DE10057607A1 - Faseroptische Druck-und Temperaturaufnehmer und System zur Überwachung von Druck und/oder Temperatur - Google Patents

Abstract

Ein faseroptischer Druckaufnehmer weist einen Sensorbereich mit einem druckabhängigen Membranbereich auf, an dessen reflektierender Oberfläche mit Hilfe einer Glasfaser auf die reflektierende Oberfläche gerichtetes Licht in die Faser zurückgekoppelt wird, wobei der zurücklaufende Strahl mittels eines Referenzstrahls zur Interferenz gebracht wird und in einem entsprechenden optischen Detektor nachgewiesen wird. In einem faseroptischen Temperaturaufnehmer wird mittels einer Glasfaser die temperaturabhängige Strahlung einer Sensorfläche erfasst und zu einem optischen Detektor weitergeleitet, woraus aus der Intensität die Temperatur der Sensorfläche ermittelt wird. Ein System zur Überwachung von Druck und/oder Temperatur umfasst zumindest einen faseroptischen Druckaufnehmer und/oder zumindest einen faseroptischen Temperaturaufnehmer, wobei mittels einer Auswerteelektronik aus interferierenden Lichtstrahlen und/oder Temperatur eines zu messenden Systems ermittelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faseroptischen Druckaufnehmer zur Verwendung in einem System zur Überwachung von Druck- und/oder Temperaturbedingungen in expo­ nierten Systemen, insbesondere in Verbrennungsräumen von Wärmekraftmaschinen, mit einem ummantelten Sensorbereich, der in einem Verbrennungsraum einführbar ist, wobei der ummantelte Sensorbereich einen auf Druck reagierenden Membranbereich aufweist, einer Glasfaser, die in hermetisch versiegelter Weise in den Sensorbereich eingeführt ist und ein erstes Ende aufweist, das mit einer reflektierenden Oberfläche des Membranbe­ reichs über einen, die Glasfaser und den Membranbereich mechanisch entkoppelnden Spalt mit einer druckabhängigen Spaltbreite in optischen Kontakt bringbar ist, einer Licht­ quelle, die ausgebildet ist, Licht in das zweite Ende der Glasfaser einzukoppeln, einem Strahlteiler, der mit der Glasfaser und einer zweiten Glasfaser gekoppelt und ausgebildet ist, von der reflektierenden Oberfläche in die Glasfaser reflektiertes Licht teilweise von der Glasfaser in die zweite Glasfaser zu lenken, und einem mit der zweiten Glasfaser gekop­ pelten optischen Detektor. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen faseroptischen Temperaturaufnehmer, sowie ein System zum Überwachen von Druck und/oder Tempera­ tur unter Verwendung von zumindest eines faseroptischen Druckaufnehmers und/oder zu­ mindest eines faseroptischen Temperaturaufnehmers.

In vielen Bereichen der Industrie und Technik ist es notwendig, Druck und Temperatur ei­ nes Mediums zu überwachen. Insbesondere in Bereichen, die schwer zugänglich sind und in denen starke elektromagnetische Störsignale vorhanden sind, erweist sich eine zuver­ lässige und störungssichere Detektion von Druck und Temperatur als schwierig. Insbeson­ dere beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen ist es wichtig, die Parameter Druck und Temperatur im Verbrennungsraum zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturen auszuführen, um die Verbrennung im Zylinder möglichst optimal verlaufen zu lassen. Um eine zuverlässige Motorregelung auf der Grundlage der Parameter Druck und Temperatur durchführen zu können, sind Sensorelemente erforderlich, die zuverlässig und genau über einen langen Zeitraum die erforderlichen Signale bereitstellen. Ferner herrschen im Bereich des Zylinders, insbesondere wenn es sich um einen Ottomotor handelt, starke elektromag­ netische Störfelder vor, so dass das elektrische Auslesen der in der Regel schwachen Sen­ sorsignale zu erheblichen Störungen überlagert. Eine entsprechende Signalaufbereitung am Ort des Sensors ist in der Regel nicht durchführbar, da aufgrund der hohen Betriebs­ temperaturen in der Nähe des Zylinders sowie der durch Verschmutzung und Vibrationen bedingten Beeinträchtigung eine entsprechende Schaltung nicht zuverlässig über einen langen Zeitraum arbeiten würde. Da die ständig steigende Nachfrage nach optimierten Motoren insbesondere in Hinsicht auf reduzierte Abgas-Emissionen und einen reduzierten Treibstoffverbrauch, stetig ansteigt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckaufnehmer, einen Temperaturaufnehmer sowie ein System zur Überwachung von Druck und Temperatur bereitzustellen, die ein genaues Erfassen von Druck und Tempera­ tur über einen langen Zeitraum in exponierten Systemen, insbesondere in Verbrennungs­ räumen von Wärmekraftmaschinen ermöglichen, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung durch einen faseroptischen Druckaufnehmer der eingangs genannten Art gelöst, der sich dadurch auszeichnet, dass ein von der reflektierenden Oberfläche reflektierter Licht­ strahl in Abhängigkeit von der Spaltbreite mit einem Referenzlichtstrahl zur Interferenz bringbar ist, wobei die Intensität der interferierenden Strahlen in dem optischen Detektor nachweisbar ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen faserop­ tischen Temperaturaufnehmer mit einem Sensorkopf, in dem zumindest eine ummantelte Glasfaser eingeführt ist, wobei ein Ende der Faser zu einer Temperatursensorfläche des Sensorkopfes zur Einkoppelung von Strahlung gerichtet ist, und wobei das andere Ende der Glasfaser mit einer Fotodiode in optischer Verbindung steht, um die in die Glasfaser eingekoppelte Strahlung nachzuweisen.

