DE102019132522A1

DE102019132522A1 - Fabry-Perot-Temperatursensor

Info

Publication number: DE102019132522A1
Application number: DE102019132522.6A
Authority: DE
Inventors: Sascha Kienitz; Stefanie Kreft
Original assignee: fos4X GmbH
Current assignee: fos4X GmbH
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Es wird ein faseroptischer Temperatursensor bereitgestellt, welcher einen Lichtleiter mit einer Faserendfläche und eine von der Faserendfläche beabstandete, mit der zu messenden Temperatur beaufschlagbare Sensormembran aufweist, wobei die Faserendfläche zusammen mit einer der Faserendfläche zugewandten lichtreflektierenden Membranoberfläche einen optischen Resonator zur Erfassung einer Membrandeformation ausbildet. Ferner sind ein Sensorkörper, an welchem der Lichtleiter und die Sensormembran angebracht sind, wobei durch den Sensorkörper und die Sensormembran eine zur Umgebung abgeschlossene Messkammer ausgebildet ist, in welcher der optische Resonator angeordnet ist, und eine an dem Sensorkörper angebrachte Abdeckkappe vorgesehen, welche die der Faserendfläche abgewandte Membranoberfläche zumindest teilweise umgibt und dadurch eine Druckkompensationskammer ausbildet, derart, dass die Sensormembran zumindest teilweise zwischen der Messkammer und der Druckkompensationskammer lokalisiert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen einen Temperatursensor, und betreffen ferner eine Vorrichtung zur faseroptischen Temperaturmessung. Insbesondere betreffen Ausführungsformen einen faseroptischen Temperatursensor, ein Verfahren zur faseroptischen Temperaturmessung sowie ein Herstellungsverfahren für einen faseroptischen Temperatursensor.
STAND DER TECHNIK
Das Messen, Überwachen und/oder Regeln der Temperatur von Messobjekten ist in vielen Bereichen der industriellen Anwendung von großer Bedeutung. Herkömmliche Temperaturmesssysteme basieren z.B. auf einer Erfassung der Widerstandsänderung geeigneter Materialien, die mit dem Messobjekt thermisch verbunden werden. In vielen Fällen ist ein elektrischer Zugang zu dem Messobjekt nicht möglich, weil beispielsweise EMV-Probleme auftreten oder leitfähige Materialien am Messobjekt oder in die Nähe des Messobjekts nicht verwendet werden können. Hierzu werden in jüngerer Zeit faseroptische Sensoren eingesetzt, die auf einer temperaturabhängigen Veränderung von beispielsweise der Lichtintensität oder der Lichtphase des sich durch die optische Faser ausbreitenden Lichts beruhen.
Herkömmliche faseroptische Sensoren weisen jedoch bei ihrem Einsatz in der Temperaturmessung verschiedene Nachteile auf. So hängt die erfasste Messgröße oft nicht nur von der Temperatur, sondern auch von anderen Umgebungsgrößen wie Druck, Luftfeuchtigkeit, etc. ab. Es ist daher erstrebenswert, faseroptische Sensoren zur Temperaturerfassung weiter zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein faseroptischer Temperatursensor bereitgestellt, welcher einen Lichtleiter mit einer Faserendfläche, eine von der Faserendfläche beabstandete, mit der zu messenden Temperatur beaufschlagbare Sensormembran, wobei die Faserendfläche zusammen mit einer der Faserendfläche zugewandten lichtreflektierenden Membranoberfläche einen optischen Resonator zur Erfassung einer Membrandeformation ausbildet, einen Sensorkörper, an welchem der Lichtleiter und die Sensormembran angebracht sind, wobei durch den Sensorkörper und die Sensormembran eine zur Umgebung abgeschlossene Messkammer ausgebildet ist, in welcher der optische Resonator angeordnet ist, und eine an dem Sensorkörper angebrachte Abdeckkappe umfasst, welche die der Faserendfläche abgewandte Membranoberfläche zumindest teilweise umgibt und dadurch eine Druckkompensationskammer ausbildet, derart, dass die Sensormembran zumindest teilweise zwischen der Messkammer und der Druckkompensationskammer lokalisiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur faseroptischen Temperaturmessung bereitgestellt, mit den Schritten: Bereitstellen einer Kammer mit einem zur Umgebung abgeschlossenen Kammervolumen, Anordnen einer Sensormembran in der Kammer derart, dass das Kammervolumen in ein Messkammervolumen einer Messkammer und ein Druckkompensationsvolumen einer Druckkompensationskammer aufgeteilt wird, Ausbilden eines optischen Resonators in der Messkammer, Kompensieren von Umgebungsdruckvariationen durch Anpassen des Messkammerdrucks und/oder des Kompensationskammerdrucks, Erfassen einer temperaturabhängigen Membrandeformation durch Messen von optischer Interferenz mittels des optischen Resonators, und Ermitteln einer Umgebungstemperatur aus der Membrandeformation.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines faseroptischen Temperatursensors bereitgestellt, mit den Schritten: Bereitstellen eines Sensorkörpers, Anbringen einer Sensormembran an dem Sensorkörper derart, dass die Sensormembran ein zur Umgebung abgeschlossenes Messvolumen einer Messkammer umschließt, Anordnen eines Lichtleiters in dem Sensorkörper derart, dass eine Faserendfläche des Lichtleiters zusammen mit einer der Faserendfläche zugewandten Membranoberfläche einen optischen Resonator in dem Messvolumen bildet, und Anbringen einer Abdeckkappe an dem Sensorkörper, welche die der Faserendfläche abgewandte Membranoberfläche zumindest teilweise umgibt und dadurch eine Druckkompensationskammer bildet, derart, dass die Sensormembran zumindest teilweise zwischen der Messkammer und der Druckkompensationskammer lokalisiert ist.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 zeigt schematisch einen faserbasierten optischen Resonator mit zugehörigem Interferenzstrahlverlauf, zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung;
2 zeigt faseroptischen Temperatursensor auf Basis des in 1 skizzierten Interferenzeffekts, gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt schematisch einen Teil einer Windkraftanlage mit Rotorblättern und daran angebrachten faseroptischen Temperatursensoren;
4 zeigt schematisch einen Rotor einer Windkraftanlage mit Rotorblättern und Temperatursensoren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen bzw. zur Verwendung in hier beschriebenen Ausführungsformen;
5 zeigt schematisch einen Messaufbau für ein faseroptisches Temperaturmesssystem gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
6 zeigt schematisch einen weiteren Messaufbau für ein faseroptisches Temperaturmesssystem gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
7 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Temperaturmessung mittels eines faseroptischen Temperatursensors gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen; und
8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen eines faseroptischen Temperatursensors gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind.
