DE10225934B4 - Faseroptischer Drucksensor - Google Patents

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Abstract

Faseroptischer Drucksensor mit einem Druckmesskopf (1), der ein Gehäuse (2) aufweist, in dem eine als Druckaufnehmer fungierende, unter Druckbeaufschlagung eine Hubbewegung ausführende Membran (6) aufgenommen ist und mit mindestens einem Lichtwellenleiter (3), dessen Stirnfläche auf die Membraninnenseite (8) der Membran (6) ausgerichtet ist und über den von der Lichtquelle (11) emittiertes Licht (14) in den Druckmesskopf (1) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membraninnenseite (8) ein Muster aus hochreflektierenden Bereichen und Bereichen geringerer Reflektivität aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Bei faseroptischen Sensorsystemen dient eine durch Totalreflexion in einem Lichtwellenleiter geführte optische elektromagnetische Welle als Informationsträger. In einem Sensorelement moduliert dabei ein optischer Effekt das Licht in Abhängigkeit von der zu erfassenden Messgrösse, z. B. dem Druck. Vorteile dieser Sensoren sind kleine Abmessungen, eine hohe Auflösung, eine hohe Störsicherheit gegenüber elektromagnetischer Strahlung, elektrische Potentialfreiheit und die Möglichkeit, aus ihnen Multisensorsysteme aufzubauen. Faseroptische Systeme sind folglich prädestiniert für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, in Bereichen mit hoher elektromagnetischer Strahlung und in der Medizin.
  • Stand der Technik
  • Ein bekannter faseroptischer Drucksensor ist unter der Bezeichnung Fabry-Perot-Druckmesssensor bekannt. Als Sensorelement dient dabei eine Miniaturspaltanordnung mit druckempfindlicher Membran. Der Resonatorspalt wird von zwei teilreflektierenden Spiegeln begrenzt. Der äussere Spiegel ist als Membran ausgebildet. Aus interferenzoptischer Sicht ist der Spalt ein Fabry-Perot-Resonator geringer Güte, der das Licht teilweise reflektiert. Das Reflexionsspektrum ist periodisch moduliert. Die spektralen Positionen der Interferenzminima und -maxima bzw. die periodischen Abstände hängen von der Spaltbreite bzw. von der Membrandurchbiegung ab. Ein auf diesem Messprinzip basierender faseroptischer Drucksensor ist beispielsweise aus DE-A1 40 18 998 bekannt. Die Änderung des Interferenzmusters wird sehr aufwendig mit einem Spektralmessgerät und zugehörigen Auswerteverfahren detektiert bzw. ausgewertet.
  • Ein weiterer im Stand der Technik bekannter faseroptischer Drucksensor umfasst einen Druckmesskopf mit ebenfalls einer als Druckaufnehmer fungierenden, unter Druckbeauf schlagung einer Hubbewegung ausführenden Membran mit einer hochreflektierend verspiegelten Membraninnenseite. Bei Druckbeaufschlagung wölbt sich die Membran nach Innen in den Druckmesskopf, wodurch der Einfallswinkel der aus einem Lichtwellenleiter austretenden Lichtstrahlen auf die Membran verändert wird. Aus dieser Änderung des Einfallswinkels resultiert eine Änderung des Reflexionswinkels und folglich eine Verringerung der in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtmenge. Das Verhältnis der aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichtintensität zu der in den Lichtwellenleiter durch die Membraninnenseite zurückreflektierten und von ihm aufgenommenen Lichtintensität ist ein Maß für den auf die Membran wirkenden Druck. Die Druckbestimmung erfordert bei diesem im Vergleich zu dem erstgenannten vereinfachten Messprinzip lediglich die Messung der in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtintensität. Ein solcher faseroptischer Drucksensor ist beispielsweise aus US 6,131,465 bekannt, wobei er in eine Zündkerze integriert ist. Diese Ausführung eines faseroptischen Drucksensors hat jedoch den Nachteil, dass zur Detektierung des Druckes über die Intensitätsänderungen ein grosser Sensormembranhub erforderlich ist.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße faseroptische Drucksensor vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht eine Druckmessung mit einer geringen erforderlichen Sensormembranauslenkung. Dadurch ergibt sich u. a. eine geringere Empfindlichkeit des Sensors gegen Verschmutzungen der Membran. Ferner weist er insbesondere im Vergleich zu dem oben beschriebenen Fabry-Perot-Druckmesssensor erhebliche Vorteile in bezug auf Kosten, Montage- und Fertigungsaufwand auf.