Erfindungsgemäß wird ferner ein System zur Überwachung von Druck und/oder Tempera­ tur eines exponierten Systems, insbesondere eines Verbrennungsraums in einer Wärme­ kraftmaschine, bereitgestellt, das mindestens einen faseroptischen Druckaufnehmer und/oder mindestens einen faseroptischen Temperaturaufnehmer, sowie eine Auswerte­ elektronik umfasst, die die Signale aus dem faseroptischen Druckaufnehmer und/oder dem faseroptischen Temperaturaufnehmer empfängt und aus diesen Signalen Werte für Druck und Temperatur des exponierten Systems ermittelt.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Druck im Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors zu erfassen und ein entsprechendes Sig­ nal, das nicht durch die hochfrequenten Störfelder der Zündkerze oder der Zündanlage des Motors beeinträchtigt wird, an einer für die Auswertung geeigneten Stelle bereitzustellen. Dabei wird beim erfindungsgemäßen faseroptischen Druckaufnehmer vom Interferenzprin­ zip Gebrauch gemacht, wodurch sich eine sehr genaue und auch schnelle Aufzeichnung von Drücken und Druckschwankungen erreichen lässt. Zu diesem Zweck weist der Druck­ aufnehmer in seinem Sensorbereich einen Membranbereich auf, der mit einer äußeren O­ berfläche beispielsweise mit dem Gas im Verbrennungsraum in Verbindung steht und somit entsprechend dem im Verbrennungsraum herrschenden Druck unterschiedlich stark ver­ formt wird. Der Sensorbereich kann beispielsweise als zylindrisches Element ausgeführt sein, an dessen einem Ende die Glasfaser eingeführt ist und dessen anderes Ende den Membranbereich bildet. Die Wandstärke des Membranbereichs wird dabei geeigneter Wei­ se so gewählt, dass eine maximale Auslenkung der Membran von 1 µm bis einige zig-µm möglich sind. Wenn daher bei den z. B. im Verbrennungsraum vorherrschenden hohen Drücken eine lange Lebensdauer des Sensors gefordert ist, wobei das Auflösungsvermö­ gen des Sensors reduziert sein darf, so kann eine entsprechend große Materialstärke ge­ wählt werden, so dass die entsprechende Auslenkung bzw. Verformung des Membranbe­ reichs bei geringer Materialermüdung klein ist. Insbesondere vorteilhaft bei dem erfin­ dungsgemäßen faseroptischen Druckaufnehmer ist es, dass dieser abhängig von der Stei­ figkeit der Membranfläche für unterschiedliche Druckbereiche optimiert werden kann.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen faseroptischen Druckaufnehemers wird der Referenzstrahl dadurch erzeugt, dass das zum Membranbereich hinweisende Ende der Glasfaser teilweise verspiegelt ist, so dass ein Teil des einlaufenden Lichtstrahls an diesem Ende reflektiert wird, wohingegen der restliche Strahl an der reflektierenden Oberfläche des Membranbereichs reflektiert und wieder in die Faser eingekoppelt wird. Vorteilhaft ist es da­ bei, die Reflektionsverhältnisse an dem Ende der Glasfaser so zu gestalten, dass der wie­ der eintretende, von der Membranoberfläche reflektierte Strahl nur geringfügig abge­ schwächt wird. Der zurücklaufende interferierende Strahl wird dann mittels eines Strahltei­ lers, der beispielsweise durch einfaches Verschweißen zweier Glasfasern hergestellt ist, in die zweite Glasfaser eingekoppelt und die Intensität des interferierenden Strahls wird in der Fotodiode nachgewiesen.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Referenzstrahl dadurch erzeugt, dass eine dritte Glasfaser, die im Wesentlichen identisch zur ersten Glasfaser ist, und ein Strahlteiler nach der Lichtquelle vorgesehen ist, um Licht gleichzeitig in die erste und dritte Glasfaser einzukoppeln. Dabei weist die dritte Glasfaser ein vollkommen verspiegeltes Ende auf, so dass der Referenzstrahl an diesem Ende nahezu vollständig reflektiert wird. Das Ende der ersten Glasfaser ist dann so beschaffen, dass der Lichtstrahl nahezu vollständig aus der Glasfaser austritt und von der reflektierenden Oberfläche des Membranbereichs reflektiert und wieder in die Glasfaser eingekoppelt wird. Mittels des Strahlungsteilers werden der zu­ rücklaufende Referenzstrahl in der dritten Glasfaser und der zurücklaufende Lichtstrahl in der ersten Glasfaser in die zweite Glasfaser eingekoppelt und das der Auslenkung des Membranbereichs entsprechende Interferenzmuster wird in der Fotodiode nachgewiesen. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil, dass ein Ende der dritten Glasfaser lediglich mit einer total reflektierenden Beschichtung zu versehen ist, so dass keine aufwendigen, teilweise reflektierenden Beschichtungen notwendig sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der faseroptische Druckaufnehmer im Sensorbereich einen starren Referenzbereich mit einer reflektierenden Oberfläche auf, die zu einer Glasfaser zur Temperaturmessung hinweist, wobei zwischen der reflektieren­ den Oberfläche des Referenzbereichs und der Glasfaser zur Temperaturmessung ein Spalt ausgebildet ist, und Licht aus der Lichtquelle in die Glasfaser zur Temperaturmessung ein­ gekoppelt wird und an der reflektierenden Oberfläche des Referenzbereichs reflektiertes Licht mit einem zweiten Referenzstrahl interferiert.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, die Intensität des in der Glasfaser zur Temperaturmes­ sung zurücklaufenden Lichtstrahls, der mit dem zweiten Referenzstrahl interferiert, nach­ zuweisen. Dies ist vorteilhaft, da die Interferenzintensität in der Glasfaser zur Temperatur­ messung an einem starren Referenzbereich reflektiert wird und somit nicht vom Druck ab­ hängig ist. Dies erlaubt es, insbesondere die Einflüsse, die durch die relativ hohe Tempe­ ratur am Ort des faseroptischen Druckaufnehmer hervorgerufen werden, zu erfassen und mit dem druckabhängigen Interferenzsignal zu vergleichen. Insbesondere lässt sich da­ durch auch ein Temperatursignal erzeugen, das entsprechend der thermischen Einstellzeit des starren Referenzbereichs eine gemittelte Temperatur repräsentiert.

Der erfindungsgemäße faseroptische Temperaturaufnehmer erlaubt eine rasche und zu­ verlässige Erfassung der Temperatur in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungs­ motors, wobei die von einer inneren Sensorfläche emittierte Strahlung in eine Glasfaser eingekoppelt und zu einer Fotodiode weiter geleitet wird. Das Temperatursignal wird dabei erst am Ort der Fotodiode in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt und so­ mit können die störenden elektromagnetischen Felder beispielsweise einer Zündanlage wirksam vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die zur Messung verwen­ dete Glasfaser nicht unmittelbar mit dem Gas in dem Verbrennungsraum in Kontakt kommt. Die Sensorfläche, die mit einer äußeren Oberfläche mit dem zu messenden Medium in Kontakt ist, befindet sich im thermischen Gleichgewicht mit dem Medium und anhand der von der Sensorfläche in die Glasfaser eingekoppelten Strahlung kann in bekannter Weise aus der Intensität die Temperatur der Sensorfläche und damit des Mediums ermittelt wer­ den.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Sensorfläche mit einem thermisch iso­ lierendem Dichtmaterial an dem Sensorkopf befestigt, so dass eine starke Entkopplung zwischen dem Sensorkopf und der Sensorfläche vorhanden ist. Dadurch wird gewährleis­ tet, dass die Sensorfläche, die je nach Anwendung als eine Schicht mit kleiner spezifischer Wärmekapazität ausgebildet ist, raschen Temperaturänderungen in dem Medium folgen kann.

