DE19620168C2 - Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes sowie Sensorkopf für eine Temperaturmessvorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes sowie Sensorkopf für eine TemperaturmessvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines
Sensorkopfes gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2, und 3 sowie auf einen
mit diesem Verfahren hergestellten Sensorkopf nach Patent 195 02 007.
Aus dem Stand der Technik
- 1. [1] Z.: Laser und Optoelektronik, Nr. 3, 1983, S. 226-234
- 2. [2] FR 26 64 695 A1
- 3. [3] JP 63-78 031 (A) in Patents Abstracts of Japan, Vol. 12/No. 307, 12. August 1988, P-747
- 4. [4] DE 29 41 677 A1
- 5. [5] DE 38 08 235 A1
sind Temperaturmessvorrichtungen dieser Gattung bekannt.
Zum besseren Verständnis ist das Prinzip in Fig. 1 schematisch dargestellt. Gemäß
der Fig. 1 sind die Temperaturmessvorrichtungen prinzipiell aus einem die
Temperatur messenden Sensorkopf S1 sowie zwei Anschlussleitungen aufgebaut,
die mit dem Sensorkopf verbunden sind. Der Sensorkopf selbst besteht aus einem
Lichtleiter mit einem Kern aus transparentem Material M1, mit einem vorbestimmten
Brechungsindex n1 und einem Temperaturkoeffizienten a1 bezüglich des
Brechungsindexes n1, der von einem transparenten Mantel M3, Fig. 5 umgeben ist.
Der Mantel M3 hat den Brechungsindex n3 und einen Temperaturkoeffizienten a3
bezüglich des Brechungsindexes n3. Die Temperaturkoeffizienten a1 und a3 sind
unterschiedlich.
Die Spule Sp1 in Fig. 1 ist ferner an einem ihrer Enden über eine erste der
Anschlussleitungen mit einer Leuchtdiode 4 verbunden, während an dem anderen
Ende der Spule Sp1 über die zweite Anschlussleitung eine Photodiode 5
angeschlossen ist. Die Anschlussleitungen gemäß Fig. 1 sind ebenfalls Lichtleiter.
Mit Ausnahme des in [5] erwähnten Sensors, der auf dem optischen Kerr Effekt beruht,
basieren die in [1], [2], [3] und [4] beschriebenen Temperaturmessvorrichtungen auf
folgendem Funktionsprinzip:
An der Schnittstelle zwischen Leuchtdiode 4, Fig. 1, und der Anschlussleitung,
bestehend aus dem Lichtleiter mit dem transparenten Kernmaterial M1 und dem
umgebenden Mantel M3, werden Lichtstrahlen vorbestimmter Lichtleistung unter
verschiedenen Winkeln in die Anschlussleitung eingekoppelt. Diese Lichtstrahlen
werden basierend auf dem physikalischen Prinzip der Totalreflektion nahezu
ungedämpft zum Sensorkopf S1 geleitet. Auf Grund der Geometrie der Spule Sp1
(starke Biegung) wird ein großer Teil dieser Lichtstrahlen nicht mehr total reflektiert,
sondern tritt durch den Mantel M3 und wird in der Umgebung des Sensorkopfes
absorbiert. Damit tritt im Sensorkopf eine starke Dämpfung des Lichtes auf. Die
zweite Anschlussleitung führt die verbleibenden Lichtstrahlen, die im Sensorkopf
total reflektiert werden, nahezu ungedämpft zur Photodiode 5. Dies bewirkt, dass die
von der Photodiode 5 empfangene Lichtleistung erheblich geringer ist, als die von
der Leuchtdiode 4 eingekoppelte Lichtleistung.
Die Dämpfung des Lichtes im Bereich des Sensorkopfes Sp1 hängt von den
Brechungsindizes n1 und n3 ab und ändert sich mit der Temperatur wegen den
unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten a1 und a3. Dadurch wird die von der
Photodiode 5 gemessene Lichtleistung temperaturabhängig und durch Kalibrieren
lässt sich mit einer der Photodiode 5 nachgeschalteten Auswerteelektronik die
Temperatur in der näheren Umgebung des Sensorkopfes direkt und exakt ermitteln.
Es liegt auf der Hand, dass sich derartige Temperaturfühler aufgrund ihres geringen
Gewichtes und des geringen technischen Aufwands besonders gut für den Einsatz in
Kraftfahrzeugen oder der Luft- und Raumfahrt eignen. Es hat sich jedoch
herausgestellt, dass die äußeren Abmessungen, insbesondere des Sensorkopfes,
infolge der verwendeten Materialien, vorzugsweise Glasfasern, relativ groß sind.
