DE102022122505A1

DE102022122505A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters mit einem Sensorelement mit V-Zentren und kleinem Messvolumen

Info

Publication number: DE102022122505A1
Application number: DE102022122505.4A
Authority: DE
Inventors: Lutz Langguth; Romy Müller
Original assignee: Quantum Technologies GmbH
Current assignee: Quantum Technologies GmbH
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter (LWL) mit einem Sensorelement (NV), das ein Trägermaterial (TM) aufweist, in welches eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind. Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) weisen NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (NV) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (NV) emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL). Das Trägermaterial (TM) ist ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial (TM), das für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmpder Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist und das für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λflder Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren im Wesentlichen transparent ist.

Description

Feld der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters mit einem Sensorelement mit V-Zentren und kleinem Messvolumen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2020 129 367 A1 ein System bekannt, bei dem vorgesehen ist, die Auswerteelektronik eines ähnlichen Systems direkt auf dem Stator zu positionieren. Bei der Ausarbeitung des hier in diesem Dokument vorgelegten Vorschlags wurde erkannt, dass die technische Lehre der DE 10 2020 129 367 A1 anfällig für EMV-Störungen ist und ein Problem mit der galvanischen Trennung und der Temperaturbelastung verursacht. Der hier vorgelegte Vorschlag löst diese Probleme.
Aufgabe
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das obige Problem der notwendigen thermischen und galvanischen Trennung und ein Verfahren zur Herstellung eines geeigneten Lichtwellenleiters anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Lösung der Aufgabe
Eine beispielhafte Anwendung des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL ist die Vermessung eines Magnetfelds in einem Motor. Die Verwendungen des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL sind hierauf aber nicht beschränkt. Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV vor. Dabei weist das Sensorelement NV ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter ist, dass das Trägermaterial TM ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λ_fl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.
Die hier vorgelegte Schrift schlägt als Anwendungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in einem Luftspalt LS und/oder im Streufeld BSTR des Luftspalts LS eines Motors vor. Der Motor weist ein Gehäuse (GHR, GH) auf. Des Weiteren weist der Motor ein Sensorelement NV mit einem Trägermittel TM auf. In das Trägermittel TM sind vorzugsweise eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial TM Glas und/oder einen ausgehärteten Kunststoff. Das Trägermaterial fixiert die Diamanten DM und verhindert eine Repositionierung der Diamanten DM. Bevorzugt ist das Trägermaterial nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für die Pumpwellenlänge der Pumpstrahlung LB und für die Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamanten DM transparent. Einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen typischerweise NV-Zentren NVZ auf. Der vorschlagsgemäße Motor umfasst vorzugsweise einen Rotor und einen Stator. Ein Luftspalt LS trennt den Rotor vom Stator. Der Rotor ist um eine Achse AX drehbar gegenüber dem Stator gelagert. Die magnetische Flussdichte B in dem Luftspalt LS und/oder im Streufeld BSTR des Luftspalts LS des Motors wirkt auf die NV-Zentren NVZ ein. Typischerweise bewirkt die magnetische Flussdichte Beine Reduktion der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Das Gehäuse GH besitzt vorzugsweis eine erste Öffnung OF für den Zutritt von Pumpstrahlung LB einer Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV. Die Pumpstrahlung LB besitzt bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge (λ_pmp) in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle PL1 mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp geeignet. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV emittieren typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λ_fl von ca. 637nm bei NV-Zentren. Andere Wellenlängen können durch plasmonische Kopplung mit metallischen Nanokristallen in dem Trägermaterial TM erreicht werden. Die optischen Eigenschaften der NV-Zentren können durch Kombination der Nanodiamanten DM im Trägermaterial TM mit metallischen Nanopartikeln modifiziert werden. Das Gehäuse GH weist bevorzugt eine zweite Öffnung OF für den Austritt von Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV zu einem Fotodetektor PD hin auf. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist darüber hinaus eine Teilvorrichtung, insbesondere einen dichroitischen Spiegel F1, auf, um die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB zu trennen, sodass im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL und möglichst keine Pumpstrahlung LB auf den Fotodetektor PD fällt. Diese Teilvorrichtung in Form eines Filters F1 oder dichroitischen Spiegel lässt die Passage von Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λ_fl der Fluoreszenzstrahlung FL - z.B. 637nm bei NV-Zentren mit einem Phononenseitenband von 637nm bis 850 nm - in Richtung des Fotodetektors PD passieren, während es die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL und somit die modulierte Pumpstrahlung LB nicht passieren lässt oder so führt, dass sie den Fotodetektor PD nicht trifft oder beeinflusst. Der Fotodetektor (PD) wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung FL in ein Empfängerausgangsignal S0. Die Vorrichtung wertet das Empfängerausgangssignal S0 aus, um Informationen über die Position des magnetischen Feldes B im Motor zu erlangen oder Informationen zu erlangen, die diese Information über die Position des magnetischen Feldes B im Motor umfassen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Magnetfeld des Motors durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird. Des Weiteren ist das Sensorelement vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung der Motorfelder auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich. Dadurch kann das System auch in Hochspannungssystemen mit Motoren, die mit sehr hohen Spannungen angetrieben werden, eingesetzt werden. Ebenso ist das System für Generatoren in Kraftwerken geeignet. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nicht. So ist aus der DE 10 2020 129 367 A1 ein System bekannt, bei dem vorgesehen ist, die Auswerteelektronik direkt auf dem Stator zu positionieren. bei der Ausarbeitung des hier in diesem Dokument vorgelegten Vorschlags wurde erkannt, dass die technische Lehre der DE 10 2020 129 367 A1 anfällig für EMV-Störungen ist und ein Problem mit der galvanischen Trennung und der Temperaturbelastung verursacht. Der hier vorgelegte Vorschlag hat diese Probleme dies nicht.
In einer ersten Variante befinden sich bevorzugt befinden sich NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV nicht nur im Streufeld des Luftspalts, sondern im Luftspalt LS des Motors selbst. Dies ermöglicht ein besseres Signal und präzisere Messwerte mit geringeren Störungen.
In einer zweiten Variante sind die Diamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den Fertigungstechnischen Vorteil, dass eine Ausrichtung der Diamanten DM nicht mehr notwendig ist und die das Herstellverfahren zur Herstellung des Sensorelements beispielsweise Diamantpulver mit einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Diamanten DM verwenden kann. Ein Sensorelement mit einer solchen ungeordneten Vielzahl von Diamanten DM hat den Vorteil, dass die Messung der magnetischen Flussdichte isotrop ist. Das bedeutet, dass das Sensorelement nur den Betrag der magnetischen Flussdichte erfasst, nicht jedoch die Richtung. Dies hat den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements und des Lichtwellenleiters im Motor nicht mehr notwendig ist. Die Montage eines solchen Sensorelements können Hilfskräfte oder wenig präzise maschinelle Vorrichtungen übernehmen, die das Sensorelement mit dem Lichtwellenleiter nur in eine dafür vorgesehene Öffnung OF am Motor stecken müssen. Hierdurch sinken die Fertigungskosten für einen solche Motor drastisch. Um die räumliche Isotropie zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, wenn die Orientierung der Diamanten (DM) stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.
Im Zuge der Ausarbeitung der technischen lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkennt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft ist, wenn das Sensorelement (NV) sich im Luftspalt (LS) oder im Streufeld (BSTR) des Luftspalts (LS) befindet.
Um die Anzahl der Lichtwellenleiter LWL zu minimieren und die Modifikationen am Motor gering zu halten, ist es vorteilhaft einen einzigen Lichtwellenleiter LWL für die Zuführung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zum Sensorelement und für die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung vom Sensorelement zum Fotodetektor PD zu benutzen. In dem Fall ist nur eine einzige Öffnung OF für die Montage des Lichtwellenleiters LWL notwendig, sodass dann die erste Öffnung OF mit der zweiten Öffnung OF identisch ist. Der folgende Text bezeichnet dann eine solche Öffnung (OF) als gemeinsame Öffnung OF.
Somit umfasst der vorschlagsgemäße Motor ein Sensorelement mit einer Vielzahl von Diamanten mit NV-Zentren NVZ in einem Trägermaterial TM und einen ersten Lichtwellenleiter LWL, an dem das Sensorelement befestigt ist, wobei der Lichtwellenleiter LWL die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV transportiert, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement NV bestrahlt und die NV-Zentren NVZ Fluoreszenzstrahlung FL abgeben, die der Lichtwellenleiter LWL erfasst und in Richtung auf den Fotodetektor PD zurücktransportiert.
Der Lichtwellenleiter LWL kann dabei parallel zur Achse AX des Motors eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement bevorzugt im Streufeld des Luftspalts LS befindet. Der Lichtwellenleiter kann aber auch senkrecht zur Rotationsachse AX mittels einer Bohrung in das Blechpaket des Stators zwischen die Nuten, in denen die Stäbe der Stator-Spulen SL eingelegt sind eingebracht und bis zum Luftspalt vorgeschoben werden, sodass das Sensorelement dann die magnetische Flussdichte B in einer Stator-Spule SL erfasst. Das Sensorelement kann auch bis in den Luftspalt vorgeschoben werden, wobei dann aber das Problem auftaucht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung im Betrieb des Motors durch eine Bewegung oder Schwingung beweglicher Komponenten des Motors oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten steigt.