  • Diese Vorteile werden erfindungsgemäß durch einen faseroptischen Drucksensor erreicht mit einem Druckmesskopf, der ein Gehäuse aufweist, in dem eine als Druckaufnehmer fungierende, unter Druckbeaufschlagung eine Hubbewegung ausführende Membran aufgenommen ist und mit mindestens einem Lichtwellenleiter, dessen Stirnfläche auf die Membraninnenseite der Membran ausgerichtet ist und über den von einer Lichtquelle emittiertes Licht in den Druckmesskopf geleitet wird, wobei die Membraninnenseite ein Muster aus hochreflektierenden Bereichen und Bereichen geringerer Reflektivität aufweist.
  • Der erfindungsgemäße faseroptische Drucksensor beruht auf dem Prinzip der Intensitätsmessung von Licht. Das von einer Lichtquelle emittierte Licht wird über einen Lichtwellenleiter in den Druckmesskopf geleitet, an der Membraninnenseite reflektiert und das reflektierte Licht zum Teil von dem selben oder einem anderen Lichtwellenleiter aufgenommen und zu einem Detektor geführt. Der Detektor misst die Intensität des ihn erreichenden Lichts. Je nach Auslenkung der Membran ergibt sich eine Änderung der von dem Detektor aufgenommenen Intensität. Bei der Intensitätsänderung handelt es sich je nach Anordnung der Bestandteile des Druckmesskopfes um eine Reduzierung oder eine Erhöhung der Intensität relativ zu der gemessenen Intensität ohne Druckbeaufschlagung. Die Druckbestimmung erfolgt mittels einer Intensitäts-Druck-Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen der durch den Detektor gemessenen Intensität bzw. dem Verhältnis der gemessenen Intensität zu der durch die Lichtquelle eingestrahlten Intensität und dem an dem Druckmesskopf anliegenden Druck angibt.
  • Durch die gemusterte Membraninnenseite resultiert schon aus einer kleinen Sensormembranauslenkung eine messbare Intensitätsreduzierung des in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtes. Eine Wölbung der Membran verursacht bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor eine Änderung des Einfalls- und damit des Reflektionswinkels für das an den hochreflektierenden Bereichen reflektierte Licht und zusätzlich eine Vergrößerung der Bereiche geringerer Reflektivität. Aus diesen beiden Effekten resultiert eine große Intensitätsverringerung des in Richtung des Lichtwellenleiters reflektierten Lichts schon bei einer geringen Wölbung der Membran.
  • Bei den Bereichen geringerer Reflektivität kann es sich z. B. um Schnitte oder Vertiefungen in der Membraninnenfläche handeln. Zur Herstellung solcher Membraninnenflächen mit Schnitten oder Vertiefungen kann ein Laser die Schnitte oder Vertiefungen in einen Membran mit einer polierten oder beschichteten hochreflektierenden Oberfläche hineinbrennen.
  • Des weiteren kann es sich bei den Bereichen geringerer Reflektivität um mattierte Bereiche auf der Membraninnenseite handeln. Zur Herstellung solcher Membraninnenflächen mit mattierten Bereichen kann die polierte oder beschichtete hochreflektierende Oberfläche der Membran chemisch oder mechanisch in den gewünschten Bereichen mattiert werden.
  • Die hochreflektierenden Bereiche haben eine Reflektivität ≥ 0,5, bevorzugt ≥ 0,8. Die Bereiche geringerer Reflektivität haben eine Reflektivität < 0,5, bevorzugt < 0,3.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Zündkerze für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem eingebauten erfindungsgemäßen Drucksensor, wobei der Druckmesskopf so an dem einen Ende der Zündkerze positioniert ist, dass die Membran direkt dem Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist. Die kontinuierliche Überwachung des Druckes in Brennkraftmaschinen ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Motoreffizienz, -leistung und -verlässlichkeit. Ferner können die Betriebskosten und die unerwünschten Emissionen der Brennkraftmaschine reduziert werden.