Faseroptische Sensoren, die auf einer temperaturabhängigen Veränderung von beispielsweise der Lichtintensität oder der Lichtphase des sich durch die optische Faser ausbreitenden Lichts beruhen, weisen ein großes Anwendungspotenzial auf. So ist die faseroptische Temperaturmessung in Bereichen von Messobjekten vorteilhaft, die Blitzeinschlag ausgesetzt sind und daher einer elektrischen Messung nicht zugänglich sind. In zweckmäßiger Weise werden hier jegliche elektrische Leitungen entlang des Messobjekts vermieden, sodass eine Datenerfassung rein optisch erfolgen kann.
Zur Messung kleiner Temperaturänderungen mit hoher Auflösung werden gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen faseroptische Sensoren herangezogen, welche eine Druckkompensation aufweisen können. So kann aus einer Faser und einem verspiegelten Gegenstück in Form einer Sensormembran beispielsweise ein Fabry-Perot-Etalon aufgebaut werden, welches unter Überdruck in einem Sensorkopf hermetisch abgeschlossen ist. Temperaturänderungen führen dann zu einer Änderung des eingeschlossenen Volumens und einer Relaxation/weiteren Ausdehnung der Sensormembran. Über eine Änderung der Interferenzwellenlänge kann damit die Temperatur erfasst werden.
Die Kompensation von Druckänderungen, welche ebenfalls eine Ausdehnung oder Wölbung der Sensormembran hervorrufen können, kann entweder aktiv durch einen zweiten Sensor zur Druckmessung oder passiv durch ein geeignetes Packaging bereitgestellt werden. Bei dem aktiven Ansatz wird neben dem Temperatursensor ein Drucksensor verbaut. Dieser misst den Außendruck, so das auf den Sensor Beziehung Weise auf die Sensormembran wirkende Druck- und Temperaturänderungen mathematisch isoliert werden können. Durch eine geeignete Modellierung oder gegebenenfalls durch eine vorab durchgeführte Kalibrierung können Temperatureffekte und Druckeffekte, die auf die Sensormembran wirken, dann vollständig oder zumindest teilweise getrennt werden. Eine passive Druckkompensation wird ermöglicht durch Bereitstellung von zwei durch die Sensormembran getrennten Kammern, wie nachstehend unter Bezugnahme auf hierin beschriebene Ausführungsformen erläutert wird.
Beispiele für Messobjekte, bei welchen eine Temperaturmessung ohne elektrische Leitungen erfolgen sollte, sind Rotorblätter von Windenergieanlagen oder Tragflächen von Flugzeugen. Durch geeignete Anbringungstechniken lassen sich verteilte faseroptische Temperatursensoren zur Erfassung einzelner Temperaturen oder von Temperaturverteilungen an derartigen Messobjekten einsetzen. So unterliegen z.B. Windenergieanlagen einer komplexen Steuerung, die auf Sensordaten aus der Windenergieanlage selbst beruht, beispielsweise auf zuverlässigen Temperaturdaten. Eine Übertragung optischer Signale mittels eines Lichtleiters bzw. einer optischen Faser bringt ein reduziertes Risiko eines Blitzschadens mit sich. Daher können faseroptische Temperatursensoren derart zur Verfügung gestellt werden, dass sie eine Montage in einem radial äußeren Bereich eines Rotorblatts erlauben, ohne das Risiko eines Blitzschadens zu erhöhen. Darüber hinaus ist die Messung der Temperatur am Rotorblatt zur Auswertung anderer Signale, z.B. jenen von Drucksensoren vorteilhaft, da durch die Temperatur die Rotorblatteigenschaften, wie zum Beispiel die Eigenfrequenz und die Schwingungsmoden, beeinflusst werden.
1 zeigt schematisch einen faserbasierten optischen Resonator 107, der als ein Fabry-Perot-Etalon ausgebildet sein kann. Ferner ist der zugehörige Interferenzstrahlverlauf dargestellt, zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht, ist eine Kavität 302 des optischen Resonators 107 zwischen einer Faserendfläche 102 eines Lichtleiterkerns 113 und einer der Faserendfläche 102 zugewandten lichtreflektierenden ersten Membranoberfläche 103 einer Sensormembran 303 gebildet. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist in 1 nur ein Teil des Lichtleiterkerns 113 gezeigt, während Lichtleitermantel und Lichtleiterschutzhülle weggelassen sind. Der Lichtleiterkern 113 und die Sensormembran 303 sind an einem Sensorkörper 300 derart befestigt, dass sich die Faserendfläche 102 des Lichtleiterkerns 113 und die erste Membranoberfläche 103 ungefähr parallel gegenüberstehen.