Sofern die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement zum Fotodetektor PD separat von der Hinführung der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement erfolgen soll, umfasst in diesem Fall der Motor bevorzugt einen zweiten Lichtwellenleiter LWL, der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV erfasst, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD transportiert.
Wie oben ausgeführt, ist jedoch bevorzugt der erste Lichtwellenleiter LWL mit dem zweiten Lichtwellenleiter (LWL) identisch. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet im Folgenden einen solchen Lichtwellenleiter LWL als gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Ein solche gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL spart Kalibrationsaufwand und reduziert die Montagekomplexität und spart Material und ist daher vorteilhaft. Insbesondere werden die notwendigen Modifikationen am Motor selbst reduziert.
Der erste Lichtwellenleiter LWL weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der zweite Lichtwellenleiter LWL weist ebenfalls ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL weist ebenso ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Sensorelement NV an dem ersten Ende des ersten Lichtwellenleiters LWL und/oder zweiten Lichtwellenleiters LWL oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL zu befestigen, um die optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement NV zu stabilisieren.
Wenn nun das erste Ende des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL von dem Trägermaterial TM des Sensorelements NV umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.
Bevorzugt bildet dabei eine Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Die Mittelline ML entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters. Eine solche ebene Endfläche EF ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Diamanten DM von dieser ebenen Endfläche EF kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp.
Die Mittenlinie ML, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, durchstößt die Endfläche EF an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF. Die Dicke d_l des Trägermaterials TM ist bevorzugt an diesem Mittelpunkt MP dicker ist als die Dicke d_r an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL. Dies hat den Vorteil, dass Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad steigt.
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus. Der Durchmesser D_LWLL der Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser D_LWL des Lichtwellenleiters LWL. Der Durchmesser D_LWLL der Linse LWLL kann aber auch so groß wie der der Durchmesser D_LWL des Lichtwellenleiters LWL sein, was aber nach den Erfahrungen bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments nicht optimal ist.
Bevorzugt ist der der erste Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der zweite Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors ganz oder teilweise ebenfalls durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Motors und/oder innerhalb des Motors ganz oder teilweise in gleicher Weise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Die mechanische Hülle MH stützt und schützt den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL gegen die rauen Bedingungen innerhalb des Motors. Die mechanische Hülle innerhalb des Motors muss besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität gegen Hitze und Betriebsflüssigkeiten erfüllen. Die mechanische Hülle MH ist daher bevorzugt aus Glas oder Keramik oder dergleichen gefertigt.
Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Die mechanische Hülle (MH) kann also aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein.
Bevorzugt ist die mechanische Hülle (MH) zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle, in die der jeweilige Lichtwellenleiter LWL hineingeschoben ist. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter, Sensorelement und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser D_ro eines solchen Rohrs oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle ist bevorzugt nur ein Wenig größer als der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL und der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL.
Um den Zutritt von Fremdlicht im Betrieb zum Sensorelement zu minimieren, ist es sinnvoll, wenn der erste Spalt zwischen dem Rand der ersten Öffnung OF und dem ersten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist. Aus dem gleichen Grund ist es sinnvoll, wenn der zweite Spalt zwischen dem Rand der zweiten Öffnung OF und dem zweiten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist und/oder wenn der gemeinsame Spalt zwischen dem Rand der gemeinsamen Öffnung OF und dem gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch im Wesentlichen nicht transparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist. Die gemeinsame Füllmasse FM kann den jeweiligen Lichtwellenleiter am Motor befestigen.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere in Form eines Empfängerausgangssignals S0 zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere aus dem Empfängerausgangssignal S0 und insbesondere mittels eines Lock-In-Verstärkers LIV oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung, zu ermitteln. Schließlich ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, die elektrische Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL des Motors und/oder die elektrische Bestromung von Rotor-Spulen des Motors und insbesondere mittels einer Halbbrückensteuerung CTR im Zusammenwirken mit Halbbrücken HB zu steuern. Hierdurch ist es möglich ohne das Magnetfeld des Motors durch Leitungen etc. zu modifizieren und ohne Probleme mit der galvanischen Trennung das Magnetfeld im Motor zu erfassen und den Motor zu steuern.
Der Motor weist typischerweise n Motorphasen (MPHu, MPHv, MPHw) mit n als ganzer positiver Zahl größer 2 auf. In den Beispielen der Figuren weist der beispielhafte Motor n=3 Motorphasen auf. Die Vorrichtung bestromt mittels Halbbrücken HB jede dieser Motorphasen (MPHu, MPHv, MPHw) mit einem jeweils zugehörigen Motorphasenstrom (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW). Typischerweise moduliert die Halbbrückensteuerung CTR die Halbbrücken HB mit einem jeweiligen pulsmodulierten Steuersignal, das sie individuell für jede Motorphase jeweils erzeugt. Diese Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) sind typischerweise zumindest zeitabschnittsweise periodisch mit einer Periode T. Bevorzugt ist jedem der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) ein Stromwinkel (φ_MPHU, φ_MPHV, φ_MPHW) zugeordnet. Die Motorphasenströme können stets so in Form einer Folge von Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) geordnet werden, dass ein vorausgehender Motorphasenstrom sich in seinem jeweiligen Stromwinkel von dem Stromwinkel des nachfolgenden Motorphasenstroms um 2π/n unterscheidet. Somit ist dann jedem Motorphasenstrom ein Motorphasenstromvektor zugeordnet, dessen Orientierung dem Stromwinkel des Motorphasenstroms und dessen Länge dem Betrag des Motorphasenstroms entspricht.
Vorzugsweise ist die vorschlagsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines Hochpassfilters oder eines funktionsäquivalenten Filters, aus dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL einen Wechselanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Erst dieser Wechselanteil und insbesondere dessen Nulldurchgänge ermöglichen die Regelung der Kommutierung auf Basis der Intensität der Fluoreszenzstrahlung des Sensorelement mit den V-Zentren NVZ.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines zweiten Tiefpasses (TP2), einen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) zu ermitteln. Dieser Gleichanteil kann die Vorrichtung zur Überwachung des Sensorelements NV und der optischen Strecke nutzen und Abweichungen von Erwartungswerten feststellen. Hierzu vergleicht die Vorrichtung den Wert des Gleichanteils mit einem Erwartungswertintervall. Liegt der Wert des Gleichanteils außerhalb des Erwartungswertintervalls, so schließt die Vorrichtung bevorzugt auf einen Fehler und löst entsprechende Maßnahmen aus. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise sein, dass die Halbbrückensteuerung CTR über einen externen Datenbus EXTDB eine Signalisierung an ein übergeordnetes Rechnersystem übermittelt, das dann alles Weitere veranlasst.
Bevorzugt weist die Halbbrückensteuerung CTR einen Rechnerkern mit einem nichtflüchtigen Speicher, einen typischerweise flüchtigen Schreib/Lese-Speicher, eine Reset-Schaltung, einen Taktgenerator mit einem Taktsystem zur Versorgung der Halbrückensteuerung mit einem Betriebstakt, eine Datenbusschnittstelle zu externen Datenbus EXTDB, eine Schnittstelle zur Steuerung der Halbbrücken, einen internen Datenbus zur datentechnischen Verbindung dieser Komponenten und eine Spannungsversorgung sowie ggf. weitere übliche Prozessorkomponenten auf. Bevorzugt versorgt die Spannungsversorgung auch die anderen Vorrichtungsteile mit elektrischer Energie aus einer positiven und einer negativen Versorgungsspannungsleitung. Bevorzugt stellt die Spannungsversorgung auch die Bezugspotenzialleitung GND bereit.
Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, diesen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL von dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL abzutrennen und so den Wechselanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. auf diese Weise stellt die Vorrichtung ein Signal bereit, das zur Steuerung der Kommutierung der Halbbrücken geeignet ist.
Bevorzugt ist die Vorrichtung daher dazu eingerichtet, einen Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Die Detektion des Nulldurchgangs hat den Vorteil, dass Schwankungen der Amplitude des Signals etc. für den Nulldurchgang unerheblich sind.
Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, in einem zeitlichen Zusammenhang mit dem ermittelten Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL eine Kommutierung der elektrischen Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL des Motors und/oder die elektrische Bestromung von Rotor-Spulen des Motors und insbesondere mittels einer Halbbrückensteuerung CTR im Zusammenwirken mit Halbbrücken HB, durchzuführen.