Vorteilhafter Weise ist ein Abstand zwischen dem Ende der Glasfaser und der Sensorfläche vorgesehen und so bemessen, dass die numerische Apertur der Glasfaser ausschließlich mit von der Sensorfläche emittierter Strahlung gefüllt ist. Dies gewährleistet, dass im We­ sentlichen nur Strahlung der Sensorfläche in die Faser eingekoppelt wird, womit lediglich Strahlung zur Auswertung gelangt, die die Temperatur des Mediums repräsentiert. Insbe­ sondere wird durch den Abstand auch eine thermische Entkopplung zwischen der Sensor­ fläche und der Glasfaser gewährleistet, wodurch die Temperatur an der Glasfaser deutlich geringer sein kann als die gemessene Temperatur. Dadurch wird eine höhere Zuverlässig­ keit und längere Lebensdauer des faseroptischen Temperaturaufnehmers erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im faseroptischen Temperaturaufnehmer eine zweite Glasfaser vorgesehen, die im Wesentlichen die gleiche Länge und die gleiche Beschaffenheit wie die Glasfaser aufweist und zu dieser benachbart angeordnet ist, wobei das zur Sensorfläche gerichtete Ende der zweiten Glasfaser verspiegelt ist, so dass im Wesentlichen keine Strahlung von der Sensorfläche eingekoppelt wird, und wobei das an­ dere Ende mit einer zweiten Fotodiode in optischer Verbindung steht. Diese Anordnung er­ laubt die Erzeugung eines Referenztemperatursignals, so dass ein in der zweiten Glasfaser gemessenes Signal mit dem in der Glasfaser gemessenem Signal zur Ermittelung von Ein­ flüssen, die nicht durch die Temperatur der Sensorfläche verursacht sind, ermittelt werden können.

Das erfindungsgemäße System zur Überwachung von Druck und Temperatur unter Ver­ wendung eines oder mehrerer faseroptischer Druckaufnehmer sowie eines oder mehrerer faseroptischer Temperaturaufnehmer, gestattet die störungssichere Erfassung einer Viel­ zahl von Temperatur- und Drucksignalen, aus denen dann in einer Kontrolleinheit entspre­ chende Druck- und Temperaturwerte ermittelt werden. Die entsprechenden Werte können dann für eine weitere Bearbeitung bereitgestellt werden, so dass beispielsweise der Betrieb eines Verbrennungsmotors optimiert werden kann. Zu diesem Zweck weist die Auswerte­ elektronik vorteilhafter Weise eine entsprechende Schnittstelle auf, über die Daten an eine entsprechende Rechnereinheit übermittelt werden. Vorzugsweise werden die Daten in der Kontrolleinheit zur weiteren Bearbeitung digitalisiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße System eine Auswertelektronik, die mit dem optischen Detektor verbunden ist, um die Intensität des in­ terferierenden Strahls sowie die Anzahl der Interferenzmaxima- und minima in einem vor­ gegebenen Zeitintervall zu ermitteln. Zu diesem Zweck weist die Auswerteelektronik eine Zählereinrichtung auf, die die Anzahl der Intensitätsmaxima- und minima während eines vorbestimmten Zeitintervalls ermittelt. Auf diese Weise lässt sich der gesamte mechanische Verstellbereich des Membranbereichs für die Messung nutzen. Ferner kann durch die gleichzeitige Messung der Intensität und ein Vergleich zweier zeitlich beabstandeter Inten­ sitätswerte die Richtung der Auslenkung des Membranbereichs ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße System kann insbesondere zur Abschätzung schneller Druck­ schwankungen, wobei mehrere Interferenzmaxima in rascher Folge durchlaufen werden, vorteilhaft verwendet werden. Eine derartige Situation tritt beispielsweise beim Klopfen von Verbrennungsmotoren auf.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der Unteransprüchen sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. In den Zeichnungen zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines faseroptischen Druck­ aufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Sensorbereichs einer Ausfüh­ rungsform des faseroptischen Druckaufnehmers;

Fig. 3 zeigt schematisch eine Überblicksdarstellung über eine weitere Ausfüh­ rungsform des faseroptischen Druckaufnehmers;

Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des Sensorbereichs des in Fig. 3 schematisch dargestellten faseroptischen Druckaufnehmers;

Fig. 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Sensorkopfes einer Aus­ führungsform des faseroptischen Temperaturaufnehmers; und

Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Systems zur Erfassung von Druck und Temperatur unter Verwendung mehrerer faseroptischer Druckauf­ nehmer und mehrerer faseroptischer Temperaturaufnehmer.

Fig. 1 ist eine schematische Überblicksdarstellung einer Ausführungsform des faseropti­ schen Druckaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 umfasst ein faserop­ tischer Druckaufnehmer 100 eine Lichtquelle 101, die optisch mit einer ersten Glasfaser 102 verbunden ist. Das von der Lichtquelle 101 abgewandte Ende der Glasfaser 102 ist in einen Sensorbereich 103 eingeführt. Ferner weist in diesem Ausführungsbeispiel der faser­ optische Druckaufnehemer 100 einen ersten Strahlteiler 104 auf, der über eine Monitorfaser 105 mit einer Monitorfotodiode 106 verbunden ist. Ein zweiter Strahlteiler 107 stellt eine op­ tische Verbindung zwischen der Glasfaser 102 und einer Fotodiode 109 über eine zweite Glasfaser 108 her.