Aus dem Lichtleiter Kern 113 wird Licht 401 nach links in 1 in die Kavität 302 des optischen Resonators 107 eingestrahlt. Dieser Lichtstrahl 401, d. h. der einfallende Lichtstrahl 401 wird zwischen der reflektierenden ersten Membranoberfläche 103 und der Faserendfläche 102 mehrfach reflektiert, sodass einfallender Lichtstrahl 401 und reflektierter Lichtstrahl 402 ein Interferenzmuster nach Maßgabe des Fabry-Perot-Effekts bilden. Je nach Länge 111 des Resonators ergeben sich unterschiedliche Interferenzabstände, die zur Auswertung eines temperaturabhängigen Abstands d zwischen der Faserendfläche 102 und der ersten Membranoberfläche 103 herangezogen werden können.
Damit ist es möglich, dass ein aus dem Lichtleiterkern 113 austretender und auf die Sensormembran 303 einfallender Lichtstrahl 401 zurück in den Lichtleiter Kern 113 reflektiert wird, derart, dass ein reflektierter Lichtstrahl 402 gebildet wird. Der reflektierende Lichtstrahl 402 und der einfallende Lichtstrahl 401 bilden einen Interferenzeffekt auf Grundlage einer optischen Pfaddifferenz, welche durch eine mit dem Bezugszeichen 111 gekennzeichnete Resonatorlänge bestimmt wird. Sind die Faserendfläche 102 und die erste Membranoberfläche 103 nahezu parallel zueinander, tritt eine Mehrfachreflexion zwischen der Faserendfläche 102 und der ersten Membranoberfläche 103 auf. Eine derartige Anordnung wird auch als ein Fabry-Perot-Interferometer bezeichnet. Eine der Faserendfläche 102 abgewandte Membranoberfläche der Sensormembran 303 wird als zweite Membranoberfläche 104 bezeichnet und ist einem Druck ausgesetzt.
In einem Fabry-Perot-Interferometer wie es auch in 1 veranschaulicht ist, wird ein freier Spektralbereich, FSR, bereitgestellt, in welchem ein Wellenlängenabstand eindeutig bestimmt werden kann. Dies bedeutet, dass bei einer Messung innerhalb des freien Spektralbereichs keine Mehrdeutigkeiten im Messsignal auftreten. Die in 1 dargestellte Resonatorlänge 111, d, wird damit durch die folgende Gleichung bestimmt:
$d = \frac{λ_{0}^{2}}{2 \cdot n \cdot Δ λ \cdot cos (θ)}$
wobei λ₀ die Wellenlänge eines Minimums bezeichnet, Δλ die Wellenlängendifferenz zwischen zwei Minima bezeichnet, n den Brechungsindex der eingeschlossenen Luft bezeichnet, und θ den Winkel zwischen der Oberflächennormalen der Reflexionsflächen und der Lichtausbreitungsrichtung im Resonator bezeichnet.
2 zeigt faseroptischen Temperatursensor 110 auf Basis des in 1 skizzierten Interferenzeffekts, gemäß einer Ausführungsform. Der Interferenzeffekt kommt zustande durch eine Phasenänderung des an der Sensormembran 303 rückreflektierten Lichts 402 in Bezug auf das auf die Sensormembran 303 eingestrahlte Licht 401, d.h. aufgrund des Fabry-Perot-Effekts.
Der faseroptische Temperatursensor 110 ist in einem Längsschnitt entlang einer Lichtleiterachse eines Lichtleiters 112 veranschaulicht. Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich der Lichtleiterkern 113 in den Sensorkörper 300 hinein. Hierbei verläuft der Lichtleiter 112 in einer Richtung ungefähr senkrecht zu der ersten Membranoberfläche 103 der Sensormembran 303.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die Sensormembran 303 aus einem Material gebildet, welches aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus Quarz, Silizium, einem Polymermaterial, Aluminium, oder jedweder Kombination davon. Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Sensormembran 303 aus einem temperaturstabilen Material besteht. Gemäß einer weiteren Modifikation davon liegt der thermische Expansionskoeffizient des Membranmaterials der Sensormembran 303 in einem Bereich von 0,1 × 10^-6 /°C bis 5 × 10^-6 /°C, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 × 10^-6 /°C bis 2 × 10^-6 /°C, am bevorzugtesten bei ungefähr 0,55 × 10^-6 /°C. Für letztgenannte Wert für den thermischen Expansionskoeffizienten (0,55 × 10^-6 /°C) bezieht sich beispielsweise auf SiO₂.
Damit eine Temperaturänderung nicht zu einer Verformung der Seitenwände des Sensorkörpers 300 und/oder einer Druckzunahme im Inneren der Messkammer 105 führt, ist es zweckmäßig, wenn die Sensormembran 303 eine geringe Materialdicke aufweist. Somit liegt gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, eine Materialdicke der Sensormembran 303 in einem Bereich von 100 µm bis 3 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 300 µm bis 1mm, am bevorzugtesten bei ungefähr 0,5 mm.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, liegt der thermische Expansionskoeffizient des Materials des Sensorkörpers 300 in einem Bereich von 0,1 × 10^-6 /°C bis 5 × 10^-6 /°C, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 × 10^-6 /°C bis 2 × 10^-6 /°C, am bevorzugtesten bei ungefähr 0,55 × 10^-6 /°C.