Schließlich ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, einen oder mehrere Spannungswerte einer oder mehrerer Motorphasenspannungen (V_MPHU, V_MPHV, V_MPHW) einer oder mehrerer Motorphasen (MPHu, MPH_V, MPH_W) der Motorphasen MPH gegen eine oder mehrere von dieser Motorphase verschiedenen Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) der Motorphasen MPH und/oder gegen ein Bezugspotenzial GND zu ermitteln, und/oder einen oder mehrere Stromwerte einer oder mehrerer Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) einer oder mehrerer Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) der Motorphasen MPH zu ermitteln und/oder einen oder mehrere Summenstromwerte eines oder mehreres Summenströme mehrerer Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) mehrerer Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) der Motorphasen (MPH), insbesondere einen Sternpunktstrom von einem Sternpunkt von Spulen des Motors zu einem Referenzknoten oder einem Bezugspotenzialknoten (GND), zu ermitteln. In der Folge ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, eine Information über den Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL als erstem Regelparameter einerseits zu ermitteln. Des Weiteren ist sie bevorzugt dazu eingerichtet, mit dem einen Spannungswert einer Motorphasenspannung der Motorphasenspannungen (V_MPHU, V_MPHV, V_MPHW) einer Motorphase der Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) und/oder mit mehreren Spannungswerten der mehreren Spannungswerte mehrerer Motorphasenspannungen (V_MPHU, V_MPHV, V_MPHW) mehrerer Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) und/oder mit dem einen Stromwert eines Motorphasenstroms der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) einer Motorphase der Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) und/oder mit mehrere Stromwerte der Stromwerte mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) und/oder mit dem einen Summenstromwert eines Summenstroms mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) und/oder mit mehreren Summenstromwerten mehrerer Summenströme der Summenströme mehrerer Motorphasenströme der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) mehrerer Motorphasen der Motorphasen (MPH_U, MPH_V, MPH_W) als zweitem Regelparameter andererseits mit dem ersten Regelparameter zu kombinieren. Dabei ist die Vorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, den Zeitpunkt der Kommutierung der Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL und/oder insbesondere von Rotor-Spulen des Motors, in Abhängigkeit vom ersten Regelparameter und von einem solchen zweiten Regelparameter zu ändern.
Vorzugsweise ist darüber hinaus die Vorrichtung dazu eingerichtet, aus dem ersten Regelparameter und dem zweiten Regelparameter auf eine Position des magnetischen Feldes mit der Flussdichte B im Luftspalt LS des Motors relativ zu einem oder mehreren Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) zu schließen und einen räumlichen Winkelwert des Winkels zwischen der Position des Sensorelements als Referenzposition einerseits und der Richtung eines oder mehrerer Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL andererseits zu ermitteln.
Darüber hinaus ist eine Sensor-Fusion hier sinnvoll. Bevorzugt umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung einen Positionssensor POS. Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, mittels dieses Positionssensors POS eine Positionsinformation POSS zu ermitteln und eine Information über den Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL als erstem Regelparameter einerseits mit der Positionsinformation als zweitem Regelparameter andererseits zu kombinieren. In dem Fall ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Zeitpunkt der Kommutierung der Bestromung von Spulen des Motors, insbesondere von Stator-Spulen SL und/oder insbesondere von Rotor-Spulen, in Abhängigkeit vom ersten Regelparameter und von einem solchen zweiten Regelparameter zu ändern, um insbesondere auf die Position des magnetischen Feldes B im Luftspalt LS relativ zu einem oder mehreren Motorphasenstromvektoren der Motorphasenströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW) zuschließen.
In einer anderen Variante ist die Vorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, aus dem ersten Regelparameter und dem zweiten Regelparameter auf eine Position des magnetischen Feldes mit der Flussdichte B im Luftspalt LS des Motors relativ zur Position des Rotors (GHR, PM, RMK) zu schließen und einen räumlichen Winkelwert des Winkels zwischen der Position des Sensorelements als Referenzposition einerseits und der räumlichen Position des Rotors zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs Nulldurchgang des Wechselanteils des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL andererseits zu ermitteln.
Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV vor. Dabei weist das Sensorelement NV ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter ist, dass das Trägermaterial TM ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λ_fl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.
In einer Variante des Lichtwellenleiters sind die Diamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert sind. Dies hat den Vorteil, dass sich das Sensorelement isotrop verhält und keine Vorzugsrichtung zeigt. Die Mischung verschiedenster Diamantkristalle homogenisiert die Messergebnisse und verbessert den Cpk-Wert.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn im Trägermaterial TM die Orientierung der Diamanten DM stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.
Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter LWL dazu eingerichtet oder bestimmt ist, Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV zu transportieren, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement NV mit Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp bestrahlt.
Der Lichtwellenleiter LWL ist bevorzugt ebenfalls dazu eingerichtet oder bestimmt, Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV zu erfassen, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung eines Fotodetektors PD zu transportieren.
Der vorgeschlagene Lichtwellenleiter LWL weist wieder bevorzugt ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Das trägermaterial TM bildet bevorzugt das Sensorelement NV und befestigt dieses Sensorelement NV an dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL.
Bevorzugt umhüllt das Trägermaterial TM des Sensorelements (NV) das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die mechanische Verbindung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement NV.
Bevorzugt bildet eine Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement NV und umgekehrt.
Die gedachte virtuelle Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL durchstößt die Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt ist Dicke d_l des Trägermaterials TM an diesem Mittelpunkt MP dicker als die Dicke d_r an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Hierdurch formt sich ein optisches Funktionselement am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement NV und umgekehrt.
Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus, deren Durchmesser D_LWLL vorzugsweise kleiner als der Durchmesser D_LWL des Lichtwellenleiters LWL oder so groß wie der der Durchmesser D_LWL des Lichtwellenleiters LWL ist. Dies verringert das Messvolumen des Sensorelements und steigert damit die Ortsauflösung magnetischer Messungen.
Bevorzugt ist der erste Lichtwellenleiter LWL ganz oder teilweise durch eine erste mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt umfasst die mechanische Hülle MH einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder weist ein solches Material auf. Dies schützt das Sensorelement NV und den Lichtwellenleiter LWL vor Beschädigung. Bevorzugt ist die mechanische Hülle (MH) aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt.
Zur besseren Verarbeitung und Montage umfasst die mechanische Hülle (MH) bevorzugt zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle.
Die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Diamanten DM des Trägermaterials TM und insbesondere die Fluoreszenzwellenlänge λ_fl derer Fluoreszenzstrahlung FL kann beispielsweise mittels plasmonischer Kopplung durch metallische Nanopartikel, die dem trägermaterial TM ebenfalls beigemischt werden, modifiziert werden. In dem Fall kann dann beispielsweise das Trägermaterial TM metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm aufweisen, die später dann in dem verfestigten Trägermaterial TM eingelagert sind. Dies verbessert die Anwendbarkeit in speziellen Anwendungsfällen.
Die metallischen Nanopartikel wechselwirken dann typischerweise plasmonisch mit Diamanten DM in dem Trägermaterial TM und beeinflussen dann so die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten DM.
Diese metallischen Nanopartikel weisen typischerweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphene und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium auf. Wobei erstere besonders bevorzugt sind.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassen eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop eines Elements weist dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis dieses Elements auf. Hinsichtlich der dieser Anteile und der Werte verweist das hier vorgelegte Dokument auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 125 178 A1 der Anmelderin. Diese Isotope weisen jeweils ein magnetisches Kernmoment µ auf oder nichtaufweisen je nach Isotop. Bevorzugt weisen die metallischen Nanopartikel bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf:¹²C, ¹⁴C, ²⁸Si, ³⁰Si, ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷⁴Ge, ⁷⁶Ge,¹¹²Zn, ¹¹⁴Zn, ¹¹⁶Zn, ¹¹⁸Zn, ¹²⁰Zn, ¹²²Zn, ¹²⁴Zn ¹⁶O, ¹⁸O, ³²S, ³⁴S, ³⁶S, ⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se, ⁸²Se, ¹²⁰Te, ¹²²Te, ¹²⁴Te, ¹²⁶Te, ¹²⁸Te, ¹³⁰Te, ²⁴Mg, ²⁶Mg, ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca, ⁴⁸Ca, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁸Sr, ¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁶Ba, ¹³⁸Ba, ⁴⁶Ti, ⁴⁸Ti, ⁵⁰Ti, ⁹⁰Zr, ⁹⁰Zr, ⁹²Zr, ⁹⁴Zr, ⁹⁶Zr, ¹⁷⁴Hf, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁸Hf, ⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr, ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo, ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W, ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁸Fe, ⁹⁶Ru, ⁹⁸Ru, ¹⁰⁰Ru, ¹⁰²Ru, ¹⁰⁴Ru, ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁶Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁹⁰Os, ¹⁹²Os ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶²Ni, ⁶⁴Ni, ¹⁰²Pd, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd, ¹¹⁰Pd, ¹⁹⁰Pt, ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁶Pt, ¹⁹⁸Pt ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁸Zn, ⁷⁰Zn, ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹²Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd, ¹⁹⁶Hg, ¹⁹⁸Hg, ²⁰⁰Hg, ²⁰²Hg, ²⁰⁴Hg ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴⁰Ce, ¹⁴²Ce, ¹⁴²Nd, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd, ¹⁵⁰Nd, ¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁶Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm, ¹⁵²Gd, ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁸Gd, ¹⁶⁰Gd, ^15SDy, ¹⁵⁸Dy, ¹⁶⁰Dy, ¹⁶²Dy, ¹⁶⁴Dy, ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁸Er, ¹⁷⁰Er, ¹⁶⁸Yb, ¹⁷⁰Yb, ¹⁷²Yb, ¹⁷⁴Yb, ¹⁷⁶Yb, ²³²Th, ²³⁴Pa, ²³⁴U, ²³⁸U, ²⁴⁴Pu.
