DE19741148A1 - Refractive optical fibre sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung und Anwendungen dieses Sensorelements.The invention relates to an optical sensor element according to the Preamble of claim 1 and a method for manufacturing and applications of this sensor element.
Ein optisches Sensorelement der genannten Art ist beispiels weise aus Siemens Forsch.- u. Entwickl.-Ber. Bd 15 (1986) Nr. 3, Seiten 115-119, Springer-Verlag 1986 bekannt. Die Faser und damit ihr Endabschnitt besteht bei diesem Sensorelement aus Acrylglas, und der Endabschnitt ist zumindest annähernd parabolisch geformt, so daß er ein rundes Ende aufweist.An optical sensor element of the type mentioned is an example as from Siemens research and Develop area Vol 15 (1986) No. 3, pages 115-119, Springer Verlag 1986 known. The fiber and thus their end section is in this sensor element made of acrylic glass, and the end section is at least approximate parabolically shaped so that it has a round end.
Ein derart geformter Endabschnitt ist insbesondere bei Medien in Form einer benetzenden Flüssigkeit gegenüber einem Endab schnitt mit einem planen Ende bezüglich Gewinn an Empfind lichkeit des Sensors und damit vereinfachter Detektion sowie verminderter notwendiger optischer Leistung von Vorteil.An end section shaped in this way is particularly useful for media in the form of a wetting liquid towards an end cut with a planned end in terms of gain in sensitivity sensitivity of the sensor and thus simplified detection as well reduced necessary optical performance is an advantage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf einfache Weise herzustellendes Sensorelement der genannten Art bereit zustellen, mit dem auch dann noch problemlos an einem Medium gemessen werden kann, wenn das Medium eine so tiefe Tempera tur aufweist, daß eine Faser aus Kunststoff nicht mehr einge setzt werden kann.The invention is based, to a simple task Sensor element of the type mentioned to be prepared with which you can still easily deliver to a medium can be measured when the medium has such a low tempera tur shows that a fiber made of plastic is no longer inserted can be set.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out by the in the characterizing part of the To solved 1 specified characteristics.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Fasern aus Kunststoff, die beispielsweise Raumtemperatur aufweisen und mit einem Medium in Kontakt gebracht werden, das eine Tempe ratur von beispielsweise weniger als 100 K aufweist, zerstört werden, das erfindungsgemäße Sensorelement unter solchen Um ständen dagegen vorteilhafterweise nicht nur beständig bleibt, sondern darüber hinaus gute Meßergebnisse liefert.The invention is based on the finding that fibers are made of Plastic, for example at room temperature and be brought into contact with a medium that is a temp rature of less than 100 K, destroyed be, the sensor element according to the invention under such order would, on the other hand, advantageously not only be permanent remains, but also provides good measurement results.
Die Erfindung beruht außerdem auf der Erkenntnis, daß vor teilhafterweise ein erfindungsgemäßes Sensorelement auf ein fache Weise gut reproduzierbar hergestellt werden kann, wobei eine ausreichend gute Annäherung des sich in Richtung zu sei nem Ende verjüngenden Endabschnitts an die günstige Parabo loidform erhalten werden kann.The invention is also based on the knowledge that before advantageously a sensor element according to the invention on a can be produced in a reproducible manner, whereby a sufficiently good approximation of the towards at the end of the tapering end section to the inexpensive Parabo loid form can be obtained.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfin dungsgemäßen Sensorelements geht aus dem Anspruch 2 hervor. Das runde Ende des Endabschnitts entsteht bei diesem Verfah ren aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases vorteilhafterweise beim Auseinanderziehen der Faser während des Schmelzvorganges von selbst.The inventive method for producing the invented sensor element according to the invention emerges from claim 2. The round end of the end section arises in this process ren due to the surface tension of the molten glass advantageously when pulling the fiber apart the melting process by itself.
