtszirkular polarisierten Teilstrahls.

Mit diesem weiter unter noch eingehend beschriebenen Verfahren erhält man eine eindeutige Richtungserkennung der Hubbewegung der Membran 13, die eine eindeutige Klassifizierung der Zunahme oder der Abnahme des Druckes p ermöglicht. Diese Codierung durch die Polarisation der beiden Teilstrahlen wird im integriert optischen Chip 20 durchgeführt. Um die von dem als Codiereinrichtung wirkenden integriert optischen Chip 20 polarisierten Laserstrahlen in den Druckmeßkopf 10 einspeisen zu können, ist es in diesem Fall erforderlich, den Lichtwellenleiter 11 als polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter auszubilden.

In Fig. 4 ist der integriert optische Chip 20 dargestellt. Der von der Sender-Laserdiode 32 emittierte, vom weiteren Monomode-Lichtwellenleiter 31 zum integriert optischen Chip 20 geleitete kohärente Laserstrahl wird in einem ersten Richtkoppler 21a in zwei Teilstrahlen aufgespaltet, welche je einen optischen Zweig 22a und 22b des integriert optischen Chips 20 durchlaufen. Im ersten optischen Zweig 22a ist ein erster Polarisationssteller 23a angeordnet, dessen bevorzugte Durchlaßrichtung (Polarisationshauptachse) um 90° gegenüber der Polarisationshauptsache des zweiten Polarisationsstellers 23b des zweiten optischen Zweiges 22b verdreht ist. Nach dem Passieren des Polarisationsstellers 23a bzw. 23b weist der im Zweig 22a bzw. 22b verlaufende Teilstrahl des kohärenten Laserlichts eine genau definierte Polarisation auf.

Zusätzlich ist im ersten Zweig 22a ein Phasenschieber 24 vorgesehen, der eine Phasenverschiebung des polarisierten Laserlichts des ersten Zweiges 22a gegenüber dem polarisierten Laserlichts des zweiten Zweiges 22b erzeugt. Hierbei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß die mit dem Phasenschieber 24 erzeugbare Phasenverschiebung variabel ist. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß der Phasenschieber 24 zusätzlich zur Phasenverschiebung eine elektrische Modulation des im ersten Zweig 22a befindlichen kohärenten Laserlichts durchführt.

In einem polarisationserhaltenden zweiten Richtkoppler 21b des integriert optischen Chips 20 werden die beiden kohärenten, zueinander orthogonal polarisierten und gegeneinander phasenverschobenen Teilstrahlen der beiden optischen Zweige 22a und 22b wieder überlagert und gelangen über den Monomode-Lichtwellenleiter 11 zum Druckmeßkopf 10.

Das aus dem interferometrischen Fabry-Perot-Drucksensors 10 ausgekoppelte und über den polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiter 11 zum integriert optischen Chip 20 zurückgeführte Laserlicht wird in einem polarisationserhaltenden dritten Richtkoppler 21c in zwei optische Detektorzweige 25a und 25b aufgespalten. In jedem optischen Detektorzweig 25a und 25b ist ein Depolarisator 26a, 26b angeordnet. Der erste und der zweite Depolarisator 26a und 26b des ersten und des zweiten Detektorzweiges 25a und 25b dient jeweils dazu, das aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelte, zwei verschiedene Polarisationsrichtungen aufweisende Licht derart aufzuspalten, daß in der dem jeweiligen Depolarisator 26a, 26b nachgeschalteten, über je einen Multimode-Lichtwellenleiter 34a, 34b mit den Ausgängen 20a und 20b des integriert optischen Chips 20 verbundenen optoelektronischen Detektordiode 33a, 33b (s. Fig. 1) jeweils nur die von einer Polarisationsrichtung (Codierung) herrührenden transmittierten Intensität registrieren. Diese "Decodierung" der beiden simultan in aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelten, gegeneinander phasenverschobenen Teilstrahlen erfolgt durch die unterschiedliche Durchlaßcharakteristik der beiden Depolarisatoren 26a und 26b: Einer der beiden Depolarisatoren 26a, 26b ist derart eingestellt, daß er nur Lichtstrahlen durchläßt, die eine der Polarisationshauptsache des Polarisationsstellers 25a bzw. 25b entsprechende Polarisationsrichtung aufweisen. Analog dazu läßt der andere der beiden Depolarisatoren 26b bzw. 26a nur Lichtstrahlen durch, welche eine dem anderen Polarisationssteller 25b bzw. 25a entsprechende Polarisationsrichtung aufweist.