Der Lichtwellenleiter LWL wesit typischerweise einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. In dem Trägermaterial TM formt das Trägermaterial TM bevorzugt ein optisches Funktionselement am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) aus. Dies verbessert wieder die besagte optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Trägermaterial TM. Das optische Funktionselement wirkt dann so mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammen.
Bevorzugt weist das optische Funktionselement eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM im Bereich des optischen Funktionselements, auf.
Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters LWL, wie er zuvor beschrieben und verwendet wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:

• Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;
• Bereitstellen eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λ_H härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Diamanten DM, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ der Diamanten DM des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
• Benetzen 145 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge L_B mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM aufweist;
• Einspeisen 150 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λ_H, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt.
• Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement NV bildet.

Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements ermöglicht.
Die elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λ_H weist eine Eindringtiefe in das Trägermaterial TM auf, so dass das Trägermaterial TM nur bis zu einer Dicke d_l des Trägermaterials aushärtet und so das optische Funktionselement bildet, was im Rahmen der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erst als überraschendes und vorteilhaftes Vorgehen erkannt wurde.
Die Strahlung der am zweiten Ende des Lichtwellenleiters zur Aushärtung eingespeisten Strahlung ist bevorzugt UV-Strahlung ist. Ganz besonders bevorzugt ist eine Strhlung zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λ_H zwischen 320-380nm.
In bestimmten Anwendungsfällen können dem Trägermaterial TM Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial TM nach dem Aushärten eingelagert sind. Bevorzugt handelt es sich um metallische Nanopartikel.
Solche metallischen Nanopartikel wechselwirken mit Diamanten DM in dem Trägermaterial TM und können beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten DM beeinflussen.
Die metallischen Nanopartikel umfassen beispielsweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphene und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Mischungen derselben.
Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassten naturgemäß eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems der Elemente. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop weit in der Natur dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Diese Isotope können ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop. Die metallischen Nanopartikel weisen bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf: ¹²C, ¹⁴C, ²⁸Si, ³⁰Si, ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷⁴Ge, ⁷⁶Ge,¹¹²Zn, ¹¹⁴Zn, ¹¹⁶Zn, ¹¹⁸Zn, ¹²⁰Zn, ¹²²Zn, ¹²⁴Zn ¹⁶O, ¹⁸O, ³²S, ³⁴S, ³⁶S, ⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se, ⁸²Se, ¹²⁰Te, ¹²²Te, ¹²⁴Te, ¹²⁶Te, ¹²⁸Te, ¹³⁰Te, ²⁴Mg, ²⁶Mg, ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca, ⁴⁸Ca, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁸Sr, ¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁶Ba, ¹³⁸Ba, ⁴⁶Ti, ⁴⁸Ti, ⁵⁰Ti, ⁹⁰Zr, ⁹⁰Zr, ⁹²Zr, ⁹⁴Zr, ⁹⁶Zr, ¹⁷⁴Hf, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁸Hf, ⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr, ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo, ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W, ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁸Fe, ⁹⁶Ru, ⁹⁸Ru, ¹⁰⁰Ru, ¹⁰²Ru, ¹⁰⁴Ru, ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁶Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁹⁰Os, ¹⁹²Os ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶²Ni, ⁶⁴Ni, ¹⁰²Pd, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd, ¹¹⁰Pd, ¹⁹⁰Pt, ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁶Pt, ¹⁹⁸Pt ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁸Zn, ⁷⁰Zn, ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹²Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd, ¹⁹⁶Hg, ¹⁹⁸Hg, ²⁰⁰Hg, ²⁰²Hg, ²⁰⁴Hg ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴⁰Ce, ¹⁴²Ce, ¹⁴²Nd, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd, ¹⁵⁰Nd, ¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁶Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm, ¹⁵²Gd, ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁸Gd, ¹⁶⁰Gd, ¹⁵⁶Dy, ¹⁵⁸Dy, ¹⁶⁰Dy, ¹⁶²Dy, ¹⁶⁴Dy, ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁸Er, ¹⁷⁰Er, ¹⁶⁸Yb, ¹⁷⁰Yb, ¹⁷²Yb, ¹⁷⁴Yb, ¹⁷⁶Yb, ²³²Th, ²³⁴Pa, ²³⁴U, ²³⁸U, ²⁴⁴Pu. „Erhöht“ bedeutet dabei im Sinne dieses Dokuments, dass der Anteil im Isotopenmischverhältnis der vorstehenden Isotope um 50% oder mehr erhöht ist.
Der Lichtwellenleiter LWL weist einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. Das vorgeschlagene Verfahren formt bevorzugt in dem Trägermaterial TM beim Aushärten mit Strahlung der Aushärtewellenlänge λ_H ein optisches Funktionselement LWLL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus, wobei die Strahlung der Aushärtewellenlänge λ_H über das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL eingespeist und dem Trägermaterial TM zugeführt wird.
Das dann so ausgeformte optische Funktionselement LWL kann dann mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammenwirken, wenn am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL optische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp eingespeist wird.
Das optische Funktionselement weist dann eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM aufweist.
Das hier vorgestellte Dokument schlägt als Trägermaterial TM beispielsweise ein klares, farbloses, flüssiges Photopolymer, beispielsweise den optischen Norland Klebstoff 61 vor. Weitere Informationen sind zum Zeitpunkt der Anmeldung des hier vorgelegten Dokuments unter https://www.norlandprod.com/adhesives/noa%2061.html verfügbar.
Norland Optical Adhesive 61 („NOA 61“) ist ein klares, farbloses, flüssiges Photopolymer, das unter ultraviolettem Licht aushärtet. Da es sich um ein Einkomponentensystem mit 100 % Feststoffanteil handelt, bietet es viele Vorteile bei Verklebungen, bei denen der Klebstoff UV-Licht ausgesetzt werden kann. Durch die Verwendung von NOA 61 entfällt das Vormischen, Trocknen oder Aushärten durch Wärme, wie es bei anderen Klebstoffsystemen üblich ist. Die Aushärtezeit ist kurz und hängt von der aufgetragenen Dicke und der verfügbaren UV-Lichtenergie ab. Es ist besonders sinnvoll, wenn das Trägermittel TM Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe erfüllt. NOA 61 erfüllt die Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe. Das Trägermaterial TM soll eine bestmögliche optische Verbindung zu Glasoberflächen, Metallen, Glasfasern und glasgefüllten Kunststoffen herstellen. NOA61 erfüllt diese Voraussetzung. Besonders günstig ist die Verwendung eines Trägermaterials TM, das für die Verklebung von Linsen, Prismen und Spiegeln für militärische, luft- und raumfahrttechnische und kommerzielle Optiken sowie für den Abschluss und das Spleißen von Glasfasern empfohlen ist. NOA61 erfüllt diese Voraussetzungen.
Das trägermaterial TM soll sich außerdem durch hervorragende Klarheit, geringe Schrumpfung und Lichtflexibilität auszeichnen. Diese Eigenschaften sind wichtig, damit der Anwender qualitativ hochwertige Sensorelemente NV herstellen und eine langfristige Leistung unter wechselnden aggressiven Umgebungsbedingungen erzielen kann.
NOA 61 härtet, wie für das Trägermaterial TM gewünscht, mit ultraviolettem Licht aus, wobei die maximale Absorption im Bereich von 320-380 Nanometern für die Aushärtewellenlänge λ_H liegt und die höchste Empfindlichkeit bei 365 nm erreicht wird. Die empfohlene Energie für die vollständige Aushärtung beträgt 3 Joule/cm² bei diesen Wellenlängen. Die Aushärtung wird durch Sauerstoff nicht gehemmt, so dass alle Bereiche, die mit Luft in Berührung kommen, zu einem nicht klebrigen Zustand aushärten, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden.
Bei den meisten optischen Anwendungen erfolgt die Aushärtung in zwei Schritten. Zunächst erfolgt eine kurze, gleichmäßige Belichtung, die sogenannte Vorhärtung. Die Aushärtungszeit ist ausreichend lang, um die Verbindung zu verfestigen und zu ermöglichen, dass sie bewegt werden kann, ohne die Ausrichtung zu stören. Danach folgt eine längere Aushärtung unter UV-Licht, um eine vollständige Vernetzung und Lösungsmittelbeständigkeit des Klebstoffs zu erreichen. Die Aushärtung kann in 10 Sekunden mit einer 100-Watt-Quecksilberlampe bei 6" erfolgen. Wenn für die Ausrichtung eine längere Zeit erforderlich ist, kann sie mit einer Lichtquelle sehr geringer Intensität auf einige Minuten verlängert werden. Die endgültige Aushärtung kann mit der 100-Watt-Quecksilberlampe in 5 bis 10 Minuten erreicht werden.