Während des Betriebs des faseroptischen Druckaufnehmers 100 wird die Lichtquelle 101 mit einer geeigneten Stromversorgung verbunden, um vorzugsweise ein monochromati­ sches Licht zu emittieren. Die Lichtquelle 101 kann beispielsweise aus einer oder mehrerer Leuchtdioden aufgebaut sein, die über eine entsprechende Linse bzw. ein optisches Sys­ tem das emittierte Licht in die Faser 102 einkoppeln. Die Wellenlänge des verwendeten Lichts liegt beispielsweise im Bereich von 2000 nm bis 500 nm. Vorzugsweise wird eine preisgünstige Multimodenglasfaser aus Quarzglas oder einem anderen geeigneten Material verwendet, wobei vorzugsweise die Glasfaser 102 im verwendeten Wellenlängenbereich eine geringe Dämpfung aufweist. Über den Strahlteiler 104, der vorzugsweise so aufgebaut ist, dass er lediglich einen geringen Teil des Lichts in der Glasfaser 103 über die Monitorfa­ ser 105 zur Monitor-Fotodiode 106 lenkt, lässt sich die Intensität der Lichtquelle 101 über­ wachen. Das Licht in der Faser 102 wird zum Sensorbereich 103 geführt, der einen in der Figur nicht dargestellten Membranbereich aufweist, der mit einem zu messenden Medium in Kontakt ist. Der Aufbau und die Funktion des Sensorbereichs 103 wird anschließend mit Bezug zu Fig. 2 genauer erläutert. Das Licht in der Glasfaser 102 wird am Austrittsende teilweise reflektiert und der austretende Teil des Lichtes wird am Membranbereich reflektiert und wieder in die Glasfaser 102 eingekoppelt. Der zurücklaufende interferierende Strahl wird im Strahlteiler 107 teilweise in die zweite Glasfaser 108 und weiter zur Fotodiode 109 gelenkt, die die Intensität des interferierenden Strahles in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Anzumerken ist, dass vorzugsweise Glasfasern verwendet werden, in denen der Brechungsindex graduell nach außen abnimmt, so dass im Wesentlichen keine Laufzeitunterschiede zwischen einzelnen Teilstrahlen in den Fasern auftreten.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Sensorbereichs 103 aus Fig. 1. Fig. 2 zeigt einen Teil der Glasfaser 102, die von einer Hülse 100 umschlossen wird. Der Sensorbereich 103 weist ferner einen stabilen Mantel 111 auf, wobei an einem Ende eine Öffnung vorgesehen ist, durch die die Glasfaser 102 ins Innere des Mantels 111 eingeführt ist. An dem der Öffnung abgewandten Ende des Mantels 111 ist ein Membranbereich 112 ausgebildet mit Randbereichen 113, an denen die Materialstärke des Membranbereichs 112 deutlich verringert ist, so dass eine verstärkte Auslenkung dieses Bereiches bei Druckbeaufschlagung möglich ist. Mit der inneren Oberfläche des Membranbereichs 112 ist ein längliches Reflexionselement 115 mit einer reflektierenden Oberfläche 114 verbunden. Das längliche Reflexionselement 115 wird in der Längsrichtung bewegbar durch eine Hülse 116 geführt. Die reflektierende Oberfläche 114 ist vom Ende der Glasfaser 102 durch einen Spalt 117 beabstandet. Der Spalt 117 dient einerseits dazu, die Entfernung vom teilweise reflektierenden Ende der Glasfaser 102 in Abhängigkeit vom Druck, der auf den Mem­ branbereich 112 wirkt, einzustellen, und dient zum anderen dazu, eine gewisse thermische Entkopplung vom Membranbereich bzw. vom unteren Bereich des Mantels 111 zu errei­ chen.

Während des Betriebs wird aus der Lichtquelle 101 Licht in die Glasfaser 102 eingekoppelt, wie dies zuvor mit Bezug zur Fig. 1 erläutert wurde, wobei ein Teil des Lichtes am Ende der Glasfaser 102 reflektiert wird. Das Ende der Glasfaser 102 ist dabei so gestaltet, dass ein Teil des Lichtes in der Glasfaser 102 reflektiert wird, vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 50%, und das in die Glasfaser einzukoppelndes Licht nur sehr geringfügig reflektiert wird. Dies kann erreicht werden, indem eine geeignete Metallbedampfung auf das Ende der Glasfaser 102 aufgebracht wird oder indem Schichten mit abwechselndem Brechungsindex am Ende der Glasfaser 102 hergestellt werden, wie dies beispielsweise von antireflektie­ renden Schichten bekannt ist. Aufgrund des auf dem Membranbereich 112 wirkenden äu­ ßeren Druckes stellt sich eine Breite des Spaltes 117 ein, die vom äußeren Druck abhängig ist. Der Grad der Auslenkung durch den äußeren Druck wird u. a. durch die Art des verwen­ deten Materials für den Membranbereich 112, sowie durch die Wandstärke in den Berei­ chen 113 bestimmt. Eine geringe Materialstärke in den Bereichen 113 ergibt eine große Auslenkung bereits bei geringen äußeren Drücken, während mit zunehmender Material­ stärke in den Bereichen 113 die Auslenkung abnimmt, die jedoch die Haltbarkeit sowie die Langzeitstabilität der bei einem gewissen Druck erhaltenen Auslenkung erhöht. Die Breite des Spaltes 117 wird so eingestellt, dass sie in jedem Fall größer als eine maximale Aus­ lenkung des Membranbereichs 112 bei maximalen angelegten äußeren Druck ist. Die Breite des Spaltes 117 wird auf einem Wert im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 5,5 mm festgelegt. Vorzugsweise liegt die Spaltbreite im Bereich zwischen etwa 0,5 und etwa 2,0 mm.

Für eine Zuordnung der Größe der Auslenkung des Membranbereichs 112, also der Ände­ rung der Breite des Spaltes 117, zu einem entsprechenden Intensitätswert des interferie­ renden Spalts, der in der Glasfaser 102 zurückläuft und mittels des Strahlteilers 107 über die zweite Glasfaser 108 teilweise der Fotodiode 109 zugeführt wird, bieten sich drei Ver­ fahren an.

Erstens durchläuft die Intensität des interferierenden zurücklaufenden Strahls den Bereich von einem Intensitätsminimum bis zu einem Intensitätsmaximum, wenn sich die Breite des Spaltes 117 beginnend bei einem mehrfachen der Wellenlänge um ein Viertel der Wellen­ länge ändert. Um einen möglichst weiten Verstellbereich zu erreichen, ist es daher günstig, eine große Wellenlänge zu verwenden, und die anfängliche Breite des Spaltes 117 so zu justieren, dass sie einem Interferenzmaximum oder einem Interferenzminimum entspricht. Um bei der Änderung des Spaltes 117 thermische Fluktuationen möglichst zu eliminieren, ist es bei dieser Ausführungsform vorteilhaft, eine entsprechende Vorrichtung zur Tempe­ raturkorrektur vorzusehen, wie sie in einem der folgenden Abschnitte beschrieben wird.

Zweitens kann die Anzahl der bei Änderung der Spaltbreite 117 durchlaufene Intensitätsmi­ nima bzw. -maxima mitgezählt und gespeichert werden. Dabei wird vorteilhafter Weise die maximale Auslenkung groß und die verwendete Wellenlänge möglichst klein gewählt, so dass eine relativ große Anzahl an Intensitätsmaxima bzw. -minima beim Durchlaufen der maximalen Auslenkung entsteht. Bei einer verwendeten Wellenlänge von 500 nm und einer maximalen Auslenkung des Membranbereichs 112 von 50 µm entfallen somit 400 Intensi­ tätsmaxima bzw. -minima auf diesen Auslenkungsbereich. Vorteilhaft ist es bei diesen Ver­ fahren, dass eine exakte Justierung der Breite des Spaltes 117 nicht notwendig ist. Ferner ist es mit dieser Anordnung in einfacher Weise möglich, ein Differenzsignal zu erhalten, wenn lediglich Druckschwankungen zu ermitteln sind, da nur die Differenz der Anzahl der Intensitätsmaxima und -minima im Vergleich zum vorhergehenden Wert zu ermitteln ist.