  • Die erfindungsgemäße Zündkerze mit dem faseroptischen Drucksensor erlaubt die Überwachung jedes einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine auf Klopfen oder Fehlzündungen, so dass diese Fehlfunktionen erkannt und behoben werden können. Der Einsatz des erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors in der Zündkerze ist unter anderem möglich durch die ausschließliche Verwendung hochtemperaturresistenter Materialien in dem Druckmesskopf. Ferner genügen schon kleine Auslenkungen der Membran des erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors um ein messbares und aussagekräftiges Signal zu erhalten. Daher kann der erfindungsgemäße Drucksensor und insbesondere seine Membran in der für den Einsatz in der Zündkerze notwendigen Stabilität und Robustheit hergestellt werden und er ist weniger anfällig gegen Verschmutzungen, z. B. durch Ruß.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Injektor für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem eingebauten erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensor zur Messung des Druckes im Brennraum der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftstoffdruckes. Die vorstehend für fremdgezündete Brennkraftmaschinen genannten Vorteile einer Drucküberwachung durch die Kombination Zündkerze/Drucksensor stellen sich auch bei der Überwachung direkt einspritzender Motoren durch mindestens einen erfindungsgemäßen Drucksensor ein, der in den Injektor integriert ist. Dabei können z. B. auch zwei erfindungsgemäße Drucksensoren in den Injektor integriert werden, einer zur Überwachung des statischen Kraftstoffdruckes in dem Injektor und der andere zur Messung des dynamischen Brennraumdruckes.
  • Ein weiterer möglicher Einbauort für den erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensor ist die Brennkammer selbst. Denkbar ist weiterhin die Druckmessung mit dem erfindungsgemäßen Sensor in den Turbinen von Luftfahrttriebwerken oder in den Gasturbinen bei der Gaskraftwerksstromerzeugung.
  • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 Den schematischen Aufbau des Druckmesskopfes eines erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors mit einem Lichtwellenleiter,
  • 2 den schematischen Aufbau des Druckmesskopfes eines erfindungsgemässen faseroptischen Drucksensors mit einem Eingangs- und einem Ausgangslichtwellenleiter,
  • 3 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors mit einem Lichtwellenleiter und
  • 4 das von einer gestreiften Membran eines erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors reflektierte Bild ohne und mit Druckbeaufschlagung.
  • Ausführungsvarianten
  • 1 zeigt den schematischen Aufbau des Druckmesskopfes in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors.
  • Der Druckmesskopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Ein Lichtwellenleiter 3 ist in dem Gehäuse 2 befestigt, wobei eine Hülse 4 das Ende 7 des Lichtwellenleiters 3 umfasst. Ein Hohlraum 5 trennt das Ende 7 des Lichtwellenleiters 3 von der Membran 6. Die dem Hohlraum 5 und dem Lichtwellenleiter 7 zugewandte Membraninnenseite 8 weist erfindungsgemäß ein (nicht dargestelltes) Muster aus hochreflektierenden Bereichen und Bereichen geringerer Reflektivität auf. Durch den Lichtwellenleiter 3 wird Licht von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle in den Druckmesskopf 1 geleitet. Das Licht wird am Ende 7 des Lichtwellenleiters 3 in den Hohlraum 5 gestrahlt und an der gemusterten Membraninnenseite 8 zum Teil reflektiert. Das reflektierte Licht wird wiederum teilweise in den Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt und über ihn zu einem (nicht dargestellten) Detektor geleitet. Die Membran 6 ist auf ihrer Aussenseite 9 dem zu messenden Druck ausgesetzt. Durch eine Druckerhöhung wölbt sich die Membran 6 in den Hohlraum 5 hinein. Die im Ruhezustand plane Membraninnenfläche 8 wird bei einer Druckerhöhung folglich gebogen, so dass sich der Reflektionswinkel für das an der Membraninnenfläche reflektierte Licht ändert. Dadurch verringert sich der Anteil des eingestrahlten Lichts, der nach der Reflektion wieder in den Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt wird und den Detektor erreicht. Die Intensität des den Detektor erreichenden Lichts relativ zur Intensität des eingestrahlten Lichts ist korreliert mit dem auf die Membranaussenfläche 9 wirkenden Druck. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient der eine Lichtwellenleiter 3 als Eingangs- und Ausgangslichtwellenleiter, durch den sowohl das eingestrahlte Licht zu dem Druckmesskopf 1 hin, als auch ein Teil des reflektierten Lichts von dem Druckmesskopf 1 weg geführt wird.