Die Vorhärtung ermöglicht es dem Anwender, den Lichtwellenleiter LWL bei Bedarf schnell auszurichten und zu fixieren, und minimiert die Anzahl der erforderlichen Haltevorrichtungen. Nach der Vorfixierung kann überschüssiger Klebstoff mit einem mit Alkohol oder Aceton als beispielhaftes Lösungsmittel angefeuchteten Tuch abgewischt werden. Die Lichtwellenleiter LWL sollten zu diesem Zeitpunkt geprüft und Ausschuss in Methylenchlorid separiert werden. Der beschichtete Bereich der Sensorelemente NV muss in dem Lösungsmittel eingeweicht werden und löst sich normalerweise über Nacht. Die Zeit, die benötigt wird, um das Trägermaterial TM zu lösen, hängt vom Ausmaß der Aushärtung und der Größe der Beschichtung ab.
Nach der Aushärtung weist NOA 61 eine sehr gute Haftung und Lösungsmittelbeständigkeit auf, aber es hat noch nicht seine optimale Haftung auf Glas erreicht. Diese wird durch eine Alterung über einen Zeitraum von etwa 1 Woche erreicht, in der sich eine chemische Verbindung zwischen Glas und Klebstoff bildet. Diese optimale Haftung kann auch durch eine Alterung bei 50° C für 12 Stunden in einem Temperaturschrank erreicht werden.
NOA 61 hält vor der Alterung Temperaturen von -15°C bis 60° C stand, wenn es zum Beschichten des Lichtwellenleiters LWL verwendet wird. Nach der Alterung hält es Temperaturen von -150°C bis 125°C stand. Als Beschichtung auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters hält NOA 61 drei Stunden lang 260°C und beim Reflow-Löten stand. Hierdurch kann das Sensorelement NV bis zu diesen Temperaturen für die Messung der magnetischen Flussdichte B verwendet werden. Das hier vorgelegte Dokument schlägt daher die Verwendung eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL bei Temperaturen oberhalb von 100°C und/oder sogar oberhalb von 110°C und/oder sogar oberhalb von 120°C und/oder sogar oberhalb von 130°C und/oder sogar oberhalb von 140°C und/oder sogar oberhalb von 150°C und/oder sogar oberhalb von 160°C und/oder sogar oberhalb von 170°C und/oder sogar oberhalb von 180°C und/oder sogar oberhalb von 190°C und/oder sogar oberhalb von 200°C und/oder sogar oberhalb von 210°C und/oder sogar oberhalb von 220°C und/oder sogar oberhalb von 230°C und/oder sogar oberhalb von 240°C und/oder sogar oberhalb von 250°C und/oder sogar oberhalb von 260°C vor.
Typische Eigenschaften eines Trägermittel sind ein Feststoffgehalt mehr als 80%%, eine Viskosität bei 25°C von mehr als 250 cps, ein Brechungsindex des gehärteten Trägermaterials TM von mehr als 1,2 eine Dehnung bei Bruch von weniger als 50% oder mehr als 25% je nach Anwendung, ein Elastizitätsmodul von weniger als (psi) 200.000, eine Zugfestigkeit von mehr als (psi) 3.000 und eine Härte von mehr als Shore D 60.
Typische Eigenschaften von NOA 61 als beispielhaftes Trägermittel sind ein Feststoffgehalt von 100%, eine Viskosität bei 25°C von 300 cps, en Brechungsindex des gehärteten Polymers von 1,56, eine Dehnung bei Bruch von 38%, ein Elastizitätsmodul von (psi) 150.000, eine Zugfestigkeit von (psi) 3.000 und eine Härte von Shore D 85.
Vorteil
Eine solche Vorrichtung, wie in der obigen Beschreibung beschrieben, ermöglicht eine Erfassung des Magnetfelds im Luftspalt eines Motors, ohne dieses Magnetfeld zu stören, ohne EMV-Probleme zu verursachen und ohne Probleme mit einer nicht vorhandenen galvanischen Trennung zu verursachen. Der Bauraum einer solchen Lösung ist extrem klein. Die Lösung ist robust gegen thermische und chemische Anforderungen. Sie funktioniert z.B. auch bei 100°K und möglicherweise bis hinunter zu 0°K.
Die Merkmale der obigen Beschreibung und deren Untermerkmale können, miteinander und mit anderen Merkmalen und Untermerkmalen dieses Vorschlags und mit anderen Merkmalen der Beschreibung beliebig kombiniert werden, soweit das Ergebnis dieser Kombination sinnhaft ist. Hierfür ist es nicht notwendige im Falle einer Kombination alle Untermerkmale eines Merkmals in ein Merkmal aufzunehmen.
Die Merkmale der Beschreibung und der Ansprüche sind also nur bevorzugte Kombinationen von Charakteristika verschiedener Beispiele. Die Merkmalsbezüge können also bei Sinnhaftigkeit ausdrücklich geändert werden. Sie vereinfachen die Nacharbeit des Vorschlags. Die Beanspruchung ergibt sich aus den jeweils geltenden Ansprüchen.
Liste der Figuren

1 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes System.
2 zeigt einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV direkt auf dem Zentrum MP des Kerns des Lichtwellenleiters LWL..
Die 3 zeigt einen Motor, wie ihn 1 schematisch vereinfacht skizziert, wobei zusätzlich zu dem Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV, der über die besagte Öffnung OF in den Motor hineinreicht und der mit der mechanischen Hülle MH umhüllt ist, die Aufhängung des Motors einen Positionssensor POS mit einer LED und einer Fotodiode aufweist, die das Positionssignal POSS mit Hilfe einer Markierung MRK auf dem Rotorgehäuse GHR erzeugt.
4 zeigt das von dem Lock-In-Verstärker LIV erzeugte Flussdichtemesssignal S4 und das Positionssignal POSS des Positionsdetektors POS der 3.

Beschreibung der Figuren
Die Figuren erläutern den Vorschlag schematisch und vereinfacht. Die Offenlegung der hier vorgelegten Schrift ist nicht auf die Figuren begrenzt und umfasst auch andere Kombinationen.
Figur 1
1 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes System. Der Motor umfasst das Stator-Gehäuse GH. An dem Stator-Gehäuse GH ist der magnetische Stator-Kreis befestigt. Der magnetische Stator-Kreis kann beispielsweise einen ferrit-Körper umfassen. Der Motor umfasst des Weiteren die Stator-Spulenwicklungen SL. Der Motor umfasst außerdem die Achse AX, die der Stator vorzugsweise drehbar lagert. Bevorzugt ist die Achse AX um die Längsachse der Achse drehbar im Stator gelagert. Bevorzugt ist die Achse AX gegen Verschiebungen längs der Längsachse der Achse AX gesichert. An der Achse AX ist bevorzugt ein Rotor-Gehäuse GHR befestigt. An dem Rotor-Gehäuse und/oder der Achse AX ist bevorzugt ein magnetischer Rotorkreis RMK befestigt. Bevorzugt umfasst der magnetische Rotorkreis RMK ein ferromagnetisches Blechpaket oder dergleichen. An dem magnetischer Rotorkreis RMK und/oder an dem Rotor-Gehäuse GHR sind typischerweise mehrere Permanentmagneten PM befestigt. Zwischen den Stator-Spulen SL und den Permanentmagneten PM befindet sich typischerweise ein Luftspalt LS.
Eine Halbbrückensteuerung steuert mittels Halbbrückensteuerleitungen HSL mehrere Halbbrücken HB. Die Halbbrücken bestromen die Motorphasen, die mit den Stator-Spulen SL verbunden sind. In dem Beispiel der 1 ist der beispielhafte Motor dreiphasig. Der beispielhafte Motor umfasst dabei dann bevorzugt N*3 Stator-Spulen. Hierbei ist N eine ganze positive Zahl größer 0. Die Halbbrücken kommutieren die Ansteuerung der Stator-Spulen in Abhängigkeit von den Halbbrückensteuerleitungen HSL mittels der Motorphasen MPH.