Das Funktionsprinzip des zwei polarisierte Teilstrahlen verwendenden Drucksensors wird im folgenden anhand der Fig. 5 erläutert: Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt - analog wie die Fig. 3 - das zeitliche Verhalten der aus dem Fabry-Perot-Resonator ausgekoppelten Intensität: Auf der Abzisse des Diagramms ist der zeitliche Verlauf der in den Detektordioden 33a bzw. 33b registrierten Lichtintensität dargestellt. Auf der Ordinate des Diagramms der Fig. 5 ist die auf die in den Fabry-Perot-Resonator eingekoppelte Intensität I₀ normierte Verteilung der transmittierten Intensität I_t aufgetragen. Die in Fig. 5 enthaltene, voll durchgezeichnet dargestellte Kurve 1 beschreibt die Verteilung der transmittierten Intensität des den zweiten optischen Zweig 22b des integriert optischen Chips 20 durchlaufenden Teilstrahls des Laserlichts, also desjenigen Teilstrahls, der im integriert optischen Chip 20 keine Phasenverschiebung erfährt. Das Interferenzverhalten dieses Teilstrahls des in den Fabry-Perot-Resonator eingekoppelten Laserlichts ist vollkommen identisch mit dem in Fig. 3 dargestellten Interferenzverhalten des an dieser Stelle eingehend beschriebenen Laserstrahls. Die oben angeführten Überlegungen sind hier in vollkommen analoger Art und Weise gültig, so daß auf eine Beschreibung der Kurve 1 der Fig. 5 verzichtet werden kann.

Die strichliert dargestellte Kurve 2 gibt die zeitliche Änderung der Interferenzmaxima und Interferenzminima des den ersten optischen Zweig 22a des integriert optischen Chips 20 durchlaufenden ersten Teilstrahl wieder, d. h. desjenigen Teilstrahls, welcher im integriert optischen Chip 20 eine Phasenverschiebung gegenüber dem zweiten Teilstrahl erleidet. Die Intensitätsverteilung des phasenverschobenen Teilstrahls ist aus der oben angeführten Gleichung leicht ableitbar, indem man dem Argument der im Nenner der Airy-Funktion auftretenden Sinus-Funktion die Phasenverschiebung hinzuaddiert. Man erkennt aus dem Diagramm der Fig. 5, daß die Interferenzmaxima und -minima des phasenverschobenen Teilstrahls - der gewählten Phasenverschiebung entsprechend - gegenüber den entsprechenden Interferenzmaxima und -minima des nicht phasenverschobenen Teilstrahls um ein gewisses Zeitintervall Δt bis zum Umkehrzeitpunkt X hinterhereilen. Die in der Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 durchgeführte zeitliche Auflösung der individuell in den einzelnen Detektordioden 33a und 33b registrierten, durch ihre Codierung vom integriert optischen Chip 20 diskriminierbaren Teilstrahlen ist es nun möglich, die durch Druckfluktuationen oder ein Abnehmen des Druckes p hervorgerufene Umkehr in der Hubrichtung der Membran 13 festzustellen. Wesentlich dazu ist, daß - wie aus Fig. 5 klar ersichtlich ist - sich die zeitliche Abfolge der Intensitätsmaxima und -minima des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls umkehrt. Während die Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des phasenverschobenen Teilstrahls den entsprechenden Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des nicht phasenverschobenen Teilstrahls bei einer Bewegungsrichtung der Membran 13 zur Stirnfläche 11′ des Lichtwellenleiters hin - also bei einer Verringerung der optischen Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators nacheilen, treten die nach einer Richtungsumkehr der Membranbewegung - also bei einer durch die verringerte Auslenkung der Membran 13 hervorgerufenen Vergrößerung der optischen Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators - die Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des phasenverschobenen Teilstrahls zeitlich vor den entsprechenden Intensitätsmaxima und Intensitätsminima des nicht phasenverschobenen Teilstrahls auf. Die Ansteuer­ und Auswerteelektronik 40 erfaßt diese zeitliche Änderung der relativen Phasenlage der transmittierten Intensitäten der einzelnen Teilstrahlen und berechnet dann - in einer dem Fachmann aus den obigen Ausführungen leicht ersichtlichen Art und Weise - aus dieser interferometrisch erfaßten Längen- und Richtungsumkehr den zeitlichen Verlauf der Hubbewegung und damit - bei bekannter Beziehung zwischen Druckbeaufschlagung und Hubbewegung der Membran 13 - den an der Membran 13 angreifenden Druck p.