Die großen Abmessungen resultieren aus der geringen Elastizität von Glasfasern.
Demnach sind nur verhältnismäßig große Krümmungsradien für die Spule Sp1 im
Sensorkopf möglich. Um eine ausreichende Dämpfung und Empfindlichkeit des
Sensors zu erreichen, werden in [1] und [2] mehrere Windungen hintereinander
angeordnet.
Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik garantieren Hersteller von Glasfasern
eine Langzeitbruchfestigkeit, insofern der Krümmungsradius größer als das
600-fache des Glasdurchmessers des Lichtleiters ist und eine Kurzzeitbruchfestig
keit für Krümmungsradien größer als das 100-fache des Glasdurchmessers des
Lichtleiters. Somit können mit gängigen Glasdurchmessern zwischen 50 µm und
400 µm im günstigsten Fall (Kurzzeitbruchfestigkeit) Spulendurchmesser zwischen
10 mm und 80 mm erzielt werden.
Diese Abmessungen sind, wie bereits erwähnt, zu groß für Anwendungen in der Luft-
und Raumfahrt sowie im Kraftfahrzeugbau. Außerdem muss davon ausgegangen
werden, dass mechanische Belastungen durch Vibrationen und dergleichen zu
einem raschen Versagen dieser Sensorköpfe führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Temperaturmessvorrichtung derart weiterzubilden, dass sie entgegen den
aufgezeigten Problemen beispielsweise in den Bereichen Kraftfahrzeug- und
Flugzeugbau oder dergleichen einsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3
aus. Danach werden zwei Lichtleiter mit ihren an den Enden freigelegten Bereichen
nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt, dass sie an ihren Enden unter
Bildung einer gebogenen Verbindung zusammenschmelzen. Damit ist eine
Möglichkeit zur Herstellung engster Biegeradien von weniger als dem 100-fachen
des Durchmessers des verwendeten Lichtleiters geschaffen. Mit den sehr kleinen
Krümmungsradien, die nur bei plastischer Verformung oder Verschweißung von
Lichtleitern möglich sind, lässt sich ein Sensorkopf realisieren, der wesentlich kleiner
ist als bisher. Ein solcher Sensorkopf ist bei beengten Verhältnissen, wie sie in den
Bereichen Kraftfahrzeug-, Bahn- und Flugzeugtechnik oder wie sie in der Raumfahrt
vorgefunden werden, problemlos einsetzbar. Auf diese Weise werden auch die
elastischen Spannungen aus dem Material genommen, woraus in der verformten
Lage dann die hohe Langzeitbruchfestigkeit und mechanische Stabilität resultieren.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus den kleinen Krümmungsradien ergibt, ist die
verbesserte Linearität und der erweiterte Messbereich.
Zweckmäßigerweise wird in der Verschmelzungszone ein transparentes
Trägermaterial mit einem zum Material des Lichtleiters unterschiedlichen
Temperaturkoeffizienten aufgebracht.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen
Unteransprüche.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine konventionelle Temperaturmessvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine Temperaturmessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Temperaturmessvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei
spiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Variante zur Temperaturmessvorrichtung gemäß Fig. 3, worin eine
Kompensation der Dämpfung in der Anschlussleitung 2 zur Verringerung von
Messfehlern vorgenommen wird. Die Dämpfung in der Anschlussleitung 2 macht sich
besonders dann bemerkbar, wenn diese von großer Länge ist oder viele Biegungen
mit kleinen Biegeradien aufweisen.
Fig. 5-Fig. 6 zeigen Querschnitte von Lichtleitern mit zwei- und mehrschichtigem
Aufbau nach dem derzeitigen Stand der Technik, wie sie in den
Temperaturmessvorrichtungen verwendet werden.
Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung mit
unterschiedlichen Materialkombinationen der verwendeten Lichtleiter und engsten
Krümmungsradien jeweils vor und nach dem Verschmelzen der Lichtleiterenden zur
Bildung der temperatursensiblen Zone.