Der Generator G erzeugt das Sendevorsignal. Bevorzugt ist das Sendevorsignal Pulsmoduliert mit einer Pulsfrequenz. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Rechtecksignal mit einem Duty-Cycle von bevorzugt 50%. Andere Duty-Cycles sind denkbar. Die Offset-Addition OFF1 addiert bevorzugt einen Offset zu dem Wert des Sendevorsignals, um die Pumpstrahlungsquelle PL nutzen zu können. Bevorzugt weist das resultierende Sendesignal S5 keine negativen Signalanteile auf. Die Pumpstrahlungsquelle PL erzeugt in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 eine modulierte Pumpstrahlung LB. In dem Beispiel der 1 transmittiert die Pumpstrahlungsquelle die Pumpstrahlung LB durch einen dichroitischer Spiegel F1 und strahlt Pumpstrahlung in den Lichtwellenleiter LWL ein. Das Motorgehäuse weist zumindest eine Öffnung OF auf, durch die der Lichtwellenleiter in das Gehäuse tritt. Am Ende des Lichtwellenleiters befindet sich das Sensorelement NV. Das Sensorelement NV umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Nanodiamanten, die bevorzugt eine statistisch geleichverteilte unterschiedliche Kristallorientierung aufweisen und die in ein Matrixmaterialeingebettet sind. Typischerweise verbindet das Matrixmaterial diese NanoDiamanten mechanisch mit dem Ende des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt hat der eigentliche Lichtwellenleiter einen Durchmesser von ca. 100µm. Hinzukommt typischerweise ein Knickschutz des Lichtwellenleiters LWL. Die Pumpstrahlung LB trifft auf die Nanodiamanten im Sensorelement NV. bevorzugt umfasst das Sensorelement NV Diamanten mit NV-Zentren. Typischerweise regt die Pumpstrahlung LB die Nanodiamanten zu einer Fluoreszenzstrahlung FL an. Bevorzugt befindet sich das Sensorelement am Ende des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt hat das Sensorelement einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Lichtwellenleiters ist. Typischerweise strahlen die NV-Zentren des Sensorelements NV die Fluoreszenzstrahlung FL wieder in den Lichtwellenleiter LWL ein. Die Fluoreszenzstrahlung FL tritt am anderen Ende des Lichtwellenleiters LWL aus dem Lichtwellenleiter wieder aus und bestrahlt umgelenkt durch den dichroitischen Spiegel F1 den Fotodetektor PD. Der dichroitische Spiegel lenkt die gestreute Pumpstrahlung LB nicht in Richtung des Fotodetektors PD. Hierdurch empfängt der Fotodetektor PD im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL. Der Fotodetektor wandelt bevorzugt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL in einen Werteverlauf eines Empfangssignals S0. Ein Verstärker V1 verstärkt und filtert ggf. das Empfängerausgangssignal S0 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1. In dem Beispiel der 1 multipliziert ein Multiplizierer M1 das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit dem Sendevorsignal S1 zum Filtereingangssignal S3. Ein Tiefpassfilter entfernt typischerweise die Frequenzanteile mit addierter Frequenz aus dem Spektrum. der Tiefpassfilter TP filtert so das Empfängereingangssignal zum Flussdichtemesssignal S4. Die Halbbrückensteuerung CTR steuert die Kommutierung des Motors mittels der Halbbrücke HB in Abhängigkeit von dem Flussdichtemesssignal S4. Das Besondere an dem Messverfahren der 1 ist, dass der Lichtwellenleiter LWL zusammen mit dem Sensorelement typischerweise keine ferromagnetischen oder elektrisch leitenden Materialien umfasst und damit das magnetische Feld des Motors im Wesentlichen nicht beeinflusst.
Beispielsweis kann die Halbbrückensteuerung CTR einen Nulldurchgang der magnetischen Flussdichte im Luftspalt LS oder der magnetischen Flussdichte des Streufeldes des Luftspalts feststellen.
Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Diamanten des Sensorelements NV hängt von der magnetischen Flussdichte am Ort der NV-Zentren des Sensorelements ab. Da der Wert des Flussdichtemesssignals S4 angibt, wieviel von dem Sendevorsignal S5w in dem verstärkten Empfängerausgangssignal S1 enthalten ist, ist dieses Signal ein Maß für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Damit ist das Flussdichtemesssignals S4 ein Maß für die magnetische Flussdichte am Ort der NV-Zentren im Sensorelement NV. Die Halbbrückensteuerung CTR wertet den Nulldurchgang des Wechselsignalanteils des Flussdichtemesssignals S4 aus und steuert bevorzugt in Abhängigkeit davon die Kommutierung des Motors mittels der Halbbrücken HB.
In dem Beispiel der 1 ist das Sensorelement NV im Streufeld BSTR des Luftspalts LS des Motors platziert. Ein Positionssensor POS liefert mittels einer Markierung MRK am Rotor des Motors ein Positionssignal. In dem folgenden Beispiel der 4 wird klar, dass das Signal ein binäres Signal mit einer beispielhaften 1 Bit-Auflösung ist. Der magnetischer Stator-Kreis SMK ist an dem Gehäuse GH befestigt. Eine mechanische Hülle MH aus Keramik schützt den gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Eine Füllmasse FM dichtet die Öffnung OF im Motor ab. Ein externer Datenbus EXTDB ermöglicht der Halbbrückensteuerung CTR die Kommunikation mit einem übergeordneten Steuerungssystem. Der Externe Datenbus kann eine drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung sein. Mehrere parallele Datenverbindungen, die unterschiedliche realisiert sein können, sind denkbar.
Figur 2
Die 2 zeigt einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV direkt auf dem Zentrum MP des Kerns des Lichtwellenleiters LWL. Auf einem Teil der Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL ist das Sensorelement als Lichtwellenleiterlinse LWLL ausgeführt.
Figur 3
Die 3 zeigt einen Motor, wie ihn 1 schematisch vereinfacht skizziert. Zusätzlich zu dem Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV, der über die besagte Öffnung OF in den Motor hineinreicht und der mit der mechanischen Hülle MH umhüllt ist, weist die Aufhängung des Motors einen Positionssensor POS mit einer LED und einer Fotodiode auf, die das Positionssignal POSS mit Hilfe einer Markierung MRK auf dem Rotorgehäuse GHR erzeugt. Die Leitungen der Motorphasen treiben den Motor an und steuern diesen. Der Rotor ist mittels der Achse AX drehbar im Stator gelagert. Die Motorphasen MPH bestromen die Stator-Spulen SL. Das Gehäuse fixiert die Komponenten des Stators, wie beispielsweise die Stator-Spulen SL, die Achse und AX (ohne die Drehbarkeit der Achse zu beeinträchtigen) und den Lichtwellenleiter LWL mit der mechanischen Hülle MH.
Figur 4
4 zeigt das von dem Lock-In-Verstärker LIV erzeugte Flussdichtemesssignal S4 und das Positionssignal POSS des Positionsdetektors POS der 3. Der Motor dreht sich mit der Motordrehperiode EU. Es handelt sich um einen dreiphasigen Motor mit vier Spulen je Motorphase.
Das Besondere ist, dass die Messung des magnetischen Feldes B im Streubereich BSTR des Motorluftspalts LS rein optisch erfolgt. Die Frequenzen der Messignale zur Positionsmessung dieses magnetischen Feldes B im Luftspalt LS des Motors liegen allesamt und ausschließlich in dem Beispiel der 3 und 4 im optischen Bereich, also zwischen 3*10¹⁴Hz und 10¹⁴Hz. Hierdurch ist ein Übersprechen zwischen elektrischen Vorrichtungsteilen des Motors und der Messvorrichtung sehr gering, wenn die Ansteuer- und Auswertelemente der Vorrichtung weit genug von dem Motor entfernt sind. Bevorzugt liegt die Energieintensität der elektromagnetischen Strahlung, die der Lichtwellenleiter in den Motor transportiert und die die Messvorrichtung in dem Motor verwendet, im Frequenzbereich von 1Hz bis 10¹⁰Hz gegenüber der Energieintensität im Frequenzbereich zwischen 3*10¹⁴Hz und 10¹⁴Hz um -40dB, besser um -60dB, besser um -90dB, besser um -120dB, besser um -200dB niedriger. Die Vorrichtung arbeitet also mikrowellenfrei.
Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber einer Messung mit Hall-Sonden oder dergleichen oder Messungen mit NV-Zentren unter Nutzung von Mikrowellen.
Figur 5
5 zeigt einen Querschnitt durch das beispielhafte erste Ende ELWL1 eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL. Der Lichtwellenleiter LWL weist einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. Es kann sich bei dem Lichtwellenleiter um einen Monomodelichtwellenleiter oder einen Multimodelichtwellenleiter handeln. Der Lichtwellenleiter LWL kann ein Gradientenlichtwellenleiter oder ein Step-Index-Wellenleiter oder dergleichen sein, bei dem der Lichtwellenleiterkern fließend in den Außenbereich des Lichtwellenleiters LWL hinsichtlich des Brechungsindex übergeht. Die mechanische Hülle MH schützt den Lichtwellenleiter LWL und lässt das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL bevorzugt frei. Das Trägermaterial TM des Sensorelements NV umgibt das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Das Trägermaterial TM des Lichtwellenleiters ist bevorzugt transparent für die Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp und die Fluoreszenzwellenlänge λ_fl. Die Transparenz bezieht sich hierbei auf die Dimensionen des Lichtwellenleiters der einen Durchmesser durchaus kleiner als 100µm aufweisen kann. Die Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL ist bevorzugt senkrecht zur optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL, die hier als Mittenlinie ML beispielhaft gezeichnet ist. Am Durchstoßpunkt der optischen Achse, also der Mittenlinie ML, durch die Endfläche EF ist in dem Trägermaterial ZM eine Lichtwellenleiterlinse LWLL als Verdickung des Trägermaterials TM gefertigt. Dort ist die Dicke d_l des Trägermaterials TM typischerweise am dicksten. In den übrigen Bereichen des Sensorelements NV ist der Lichtwellenleiter LWL ggf. nur dünn mit einer kleineren Dicke d_r mit dem Trägermaterial TM beschichtet. Die Dicke d_r kann auch 0m betragen. Der Durchmesser D_LWLL der Lichtwellenleiter Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser D_LWL des Lichtwellenleiters LWL. Zur Verdeutlichung ist das Ende des Lichtwellenleiters mit der Endfläche EF und der Lichtwellenleiterlinse LWLL links noch einmal herausvergrößert. Die kleinen stochastisch gleichverteilten Diamanten DM im material des Trägermaterials TM sind zur Verdeutlichung angedeutet. bevorzugt sind die Diamanten Nanodiamanten mit einer Größe kleiner 10µm , besser kleiner 5µm, besser kleiner 2µm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 0,5µm, besser kleiner 0,2µm, besser, kleiner 0,1µm, kleiner 50nm, kleiner 20nm, , kleiner 10nm. Besonders bevorzugt sind Größen über 100nm, da Größen kleiner 100nm spezielle Oberflächeneffekte zwischen NV-Zentrum NVZ und Diamantoberfläche des betreffenden Diamanten DM hervorrufen können. Bevorzugt umfassen eine Vielzahl dieser Diamanten DM ein oder mehrere NV-Zentren NVZ, die dann die Fluoreszenzstrahlung FL erzeugen.