Drittens kann ein kombiniertes Verfahren angewendet werden, wobei zum Einen die Anzahl der Intensitätsmaxima und -minima gezählt wird und des Weiteren die ab­ solute Intensität eines Maximums, beispielsweise zu Beginn einer Zählperiode und die ab­ solute Intensität eines Maximums, beispielsweise am Ende einer Zählperiode gemessen wird. Durch Vergleich der beiden gemessenen Intensitätswerte lässt sich die Richtung der Druckänderung ermitteln. Vorteilhaft dabei ist, dass die beiden Intensitätswerte lediglich miteinander verglichen werden müssen, um eine Tendenz zu erfassen, und daher keine exakte quantitative Intensitätsbestimmung notwendig ist. Die unterschiedliche absolute In­ tensität der Intensitätsmaxima wird durch die unterschiedliche Intensität der in die Glasfaser 102 eingekoppelten Strahlung hervorgerufen, da sich durch Annähern bzw. Entfernen der reflektierenden Oberfläche 114 der Raumwinkelbereich für die einzukoppelnde reflektierte Strahlung ändert, wodurch sich die gesamte in die Glasfaser 102 eingekoppelte Strah­ lungsintensität entsprechend der Auslenkung des Membranbereichs 112 ändert. Das dritte Verfahren wird vorzugsweise dann angewendet, wenn beispielsweise nicht aus dem Funk­ tionsablauf, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, auf die Richtung der Druckände­ rung geschlossen werden kann. Das dritte Verfahren weist gegenüber herkömmlichen Verfahren, in denen lediglich die Intensität des zurückreflektierten Strahls gemessen wird, den Vorteil auf, dass die absolute Intensität des zurückreflektierten Strahls zusätzlich mit den Interferenzmaxima und -minima mit einer Auflösung von ein Viertel der verwendeten Wellenlänge, d. h. sowohl die Maxima als auch die Minima werden zur Auswertung heran­ gezogen, moduliert ist. Bei nur geringen Druckänderungen, die im Bereich weniger Interfe­ renzmaxima und -minima liegen und wobei der Unterschied zwischen der absoluten Inten­ sität des zuerst gemessenen Maximums und der absoluten Intensität des zuletzt gemesse­ nen Maximums unterhalb des Auflösungsvermögens der Fotodiode 109 liegt, kann zu­ nächst die Anzahl der gemessenen Maxima und Minima gespeichert werden und die Rich­ tung der Druckänderung wird dann bei Auftreten einer genügend großen Änderung der Ab­ solutintensitäten ermittelt. Die zusätzliche Bestimmung der Richtung der Druckänderungen entsprechend dem dritten Verfahren ist besonders bei Erfassungen von schnellen Druck­ schwankungen, die nicht durch den Funktionsablauf der Verbrennungsmaschine vorgegeben sind, beispielsweise beim Klopfen des Motors, vorteilhaft, da dann die Größe dieser sporadischen Druckschwankungen mit hoher Auflösung detektierbar ist.

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung, wobei Elemente die identisch zu den Ausführungsformen, die mit Bezug zu Fig. 1 und 2 dargestellt wurden, mit den gleichen Bezugszeichen belegt sind. Der Einfachheit hal­ ber werden die zu den Ausführungsformen aus den Fig. 1 und 2 identischen Elemente nicht mehr erläutert. Entsprechend Fig. 3 ist ein weiterer Strahlteiler 120 vorgesehen, der mit ei­ ner weiteren Glasfaser 121, die in den Sensorbereich 103 eingeführt ist, verbunden ist. Ein Strahlteiler 122 verbindet die Glasfaser 122 mit einer weiteren Fotodiode 123.

Beim Betrieb wird das Licht in der Glasfaser 102 durch den Strahlteiler 120 zum Teil in die Faser 121 eingekoppelt und in den Sensorbereich 120 geführt, in dem es dann reflektiert und über den Strahlteiler 122 teilweise zu der Fotodiode 123 geführt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt des Sensorbereichs 103, der zusätzlich zu der Darstellung in Fig. 2 einen starren Referenzbereich 126, ein weiteres Längselement 124 mit reflektierender Oberfläche 125, das im Wesentlichen identisch zum Element 115 ist, und einen Spalt 126 zwischen dem Ende der Glasfaser 121, das die gleiche Beschaffenheit wie das Ende der Glasfaser 102 aufweist, und der reflektierenden Oberfläche 125 aufweist. Vorzugsweise sind der Membranbereich 112 und der starre Referenzbereich 126 thermisch gekoppelt, so dass diese Bereiche im Wesentlichen eine identische Temperatur aufweisen.

Während des Betriebs wird Licht in die Faser 121 eingekoppelt, in ähnlicher Weise wie dies vorher im Zusammenhang mit Glasfaser 102 beschrieben wurde, und ein interferierender rücklaufender Strahl wird in der Fotodiode 123 nachgewiesen. Da die Beschaffenheit sowie die Temperatur bzw. der Temperaturverteilung der Elemente 115 und 124 im Wesentlichen identisch sind, werden Änderungen der Breite des Spaltes 125 aufgrund der auf den faser­ optischen Aufnehmer einwirkenden Temperatur als Intensitätsänderung im interferierenden Strahl in der Fotodiode 123 nachgewiesen. Die Temperatur bedingte Längenänderung von beispielsweise Eisen liegt bei etwa 12 × 10^-6 K^-1 so dass bei einer Länge von etwa 5 mm für das Element 124 bei einer Temperatur von etwa 600°C, wie sie für Verbrennungsmotoren durchaus üblich ist, eine Längenänderung von etwa 36 µm zu erwarten ist. Das Signal der Fotodiode 123, vorzugsweise also die Anzahl der Interferenzmaxima und -minima, kann verwendet werden, um eine entsprechende Temperaturkorrektur an dem Signal der Foto­ diode 109 durchzuführen.

Um mit der Anordnung aus Fig. 4 ebenfalls eine Absoluttemperaturmessung durchführen zu können, und um die Richtung von Temperaturänderungen bestimmen zu können, kann ebenfalls das zuvor im Zusammenhang mit der Druckmessung beschriebene dritte Verfah­ ren angewendet werden. Um jedoch relativ keine Temperaturschwankungen bestimmen zu können, ist es vorteilhaft, entlang der Oberfläche eines Teils des Elements 124 ein unter­ schiedliches Material mit einem unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten anzubringen, so dass sich eine leichte mechanische Verspannung bei der temperaturbedingten Ausdeh­ nung des Elements 124 ergibt, die zu einer Änderung des Einfallswinkels auf die reflektie­ rende Oberfläche 125 und damit zu einer deutlichen Änderung der in die Glasfaser 121 eingekoppelten Intensität führt. Dadurch ergibt sich eine stärkere temperaturbedingte Ab­ hängigkeit von der Absolutintensität des interferierenden Strahls, so dass die Richtung der Temperaturänderung bereits für wenige gezählte Interferenzmaxima und -minima bestimm­ bar ist. Durch geeignete Kalibrierung kann damit ein Absolutwert für Temperaturschwan­ kungen ermittelt werden, wobei die zeitliche Auflösung einer Temperaturschwankung durch die Zeit bestimmt ist, die zum Erreichen eines Temperaturgleichgewichts zwischen dem mit dem starren Referenzbereich gekoppelten Element 124 und dem äußeren auf dem starren Bereich 126 einwirkenden Medium erreicht ist.