Ein Hohlraum, welcher durch den Sensorkörper 300 und die Sensormembran 303 umschlossen wird, bildet eine Messkammer 105. An einer longitudinalen Position in der Kavität 302 ist der äußere Schutzmantel des Lichtleiters 112 entfernt, so dass der Lichtleiterkern 113 in den optischen Resonator 302 und damit in die Messkammer 105 hereinragt. Die Messkammer 105, in welche auch die Faserendfläche 102 des Lichtleiterkerns 113 hineinragt, kann ein zur Umgebung abgeschlossenes Volumen ausbilden. Gemäß einer Ausführungsform, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird das Befestigen des Lichtleiters 112 an dem Sensorkörper 300 in der Messposition mittels Kleben oder Löten durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der faseroptische Temperatursensor 110 und/oder das Ende des Lichtleiters 112 mindestens eine optische Strahlformungskomponente auf, beispielsweise am Ende des Lichtleiterkerns 113, um den aus dem Lichtleiterkern 113 austretenden Lichtstrahl 401 zu formen. Die optische Strahlformungskomponente weist mindestens eines der folgenden auf: eine Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse), ein Prisma, eine Kugellinse, eine Zylinderlinse, und jedwede Kombination davon. Gemäß einer weiteren Modifikation kann der Lichtleiter 112 als eine Monomodefaser ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Lichtleiter 112 als eine Glasfaser oder ein Polymerleiter ausgebildet sein, wobei Materialien wie optische Polymere, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Quarzglas, Ethylen-Tetrafluorethylen verwendet werden können, die gegebenenfalls dotiert sind. Insbesondere kann die optische Faser als eine SMF-28 Faser ausgebildet sein.
In dem Sensorkörper 300 ist somit die Kavität 302, die unter Bezugnahme auf 1 oben beschrieben ist, zwischen der Faserendfläche 102 des Lichtleiterkerns 113 und der lichtreflektierenden ersten Membranoberfläche 103 der Sensormembran 303 ausgebildet. Das Ende des Lichtleiterkerns 113, d.h. die Faserendfläche 102, dient hierbei sowohl als Lichtaustrittsfläche zum Emittieren von Licht in Richtung hin zu der ersten Membranoberfläche 103 der Sensormembran 303 als auch als Lichteintrittsfläche zum Aufnehmen von Licht, welches aus der Kavität 302 zurück reflektiert wird.
Innerhalb der Messkammer 105 ergibt sich somit eine Interferenz zwischen aus dem Lichtleiterkern 113 austretenden und von der Sensormembran 303 rückreflektierten Lichtstrahlen. Eine Phasendifferenz zwischen austretenden und rückreflektierten Lichtstrahlen ist durch den Abstand d zwischen Faserendfläche 102 und erster Membranoberfläche 103 bestimmt. Mit anderen Worten ist der Interferometer-Aufbau derart, dass Licht in die Kavität 302 eintreten und an der Sensormembran 303 reflektiert werden kann. Die erste Membranoberfläche 103 und die Faserendfläche 102 der Kavität 302 bilden somit den optischen Resonator 107, wie beispielsweise einen Fabry-Perot-Resonator bzw. ein Fabry-Perot-Etalon. Das in den Lichtleiterkern 113 zurückgeworfene Licht zeigt ein Interferenzspektrum, insbesondere Interferenzmaxima bzw. Interferenzminima, deren Anzahl und/oder Lage von der Länge d der Kavität 302 abhängt. Durch eine Analyse der Lage der Maxima bzw. Minima im reflektierten Spektrum können eine Veränderung der Resonator-Größe bzw. eine temperaturabhängige Auslenkung 111 der Sensormembran 303 detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist der faseroptische Temperatursensor 110 ferner eine Abdeckkappe 301 auf, welche die der Faserendfläche 102 abgewandte Membranoberfläche 104 zumindest teilweise umgibt. Hierdurch wird eine weitere Kammer gebildet, die als eine Druckkompensationskammer 106 bereitgestellt wird. Wie in 2 gezeigt, umschließt die Abdeckkappe 301 zumindest einen Teil des Sensorkörpers 300, die Messkammer 105 und die Sensormembran 303 zur Ausbildung eines von der Messkammer 105 getrennten Volumens der Druckkompensationskammer 106. Somit ist es möglich, dass die Abdeckkappe 301 die der Faserendfläche 102 abgewandte zweite Membranoberfläche 104 zumindest teilweise umgibt, derart, dass die Druckkompensationskammer 106 gebildet wird und dass die Sensormembran 303 zumindest teilweise zwischen der Messkammer 105 und der Druckkompensationskammer 106 lokalisiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist die Messkammer 105 und/oder die Druckkompensationskammer 106 luftdicht zur Umgebung abgeschlossen. Insbesondere kann das Volumen der Druckkompensationskammer 106 hermetisch verschlossen werden, sodass in der Druckkompensationskammer ein definierter Druck bereitgestellt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann der Druck in der Druckkompensationskammer 106 Vakuum entsprechen, kann aber auch jeder andere wohl definierte Druck sein. Gemäß einer weiteren Modifikation können der Druck in der Messkammer 105 und der Druck in der Druckkompensationskammer 106 auf ungefähr den gleichen Wert hingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform, anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird in der Druckkompensationskammer 106 ein Überdruck in einem Bereich von 0 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise in einem Bereich von 0 kPa bis 1 kPa, am bevorzugtesten bei ungefähr 0 kPa eingestellt. Gemäß einer weiteren Alternative ist es möglich, die Messkammer 105 und/oder die Druckkompensationskammer 106 mit einem Inertgas zu befüllen, welches gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Argon, Helium, oder jedweder Kombination davon.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist eine unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Auswerteeinheit 114 vorgesehen, die eine Umgebungstemperatur des optischen Resonators, welche auf die Sensormembran 303 einwirkt, auf Grundlage des optischen Interferenzsignals ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, können der Sensorkörper 300 und/oder die Kavität 302 und/oder die Sensormembran 303 und/oder die Abdeckkappe 301 monolithisch ausgebildet sein, insbesondere als ein monolithischer Glaskörper. Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, kann die Abdeckkappe 301 beispielsweise auf den Sensorkörper 300 aufgeschmolzen sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann die Abdeckkappe 301 durch Laserwelding auf den Sensorkörper 300 aufgebracht sein.
Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der optische Resonator 302 als ein Fabry-Perot-Etalon ausgebildet sein, das eine Kavität mit der mindestens einen Sensormembran 303 bildet. Auf diese Weise kann eine hohe Auflösung bei der Erfassung einer temperaturabhängigen Auslenkung der Sensormembran 303 erreicht werden. Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der optische Resonator 107 eine Kavität 302 bilden, welche luftdicht zur Umgebung abgeschlossen ist und einen vorbestimmten Innendruck aufweist. Auf diese Weise wird die Möglichkeit bereitgestellt, eine auf den Innendruck bezogene Referenzmessung auszuführen. Für eine Temperaturmessung kann der Bereich des optischen Resonators 302 vom Umgebungsdruck getrennt sein, so dass bei einer Änderung des Umgebungsdrucks keine oder nur eine geringe Bewegung der Sensormembran 303 auftritt. Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann die Sensoreinheit 110 von der Umgebung mechanisch entkoppelt werden, um Quereinflüsse zu vermeiden.
3 zeigt eine Windenergieanlage 200 als ein Anwendungsbeispiel für einen faseroptischen Temperatursensor 110, wie er oben stehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist. Die Windkraftanlage 200 beinhaltet einen Turm 202 und eine Gondel 203. An der Gondel 203 ist der Rotor 500 befestigt. Der Rotor 500 beinhaltet eine Nabe 205, an der die Rotorblätter 100 befestigt sind. Wie in 3 dargestellt, ist zumindest eine Sensoreinheit 110 zur faseroptischen Temperaturmessung an einem Rotorblatt 100 zur Verfügung gestellt. Die Sensoreinheit 110 ist über eine Signalleitung bzw. einen Lichtleiter 112 mit der Auswerteeinheit 114 verbunden. Die Auswerteeinheit 114 liefert z.B. ein Signal an eine Steuerungseinheit 204 zur Steuerung und/oder Regelung der Windenergieanlage 200. Das Rotorblatt 100 weist eine Achse 101 entlang seiner Längserstreckung auf. Die Länge des Rotorblatts 100 reicht von einem Blattflansch zu einer Blattspitze, wobei in diesem Bereich in zweckmäßiger Weise keine elektrischen Leitungen vorhanden sein dürfen. Faseroptische Temperatursensoren hingegen können entlang der Längserstreckung des Rotorblatts beliebig angebracht werden. Beispielsweise kann die Sensoreinheit, d.h. der faseroptische Temperatursensor 110 an einer radialen Position in einem äußeren Bereich des Rotorblatts 100 angeordnet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, handelt es sich bei der Sensoreinheit 110 um einen faseroptischen Sensor, insbesondere um einen faseroptischen Temperatursensor. Für faseroptische Temperatursensoren wird ein optisches Signal wie zum Beispiel ein Interferenzspektrum mittels eines Lichtleiters 112, wie etwa einer optischen Faser, an die Auswerteeinheit 114 übertragen. Jedes Rotorblatt 100 kann für sich separat eine individuelle Temperaturverteilung aufweisen. Daher wird gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, mindestens ein faseroptischer Temperatursensor 110 in jedem Rotorblatt 100 zur Verfügung gestellt.
Um einen faseroptischen Temperatursensor 110, wie er zum Beispiel in 2 dargestellt ist, besonders einfach an einem Rotorblatt, insbesondere in einem äußeren radialen Bereich, zur Verfügung zu stellen, ist es von Vorteil, wenn der faseroptische Temperatursensoren in einem Querschnitt senkrecht zum Lichtleiter 112 eine geringe Abmessung 305 aufweist. Zum Beispiel kann eine maximale Abmessung 305 in einem Querschnitt senkrecht zur Achse des Lichtleiter 112 10 mm oder weniger betragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden kann, beträgt eine typische Sensor-Querschnittsdimension etwa 2 mm. Gleichzeitig ist eine hohe Sensibilität von beispielsweise 0,01 °C bereitgestellt.
4 zeigt als ein Anwendungsbeispiel für den faseroptischen Temperatursensor 110 den Rotor 500 einer Windenergieanlage, an welchem Temperaturmessungen durchzuführen sind. Der Rotor 500 weist eine Nabe 205 und daran angebrachte Rotorblätter 100 auf. In zumindest einem der Rotorblätter 100 ist ein Temperatursensor 110 zur Verfügung gestellt. Das Signal des Temperatursensors 110 wird über einen Lichtleiter 112 an einen Verteiler 501 geleitet. Der Verteiler 501 kann zum Beispiel ein Feldverteiler sein, an dem mehrere Signale von unterschiedlichen Sensoren zur Verfügung gestellt werden. Der Verteiler 501 kann am Blattschott des Rotorblatts angebracht sein und kann zum An- und Abstecken eines Signalkabels eines Sensors ausgebildet sein. Ferner kann ein Sensorkabel zum An- und Abstecken vom Feldverteiler zum Messgerät bzw. zur Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt sein. Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist der Verteiler 501 am Blattschott oder in der Blattwurzel zur Verfügung gestellt.