Bezugszeichenliste

140: Bereitstellen (140) eines Lichtwellenleiters (LWL), wobei der Lichtwellenleiter (LWL) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist;
145: Bereitstellen (145) eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λ_H härtbaren Trägermaterials (TM), wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Trägermaterials (TM) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials (TM) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren;
150: Benetzen (150) des ersten Endes des Lichtwellenleiters (TM) auf eine Benetzungslänge L_B mit dem Trägermaterial (TM), das die Vielzahl eingebetteter Diamanten (DM) aufweist;
155: Einspeisen (155) elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters (LWL), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λ_H so gewählt ist, dass das Trägermaterial (TM) am zweiten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt;
160: Entfernen (160) des nicht ausgehärteten Trägermaterials (TM) insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials (TM) am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) das Sensorelement bildet.
AX: Motorachse;
B: magnetische Flussdichte;
BSTR: magnetisches Streufeld des Luftspalts LS;
CTR: Halbbrückensteuerung;
dl: Dicke des Trägermaterials TM am Mittelpunkt MP der Endfläche EF am ersten Ende ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;
dr: Dicke an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;
DLWL: Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL;
DLWLL: Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL;
DM: Diamanten;
EF: Endfläche des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;
ELWL1: erstes Ende des Lichtwellenleiters LWL;
EU: eine Umdrehung des Motors;
EXTDB: externer Datenbus;
F1: dichroitischer Spiegel;
FL: Fluoreszenzstrahlung;
FM: optisch intransparenten Füllmasse;
G: Signalgenerator;
GH: Gehäuse des Stators;
GHR: Rotorgehäuse;
GND: Bezugspotenzial;
HB: Halbbrücken;
HSL: Halbbrückensteuerleitungen;
IMPHU: Motorphasenstrom der U-Motorphase MPH_U;
IMPHV: Motorphasenstrom der V-Motorphase MPH_V;
IMPHW: Motorphasenstrom der W-Motorphase MPH_W;
LB: Pumpstrahlung;
LIV: Lock-In-Verstärker;
LS: Luftspalt;
LST: Wert des fluoreszenzintensitätsbasierenden Flussdichtemesssignals (in willkürlichen Einheiten);
LWL: Lichtwellenleiter;
LWLC: Kern (Englisch Core) des Lichtwellenleiters LWL;
LWLL: Lichtwellenleiterlinse;
M1: Multiplizierer;
MH: mechanische Hülle;
ML: Mittellinie des Lichtwellenleiters LWL (Es handelt sich um eine virtuelle Linie);
MP: Mittelpunkt der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL;
MPH: Motorphasen;
MPHU: U-Motorphase;
MPHV: V-Motorphase;
MPHW: W-Motorphase;
MRK: Markierung auf dem Rotorgehäuse GHR;
NV: Sensorelement. Bevorzugt umfasst das Sensorelement eine Vielzahl von Nanodiamanten, die unterschiedlich orientiert sind und bevorzugt eine Vielzahl von NV-Zentren aufweisen.
NVZ: NV-Zentren;
OF: Öffnung im Gehäuse GH für die Zuführung des Lichtwellenleiters LWL und/oder optisches Fenster im Gehäuse GH;
OFF1: Offset-Addition;
φMPHU: Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms I_MPHU der Motorphase MPHu;
φMPHV: Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms I_MPHV der Motorphase MPHv;
φMPHW: Stromwinkel deskomplexen Stromvektors des Motorphasenstroms I_MPHW der Motorphase MPH_W;
PD: Fotodetektor;
PL: Pumpstrahlungsquelle;
PM: Permanentmagnet des Rotors
POS: Positionsdetektor;
POSS: Positionssignal;
POSSW: Wert des Positionssignals POSS in willkürlichen Einheiten;
RMK: magnetischer Rotorkreis RMK;
S0: Empfängerausgangssignal;
S1: verstärktes Empfängerausgangssignal;
S3: Filtereingangssignal;
S4: Flussdichtemesssignal;
S5: Sendesignal;
S5w: Sendevorsignal;
SL: Wicklungen einer Stator-Spule;
SMK: magnetischer Stator-Kreis;
t: Zeit;
T: Periodendauer der Motorströme (I_MPHU, I_MPHV, I_MPHW);
TM: Trägermaterial;
TP: Tiefpass;
V1: Verstärker;
VDD: Versorgungsspannung;
VMPHU: Motorphasenspannung der U-Motorphase MPH_U bezogen auf das Bezugspotenzial GND;
VMPHV: Motorphasenspannung der V-Motorphase MPH_V bezogen auf das Bezugspotenzial GND;
VMPHW: Motorphasenspannung der W-Motorphase MPH_W bezogen auf das Bezugspotenzial GND;

Liste der zitierten Schriften
Sofern im Rahmen der Nationalisierung einer internationalen Folgeanmeldung es das Recht des jeweiligen Rechtssystems des Staates, in dem die Nationalisierung der internationalen Anmeldung der hier vorgelegten Schrift erfolgt, eine Offenbarung per Referenz erlaubt ist, ist der Inhalt der folgenden Schriften vollumfänglicher Teil der hier vorgelegten Offenlegung.,

DE 10 2020 129 367 A1 ,
DE 10 2020 125 178 A1 ,
DE 10 2022 121 444.3 (noch in 18-monatiger Dunkelphase)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102020129367 A1 [0002, 0007, 0092]
DE 102020125178 A1 [0052, 0092]
DE 102022121444 [0092]

Claims

Lichtwellenleiter (LWL) mit einem Sensorelement (NV) wobei das Sensorelement (NV) ein Trägermaterial (TM) aufweist und wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Sensorelements (NV) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements (NV) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren gekennzeichnet dadurch, dass das Trägermaterial (TM) ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial (TM) ist und dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist und dass das Trägermaterial (TM) für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λ_fl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren im Wesentlichen transparent ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 wobei die Diamanten (DM) im Trägermaterial (TM) im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 wobei die Orientierung der Diamanten (DM) im Trägermaterial (TM) stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lichtwellenleiter (LWL) dazu eingerichtet oder bestimmt ist, Pumpstrahlung (LB) einer Pumpstrahlungsquelle (PL) zu dem Sensorelement (NV) zu transportieren, sodass die Pumpstrahlung (LB) das Sensorelement (NV) bestrahlt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Lichtwellenleiter (LWL) dazu eingerichtet oder bestimmt ist, Fluoreszenzstrahlung (FL) des Sensorelements (NV) zu erfassen, und die Fluoreszenzstrahlung (FL) in Richtung eines Fotodetektors (PD) zu transportieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtwellenleiter (LWL) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und/oder wobei das Sensorelement (NV) an dem ersten Ende des Lichtwellenleiters befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 wobei das erste Ende des Lichtwellenleiters (LWL) von dem Trägermaterial (TM) des Sensorelements (NV) umhüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 wobei eine Endfläche (EF) des ersten Endes des Lichtwellenleiters (LWL) eine ebene Endfläche (EF) senkrecht zur Mittenlinie (ML) des Lichtwellenleiters (LWL) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8 wobei die Mittenlinie (ML) die Endfläche (EF) an einem Mittelpunkt (MP) der Endfläche (EF) durchstößt und wobei die Dicke (d_l) des Trägermaterials (TM) an diesem Mittelpunkt (MP) dicker ist als die Dicke (d_r) an anderen Punkten der Endfläche (EF) des ersten Endes des Lichtwellenleiters (LWL).