Der aus der Laser-Sendediode 32, den integriert optischen Chip 20, den mit dem integriert optischen Chip 20 über den polarisationserhaltenden Monomode-Lichtwellenleiter 11 verbundenen Druckmeßkopf 10 und den beiden Detektordioden 33a und 33b der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 bestehende Drucksensor erlaubt es in besonders vorteilhafter Art und Weise, den die Membran 13 beaufschlagenden Druck p auch dann sicher und zuverlässig zu erfassen, wenn der Druckverlauf nicht bekannt ist und/oder Fluktuationen aufweist.

Eine alternative Ausführungsform des faseroptischen Drucksensors verwendet eine leicht modifizierte Version des integriert optischen Chips 20. Diese alternative Ausbildung dieses Bauteils des faseroptischen Drucksensors ist leicht aus der in Fig. 4 dargestellten Ausführung des integriert optischen Chips 20 ableitbar, so daß dieser alternativen Version keine eigne Zeichnung gewidmet wurde. Das wesentliche Merkmal dieser Ausführungsform des integriert optischen Chips 20 besteht darin, daß die Polarisationshauptrichtung des ersten Polarisationsstellers 23a sehr schnell elektrisch modulierbar ist, d. h. der den elektrisch modulierbaren ersten Polarisationssteller 23a durchlaufende Lichtstrahl wird in eine zeitliche Abfolge von Strahlsegmenten zerlegt, die alternierend eine unterschiedliche - vorzugsweise eine zueinander orthogonale oder in ihrem Drehsinn unterschiedliche - Polarisierung aufweisen. Durch eine derartige Codierung des von der Sender-Laserdiode 32 emittierten, über den Monomode-Lichtwellenleiter 31 zum integriert optischen Chip 20 geleiteten monochromen und kohärenten Laserlichts vereinfacht sich der Aufbau des integriert optischen Chips 20 und der Aufbau der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 beträchtlich: Da es der elektrische modulierbare erste Polarisationssteller 23a erlaubt, innerhalb des ersten Teilstrahls des ersten optischen Zweiges 22a zwei gegeneinander diskriminierbare Polarisationsrichtungen zu erzeugen, kann der zweite optische Zweig 22b des integriert optischen Chips 20 ersatzlos entfallen. Der Aufbau und somit die Herstellungskosten des integriert optischen Chips 20 werden dadurch drastisch reduziert, da der erste Richtkoppler 21a, der zweite Richtkoppler 21b und der zweite Polarisationssteller 23b nicht mehr nötig sind.