Gemäß der Fig. 2 besteht die Temperaturmessvorrichtung nach dem Ausführungs
beispiel der Erfindung aus dem eine temperatursensible Zone bildenden Sensor
kopf 1, zwei Anschlussleitungen 2 und 3, einer Lichtquelle 4, in diesem Fall eine
Leuchtdiode, und einem lichtempfindlichen, elektrischen Bauelement 5, hier eine
Photodiode. Wie zum Stand der Technik erwähnt wurde, schließen die
Anschlussleitungen 2 und 3 den Sensorkopf 1 an die Lichtquelle 4 und das
lichtempfindliche, elektrische Bauelement 5 an. Innerhalb des Sensorkopfes 1
befindet sich eine Spule aus einem lichtleitfähigen, d. h. einem transparenten
Material, in diesem Ausführungsbeispiel eine Glasfaser aus dem Material M1,
welche von einem Sensorkopfgehäuse 7 umschlossen ist. Das Sensorkopfgehäuse
7 besteht aus einem Material M3 oder aus einem lichtleiterfremden Material M4, wie
Glas, Keramik, Kunststoff, eine Flüssigkeit oder Gas, welches die Spule umschließt
und diese quasi zu einer integralen Baueinheit werden lässt. Der die Spule
ausbildende Lichtleiter ist im wesentlichen auf die Spulenform,
d. h. auf den Spulendurchmesser und die vorbestimmte Windungszahl plastisch
vorgeformt.
An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass für die Eigenschaften der
verwendeten Materialien M1 und M3 insbesondere hinsichtlich der
Brechungsindizes n1 von M1 und n3 von M3 sowie der Temperaturkoeffizienten a1
und a3 bezüglich der Brechungsindizes n1 und n3 selbstverständlich die gleichen
Beziehungen für die Funktionsfähigkeit des Messsystems gelten
müssen, wie sie eingangs zum Stand der Technik beschrieben wurden, so dass hier
auf die entsprechenden Textstellen der Beschreibungseinleitung verwiesen werden
kann.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Aufführungsbeispiel der Tempera
turmessvorrichtung, welche gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
eine einfachere Installation bei gleicher Messleistung ermöglicht. Gemäß Fig. 3 ist
der Sensorkopf 1 im Unterschied zum Sensorkopf nach Fig. 2 über nur eine
Anschlussleitung 2 und über eine Zweigstelle 9 (Y-Koppler) an die Leucht- und
Photodiode 4 und 5 angeschlossen. Zur Erreichung der Funktionsfähigkeit ist im
zweiten Ausführungsbeispiel hingegen ein Reflektor 8 vorgesehen, der an einem
freien Ende der Spule 6 noch innerhalb des Sensorkopfes 1 angeordnet ist und der
durch die Spule 6 geleitetes Licht reflektiert.
Das Funktionsprinzip des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dabei exakt jenem
des Standes der Technik. Jedoch wird erfindungsgemäß das von der Leuchtdiode 4
ausgestrahlte Licht nach dem ersten Durchlauf der Spule 6 durch den Reflektor 8
zurückgeworfen. Nach einem zweiten Spulendurchlauf wird ein Teil des
zurückgeworfenen Lichtes im Y-Koppler 9 über den Lichtleiter 15 in Richtung der
Photodiode 5 abgelenkt. Die Vorteile dieser Ausführung liegen auf der Hand. Zum
einen wird nur eine Anschlussleitung 2 benötigt, während die zum Y-Koppler 9
gehörenden Lichtleiter 15 und 14 beliebig kurz gewählt werden können. Zum
anderen ist die Dämpfung im Sensorkopf 1 auf Grund der simulierten doppelten
Spulenwindungszahl erheblich höher, so dass ein breiterer Temperaturmessbereich
und eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden kann.
Die Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels
gemäß der Fig. 3. Der Aufbau und die Funktionsweise der Temperaturmessvorrich
tung nach Fig. 4, Ausführungsbeispiel 3, entsprechen im wesentlichen jenen des
zweiten Ausführungsbeispiels Fig. 3, so dass auf eine diesbezügliche, erneute
Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Es hat sich indessen gezeigt, dass sich erhebliche Messfehler durch eine überhöhte
Dämpfung in den Anschlussleitungen 2 und 3 infolge lokaler Wärmeeinwirkungen
sowie durch die Art der Verlegung (kleine Biegeradien) ergeben können. Diese
Messfehler verfälschen die Messergebnisse soweit, dass eine Anwendung dieser
Temperaturmesstechnik, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau oder in der Luft- und
Raumfahrt, bisher nicht möglich zu sein schien. Die Dämpfung in den
Anschlussleitungen stellt damit je nach Applikation eine nicht zu vernachlässigende
Störgröße dar.
Das zweite Ausführungsbeispiel eignet sich nunmehr bei entsprechender
Abwandlung nach Fig. 4 besonders zur Kompensation der genannten Störgröße.
Damit ist eine Kompensation der Dämpfung in den Anschlussleitungen gemeint.