Wie in 4 dargestellt, kann ein Übertragungslichtleiter 503 bzw. eine optische Faser von dem Verteiler 501 zu der Auswerteeinheit 114 geführt werden. Zum Beispiel kann der Übertragungslichtleiter 503 entlang einer Feder oder einer Spirale bzw. durch eine Feder oder eine Spirale oder ein entsprechendes mechanisches Element geführt werden, so dass bei einer Rotation des Rotorblatts 100 um seine Längsachse, d.h. beim Pitchen des Rotorblatts, der Lichtleiter nicht beschädigt wird. Die mechanische Führung des Übertragungslichtleiters 503 entlang einer Spirale bzw. durch eine Spirale erlaubt somit eine Torsion des Lichtleiters.
4 zeigt einen Temperatursensor 110 in jeweils einem der Rotorblätter 100. Darüber hinaus ist es möglich, eine Messung der Temperatur an mehreren Positionen entlang der Längsrichtung eines Rotorblatts 100 an mehreren axialen Positionen des Rotorblatts 100 vorzunehmen. Hierzu können mehrere Temperatursensoren 110 an den jeweiligen axialen Position zur Verfügung gestellt sein. Ferner kann es zweckmäßig sein, Temperatursensoren 110, insbesondere Lichtleiter-basierte Temperatursensoren bzw. faseroptische Temperatursensoren nahe der Rotorblattspitze einer Windenergieanlage, d.h. in weit außen liegenden axialen Bereichen einzusetzen. Hierzu ist bei einer Nachrüstung eines Temperatursensors, zum Beispiel zur Eiserkennung, der Lichtleiter 112 zur Blattspitze zu verlegen.
5 zeigt schematisch einen Messaufbau für ein faseroptisches Temperaturmesssystem gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Das System enthält einen oder mehrere faseroptische Temperatursensoren 110. Das System weist eine Quelle 602 für elektromagnetische Strahlung wie beispielsweise eine Primärlichtquelle auf. Die Quelle 602 dient zur Bereitstellung von optischer Strahlung, mit welcher mindestens ein faseroptischer Temperatursensor 110 bestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine optische Übertragungsfaser bzw. ein Lichtleiter 603 zwischen der Primärlichtquelle 602 und einem ersten Faserkoppler 604 bereitgestellt. Der Faserkoppler 604 koppelt das Primärlicht in die optische Faser bzw. den Lichtleiter 112 ein. Die Quelle 602 kann zum Beispiel eine Breitbandlichtquelle, einen Laser, eine LED (light emitting diode), eine SLD (Superlumineszenzdiode), eine ASE-Lichtquelle (Amplified Spontaneous Emission-Lichtquelle) oder ein SOA (Semiconductor Optical Amplifier) sein. Es können für hier beschriebene Ausführungsformen auch mehrere Quellen gleichen oder unterschiedlichen Typs verwendet werden.
Das Sensorelement, wie zum Beispiel der optische Resonator 302, ist an den Lichtleiterkern 113 optisch angekoppelt. Das von den faseroptischen Temperatursensoren 110 zurückgeworfene Licht wird wiederum über den Faserkoppler 604 geleitet, welcher das Licht über die Übertragungsfaser 605 in einen Strahlteiler 606 leitet. Der Strahlteiler 606 teilt das zurückgeworfene Licht zur Detektion mittels eines ersten Detektors 607 und eines zweiten Detektors 608 auf. Hierbei wird das auf dem zweiten Detektor 608 detektierte Signal zunächst mit einer optischen Filtereinrichtung 609 gefiltert. Durch die Filtereinrichtung 609 können eine Position eines aus dem optischen Resonator 302 ausgegebenen Interferenzmaximums oder -minimums bzw. eine Wellenlängenänderung durch den optischen Resonator 302 und damit eine Temperaturänderung detektiert werden.
Im Allgemeinen kann ein Messsystem, wie es untenstehend in 6 dargestellt ist, auch ohne den Strahlteiler 606 bzw. den Detektor 607 zur Verfügung gestellt sein. Der Detektor 607 ermöglicht jedoch eine Normierung des Messsignals des Temperatursensors 110 in Bezug auf anderweitige Intensitätsfluktuationen, wie zum Beispiel Schwankungen der Intensität der Quelle 602, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen einzelnen Lichtleitern, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen dem Lichtleiter 112 und dem Faserkoppler 604 oder andere Intensitätsschwankungen. Diese Normierung verbessert die Messgenauigkeit und reduziert beim Betrieb des Temperaturmesssystems eine Abhängigkeit von der Länge der zwischen der Auswerteeinheit 114 und dem faseroptischen Temperatursensor 110 zur Verfügung gestellten Lichtleiter 112.
6 zeigt die Auswerteeinheit 114, wobei ein Signal eines faseroptischen Temperatursensors 110 über einen Lichtleiter 112 zur Auswerteeinheit 114 geführt wird. In 7 ist weiterhin eine Lichtquelle 602 dargestellt, die optional in der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden kann. Die Lichtquelle 602 kann aber auch unabhängig bzw. außerhalb von der Auswerteeinheit 114 zur Verfügung gestellt sein. Das optische Signal des faseroptischen Temperatursensors 110, d.h. das optische Interferenzsignal, welches Interferenzmaxima und Interferenzminima aufweisen kann, wird mit einem Detektor, d.h. mit einem Wandler 702 in ein elektrisches Signal gewandelt. Die Auswerteeinheit 114 kann einen opto-elektrischen Wandler zum Wandeln des optischen Signals in ein elektrisches Signal beinhalten. Zum Beispiel können eine Fotodiode, ein Photomultiplier (PM) oder ein anderer opto-elektronischer Detektor als Wandler verwendet werden. Das elektrische Signal wird mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter 703 gefiltert. Im Anschluss an die analoge Filterung mit dem analogen Anti-Aliasing-Filter bzw. Tiefpassfilter 703 wird das Signal mittels eines Analog-Digital-Wandlers 704 digitalisiert. 6 zeigt ferner eine digitale Auswerteeinheit 706, die zum Beispiel eine CPU, einen Speicher und andere Elemente zur digitalen Datenverarbeitung beinhalten kann.