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Trägermaterial (TM) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) eine Linse (LWLL) ausformt, deren Durchmesser (D_LWLL) kleiner als der Durchmesser (D_LWL) des Lichtwellenleiters (LWL) oder so groß wie der der Durchmesser (D_LWL) des Lichtwellenleiters (LWL) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der erste Lichtwellenleiter (LWL) teilweise durch eine erste mechanische Hülle (MH) umhüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die mechanische Hülle (MH) einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material umfasst oder aufweist oder. wobei die mechanische Hülle (MH) aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 wobei die mechanische Hülle (MH) zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 wobei in dem Trägermaterial (TM) metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm eingelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 wobei die metallischen Nanopartikel mit Diamanten in dem Trägermaterial (TM) wechselwirken und die Fluoreszenzstrahlung (FL) dieser Diamanten (DM) beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 wobei die metallischen Nanopartikel Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 wobei Atome des Metalls der Nanopartikel eines oder mehrerer Elemente umfassen und wobei jedes dieser Elemente in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auftritt und wobei jedes Isotop einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis aufweist und wobei diese Isotope ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop und wobei die metallischen Nanopartikel, bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope aufweisen: ¹²C, ¹⁴C, ²⁸Si, ³⁰Si, ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷⁴Ge, ⁷⁶Ge,¹¹²Zn, ¹¹⁴Zn, ¹¹⁶Zn, ¹¹⁸Zn, ¹²⁰Zn, ¹²²Zn, ¹²⁴Zn ¹⁶O, ¹⁸O, ³²S, ³⁴S, ³⁶S, ⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se, ⁸²Se, ¹²⁰Te, ¹²²Te, ¹²⁴Te, ¹²⁶Te, ¹²⁸Te, ¹³⁰Te, ²⁴Mg, ²⁶Mg, ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca, ⁴⁸Ca, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁸Sr, ¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁶Ba, ¹³⁸Ba, ⁴⁶Ti, ⁴⁸Ti, ⁵⁰Ti, ⁹⁰Zr, ⁹⁰Zr, ⁹²Zr, ⁹⁴Zr, ⁹⁶Zr, ¹⁷⁴Hf, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁸Hf, ⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr, ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo, ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W, ⁵⁴ Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁸Fe, ⁹⁶Ru, ⁹⁸Ru, ¹⁰⁰Ru, ¹⁰²Ru, ¹⁰⁴Ru, ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁶Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁹⁰Os, ¹⁹²Os ⁵⁸Ni, ^S0Ni, ⁶²Ni, ⁶⁴Ni, ¹⁰²Pd, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd, ¹¹⁰Pd, ¹⁹⁰Pt, ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁶Pt, ¹⁹⁸Pt ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁸Zn, ⁷⁰Zn, ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹²Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd, ¹⁹⁶Hg, ¹⁹⁸Hg, ²⁰⁰Hg, ²⁰²Hg, ²⁰⁴Hg ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴⁰Ce, ¹⁴²Ce, ¹⁴²Nd, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd, ¹⁵⁰Nd, ¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁶Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm, ¹⁵²Gd, ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁸Gd, ¹⁶⁰Gd, ¹⁵⁶Dy, ¹⁵⁸Dy, ¹⁶⁰Dy, ¹⁶²Dy, ¹⁶⁴Dy, ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁸Er, ¹⁷⁰Er, ¹⁶⁸Yb, ¹⁷⁰Yb, ¹⁷²Yb, ¹⁷⁴Yb ¹⁷⁶Yb, ²³²Th, ²³⁴Pa, ²³⁴U, ²³⁸U, ²⁴⁴Pu.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 wobei der Lichtwellenleiter (LWL) einen Lichtwellenleiterkern (LWLC) aufweist und wobei in dem Trägermaterial (TM) ein optisches Funktionselement am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) ausgeformt ist und wobei das optische Funktionselement mit dem Lichtwellenleiterkern (LWLC) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) optisch zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 18 wobei das optische Funktionselement eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (LWL), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit den Schritten Bereitstellen (140) eines Lichtwellenleiters (LWL), wobei der Lichtwellenleiter (LWL) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; Bereitstellen (145) eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λ_H härtbaren Trägermaterials (TM), wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten (DM) eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten (DM) dieser Diamanten (DM) NV-Zentren (NVZ) und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren (NVZ) des Trägermaterials (TM) und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials (TM) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) zumindest eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren; Benetzen (150) des ersten Endes des Lichtwellenleiters (TM) auf eine Benetzungslänge L_B mit dem Trägermaterial (TM), das die Vielzahl eingebetteter Diamanten (DM) aufweist, Einspeisen (155) elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters (LWL), wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λ_H so gewählt ist, dass das Trägermaterial (TM) am zweiten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt. Entfernen (160) des nicht ausgehärteten Trägermaterials (TM) insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials (TM) am ersten Ende des Lichtwellenleiters (LWL) das Sensorelement bildet.
Verfahren nach Anspruch 20 wobei das Trägermaterial (TM) nur teilweise aushärtet;
Verfahren nach Anspruch 21 wobei die elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λ_H eine Eindringtiefe in das Trägermaterial (TM) aufweist, so dass das Trägermaterial (TM) nur bis zu einer Dicke (d_l) des Trägermaterials aushärtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Strahlung der am zweiten Ende des Lichtwellenleiters zur Aushärtung eingespeisten Strahlung UV-Strahlung ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 33 wobei in dem Trägermaterial (TM) metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm eingelagert sind.
Verfahren nach Anspruch 24 wobei die metallischen Nanopartikel mit Diamanten in dem Trägermaterial (TM) wechselwirken und die Fluoreszenzstrahlung (FL) dieser Diamanten (DM) beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25 wobei die metallischen Nanopartikel Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gandolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26 wobei Atome des Metalls der Nanopartikel eines oder mehrerer Elemente umfassen und wobei jedes dieser Elemente in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auftritt und wobei jedes Isotop einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis aufweist und wobei diese Isotope ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop und wobei die metallischen Nanopartikel, bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope aufweisen: ¹²C, ¹⁴C, ²⁸Si, ³⁰Si, ⁷⁰Ge, ⁷²Ge, ⁷⁴Ge, ⁷⁶Ge,¹¹²Zn, ¹¹⁴Zn, ¹¹⁶Zn, ¹¹⁸Zn, ¹²⁰Zn, ¹²²Zn, ¹²⁴Zn ¹⁶O, ¹⁸O, ³²S, ³⁴S, ³⁶S, ⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se, ⁸²Se, ¹²⁰Te, ¹²²Te, ¹²⁴Te, ¹²⁶Te, ¹²⁸Te, ¹³⁰Te, ²⁴Mg, ²⁶Mg, ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca, ⁴⁸Ca, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁸Sr, ¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁶Ba, ¹³⁸Ba, ⁴⁶Ti, ⁴⁸Ti, ⁵⁰Ti, ⁹⁰Zr, ⁹⁰Zr, ⁹²Zr, ⁹⁴Zr, ⁹⁶Zr, ¹⁷⁴Hf, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁸Hf, ⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr, ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁸Mo, ¹⁰⁰Mo, ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W, ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁸Fe, ⁹⁶Ru, ⁹⁸Ru, ¹⁰⁰Ru, ¹⁰²Ru, ¹⁰⁴Ru, ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁶Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁹⁰Os, ¹⁹²Os ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶²Ni, ⁶⁴Ni, ¹⁰²Pd, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd, ¹¹⁰Pd, ¹⁹⁰Pt, ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁶Pt, ¹⁹⁸Pt ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁸Zn, ⁷⁰Zn, ¹⁰⁶Cd, ¹⁰⁸Cd, ¹¹⁰Cd, ¹¹²Cd, ¹¹⁴Cd, ¹¹⁶Cd, ¹⁹⁶Hg, ¹⁹⁸Hg, ²⁰⁰Hg, ²⁰²Hg, ²⁰⁴Hg ¹³⁶Ce, ¹³⁸Ce, ¹⁴⁰Ce, ¹⁴²Ce, ¹⁴²Nd, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd, ¹⁵⁰Nd, ¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁶Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm, ¹⁵²Gd, ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁸Gd, ¹⁶⁰Gd, ¹⁵⁶Dy, ¹⁵⁸Dy, ¹⁶⁰Dy, ¹⁶²Dy, ¹⁶⁴Dy, ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁸Er, ¹⁷⁰Er, ¹⁶⁸Yb, ¹⁷⁰Yb, ¹⁷²Yb, ¹⁷⁴Yb, ¹⁷⁶Yb, ²³²Th, ²³⁴Pa, ²³⁴U, ²³⁸U, ²⁴⁴Pu.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27 wobei der Lichtwellenleiter (LWL) einen Lichtwellenleiterkern (LWLC) aufweist und wobei das Verfahren in dem Trägermaterial (TM) beim Aushärten ein optisches Funktionselement (LWLL) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) ausformt und wobei das dann so ausgeformte optische Funktionselement (LWLL) mit dem Lichtwellenleiterkern (LWLC) am ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) optisch zusammenwirkt, wenn am zweiten Ende (ELWL2) des Lichtwellenleiters (LWL) optische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λ_pmp eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 28 wobei das Verfahren so ein optisches Funktionselement in Form einer Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM, am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters erzeugt.