Um den Endabschnitt des mit diesem Verfahren erzeugten Senso relements noch besser an die gewünschte Form anzupassen, kann die in Anspruch 3 angegebene Maßnahme angewendet werden, die vorteilhafterweise wenig Aufwand erfordert.Around the end section of the Senso produced by this method relements to the desired shape even better the measure specified in claim 3 are applied, the advantageously requires little effort.
Wie beim herkömmlichen Sensorelement wird auch beim erfin dungsgemäßen Sensorelement die Paraboloidform des Endab schnitts angestrebt, doch funktioniert das erfindungsgemäße Sensorelement vorteilhafterweise auch dann noch zufrieden stellend, wenn der Endabschnitt dieses Elements stark von der idealen paraboloidform abweicht, beispielsweise eher ein Ke gel mit einer abgerundeten Spitze ist, die das runde Ende des Endabschnitts bildet.As with the conventional sensor element, the inventin sensor element according to the paraboloid shape of the end aimed at, but the invention works Sensor element advantageously still satisfied when the end portion of this element is very different from the ideal paraboloid shape deviates, for example, rather a Ke gel with a rounded tip that is the round end of the End section forms.
Bevorzugte und vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen Sensorelements gehen aus den Ansprüchen 4 bis 7 hervor.Preferred and advantageous applications of the invention Sensor elements emerge from claims 4 to 7.
Eine vorteilhafte Anwendung eines refraktiven optischen Sen sors zum Detektieren einer Stoßwelle, insbesondere eines der artigen Sensors mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement geht aus Anspruch 8 hervor.An advantageous application of a refractive optical sensor sensors for detecting a shock wave, in particular one of the like sensor with a sensor element according to the invention emerges from claim 8.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the description below of the figures explained in more detail by way of example. Show it:
Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Sensorele ments, Fig. 1 shows an example of a Sensorele ments according to the invention,
Fig. 2a-2c verschiedene Verfahrensstufen bei einem bei spielhaften erfindungsgemäßen Verfahren zur Her stellung des Beispiels nach Fig. 1, wobei Fig. 2a die Ausgangsstufe und Fig. 2c die Endstufe des Verfahrens zeigt, FIGS. 2a-2c, various process steps in a game of the invention in exemplary process for the preparation of the example position shown in FIG. 1, wherein Fig. 2A shows the output stage and Fig. 2c shows the final stage of the process,
Fig. 3a und 3b jeweils ein in eine Flüssigkeit getauchtes erfindungsgemäßes Sensorelement, das zum Detektie ren von Gasblasen in der Flüssigkeit eingesetzt ist, wobei in Fig. 3a eine Blase das Element nicht kontaktiert und in Fig. 3b das Element kontak tiert, FIGS. 3a and 3b are respectively a submerged into a liquid according to the invention the sensor element, the ren to Detektie is inserted from gas bubbles in the liquid, does not contact in Fig. 3a is a bubble, the element and 3b the element kontak advantage in Fig.
Fig. 4a und 4b jeweils ein erfindungsgemäßes Sensorele ment, das zum Detektieren des Pegelstandes einer Flüssigkeit eingesetzt ist, wobei in Fig. 4a das Element die Oberfläche der Flüssigkeit nicht kon taktiert und in Fig. 4b die Oberfläche kontak tiert, und FIGS. 4a and 4b respectively an inventive Sensorele ment, which is used for detecting the water level of a liquid, in Fig. 4a, the element does not taktiert the surface of the liquid and the surface kon advantage kontak in Fig. 4b, and
Fig. 5a und 5b jeweils ein erfindungsgemäßes Sensorele ment, das zum Detektieren einer Stoßwelle einge setzt ist, wobei in Fig. 4a die Stoßwellenfront das Element noch nicht und in Fig. 4b das Element erreicht hat. FIGS. 5a and 5b are respectively an inventive Sensorele ment that sets is for detecting a shock wave, wherein the shock wave front the element has reached the element and not shown in FIG. 4b in Fig. 4a.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. The figures are schematic and not to scale.
Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensorelements besteht aus einer Glasfaser 1 mit einem ein rundes Ende 11 aufweisenden Endabschnitt 10.The example of an optical sensor element according to the invention shown in FIG. 1 consists of a glass fiber 1 with an end section 10 having a round end 11 .
Die Faser 1 kann eine vorgebbaren Dicke d aufweisen. Gängige Fasern 1 haben derzeit eine Dicke d zwischen 50 und 200 µm, doch können auch Dicken d außerhalb dieses Bereichs, insbe sondere von mehr als 200 µm verwendet werden.The fiber 1 can have a predeterminable thickness d. Common fibers 1 currently have a thickness d between 50 and 200 microns, but thicknesses d outside this range, in particular in particular more than 200 microns can be used.
Die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 ist im Idealfall ein Paraboloid, doch funktioniert das Sensorelement auch dann noch zufriedenstellend, wenn die Oberfläche 12 stark vom Pa raboloid abweicht, beispielsweise eine abwickelbare Kegelflä che mit einer das runde Ende 11 bildenden abgerundeter Spitze ist.The surface 12 of the end portion 10 is ideally a paraboloid, but the sensor element still functions satisfactorily if the surface 12 deviates greatly from the paraboloid, for example a developable cone surface with a rounded end forming the round end 11 .
Zur erfindungsgemäßen Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelements wird eine in Fig. 2a gezeigte optische Faser 1' aus Glas und einer Dicke d unter Zugspannung gebracht, die in den Fig. 2a und 2b durch entgegengesetzte Pfeile ange deutet ist.To produce a sensor element according to the invention, an optical fiber 1 'made of glass and a thickness d shown in FIG. 2a is brought under tensile stress, which is indicated in FIGS. 2a and 2b by opposite arrows.
Unter Beibehaltung dieser Zugspannung wird die Faser 1' an ,einer Stelle 10' so erhitzt, daß an dieser Stelle 10' ein Er weichen, Schmelzen und eine selbständige Durchtrennung der Faser 1' an der geschmolzenen Stelle 10' erfolgt, wobei nach der Durchtrennung die Zugspannung eingestellt werden kann.While maintaining this tension, the fiber 1 'is heated at a point 10 ' in such a way that at this point 10 'a softening, melting and independent cutting of the fiber 1 ' at the molten point 10 'takes place, after the cutting the Tension can be adjusted.
Dies geht so vor sich, daß sich die Faser 1' an der erhitzten Stelle 10' unter dem Einfluß der Zugspannung zunächst wie in Fig. 2b dargestellt einschnürt und dann unter dem Einfluß der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases und der Zugspannung an der Stelle 10' durchtrennt, wonach zwei von einander getrennte und in Fig. 2c dargestellte Fasern 1 und 1 entstehen, deren jede nach dem Erstarren des Glases jeweils einen sich zu seinem Ende 11 sich verjüngenden Endabschnitt 10 aufweist. This takes place in such a way that the fiber 1 'at the heated point 10 ' first contracts under the influence of the tensile stress as shown in FIG. 2b and then cuts under the influence of the surface tension of the molten glass and the tensile stress at the point 10 ' , After which two fibers 1 and 1 are formed which are separated from one another and shown in FIG. 2c, each of which, after the glass has solidified, each has an end section 10 which tapers towards its end 11 .
Das Ende 11 jedes erzeugten Endabschnitts 10 ist von der Oberflächenspannung von selbst rund geformt worden. Der Krüm mungsradius ist vorzugsweise größer als 5 µm, insbesondere größer als 10 µm.The end 11 of each end section 10 that has been produced has itself been shaped round by the surface tension. The radius of curvature is preferably greater than 5 μm, in particular greater than 10 μm.
Jeder entstandene Endabschnitt 10 kann als erfindungsgemäßes Sensorelement verwendet werden.Each resulting end section 10 can be used as a sensor element according to the invention.