  • 2 zeigt den schematischen Aufbau des Druckmesskopfes in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen faseroptisehen Drucksensors.
  • Prinzipiell entspricht der Aufbau des in 2 dargestellten Druckmesskopfes 1 dem in 1. Er umfasst ein Gehäuse 2, eine Membran 6 und einen angrenzenden Hohlraum 5. Die Membran 6 weist erfindungsgemäß auf ihrer Membraninnenseite 8 ein (nicht dargestelltes) Muster aus Bereichen hoher und geringerer Reflektivität auf. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine hutförmige Membran 6, die an dem Gehäuse 2 festgeschweißt ist.
  • Die Membran enthält bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mindestens eines der folgenden Materialien: einen metallischen Werkstoff (z. B. Edelstahl, Remanit® oder Platin), ein Halbleitermaterial (z. B. Silicium) oder Siliciumnitrid. Remanit® ist die Bezeichnung für eine Gruppe von 40 nichtrostenden Stählen (Thyssen Edelstahlwerke AG, Krefeld, Deutschland) und hat den Vorteil einer geringen Wärmedehnung und einer hohen Korrosionsbeständigkeit. Siliciumnitrid weist ebenfalls eine geringe Wärmedehnung auf, zusätzlich zu einem hohen E-Modul und zu einem geringen Gewicht.
  • Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Druckmesskopf weist der in 2 gezeigte Druckmesskopf 1 zwei Lichtwellenleiter 10 auf, die durch eine Hülse 4 in dem Druckmesskopf 1 gehalten werden. Der erste (Eingangs-)Lichtwellenleiter führt Licht von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle in den Druckmesskopf 1 hinein. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt der zweite (Ausgangs-) Lichtwellenleiter das von der Membraninnenseite 8 reflektierte Licht teilweise auf und führt dieses zu einem (nicht dargestellten) Detektor.
  • 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors.
  • Der Druckmesskopf 1 befindet sich an dem einen Ende eines Lichtwellenleiters 3. Eine Lichtquelle 11, in dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Leuchtdiode (LED), emittiert Licht 14, das von einem ersten Lichtwellenleiter 12 über einen Y-Koppler 13 in den mit dem Druckmesskopf 1 verbundenen Lichtwellenleiter 3 führt. Der Druckmesskopf 1 ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors z. B. wie in 1 aufgebaut. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt der Lichtwellenleiter das von der (nicht dargestellten) gemusterten Membraninnenseite reflektierte Licht teilweise auf und führt dieses über den Y-Koppler 13 und den zweiten Lichtwellenleiter 17 zu einem Detektor 16, hier einer Fotodiode. Das Intensitätsverhältnis von emittierten Licht 14 zu detektiertem Licht 15 ist ein Maß für den am Druckmesskopf 1 herrschenden Druck. Der Wert des zu messenden Druckes kann über eine Druck-Intensitätsverhältnis-Kennlinie bestimmt werden, die für den Drucksensor ermittelt wurde.
  • In einer weiteren bevorzugten (nicht dargestellten) Ausführungsform ist die Lichtquelle 11 ein Laser. Vorzugsweise ist der bzw. sind die Lichtwellenleiter 3, 12, 17 Monomode-Fasern.