Die optische Filtereinrichtung 609 bzw. zusätzliche optische Filtereinrichtungen zur Filterung des Interferenzspektrums bzw. zur Detektion von Interferenzmaxima und - minima können einen optischen Filter umfassen, der gewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus einem oder mehreren Kantenfilteren, einem Dünnschichtfilter, einem Faser-Bragg-Gitter, einem Arrayed-Waveguide-Grating (AWG), einem Echelle-Gitter, einer Gitteranordnung, einem Prisma, und jedweder Kombination davon.
Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist es mit der beschriebenen Auswerteeinheit 114 möglich, eine Wellenlängenverschiebung von 2 pm aufzulösen. Bezogen auf Interferenzminima bedeutet dies eine Änderung der Resonatorlänge 111 von 0,001 µm. Geht man von isobaren Konditionen aus, dann führt eine Temperaturänderung von 0,0003 °C zu einer Änderung der Resonatorlänge von 0,00024 µm, welche durch die Auswerteeinheit 111 bestimmt werden kann.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Temperaturmessung mittels eines faseroptischen Temperatursensors gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Zur Durchführung einer Temperaturmessung wird die Sensormembran 303 der zu erfassenden Temperatur ausgesetzt. Abhängig von der anliegenden Temperatur wölbt sich die Sensormembran 303 zumindest teilweise, wodurch sich die Querschnittsabmessungen der Kavität 302 und damit des optischen Resonators 107 verändern. Die Länge des optischen Resonators 107 bzw. der Kavität 302 bestimmt das Reflexionsspektrum des optischen Resonators 302. Auf diese Weise wird die Lage der Interferenzmaxima bzw. -minima des aus dem Resonator 107 ausgegebenen Lichts festgelegt.
Mit einem derartigen faseroptischen Temperatursensor 110 ist es möglich, eine optische Temperaturmessung mittels der folgenden Schritte durchzuführen. Eine optische Temperaturmessung wird bei einem Block 801 gestartet. In einem Block 802 wird eine Kammer mit einem zur Umgebung abgeschlossenen Kammervolumen bereitgestellt. Dabei wird eine Sensormembran 303 in der Kammer derart angeordnet, dass das Kammervolumen in ein Messkammervolumen einer Messkammer 105 und ein Druckkompensationsvolumen einer Druckkompensationskammer 106 aufgeteilt wird (Block 803).
In einem anschließenden Block 804 wird ein optischer Resonator 107 mit einer Kavität 302 in der Messkammer 105 bereitgestellt. Schließlich erfolgt in einem Block 805 eine Kompensation von Umgebungsdruckvariationen durch Anpassen des Messkammerdrucks in der Messkammer 105 und/oder des Kompensationskammerdrucks in der Druckkompensationskammer 106. Wird nun die Sensormembran 303 mit einer zu messenden Temperatur beaufschlagt, erfolgt in dem darauf folgenden Block 806 eine Erfassung einer temperaturabhängigen Membrandeformation durch Messen von optischer Interferenz in der Kavität 302 mittels des optischen Resonators 107. Schließlich kann die Umgebungstemperatur, mit der die Sensormembran 303 beaufschlagt ist, aus der erfassten Membrandeformation ermittelt werden, siehe Block 807. Die Prozedur wird in einem Block 808 beendet. Wie in Bezug auf 7 erläutert, kann ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage mittels eines faseroptischen Temperatursensors verbessert werden. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann eine Druckkompensation in dem faseroptischen Temperatursensor 110 bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist es möglich, ein Messen der optischen Interferenz durch ein Auswerten des Fabry-Perot-Interferenzeffekts in einem vorgegebenen freien Spektralbereich (FSR) vorzunehmen. In einer weiteren Alternative ist der optische Resonator als ein Fabry-Perot-Filter ausgebildet, wobei eine der Umgebungstemperatur entsprechende Membrantemperatur durch Auswerten einer Wellenlängenverschiebung der Transmissionswellenlänge des Fabry-Perot-Filters bestimmt wird.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen eines faseroptischen Temperatursensors gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Im Einzelnen beinhaltet das Verfahren zum Herstellen des faseroptischen Temperatursensors 110 die Blöcke 901 bis 906. Die Herstellungsprozedur wird in einem Block 901 gestartet. Anschließend erfolgt in einem Block 902 ein Bereitstellen des Sensorkörpers 300. In einem folgenden Block 903 wird die Sensormembran 303 an dem Sensorkörper 300 derart angebracht, dass die Sensormembran ein zur Umgebung abgeschlossenes Messvolumen einer Messkammer 105 umschließt. Schließlich wird in einem Block 904 ein Lichtleiter 112 in dem Sensorkörper 300 derart angeordnet, dass eine Faserendfläche 102 des Lichtleiters 112 zusammen mit einer der Faserendfläche 102 zugewandten ersten Membranoberfläche 103 einen optischen Resonator 107 in dem Messvolumen 105 bildet. In einem anschließenden Block 905 wird eine Abdeckkappe 301 an dem Sensorkörper 300 angebracht. Die Abdeckkappe 301 umgibt die der Faserendfläche 102 abgewandte Membranoberfläche 104 zumindest teilweise, wodurch eine Druckkompensationskammer 106 gebildet wird, derart, dass die Sensormembran 313 zumindest teilweise zwischen der Messkammer 105 und der Druckkompensationskammer 106 lokalisiert ist. Die Herstellungsprozedur für den faseroptischen Temperatursensor 110 endet in einem Block 906.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann das Anordnen des Lichtleiters 112 bzw. des Lichtleiterkerns 113 an dem Sensorkörper 300 mittels eines aushärtbaren Klebers oder mittels einer Lötverbindung bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren Alternative ist es möglich, die Messkammer 105 und/oder die Druckkompensationskammer 106 mit einem Inertgas zu befüllen, welches gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Argon, Helium, oder jedweder Kombination davon.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand typischer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.