Mit Bezug zu Fig. 5 wird im Folgenden ein faseroptischer Temperaturaufnehmer beschrie­ ben, der geeignet ist, Absoluttemperaturen zu ermitteln. Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Sensorkopfs 500 mit einer Temperatursensorfläche 501, die in einem Gehäuse 502 gehaltert ist. An dem der Sensorfläche 501 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 502 ist eine Öffnung vorgesehen, durch die eine ummantelte Glasfaser 503 eingeführt ist. Die Glasfaser 503 weist an dem der Sensorfläche 501 zugewandtem Ende ein optisches Element 504 auf. Vorzugsweise ist der Sensorkopf 500 so gestaltet, dass die Sensorfläche 501 und die Glasfaser 503 hermetisch dicht mit dem Gehäuse 502 verbun­ den sind. Das andere, nicht gezeigte Ende der Glasfaser 503 ist optisch mit mit einem De­ tektor, etwa einer Fotodiode, verbunden. Das optische Element 504 ist so gestaltet, dass lediglich die von der Sensorfläche 501 emittierte Strahlung in die Glasfaser gebündelt wird. Bei geeigneter Ausgestaltung des Sensorkopfes 500 kann gegebenenfalls auf das optische Element 504 verzichtet werden, wobei dann die numerische Apertur der Glasfaser 503 so zu wählen ist, dass ein wesentlicher Teil der von der Sensorfläche 501 emittierten Strahlung in die Glasfaser 503 eingekoppelt wird. Dies kann durch Wahl eines geeigneten Faser­ durchmessers, sowie einen geeigneten Sensorflächendurchmesser und einem entspre­ chenden Abstand zwischen der Sensorfläche 501 und dem Ende der Glasfaser 503 er­ reicht werden.

Während des Betriebs des faseroptischen Temperaturaufnehmers wird der Sensorkopf 500 so angebracht, dass zumindest die Außenseite der Sensorfläche 501 in thermischen Kon­ takt mit dem zu messenden Medium, beispielsweise im Gas in einem Verbrennungsraum eines Motors, ist. Die Sensorfläche 501 nimmt dabei im Wesentlichen die gleiche Tempe­ ratur wie das zu messende Medium an, und emittiert infolge dessen ein für die Temperatur und die Oberflächenbeschaffenheit der Sensorfläche 501 entsprechendes Strahlungsspekt­ rum. Um das Emissionsverhalten der Sensorfläche 501 möglichst zu optimieren, kann die der Glasfaser 503 zugewandte Oberfläche geschwärzt sein. Ein großer Teil der von der Sensorfläche 501 emittierten Strahlung wird in die Faser 503, beispielsweise über das opti­ sche Element 504, eingekoppelt und an die nicht gezeigte Fotodiode weitergeleitet. Der an der Diode ankommende Wellenlängenbereich der von der Sensorfläche 501 emittierten Strahlung ist durch das Absorptionsverhalten der Glasfaser 503 bestimmt und ist somit bei der Auswertung zu berücksichtigen. Ferner ist bei der Auswertung des Signals die Empfind­ lichkeit des verwendeten optischen Detektors, beispielsweise einer Fotodiode, zu berück­ sichtigen. Mittels einer geeigneten Kalibrierung lässt sich anhand der über den übertragenen Wellenlängenbereich integrierten Intensität die zugehörige Temperatur der Sensorflä­ che 501 ermitteln.

In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist eine zweite Glasfaser im Sensorkopf 500 vorgesehen, die im Wesentlichen die gleiche Länge und Beschaffenheit aufweist wie die Glasfaser 503. Ferner ist das der Sensorfläche 501 zugewandte Ende der zweiten Glasfaser vollständig verspiegelt, so dass im Wesentlichen in dem interessierenden Wel­ lenlängenbereich keine Strahlung von der Sensorfläche 501 in die zweite Glasfaser einge­ koppelt wird. Die zweite Glasfaser ist mit einer weiteren vorzugsweise baugleichen Fotodio­ de verbunden, so dass an der weiteren Fotodiode ein entsprechendes Referenzsignal er­ mittelt werden kann, das im Wesentlichen die Einflüsse repräsentiert, die nicht durch die von der Sensorfläche 501 emittierten Strahlung herrühren. Auf diese Weise kann in effi­ zienterweise das durch die Glasfaser 503 übertragene Signal mit dem Referenzsignal kor­ rigiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Glasfasern vorgesehen, in die über jeweils wellenlängensensitive Elemente Strahlung, die von der Sensorfläche 501 emittiert wird, mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge in jeweils die beiden Glasfasern eingekoppelt wird. Beispielsweise kann die Wellenlängenselektivität durch Bereitstellen zweier unterschiedli­ cher Einzelmodenfasern bewerkstelligt werden. Die in den beiden Glasfasern transportierte Strahlung wird zwei Fotodioden zur Auswertung zugeführt, wobei dann durch Bilden eines Verhältnisses der beiden Intensitäten die Temperatur der Sensorfläche 501 ermittelt wer­ den kann.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Größe der Sensorfläche 501 sowie deren Materialart und Materialdicke so gewählt, dass für den Einsatzzweck geeignete thermische Relaxationszeiten sowie eine mechanisch ausreichende Stabilität gewährleistet ist. Bei besonders exponierten Systemen, wie dies beispielsweise bei Temperaturmessun­ gen in einem Verbrennungsraum eines Motors der Fall ist, wird vorzugsweise eine Sensor­ fläche mit kleinem Durchmesser verwendet, so dass bereits eine geringe Materialstärke für eine hohe mechanische Stabilität ausreichend ist. Ferner ist es vorteilhaft, die Sensorfläche 501 mittels einem thermisch isolierendem Dichtmaterial in das Gehäuse des Sensorkopfes einzupassen, um damit eine schnelles Erreichen des Temperaturgleichgewichts zwischen der Sensorfläche und dem zu messenden Medium zu ermöglichen. Weiterhin ist es vorteil­ haft, die Glasfaser bzw. die Glasfasern beabstandet von der Sensorfläche vorzusehen, um eine gewisse thermische Entkoppelung des Faserendes von der hohen Motortemperatur zu erreichen. Dabei ist es vorteilhaft, ein bündelndes optisches Element vorzusehen, das ei­ nen Brennpunkt in der Nähe der Sensoroberfläche und einen zweiten Brennpunkt im Inne­ ren der Glasfaser bzw. Glasfasern aufweist. Durch diesen Aufbau ist einerseits ein Messen rascher Temperaturänderungen möglich, und andererseits wird ein mechanisch langlebiger Aufbau gewährleistet, da insbesondere die Glasfaser in einem Bereich angeordnet werden kann, in dem die Temperatur bereits deutlich kleiner ist als an der exponierten Sensorflä­ che.