Vorteilhafterweise kann ferner vorgesehen sein, daß die Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 derart ausgebildet ist, daß die von einer optoelektronischen Detektordiode 33a, 33b registrierte Verteilung der transmittierten Intensität zeitlich segmentiert aufgelöst werden kann. Mit anderen Worten: Der Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 ist es möglich, zu erkennen, wie die in einer optoelektronischen Detektordiode 33a, 33b zu einem gewissen Zeitpunkt erfaßte Lichtintensität der einen oder der anderen Polarisationsrichtung (Codierung) des Lichtstrahls zuzurechnen ist. Eine derartige Ausbildung der Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 ermöglich es in besonders vorteilhafter Art und Weise, den Aufbau des integriert optischen Chips 20 und der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 weiter zu vereinfachen. Das zeitlich segmentiert arbeitende und damit die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des zur interferometrischen Längenmessung verwendeten Laserstrahls erfassende Auflösevermögen der Ansteuer- und Auswertelektronik 40 erlaubt es, nur mit einer einzigen optoelektronischen Detektordiode, z. B. der Detektordiode 33a, eine zuverlässige Druckmessung durchzuführen. Demzufolge kann die zweite Detektordiode 33b der Licht-Sender/Empfängereinrichtung 30 ersatzlos entfallen. Dies hat zur Konsequenz, daß dann auch der integriert optische Chip 20 einfacher und damit billiger auszuführen ist: Der zweite Detektorzweig 25b des integriert optischen Chips - und somit der dritte Richtkoppler 21c, der zweite Depolarisator 26b und der zweite Mulitmode-Lichtwellenleiter 34b - werden nicht mehr benötigt und können daher entfallen.

Bei den obigen Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die Codiereinrichtung als integriert optischer Chip 20 ausgeführt ist. Es ist dem Fachmann aber klar ersichtlich, daß es ebenso moglich ist, die einzelnen Funktionseinheiten des integriert optischen Chips 20 als diskrete Bauelemente in konventioneller Technik auszuführen. Auf der anderen Seite ist es natürlich möglich, die Laser-Sendediode 32 und/oder die optoelektronischen Detektordioden 33a, 33b der Licht-Sender/Empfängereinheit 30 als integrale Bestandteile des integriert optischen Chips 20 auszubilden. Der dadurch entstehende, sowohl elektrisch wie auch optische Anschlüsse aufweisende integriert optische Chip besitzt den Vorteil, daß dieser direkt - d. h. vom Hersteller - fertig abgleichbar ist, wodurch sich der Aufbau des faseroptischen Drucksensors vereinfacht, was wiederum positive Auswirkungen auf die Herstellungskosten mit sich bringt.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß das Auflösevermögen der interferometrischen Längenmessung und somit die Druckauflösung prinzipiell von der Wellenlänge des verwendeten monochromen und kohärenten Laserlichts bestimmt wird. Zur Erhöhung der Auflösung der interferometrischen Längenmessung kann in besonders vorteilhafter Art und Weise vorgesehen sein, daß durch eine Modulation der Laser-Sendediode 32 eine Einseitenband-Modulation des von dieser emittierten Laserlichts stattfindet. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den Lichtwellenleiter 11 und den weiteren Lichtwellenleiter 31 als Multimode-Lichtwellenleiter auszubilden. Durch eine derartige Maßnahme wird erreicht, daß - auch bei einer digitalen Auswertung - die Auflösung des faseroptischen Drucksensors weitgehend gleichwertig mit einer analogen, die Zwischenwerte der Teilungskurven der transmittierten Intensität erfassenden Auswertemethode ist.

Das oben beschriebene, auf einer interferometrischen Erfassung der durch die Druckbeaufschlagung ausgelösten Hubbewegung der Membran 13 basierende Druckmeßverfahren ist von seinem Grundprinzip her nicht temperaturabhängig. Um jedoch eine exakte Zuordnung zwischen der gemessenen Längenänderung des Fabry-Perot-Resonators und der Druckbeaufschlagung der Membran 13 herstellen zu können, ist es erforderlich, sekundäre Temperatureffekte zu berücksichtigen: Durch die Temperaturbelastung des faseroptischen Druckmeßkopfs 10 ist es möglich, daß eine thermische Ausdehnung des Gehäuses 12 des Druckmeßkopfs 10 stattfindet. Außerdem verändert sich der E-Modul des Membranmaterials temperaturabhängig, d. h. der Hub der Membran ist - bei gleicher Druckbeaufschlagung - bei höheren Temperaturen größer. Außerdem ändert sich die optische Länge L₀ des Fabry-Perot-Resonators infolge der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes n des zwischen der Verspiegelung 14 der Membraninnenseite 13′ und der Stirnfläche 11′ des Lichtwellenleiters 11 befindlichen Mediums. Der letztgenannte sekundäre Temperatureffekt ist leicht behebbar, in dem man vorsieht, daß das Gehäuse 12 des Druckmeßkopfs 10 evakuiert ist. Die beiden erstgenannten sekundären Temperatureffekte erfordern es jedoch, die Temperatur der Membran 13 und/oder die Temperatur des Gehäuses 12 zu erfassen und auf der Grundlage dieser Temperaturmessung eine Temperaturkompensation der interferometrisch ermittelten Längenänderung vorzunehmen.

Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - der Druckmeßkopf 10 mit einem Temperaturfühler 50 ausgestattet ist, welcher über eine Signalleitung 51 mit der Ansteuer- und Auswerteelektronik 40 verbunden ist. Dieser Temperaturfühler 50 kann als konventionell ausgebildetes Thermometer ausgeführt sein, mit dem die Temperatur der Membran 13 und/oder des Gehäuses 12 des faseroptischen Druckmeßkopfs 10 erfaßbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsart des Temperaturfühlers 50 besteht darin, daß der Druckmeßkopf 12 einen weiteren, in Fig. 2 nicht explizit dargestellten Lichtwellenleiter aufweist, mit dem eine Infrarotstrahlung in den Druckmeßkopf 10 einspeisbar ist. Ebenso kann vorgesehen sein, daß der Lichtwellenleiter 11 sowohl zur Versorgung des Fabry-Perot-Resonators mit monochromen und kohärenten Laserlichts zur Druckmessung als auch zur Einspeisung einer Infrarot-Strahlung zur Infrarot-Temperaturmessung dient. Dem Fachmann ist der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Infrarot-Temperaturmeßsystems bekannt, so daß auf eine weitergehende Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Ein faseroptischer Druckmeßkopf 10 mit einem derartigen Infrarot-Temperaturmeßsystem erlaubt nicht nur die einfache und zuverlässige Temperaturkompensation der über die interferometrische Längenmessung ermittelten Druckwerte. Vielmehr ist es in vorteilhafter Art und Weise möglich, über ein derartiges Infrarot-Temperaturmeßsystem auf die Temperatur des die auf die Außenseite der Membran 13 einwirkenden Mediums, z. B. des Kunststoffmaterials bei Extrusions- und Spritzgußmaschinen zu erfassen. Ein derartiger, gleichzeitig eine Druckmessung und eine Temperaturbestimmung des Kunststoffmaterials ermöglichender faseroptischer Drucksensor ist besonders vorteilhaft bei Spritzgieß- und Extrusionsmaschinen einsetzbar, da bei diesen - wie bereits eingangs erwähnt - die Überwachung dieser Parameter für eine qualitativ hochwertige Fertigung der Extrusions- und Spritzgießteile unerläßlich ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des beschriebenen Druckmeßkopfs 10 besteht darin, daß der die Infrarot-Temperaturmessung erlaubende Infrarot-Lichtwellenleiter durch das Gehäuse 22 geführt wird und in einer - nicht dargestellten - Quarzlinse an der Vorderseite des Gehäuses 12 mündet. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß es ein derart ausgestalteter Druckmeßkopf 10 in besonders vorteilhafter Art und Weise nicht nur eine Druckmessung ermöglicht. Vielmehr erlaubt es der durch das Gehäuse 12 zur Quarzlinse führende und seine Infrarot-Strahlung direkt in das zu messende Medium strahlende Infrarot-Lichtwellenleiter, simultan eine kombinierte Druck/Temperaturmessung durchzuführen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckmeßkopfes ist in der Fig. 6 dargestellt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist mit dem in Fig. 2 dargestellten und weiter oben eingehend beschriebenen Druckmeßkopf 10 weitgehend identisch, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden können.