Claims

Faseroptischer Temperatursensor, umfassend: einen Lichtleiter mit einer Faserendfläche; eine von der Faserendfläche beabstandete, mit der zu messenden Temperatur beaufschlagbare Sensormembran, wobei die Faserendfläche zusammen mit einer der Faserendfläche zugewandten lichtreflektierenden Membranoberfläche einen optischen Resonator zur Erfassung einer Membrandeformation ausbildet; einen Sensorkörper, an welchem der Lichtleiter und die Sensormembran angebracht sind, wobei durch den Sensorkörper und die Sensormembran eine zur Umgebung abgeschlossene Messkammer ausgebildet ist, in welcher der optische Resonator angeordnet ist; und eine an dem Sensorkörper angebrachte Abdeckkappe, welche die der Faserendfläche abgewandte Membranoberfläche zumindest teilweise umgibt und dadurch eine Druckkompensationskammer ausbildet, derart, dass die Sensormembran zumindest teilweise zwischen der Messkammer und der Druckkompensationskammer lokalisiert ist.
Faseroptischer Temperatursensor nach Anspruch 1, wobei der optische Resonator als ein Fabry-Perot-Interferometer ausgebildet ist, das eine Kavität mit der mindestens einen Sensormembran bereitstellt.
Faseroptischer Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensormembran aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus Quarz, Silizium, einem Polymermaterial, Aluminium, oder jedweder Kombination davon.
Faseroptischer Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Expansionskoeffizient des Membranmaterials in einem Bereich von 0,1 × 10^-6 /°C bis 5 × 10^-6 /°C, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 × 10^-6 /°C bis 2 × 10^-6 /°C, am bevorzugtesten bei ungefähr 0,55 × 10^-6 /°C liegt.
Faseroptischer Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Materialdicke der Sensormembran in einem Bereich von 100 µm bis 3 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 300 µm bis 1mm, am bevorzugtesten bei ungefähr 0,5 mm liegt.
Faseroptischer Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Lichtleiter in einer Richtung ungefähr senkrecht zur Membranoberfläche erstreckt.
Faseroptischer Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter als eine Monomodefaser ausgebildet ist
Verfahren zur faseroptischen Temperaturmessung, umfassend: Bereitstellen einer Kammer mit einem zur Umgebung abgeschlossenen Kammervolumen; Anordnen einer Sensormembran in der Kammer derart, dass das Kammervolumen in ein Messkammervolumen einer Messkammer und ein Druckkompensationsvolumen einer Druckkompensationskammer aufgeteilt wird; Ausbilden eines optischen Resonators in der Messkammer; Kompensieren von Umgebungsdruckvariationen durch Anpassen des Messkammerdrucks und/oder des Kompensationskammerdrucks; Erfassen einer temperaturabhängigen Membrandeformation durch Messen von optischer Interferenz mittels des optischen Resonators; und Ermitteln einer Umgebungstemperatur aus der Membrandeformation.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Messen der optischen Interferenz ein Auswerten des Fabry-Perot-Interferenzeffekts in einem vorgegebenen freien Spektralbereich, FSR, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der optische Resonator ein Fabry-Perot-Filter ausbildet und wobei eine der Umgebungstemperatur entsprechende Membrantemperatur durch Auswerten einer Wellenlängenverschiebung der Transmissionswellenlänge des Fabry-Perot-Filters bestimmt wird.
Verfahren zum Herstellen eines faseroptischen Temperatursensors, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Sensorkörpers; Anbringen einer Sensormembran an dem Sensorkörper derart, dass die Sensormembran ein zur Umgebung abgeschlossenes Messvolumen einer Messkammer umschließt; Anordnen eines Lichtleiters in dem Sensorkörper derart, dass eine Faserendfläche des Lichtleiters zusammen mit einer der Faserendfläche zugewandten Membranoberfläche einen optischen Resonator in dem Messvolumen bildet; und Anbringen einer Abdeckkappe an dem Sensorkörper, welche die der Faserendfläche abgewandte Membranoberfläche zumindest teilweise umgibt und dadurch eine Druckkompensationskammer bildet, derart, dass die Sensormembran zumindest teilweise zwischen der Messkammer und der Druckkompensationskammer lokalisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Druck in der Messkammer und der Druck in der Druckkompensationskammer auf ungefähr den gleichen Wert eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Druck in der Druckkompensationskammer Vakuum entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei in der Druckkompensationskammer ein Überdruck in einem Bereich von 0 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise in einem Bereich von 0 kPa bis 1 kPa, am bevorzugtesten bei ungefähr 0 kPa eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Messkammer und/oder die Druckkompensationskammer mit einem Inertgas befüllt werden, welches gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Argon, Helium, oder jedweder Kombination davon.