  • 4 zeigt das von einer gestreiften Membran eines erfindungsgemäßen faseroptischen Drucksensors reflektierte Bild ohne und mit Druckbeaufschlagung.
  • Der obere Teil von 4 zeigt die reflektierten Streifen 18 bei nicht gewölbter Membran (ohne Druckbeaufschlagung), der untere Teil die reflektierten Streifen 19 bei gewölbter Membran (mit Druckbeaufschlagung). Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Membraninnenseite in dem erfindungsgemäßen Drucksensor abwechselnd hochreflektierende Streifen und Streifen geringerer Reflektivität auf. Die hochreflektierenden Streifen ergeben bei Einstrahlung von Licht auf die gestreifte Membraninnenseite im oberen Teil von 4 helle reflektierte Streifen. Die Streifen geringerer Reflektivität reflektieren nur einen geringen Anteil des angestrahlten Lichts und erscheinen daher als dunkle Streifen. Bei Druckbeaufschlagung wölbt sich die Membran, so dass die hochreflektierenden Streifen einen geringeren Anteil des egestrahlten Lichts in Beobachtungsrichtung reflektieren. Daher erscheinen die im oberen Teil der 4 hellen Streifen im unteren Teil dunkler. Ferner verbreitern sich die Streifen geringerer Reflektivität bei einer Wölbung der Membran, so dass die dunklen Streifen aus dem oberen Teil im unteren Teil verbreitert sind. Sie nehmen folglich einen größeren Flächenanteil auf der gleichgroßen Fläche ein als ohne Druckbeaufschlagung. Durch diese zwei Auswirkungen einer Membranwölbung auf die Streifen verschiedener Reflektivität ergibt sich schon bei einer geringen Wölbung der Membran des erfindungsgemäßen Drucksensors eine messbare Intensitätsänderung. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Streifen geringerer Reflektivität breiter als die hochreflektierenden Streifen. Dadurch wird eine hohe Empfindlichkeit für eine (druckbedingte) Wölbung der Membran erreicht.
  • In einer bevorzugten (nicht dargestellten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit gestreifter Membraninnenfläche sind die Streifen geringerer Reflektivität breiter als die hochreflektierenden Streifen. Folglich ist die Auswirkung einer Membranwölbung auf die von dem Detektor gemessene Intensität noch größer als bei gleicher Streifenbreite, so dass der Drucksensor noch empfindlicher auf eine Druckänderung anspricht.
  • 1
    Druckmesskopf
    2
    Gehäuse
    3
    Lichtwellenleiter
    4
    Hülse
    5
    Hohlraum
    6
    Membran
    7
    Ende des Lichtwellenleiters
    8
    Membraninnenseite/-fläche
    9
    Membranaussenseite/-fläche
    10
    zwei Lichtwellenleiter
    11
    Lichtquelle
    12
    erster Lichtwellenleiter
    13
    Y-Koppler
    14
    emittiertes Licht
    15
    detektiertes Licht
    16
    Detektor
    17
    zweiter Lichtwellenleiter
    18
    reflektierte Streifen bei nicht gewölbter Membran
    19
    reflektierte Streifen bei gewölbter Membran

Claims (10)

  1. Faseroptischer Drucksensor mit einem Druckmesskopf (1), der ein Gehäuse (2) aufweist, in dem eine als Druckaufnehmer fungierende, unter Druckbeaufschlagung eine Hubbewegung ausführende Membran (6) aufgenommen ist und mit mindestens einem Lichtwellenleiter (3), dessen Stirnfläche auf die Membraninnenseite (8) der Membran (6) ausgerichtet ist und über den von der Lichtquelle (11) emittiertes Licht (14) in den Druckmesskopf (1) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membraninnenseite (8) ein Muster aus hochreflektierenden Bereichen und Bereichen geringerer Reflektivität aufweist.
  2. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membraninnenseite (8) abwechselnd hochreflektierene Streifen und Streifen geringerer Reflektivität aufweist.
  3. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (3) das von der Membraninnenseite (8) reflektierte Licht teilweise aufnimmt und über einen Y-Koppler (13) und einen weiteren Lichtwellenleiter (17) zu einem Detektor (16) leitet.