Der wesentliche Unterschied zwischen diesen weiteren Druckmeßkopf 110 und dem oben beschriebenen Druckmeßkopf 10 besteht darin, daß der Druckmeßkopf 110 derart ausgeführt ist, daß der auf ihn einwirkende Druck p nicht direkt an der Membran 13 angreift.

Vielmehr ist in vorteilhafter Art und Weise vorgesehen, daß der Membran 13 ein in einer Hülse 17 geführter Kolben 18 vorgeschaltet ist. Der Kolben 18 verschiebt sich infolge des an seiner Stirnfläche 18′ angreifenden Druckes p zur Membran 13 hin und bewirkt, daß diese - analog wie beim Druckmeßkopf 10 - eine Hubbewegung ausführt. Die Funktionsweise des Druckmeßkopfs 110 ist im weiteren vollkommen analog zur Funktionsweise des oben beschriebenen Druckmeßkopfes 10, so daß weitere Ausführungen an dieser Stelle überflüssig sind.

Die mittelbare, über den Kolben 18 erfolgende Druckbeaufschlagung der Membran 13 des Druckmeßkopfes 110 besitzt den Vorteil, daß die Membran 13 keiner so hohen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, wie dies bei der Membran des Druckmeßkopfes 10 der Fall ist. Ein weiterer Vorteil des Druckmeßkopfes 110 besteht darin, daß es leicht möglich ist, diesen auch an schwer zugängliche Meßorte zu plazieren, da aufgrund der kompakten Ausbildung der Hülse 17 samt des in ihr aufgenommenen Kolbens 18 nur ein geringer Platzbedarf für den als Druckaufnehmer fungierenden Teil des Druckmeßkopfes 110 nötig ist.

Abschließend ist festzustellen, daß die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Dem Fachmann ist aus obiger Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der einzelnen Systemkomponenten des faseroptischen Drucksensors klar ersichtlich, welche Kombinationen der einzelnen Systemkomponenten er vorzunehmen hat, um den auf dem Prinzip eines Fabry-Perot-Interferometers basierenden Druckmeßkopf den von ihm gewünschten Einsatzzweck anzupassen.

Claims (18)

1. Faseroptischer Drucksensor, mit einem Druckmeßkopf (10, 110), der ein Gehäuse (12) aufweist, in dem eine als Druckaufnehmer fungierende, unter Druckbeaufschlagung eine Hubbewegung ausführende Membran (13) aufgenommen ist, deren Membraninnenseite (13′) mit einer hochreflektierenden Verspiegelung (14) versehen ist, und mit einem Lichtwellenleiter (11), dessen Stirnfläche (11′) auf die hochreflektierende Verspiegelung (14) der Membraninnenseite (13′) ausgerichtet ist und über den von einer Lichtquelle (32) emittiertes Licht in den Druckmeßkopf (10, 110) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspiegelung (14) der Membraninnenseite (13′) und die Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) orthogonal zu einer optischen Achse (15) des Lichtwellenleiters (11) verlaufen, und daß die Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiter (11) teilreflektierend ausgeführt ist, so daß durch die hochreflektierende Verspiegelung (14) der Membraninnenseite (13′) und durch die teilreflektierende Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) ein Fabry-Perot-Resonator ausgebildet wird, in dem das vom Lichtwellenleiter (11) in den Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) eingekoppelte Licht an der hochreflektierenden Verspiegelung (14) der Membraninnenseite (13′) zur teilreflektierenden Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) reflektiert wird, und in dem dieses reflektierte Licht zu einem dem Reflektionskoeffizienten R der teilreflektierenden Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) entsprechenden Anteil zur hochreflektierenden Verspiegelung (14) der Membraninnenseite (13′) zurückgespiegelt wird, und in dem der verbleibende Anteil reflektierten Lichts durch die teilreflektierende Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) transmittiert wird, und daß das aus dem Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) ausgekoppelte und in den Lichtwellenleitern (11) transmittierte Licht aufgrund der im Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) stattfindenden Vielstrahlinterferenz des eingekoppelten Lichts eine zeitliche Intensitätsverteilung aufweist, welche durch den zeitlichen Verlauf der Hubbewegung der Membran (13) bestimmt wird, und daß die Intensitätsverteilung des transmittierten Lichts in einer optoelektronischen Detektoreinrichtung (33a, 33b) registriert und in einer Ansteuer- und Auswerteinrichtung (40) ausgewertet wird.

2. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der hochreflektierenden Verspiegelung (14) und der teilreflektierenden Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) des Druckmeßkopfes (10, 110) ein optisches System zur Fokussierung und Faltung der im Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) verlaufenden Lichtstrahlen angeordnet ist.

3. Faseroptischer Druckmeßsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochreflektierende Verspiegelung (14) an der Membraninnenseite (13′) und/oder die teilreflektierende Verspiegelung der Stirnfläche (11′) des Lichtwellenleiters (11) durch ein Aufdampfen und/oder Polieren eines metallischen Substrats erzeugt wird.

4. Faseroptischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) im Bereich ihrer Verspiegelung (14) verstärkt ausgebildet ist, so daß bei der Hubbewegung der Membran (13) eine lineare Verschiebung der Verspiegelung (14) erfolgt, derart, daß die Verspiegelung (14) während der Hubbewegung orthogonal zur optischen Achse (15) des Lichtwellenleiters (11) verbleibt.

5. Faseroptischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung der Membran (13) des Druckmeßkopfs (110) über einen an der Membran (13) angreifenden Kolben (18) erfolgt, der in einer mit dem Gehäuse (12) fest verbundenen Hülse (17) verschiebbar geführt ist.

6. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Transport des von der Lichtquelle (32) emittierten monochromen und kohärenten Lichts zum Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) des Druckmeßkopfs (10) verwendeten Lichtwellenleiter (11, 32) als Monomode-Lichtwellenleiter ausgebildet sind.

7. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckmeßkopf (10, 110) und die Lichtquelle (32) eine Codiereinrichtung (20) geschaltet ist, in der das von der Lichtquelle (32) emittierte und über einen weiteren Lichtwellenleiter (31) zur Codiereinrichtung (20) geleitete Licht in einem ersten Richtkoppler (21a) in einen ersten und einen zweiten Teilstrahl aufgespaltet wird, welche je einen ersten und einen zweiten optischen Zweig (22a, 22b) der Codiereinrichtung (20) durchlaufen, und daß im ersten optischen Zweig (22a) eine Polarisationssteller (23a) und ein Phasenschieber (24) angeordnet sind, durch welche der den ersten optischen Zweig (22a) durchlaufende erste Teilstrahl polarisiert wird und eine Phasenverschiebung erfährt, und daß im zweiten optischen Zweig (22b) ein zweiter Polarisationssteller (23b) angeordnet ist, durch den der zweite optische Zweig (22b) durchlaufende zweite Teilstrahl polarisiert wird, wobei die bevorzugten Durchlaßrichtungen des ersten und des zweiten Polarisationsstellers (23a, 23b) derart ausgerichtet sind, daß die Polarisationshauptachsen des ersten und des zweiten Teilstrahl orthogonal zueinander verlaufen und daß in einem polarisationserhaltenden zweiten Richtkoppler (21b) der Codiereinrichtung (20) der erste und der zweite Teilstrahl überlagert und synchron in den Lichtwellenleiter (11) eingespeist werden, und daß der die Codiereinrichtung (20) mit dem Druckmeßkopf (10, 110) verbindende Lichtwellenleiter (11) polarisationserhaltend ausgebildet ist, und daß das aus dem Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) des Druckmeßkopfes (10, 110) ausgekoppelte und über den polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter (11) zur Codiereinrichtung (20) zurückgeleitete Licht in einem polarisationserhaltenden dritten Richtkoppler (21c) in einen ersten und in einen zweiten optischen Detektorzweig (25a, 25b) aufgespaltet wird, und daß in jedem der beiden optischen Detektorzweige (25a, 25b) ein Depolarisator (26a, 26b) angeordnet ist, dessen bevorzugte Durchlaßrichtung mit einer der Polarisationshauptachsen der Polarisationssteller (23a, 23b) übereinstimmt, und daß ein erster und ein zweiter Multimode-Lichtwellenleiter (34a, 34b) vorgesehen ist, welcher je einen optischen Detektorzweig (25a, 25b) mit je einer optoelektronischen Detektordiode (33a, 33b) der Licht-Sender/Empfängereinheit (30) verbinden.

8. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung durch einen integriert optischen Chip (20) gebildet wird.

9. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtkoppler (21a, 21b, 21c), die Polarisationssteller (23a, 23b, 26a, 26b) und der Phasenschieber (24) als diskrete Bauelemente einer in konventioneller Technik aufgebauten Codiereinrichtung (20) ausgebildet sind.

10. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (24) elektrisch modulierbar ist.

11. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Lichtquelle (32) und Druckmeßkopf (10) angeordnete Codiereinrichtung (20) einen elektrisch modulierbaren Polarisationssteller und einen elektrisch modulierbaren Phasenschieber aufweist, durch deren koordiniertes Zusammenwirken die von der Lichtquelle (32) emittierte und über den weiteren Lichtwellenleiter (31) in die Codiereinrichtung (20) eingespeiste Licht in eine zeitliche Abfolge von zwei periodisch wiederkehrenden, aufeinanderfolgenden Lichtsegmenten aufgespaltet wird, wobei das erste Lichtsegment gegenüber dem zweiten Lichtsegment eine unterschiedliche Polarisation und eine Phasenverschiebung aufweist, und daß der derart segmentierte Lichtstrahl über den polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter (11) in den Druckmeßkopf (10, 110) eingespeist wird.

12. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Fabry-Perot-Resonator (11′, 14) des Druckmeßkopfes (10) ausgekoppelte und über den polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter (11) zur Codiereinrichtung (20) zurückgeführte Licht über einen polarisationserhaltenden Richtkoppler (21c) in den ersten optischen Detektorzweig (25a) geleitet wird, und daß die Ansteuer- und Auswerteelektronik (40) derart ausgebildet ist, daß die momentan in der optoelektronischen Detektordiode (33a) registrierte transmittierte Lichtintensität jeweils einer der beiden alternierenden Polarisationshauptrichtungen zuordbar ist.

13. Faseroptischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (32) als elektrisch modulierbare Laserdiode ausgeführt ist, die eine Einseitenband-Modulation des von der Lichtquelle (32) emittierten kohärenten Laserlichts bewirkt, und daß der Lichtwellenleiter (11) und der weitere Lichtwellenleiter (32) als Multimode-Lichtwellenleiter ausgeführt sind.

14. Faseroptischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (12) des Druckmeßkopfs (10, 110) ein Temperaturfühler (50) angeordnet ist, der über eine Signalleitung (51) mit der Ansteuer- und Auswerteelektronik (40) verbunden ist.

15. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (50) des Druckmeßkopfes (10, 110) als Infrarot-Temperaturmeßsystem ausgebildet ist, und daß die zur Versorgung dieses Infrarot-Temperaturmeßsystems erforderliche Infrarotstrahlung durch einen in das Gehäuse (12) des Druckmeßkopfes (10, 110) mündenden Infrarot-Lichtwellenleiter erfolgt.

16. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der Infrarot-Strahlung zur Versorgung des Infrarot-Temperaturmeßsystem durch den das Fabry-Perot-Interferometer (11′, 14) vorsorgenden Lichtwellenleiter (11) erfolgt.

17. Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot-Lichtwellenleiter durch das Gehäuse (12) geführt wird und in einer von der Vorderseite des Gehäuses (12) vorgesehenen Quarzlinse mündet.

18. Faseroptischer Drucksensor nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (11) und der Infrarot-Lichtwellenleiter durch eine Verklebung (16) der Ummantelung (11a) der Lichtwellenleiter (11′) mit einem Hochtemperaturkleber im Gehäuse (12) des Druckmeßkopfs (10) gehaltert ist.