Gemäß der Fig. 4 ist zusätzlich zur der bisher verwendeten Leucht- und
Photodiodenanordnung ein zusätzliches, lichtempfindliches, elektrisches
Bauelement 10, vorzugsweise eine Photodiode, vorgesehen, die über den Licht
leiter 11 des Y-Kopplers 12 sowie über die Anschlussleitung 16 an den Reflektor 8
innerhalb des Sensorkopfes 1 angeschlossen ist. Der verbleibende Lichtleiter 13 des
Y-Kopplers 12 ist mit der Leuchtdiode 4 verbunden. Die Funktionsweise dieser
Kompensationsschaltung lässt sich dabei wie folgt beschreiben:
Wie im zweiten Ausführungsbeispiel wird von der Leuchtdiode 4 ausgestrahltes Licht
über den Lichtleiter 14 des Y-Kopplers 9 und über die Anschlussleitung 2 zum
Sensorkopf 1 geleitet, vom Reflektor 8 reflektiert und schließlich von der Photo
diode 5 über den Lichtleiter 15 aufgefangen. Abhängig von der Temperatur im Um
gebungsbereich des Sensorkopfes 1 wird dabei das Licht beim Durchlaufen der
Spule 6 im Sensorkopf 1 gedämpft. Eine weitere Dämpfung tritt, wie vorstehend als
Störgröße beschrieben, auch in der Anschlussleitung 2 auf, wodurch sich das
Messergebnis verfälscht. Gemäß Fig. 3 wird jedoch Licht vorbestimmter Lichtleistung
über den Lichtleiter 13 des Y-Kopplers 12 in die zur Anschlussleitung 2 parallel
laufende Anschlussleitung 16 geleitet, am Reflektor 8 ohne durchlaufen der Spule 6
reflektiert und mit der Photodiode 10 über den Lichtleiter 11 erfasst. Damit lassen
sich die Dämpfung in der Anschlussleitung sowie darüber hinaus Schwankungen in
der Lichtausbeute der Leuchtdiode 4, die eine zweite Störgröße ist, genau
quantifizieren. Eine nachgeschaltete Auswerteelektronik bezieht dann die so
quantifizierten Störgrößen in die Berechnung der zu messenden Temperatur mit ein
und ermöglicht eine fehlerfreie Messung.
Oft finden in der Praxis Lichtleiter mit einem mehrschichtigen Aufbau, wie in Fig. 6
dargestellt, Verwendung. Auch diese Ausführungen eines Lichtleiters eignen sich
hervorragend für den Aufbau der erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung.
Für die Temperaturkoeffizienten a1 bezüglich des Brechungsindex n1 und a2
bezüglich des Brechungsindex n2 sowie a3 bezüglich des Brechungsindex n3 der
Materialien M1, M2 und M3 gelten folgende Beziehungen:
n1 ≠ n2 ≠ n3 ≠ n1 und a1 ≈ a2 ≠ a3 ≠ a1.
Dabei wird das Material M2 für einen zum Lichtleiterkern gehörenden inneren Mantel
Fig. 6 und das Material M3 für den Mantel, wie in der Beschreibungseinleitung
erwähnt, verwendet.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes (1) aus einem Lichtleiter mit einem
Kern aus transparentem Material (M1), das einen vorbestimmten Brechungsindex
(n1) und einen Temperaturkoeffizienten (a1) bezüglich des Brechungsindex
(n1) besitzt,
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M3), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparentem Material (M1) mit einem vom umgebenden Material (M3) freigelegten Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammen schmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus transparentem Material (M3) mit einem zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und mit einem zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3), der dem des den Lichtleiterkern umgebenden Materials (M3) entspricht, angebracht wird.
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M3), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparentem Material (M1) mit einem vom umgebenden Material (M3) freigelegten Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammen schmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus transparentem Material (M3) mit einem zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und mit einem zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3), der dem des den Lichtleiterkern umgebenden Materials (M3) entspricht, angebracht wird.
2. Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes (1) aus einem Lichtleiter mit einem
Kern aus transparentem Material (M1), das einen vorbestimmten Brechungsindex
(n1) und einen Temperaturkoeffizienten (a1) bezüglich des Brechungsindex
(n1) besitzt,
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M3), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparentem Material (M1) mit einem vom umgebenden Material (M3) freigelegten Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammen schmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus einem vom Aufbau des Lichtleiters verschiedenen, transparenten Material (M4), vorzugsweise Silikon, Glas, Keramik, Gas oder eine Flüssigkeit, mit einem zu den Materialien (M1, M3) des Lichtleiters unterschiedlichen Brechungsindex (n4) und mit einem zu den Materialien (M1, M3) des Lichtleiters unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a4) bezüglich der Brechungsindices (n4), angebracht wird.