Bei einer verwendeten Dicke d von bis zu 200 µm der Faser 1' können zur Herstellung der Endabschnitte 10 handelsübliche Faserspleißgeräte verwendet werden, wobei die Faser 1' im Lichtbogen und/oder mit Infrarotstrahlung erhitzt wird.Given a thickness d of up to 200 μm of the fiber 1 ', 10 commercially available fiber splicers can be used to produce the end sections, the fiber 1 ' being heated in an arc and / or with infrared radiation.
Zur Verbesserung der Form eines entstandenen Endabschnitts 10 kann dieser Endabschnitt 10 durch Anschmelzen nachgeformt werden, beispielsweise durch dosiertes kurzzeitiges Erhitzen im Lichtbogen und/oder mit Infrarotstrahlung.In order to improve the shape of a formed end portion 10 of the end section can be reshaped by melting 10, for example by metered brief heating in the arc and / or with infrared radiation.
Die Fig. 3a und 3b zeigen beispielhaft die Anwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelements bei einem refraktiven opti schen Sensor 2 zum Detektieren einer Gasblase 5 in einer Flüssigkeit 4. Bei diesem Beispiel wird der Endabschnitts 10 mit seinem runden Ende 11 in die Flüssigkeit 4 getaucht. FIGS. 3a and 3b show an example of the application of a sensor element according to the invention with a refractive optical rule sensor 2 for detecting a gas bubble 5 in a liquid 4. In this example, the end section 10 is immersed in the liquid 4 with its round end 11 .
Der Sensor 2 erzeugt ein Meßsignal I, das sich ändert, wenn das Gas 50 der Gasblase 5 anstelle der Flüssigkeit 4 an den Endabschnitt 10 grenzt. Dies beruht darauf, daß der Sensor 2 das Meßsignals I in Abhängigkeit von einem Brechzahlsprung Δn an der durch die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 definier ten Grenzfläche zwischen dem Endabschnitt 10 und einem an diesen Endabschnitt 10 angrenzenden Medium abhängt.The sensor 2 generates a measurement signal I which changes when the gas 50 of the gas bubble 5 borders the end section 10 instead of the liquid 4 . This is based on the fact that the sensor 2 depends on the measurement signal I as a function of a jump in refractive index .DELTA.n at the interface defined by the surface 12 of the end section 10 between the end section 10 and a medium adjacent to this end section 10 .
Grenzt wie in Fig. 3a dargestellt an die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 nur Flüssigkeit 4 und kein Gas 50 einer Gas blase 5, das eine andere Brechzahl als die Flüssigkeit 4 auf weist, ist die Brechzahldifferenz Δn an der Grenzfläche eine andere als in dem in Fig. 3b dargestellten Fall, bei dem auch das Gas 50 der Gasblase 5 an die Oberfläche 12 grenzt.Bordered as shown in Fig. 3a on the surface 12 of the end portion 10 only liquid 4 and no gas 50 of a gas bubble 5 , which has a different refractive index than the liquid 4 , the refractive index difference Δn at the interface is different than in that in 3b shows the case shown. borders in which also the gas 50 of the gas bubble 5 in the surface 12.
Das erfindungsgemäße Sensorelement ist besonders vorteilhaft zum Detektieren einer Gasblase 5 in einem verflüssigten Gas, vorzugsweise flüssiger Stickstoff bei z. B. 77 K, verwendbar.The sensor element according to the invention is particularly advantageous for detecting a gas bubble 5 in a liquefied gas, preferably liquid nitrogen at z. B. 77 K, can be used.
Mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement konnte bei Flüssi gem Stickstoff eine um den Faktor 40 größere Empfindlichkeit gegenüber einem Sensorelement in Form eines Endabschnitts ei ner Glasfaser erreicht werden, der ein planes und nicht run des Ende aufwies.With a sensor element according to the invention, at Liquid a greater sensitivity by a factor of 40 according to nitrogen compared to a sensor element in the form of an end section ei an optical fiber can be achieved that is flat and not run showed the end.