Fig. 6 zeigt schematisch ein System zur Überwachung von Druck und Temperatur unter Verwendung von mindestens einem faseroptischen Druckaufnehmer und mindestens ei­ nem faseroptischen Temperaturaufnehmer. In Fig. 6 sind die Glasfasern von mehreren fa­ seroptischen Druckaufnehmern 2 mit einer optoelektronischen Auswerteelektronik 1 ver­ bunden. Ferner sind die Glasfasern von mehreren faseroptischen Temperaturaufnehmern 3 ebenfalls mit der optoelektronischen Auswerteelektronik 1 verbunden. Vorzugsweise sind die optischen Detektoren für die einzelnen faseroptischen Druckaufnehmer und faseropti­ schen Temperaturaufnehmer in der optoelektronischen Auswerteelektronik 1 integriert. Vorzugsweise umfasst die optoelektronische Auswerteelektronik 1 eine Differenzierstufe, die in der Lage ist, Intensitätsmaxima und -minima zu erkennen und eine entsprechende Zählereinheit anzusteuern. Ferner umfasst die Auswerteelektronik 1 einen Bereich zur Er­ fassung der Intensitätsabsolutwerte der Druck- und Temperaturaufnehmer. Insbesondere verfügt die Auswerteelektronik vorteilhafterweise über eine Schaltung zum Vergleichen zweier Intensitätssignale, beispielsweise in der Form eines Komparators, so dass sich das zuvor mit Bezug zu dem faseroptischen Druckaufnehmer beschriebene kombinierte Verfah­ ren durchführen lässt.

Die Auswerteelektronik 1 kann ferner vorzugsweise mittels einer Datenleitung 5 mit einer Prozessoreinheit verbunden sein, wobei die Auswerteelektronik 1 die Daten bevorzugter Weise in eine digitale Form umwandelt und in digitaler Form der Prozessoreinheit zur Ver­ fügung stellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist sowohl eine Prozessor­ einheit als auch eine Speichereinheit in der Auswerteelektronik 1 vorgesehen, um damit in effizienter Weise die oben beschriebenen zur Ermittlung von Druck- und Temperaturwerten notwendigen Verfahren ausführen zu können. Die Arbeitsgeschwindigkeit moderner Mikro­ prozessoren bzw. Mikrokontroller ist dabei ausreichend, um Druck- und Temperaturwerte in Zeitintervallen erfassen zu können, die ausreichen, um beispielsweise das Klopfen in Verbrennungsmotoren oder lokale Temperaturunterschiede während des Verbrennungs­ vorgangs detektieren zu können. Ferner können in dem Speicher Kalibrierwerte oder Kalib­ rierfunktionen bzw. Anweisungen zum Ausführen geeigneter Kalibrierroutinen gespeichert sein. Ferner kann die Speichereinheit Informationen über die Betriebsweise des zu überwa­ chenden Systems enthalten, die für die Bestimmung der Druckwerte verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich bei einem Verbrennungsvorgang die Änderung des Drucks aus den gespeicherten Informationen und dem augenblicklichen Zustand, erkennbar bei­ spielsweise aus der Lage des Kolbens, zu ermitteln, so dass die Anzahl der gezählten In­ terferenzmaxima und Minima für die Festlegung des Druckwertes genügt.

Claims (35)

1. Faseroptischer Druckaufnehmer zur Verwendung in einem System zur Überwa­ chung von Druck- und/oder Temperaturbedingungen in exponierten Systemen, ins­ besondere in Verbrennungsräumen von Wärmekraftmaschinen, mit
einem ummantelten Sensorbereich (103), der in einem Verbrennungsraum einführ­ bar ist, wobei der ummantelte Sensorbereich einen auf Druck reagierenden Memb­ ranbereich (112) aufweist,
einer Glasfaser (102), die in hermetisch versiegelterweise in den Sensorbereich (103) eingeführt ist und ein erstes Ende aufweist, das mit einer reflektierenden O­ berfläche (114) des Membranbereichs über einen die Glasfaser (102) und den Membranbereich (112) mechanisch entkoppelnden Spalt (117) mit einer vom Druck abhängigen Spaltbreite in optischen Kontakt bringbar ist,
einer Lichtquelle (101), die ausgebildet ist, Licht in ein zweites Ende der Glasfaser (102) einzukoppeln,
einem Strahlteiler (107), der mit der Glasfaser und einer zweiten Glasfaser (108) gekoppelt und ausgebildet ist, von der reflektierenden Oberfläche (114) in die Glas­ faser (102) reflektiertes Licht teilweise von der Glasfaser (112) in die zweite Glasfa­ ser (108) zu lenken, und
einem mit der zweiten Glasfaser (114) gekoppelten optischen Detektor (109),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein von der reflektierenden Oberfläche (114) reflektierter Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Spaltbreite mit einem Referenzlichtstrahl zur Interferenz bringbar ist, wobei die Intensität des interferierenden Strahls im optischen Detektor (109) nachweisbar ist.

2. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende der Glasfaser einen teildurchlässigen Reflektor aufweist, so dass ein Teil des Lichts als der Referenzstrahl an dem ersten Ende reflektiert wird.

3. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der teildurchlässige Reflektor eine Metallbedampfung aufweist.

4. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der teildurchlässige Reflektor mehrere Schichten mit unterschiedlichem Bre­ chungsindex umfasst.

5. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Glasfaser vorgesehen ist, die an den Strahlteiler gekoppelt ist, um Licht aus der Lichtquelle zu empfangen, wobei die dritte Glasfaser ein vollständig re­ flektierendes Ende aufweist, um damit den Referenzstrahl zu erzeugen.

6. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Glasfaser und die dritte Glasfaser im Wesentlichen die gleiche Länge und die gleiche Beschaffenheit aufweisen.

7. Der faseroptische Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche des Membranbereichs einen bei Druckänderung im Wesentlichen formbeständigen Teilbereich umfasst.

8. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der formbeständige Teilbereich ein erhabenes längliches Element aufweist, das ein Material geringer thermischer Leitfähigkeit umfasst und eine der Glasfaser zugewandte reflektierende Oberfläche aufweist.

9. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erhabene längliche Element im Sensorbereich geführt ist, so dass bei Druckänderung eine geführte Bewegung in Längsrichtung des Elements auftritt.

10. Der faseroptische Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbereich im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und ein geschlossenes unteres Ende als Membranbereich und ein oberes Ende mit einer Öffnung zum Einführen der Glasfaser aufweist.

11. Der faseroptische Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegt.

12. Der faseroptische Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm liegt.

13. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge in Längsrichtung des länglichen Elements größer oder gleich 5 mm ist.

14. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Temperaturmessfaser und ein starrer Referenzbereich mit einer reflektierenden zur optischen Temperaturmessfaser hin zeigenden reflektierenden Oberfläche vorgesehen sind, wobei zwischen der reflektierenden Oberfläche des starren Referenzbereichs und der Temperaturmessfaser ein Spalt ausgebildet ist, und wobei Licht aus der Lichtquelle in die Temperaturmessfaser eingekoppelt wird und an der reflektierenden Oberfläche des Referenzbereichs reflektiertes Licht mit einem zweiten Referenzstrahl interferiert.

15. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter optischer Detektor in optische Kommunikation mit der Temperatur­ messfaser vorgesehen ist.

16. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 151 dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Temperaturmessfaser einen teildurchlässigen Reflektor aufweist, so dass ein Teil des Lichts als der zweite Referenzstrahl an dem Ende reflektiert wird.

17. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der teildurchlässige Reflektor eine Metallbedampfung aufweist.

18. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der teildurchlässige Reflektor mehrere Schichten mit unterschiedlichen Bre­ chungsindex umfasst.

19. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Glasfaser vorgesehen ist, die an einen Strahlteiler gekoppelt ist, um Licht aus der Lichtquelle zu empfangen, wobei die vierte Glasfaser ein vollständig reflektierendes Ende aufweist, um damit den zweiten Referenzstrahl zu erzeugen.

20. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessfaser und die vierte Glasfaser im Wesentlichen die gleiche Länge und die gleiche Beschaffenheit aufweisen.

21. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Referenzbereich ein erhabenes längliches Element mit einer reflek­ tierenden, der Temperaturmessfaser zugewandten Oberfläche aufweist.

22. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 21 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erhabene längliche Element des Membranbereichs im Wesentlichen identisch zu dem erhabenen länglichen Element im Referenzbereich ist.

23. Der faseroptische Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser und die zweite Glasfaser einen nach außen graduell abnehmenden Brechungsindex aufweisen.

24. Faseroptischer Temperaturaufnehmer zur Verwendung in einem System zur Über­ wachung von Druck- und/oder Temperaturbedingungen in exponierten Systemen, insbesondere in Verbrennungsräumen von Wärmekraftmaschinen, mit einem Sen­ sorkopf (504), in dem zumindest eine ummantelte Glasfaser (503) eingeführt ist, wobei ein Ende der Faser zu einer Temperatursensorfläche (501) des Sensorkopfes (504) zur Aufnahme von Strahlung gerichtet ist und wobei das andere Ende der Glasfaser (503) mit einer Fotodiode in optischer Verbindung steht, die in die Glasfa­ ser (503) eingekoppelte Strahlung nachweist.

25. Der faseroptische Druckaufnehmer nach Anspruch 24, wobei das zur Sensorfläche gerichtete Ende der Glasfaser ein optisches Element zur Vergrößerung der numeri­ schen Apertur, der Glasfaser aufweist.

26. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Sensorkopf das Ende der Glasfaser hermetisch umschließt.

27. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wo­ bei eine äußere Oberfläche der Sensorfläche mit dem zu messenden Medium in thermischen Kontakt bringbar ist und wobei eine innere Oberfläche der Sensorfläche geschwärzt ist.

28. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wo­ bei die Sensorfläche mit thermisch isolierendem Dichtmaterial an dem Sensorkopf angebracht ist.

29. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wo­ bei ein Abstand zwischen dem Ende der Glasfaser und der Sensorfläche vorgese­ hen und so bemessen ist, dass die numerische Apertur im Wesentlichen nur mit von der Sensorfläche emittierter Strahlung gefüllt ist.

30. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wo­ bei die Empfindlichkeit des optischen Detektors im Wellenlängenbereich von 4000 nm bis 400 nm liegt.

31. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wo­ bei das dem optischen Detektor zugewandte Ende der Glasfaser ein optisches strahlaufweitendes Element umfasst, und wobei der optische Detektor mindestens zwei Fotodioden mit unterschiedlichem Wellenlängenbereich in der Empfindlichkeit aufweist.

32. Der faseroptische Temperaturaufnehmer nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wo­ bei eine zweite Glasfaser vorgesehen ist, die im Wesentlichen die gleiche Länge und Beschaffenheit wie die Glasfaser aufweist und benachbart zu dieser angeordnet ist, wobei das zur Sensorfläche gerichtete Ende der zweiten Glasfaser verspiegelt ist, so dass im Wesentlichen keine Strahlung von der Sensorfläche eingekoppelt wird, und wobei das andere Ende mit einem zweiten optischen Detektor in Verbin­ dung steht.

33. System zur Überwachung von Druck- und/oder Temperatur in exponierten Syste­ men, insbesondere in Verbrennungsräumen von Wärmekraftmaschinen, mit einem faseroptischen Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 23 und/oder min­ destens einem faseroptischen Temperaturaufnehmer (3) nach einem der Ansprüche 24 bis 32, und eine Auswerteelektronik (1), die die Signale des faseroptischen Druckaufnehmers (2) und/oder des faseroptischen Temperaturaufnehmers (3) empfängt und aus diesen Signalen Werte für Druck- und/oder Temperatur ermittelt.

34. Das System nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelekt­ ronik die Intensität des Signals ermittelt und ausgebildet ist, die Anzahl der Intensi­ tätsmaxima und -minima in einem vorbestimmten Zeitintervall erfasst.

35. Verfahren zur interferometrischen Messung eines Drucks in einer exponierten Um­ gebung, insbesondere in einem Verbrennungsraum einer Wärmekraftmaschine, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Druckaufnehmers mit einem Sensorbereich mit einem auf Druck reagierenden Membranbereich, in den eine Glasfaser eingeführt ist, und wobei die Glasfaser von dem Membranbereich, der eine reflektierende Oberfläche aufweist, durch einen Spalt beabstandet ist,
Bereitstellen einer mit dem anderen Ende der Glasfaser gekoppelter monochromati­ schen Lichtquelle und eines Strahlteiles, der von der reflektierenden Oberfläche in die Glasfaser zurückgekoppeltes Licht zumindest teilweise über eine zweite Glasfa­ ser in einen optischen Detektor lenkt,
Bereitstellen eines aus der Lichtquelle gewonnenen Referenzstrahles, wobei der Referenzstrahl mit dem zurücklaufenden reflektierten Lichtstrahl überlagert und zur Interferenz gebracht wird, wobei eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzstrahl und dem Lichtstrahl von der Auslenkung des Membranbereichs abhängt,
Auswerten des Signals des optischen Detektors in einer Auswerteelektronik, wobei die Auswerteelektronik ausgebildet ist, sowohl ein Interferenzmaximum als auch ein Interferenzminimum sowie die Absolutintensität zu erfassen, und wobei die Auswer­ teelektronik die Anzahl der Interferenzmaxima und -minima in einem vorbestimmten Zeitintervall zählt, und die Absolutintensität zweier zeitlich beabstandeter Intensi­ tätsmaxima vergleicht, um damit die Richtung der Auslenkung des Membranbe­ reichs zu ermitteln.