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M3), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n3) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a3) bezüglich des Brechungsindex (n3) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparentem Material (M1) mit einem vom umgebenden Material (M3) freigelegten Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammen schmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus einem vom Aufbau des Lichtleiters verschiedenen, transparenten Material (M4), vorzugsweise Silikon, Glas, Keramik, Gas oder eine Flüssigkeit, mit einem zu den Materialien (M1, M3) des Lichtleiters unterschiedlichen Brechungsindex (n4) und mit einem zu den Materialien (M1, M3) des Lichtleiters unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a4) bezüglich der Brechungsindices (n4), angebracht wird.
3. Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes (1) aus einem Lichtleiter mit einem
Kern aus transparentem Material (M1), das einen vorbestimmten Brechungsindex
(n1) und einen Temperaturkoeffizienten (a1) bezüglich des Brechungsindex
(n1) besitzt,
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M2), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n2) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns identischen Temperaturkoeffizienten (a2) bezüglich des Brechungsindex (n2) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparenten Materialien (M1) und einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M2) im Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammenschmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus einem vom Aufbau des Lichtleiters verschiedenen, transparenten Material (M4), vorzugsweise Silikon, Glas, Keramik, Gas oder eine Flüssigkeit, mit einem zu den Materialien (M1, M2) des Lichtleiters unterschiedlichen Brechungsindex (n4) und mit einem zu den Materialien (M1, M2) des Lichtleiters unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a4) bezüglich der Brechungsindices (n4), angebracht wird.
mit einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M2), welches einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns unterschiedlichen Brechungsindex (n2) und einen zum Material (M1) des Lichtleiterkerns identischen Temperaturkoeffizienten (a2) bezüglich des Brechungsindex (n2) aufweist nach Patent 195 02 007
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Lichtleiter mit einem Kern aus transparenten Materialien (M1) und einem den Lichtleiterkern umgebenden Material (M2) im Endbereich nebeneinander angeordnet und soweit erwärmt werden, dass sie an ihren Enden unter Bildung einer Biegung oder Krümmung mit einem Krümmungsdurchmesser von weniger als dem 100-fachen des Durchmessers des Kerns des Lichtleiters zusammenschmelzen und dass dann im Bereich dieser Verschmelzung eine Umhüllung aus einem vom Aufbau des Lichtleiters verschiedenen, transparenten Material (M4), vorzugsweise Silikon, Glas, Keramik, Gas oder eine Flüssigkeit, mit einem zu den Materialien (M1, M2) des Lichtleiters unterschiedlichen Brechungsindex (n4) und mit einem zu den Materialien (M1, M2) des Lichtleiters unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten (a4) bezüglich der Brechungsindices (n4), angebracht wird.
4. Sensorkopf, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3 für eine
Temperaturmessvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (1)
eine temperaturempfindliche Zone bildet und wenigstens eine daran
angeschlossene, lichtleitende Anschlussleitung (2, 3, 16) sowie eine Lichtquelle
(4) und ein lichtempfindliches, elektrisches Bauelement (5) aufweist, wobei die
Anschlussleitung (2, 3, 16) aus transparentem Faserkernmaterial (M1) besteht,
das einen vorbestimmten Brechungsindex (n1) und einen Temperaturkoeffizienten
(a1) bezüglich des Brechungsindex (n1) besitzt.
5. Sensorkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem freien
Ende der temperaturempfindlichen Zone ein Reflektor (8) angeordnet ist, der
das auftreffende Licht zurück in die temperaturempfindliche Zone reflektiert, und
dass die Anschlussleitung (2) mit einem Y-Koppler (9) verbunden ist, über
dessen Lichtleiteranschluss (15) ein Teil des reflektierten Lichtes zu dem
lichtempfindlichen, elektrischen Bauelement (5), vorzugsweise einer Photodiode,
geleitet wird.
6. Sensorkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter
Y-Koppler (12) vorgesehen ist, über dessen einen Lichtleiteranschluss (13) Licht
vorbestimmter Leistung in eine Kompensationsleitung (16), die mit dem Re
flektor (8) unter Umgehung der temperaturempfindlichen Zone verbunden ist,
eingespeist wird und dass ein Teil dieses am Reflektor (8) reflektierten Lichtes
über einen Lichtleiteranschluss (11) des zweiten Y-Kopplers (12) von einem
zweiten, lichtempfindlichen, elektrischen Bauelement (10), vorzugsweise einer
zweiten Photodiode, erfasst wird und dass die Kompensationsleitung (16) im
wesentlichen dem Streckenverlauf der Anschlussleitung (2) folgt.
7. Sensorkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Krümmung des Faserkernmaterials (M1) zur Ausbildung der
temperaturempfindlichen Zone im wesentlichen 180° beträgt.
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1995
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1996
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