  4. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer in dem Druckmesskopf (1) endender Lichtwellenleiter das von der Membraninnenseite (8) reflektierte Licht teilweise aufnimmt und zu einem Detektor (16) führt.
  5. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (11) ein Laser oder eine Leuchtdiode (LED) ist.
  6. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) mindestens eines der folgenden Materialien enthält: einen metallischen Werkstoff, ein Halbleitermaterial, einen nichtrostendem Stahl oder Siliciumnitrid.
  7. Faseroptischer Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen geringerer Reflektivität breiter als die hochreflektierenden Streifen sind.
  8. Faseroptischer Drucksensor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (3, 10, 12, 17) Monomodefasern sind.
  9. Zündkerze für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit eingebautem Drucksensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Druckmesskopf (1) so an dem einen Ende der Zündkerze positioniert ist, dass die Membran (6) direkt dem Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist.
  10. Injektor für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem eingebauten faseroptischen Drucksensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Messung des Druckes im Brennraum der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftstoffdruckes.
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6981406B2 (en) * 2002-09-24 2006-01-03 Daimlerchrysler Corporation Fiber optic cylinder pressure measurement system for a combustion engine
DE10337966B4 (de) * 2003-08-19 2008-04-10 Giese, Erhard, Dr. Drucksensor
US20050195402A1 (en) * 2004-03-04 2005-09-08 Russell May Crystalline optical fiber sensors for harsh environments
US7173713B2 (en) * 2004-03-04 2007-02-06 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Optical fiber sensors for harsh environments
WO2006076252A2 (en) * 2005-01-10 2006-07-20 Semih Olcmen Spark-plug ldv, lif, and lii probe for engine flow and combustion analysis
CA2599696C (en) * 2005-03-02 2014-04-01 Fiso Technologies Inc. Fabry-perot optical sensor and method of manufacturing the same
US20070028697A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-08 Honeywell International Inc. One piece needle and diaphragm assembly
EP1929249B9 (de) 2005-08-12 2016-12-28 Fiso Technologies Inc. Einstückiger optischer fabry-perot-sensor und verfahren zu seiner herstellung
US20080075404A1 (en) * 2006-05-19 2008-03-27 New Jersey Institute Of Technology Aligned embossed diaphragm based fiber optic sensor
US7561277B2 (en) * 2006-05-19 2009-07-14 New Jersey Institute Of Technology MEMS fiber optic microphone
US20070280581A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-06 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co. Ltd. Optical pressure measuring apparatus
EP2095084A2 (de) * 2006-11-27 2009-09-02 Kistler Holding AG Optischer drucksensor mit mindestens zwei optischen fasern
RU2426945C2 (ru) * 2007-01-02 2011-08-20 Сименс Акциенгезелльшафт Горелка и устройство топливоподачи для газовой турбины
US7840102B2 (en) * 2007-01-16 2010-11-23 Baker Hughes Incorporated Distributed optical pressure and temperature sensors
US8417084B2 (en) * 2007-01-16 2013-04-09 Baker Hughes Incorporated Distributed optical pressure and temperature sensors
WO2008112220A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-18 Davidson Instruments Inc. Apparatus and methods for monitoring combustion dynamics in a gas turbine engine
AT505077B1 (de) * 2008-06-06 2010-01-15 Avl List Gmbh Messeinrichtung
US7707891B2 (en) * 2008-06-27 2010-05-04 Inficon Gmbh Optical interferometric pressure sensor
US8746050B2 (en) * 2008-09-19 2014-06-10 Omar Cueto Fuel injection feedback system and method
US8135245B2 (en) * 2008-12-05 2012-03-13 General Electric Company Fiber optic sensing system
US8151648B2 (en) * 2009-08-03 2012-04-10 University Of Maryland Ultra-miniature fiber-optic pressure sensor system and method of fabrication