Die Fig. 4a und 4b zeigen beispielhaft die Anwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelements bei einem refraktiven opti schen Sensor 2' zum Detektieren des Pegelstandes h einer Flüssigkeit 4. Bei diesem Beispiel wird der Endabschnitt 10 mit seinem runden Ende 11 in die Oberfläche 40 der Flüssig keit 4 getaucht. FIGS. 4a and 4b show an example of the application of a sensor element according to the invention with a refractive optical rule sensor 2 'for detecting the water level h of a liquid 4. In this example, the end portion 10 with its round end 11 is immersed in the surface 40 of the liquid speed 4 .
Der Sensor 2' erzeugt ein Meßsignal I', das sich beim Eintau chen des Endes 11 in die Oberfläche 40 ändert. Dies beruht auch hier darauf, daß der Sensor 2' das Meßsignals I' in Ab hängigkeit von einem Brechzahlsprung Δn an der durch die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 definierten Grenzfläche zwischen dem Endabschnitt 10 und einem an diesen Endabschnitt 10 angrenzenden Medium abhängt.The sensor 2 'generates a measurement signal I' which changes when the end 11 is immersed in the surface 40 . This is also based here on the fact that the sensor 2 'depends on the measurement signal I' as a function of a jump in refractive index .DELTA.n at the interface defined by the surface 12 of the end section 10 between the end section 10 and a medium adjacent to this end section 10 .
Grenzt wie in Fig. 4a dargestellt an die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 vor dem Eintauchen in die Oberfläche 40 der Flüssigkeit 4 nur das über der Oberfläche 40 liegende Medium 3, beispielsweise Luft, und keine Flüssigkeit 4, die eine an dere Brechzahl als das Medium 3 aufweist, ist die Brechzahl differenz Δn an der Grenzfläche eine andere als in dem in Fig. 4b dargestellten Fall, bei dem das Ende 11 in die Flüs sigkeit getaucht ist und somit auch die Flüssigkeit 4 an die Oberfläche 12 grenzt. As shown in FIG. 4a, only the medium 3 , for example air, lying above the surface 40 of the liquid 4 and not a liquid 4 that has a different refractive index than the medium, borders on the surface 12 of the end section 10 before immersion in the surface 40 of the liquid 4 3 , the refractive index difference Δn at the interface is different than in the case shown in FIG. 4b, in which the end 11 is immersed in the liquid and thus also the liquid 4 borders on the surface 12 .
Der Pegelstand h kann bei gegebener Geschwindigkeit, mit wel cher der Endabschnitt 10 senkrecht zur Oberfläche 40 der Flüssigkeit 4 eingetaucht wird, aus der Zeit zwischen dem Be ginn der Bewegung des Endabschnitts 10 und dem Auftreten der Änderung des Meßsignals I' ermittelt werden.The level h can be determined at a given speed with which the end section 10 is immersed perpendicular to the surface 40 of the liquid 4 from the time between the start of the movement of the end section 10 and the occurrence of the change in the measurement signal I '.
Die Fig. 5a und 5b zeigen beispielhaft die Anwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelements bei einem refraktiven opti schen Sensor 2'' zum Detektieren einer Stoßwelle 4''. FIGS. 5a and 5b show an example of the application of a sensor element according to the invention with a refractive optical rule sensor 2 '' for detecting a shock wave 4 ''.
Eine Stoßwelle ist eine Druckwelle in einem Medium 3 wie bei spielsweise Wasser oder Gewebeflüssigkeit mit hohen Drücken von beispielsweise etwa 1000 bar, die sehr kurz dauern (siehe z. B. Sensors and Actuators A, 25-27 (1991) Seiten 213-217). Der hohe Druck bewirkt einen Brechzahlsprung in diesem Medium 3.A shock wave is a pressure wave in a medium 3 such as, for example, water or tissue fluid with high pressures of, for example, about 1000 bar, which last very short (see, for example, Sensors and Actuators A, 25-27 (1991) pages 213-217) . The high pressure causes a jump in the refractive index in this medium 3 .
Der Endabschnitt 10 des erfindungsgemäßen Sensorelements wird so angeordnet, daß ihn die Stoßwelle 4'' trifft.The end section 10 of the sensor element according to the invention is arranged so that the shock wave 4 ″ strikes it.