US8966988B2 (en) 2010-08-03 2015-03-03 University Of Maryland Ultra-miniature fiber-optic pressure sensor system and method of fabrication
WO2012090210A1 (en) 2010-12-28 2012-07-05 The Scecretary, Department Of Atomic Enrgy, Govt. Of India Micromachined metal diaphragm based fabry-perot fiberoptic sensor system and data processing involving the same
US9510786B2 (en) 2011-06-22 2016-12-06 Biosense Webster (Israel) Ltd. Optical pressure measurement
DE102014219263A1 (de) * 2014-09-24 2016-03-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Optische Druckmesseinrichtung
FR3026838B1 (fr) * 2014-10-01 2016-11-25 Phonoptics Transducteur opto-mecanique pour la detection de vibrations
US10126158B2 (en) * 2016-08-22 2018-11-13 The Boeing Company Systems and methods for determining a fuel level measurement of a fuel tank using optical sensor
CN110121637B (zh) * 2016-11-07 2022-07-12 保罗·约翰·威廉·玛利亚·努奥伊耶恩 内燃机的发动机部件中的燃烧压力传感器及其组件
CN107484071B (zh) * 2017-09-13 2019-12-03 京东方科技集团股份有限公司 一种光纤拾音器及其制备方法和制备装置
US11076764B1 (en) 2020-08-24 2021-08-03 Press-IR Inc. Pressure sensitive mat system with dynamically calibratable pressure sensors and method for non-obtrusive monitoring of vital signs and other health metrics
US12025482B2 (en) 2022-02-09 2024-07-02 Simmonds Precision Products, Inc. Contamination detection for optical pressure sensors
CN114486054A (zh) * 2022-04-02 2022-05-13 成都凯天电子股份有限公司 一种高温光纤动态压力传感器及其压力计算方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4620093A (en) * 1983-10-31 1986-10-28 Rockwell International Corporation Optical pressure sensor
DE4018998A1 (de) * 1990-06-13 1992-01-02 Dynisco Geraete Gmbh Faseroptischer drucksensor
WO1998035210A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Optrand, Inc. Fuel injectors with integral fiber optic pressure sensors and associated compensation and status monitoring devices
US6131465A (en) * 1993-07-01 2000-10-17 Wlodarczyk; Marek T. Fiber optic combustion pressure sensors for engine knock and misfire detection
US6341526B1 (en) * 1998-07-29 2002-01-29 Interscience, Inc. Micromachined diffractive pressure sensor system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4487206A (en) * 1982-10-13 1984-12-11 Honeywell Inc. Fiber optic pressure sensor with temperature compensation and reference
US4787396A (en) * 1987-06-18 1988-11-29 Fiberoptic Sensor Technologies, Inc. Fiberoptic pressure transducer
BE1003189A5 (fr) * 1990-07-27 1992-01-07 B A Cosurvey Optics S P R L B Capteur de pression.
US5275053A (en) * 1991-08-21 1994-01-04 Fiberoptic Sensor Technologies, Inc. Fiber optic pressure sensor systems
US5600070A (en) * 1993-07-01 1997-02-04 Wlodarczyk; Marek Fiber optic combustion pressure sensor with improved long-term reliability
US6597820B1 (en) * 1997-09-22 2003-07-22 The Regents Of The University Of California Low-cost fiber optic pressure sensor
RU2152601C1 (ru) * 1998-06-16 2000-07-10 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН Волоконно-оптический датчик давления (его варианты) и способ его изготовления
US6506313B1 (en) * 2000-02-01 2003-01-14 Pacific Wave Industries, Inc. Ultraminiature fiber optic pressure transducer and method of fabrication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4620093A (en) * 1983-10-31 1986-10-28 Rockwell International Corporation Optical pressure sensor
DE4018998A1 (de) * 1990-06-13 1992-01-02 Dynisco Geraete Gmbh Faseroptischer drucksensor
US6131465A (en) * 1993-07-01 2000-10-17 Wlodarczyk; Marek T. Fiber optic combustion pressure sensors for engine knock and misfire detection
WO1998035210A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Optrand, Inc. Fuel injectors with integral fiber optic pressure sensors and associated compensation and status monitoring devices
US6341526B1 (en) * 1998-07-29 2002-01-29 Interscience, Inc. Micromachined diffractive pressure sensor system

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