Der Sensor 2'' erzeugt ein Meßsignal I'', das sich beim Auf treffen der Stoßwelle 4'' auf den Endabschnitt 10 ändert. Dies beruht auch hier darauf, daß der Sensor 2'' das Meßsi gnals I'' in Abhängigkeit von dem Brechzahlsprung Δn an der durch die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 definierten Grenzfläche zwischen dem Endabschnitt 10 und dem an diesen Endabschnitt 10 angrenzenden Medium 3 abhängt.The sensor 2 ″ generates a measurement signal I ″ which changes when the shock wave 4 ″ hits the end section 10 . This is also based on the fact that the sensor 2 ″ the measuring signal I ″ depends on the refractive index jump Δn at the interface defined by the surface 12 of the end section 10 between the end section 10 and the medium 3 adjacent to this end section 10 .
Hat wie in Fig. 5a dargestellt die Front 40'' der sich in Richtung des Pfeiles 41'' ausbreitenden Stoßwelle 4'' die Oberfläche 12 des Endabschnitts 10 noch nicht erreicht, grenzt an diese Oberfläche 12 nur das vor der Front 40'' lie gende Medium 3 und nicht das hinter dieser Front 40'' im Be reich der Stoßwelle 4'' liegende Medium 3'', das sich vom Me dium 3 lediglich durch einen im Vergleich zum Druck p0 im Me dium 3 höheren Druck p und eine durch diesen höheren Druck bedingte andere Brechzahl unterscheidet. Hat wie in Fig. 5b die Front 40'' der Stoßwelle 4'' die Oberfläche 12 erreicht, ist die Brechzahldifferenz Δn an der dieser Oberfläche 12 ei ne andere als in dem in Fig. 5a dargestellten Fall.If, as shown in FIG. 5 a, the front 40 ″ of the shock wave 4 ″ that is propagating in the direction of the arrow 41 ″ has not yet reached the surface 12 of the end section 10 , only the surface in front of the front 40 ″ adjoins this surface 12 medium 3 and not the behind this front 40 '' in the area of the shock wave 4 '' lying medium 3 '', which differs from the medium 3 only by a higher pressure p compared to the pressure p 0 in the medium 3 and a different refractive index due to this higher pressure. Has as shown in Fig. 5b, the front 40 '' of the shock wave 4 '' reaches the surface 12, the refractive index difference .DELTA.n is at this surface ne ei 12 other than in the example shown in Fig. 5a case.
Derartige Stoßwellensensoren werden vorteilhafterweise für die Lithotripsie verwendet.Such shock wave sensors are advantageously used for uses lithotripsy.
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DE19741148A1 true DE19741148A1 (en) | 1999-04-08 |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2424387B2 (en) * | 1973-05-22 | 1976-04-15 | Hectronic Ag, Buchs, Aargau (Schweiz) | OPTICAL-ELECTRICAL DEVICE FOR MONITORING A LIQUID MEDIUM |
DE3726412A1 (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-16 | Siemens Ag | Fibreoptic refractometer |
DE3524927C2 (en) * | 1985-07-12 | 1990-01-18 | Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De | |
DE3932711A1 (en) * | 1989-09-29 | 1991-04-11 | Siemens Ag | Sensitive optical shock wave sensor - has e.g. acrylic] light wave guide whose rounded end is described by specific equation and is immersed in liq. where shock wave spreads out |
DE4001954C2 (en) * | 1990-01-24 | 1992-12-24 | Erhard Dr. 2390 Flensburg De Giese |
-
1997
- 1997-09-18 DE DE1997141148 patent/DE19741148A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2424387B2 (en) * | 1973-05-22 | 1976-04-15 | Hectronic Ag, Buchs, Aargau (Schweiz) | OPTICAL-ELECTRICAL DEVICE FOR MONITORING A LIQUID MEDIUM |
DE3524927C2 (en) * | 1985-07-12 | 1990-01-18 | Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De | |
DE3726412A1 (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-16 | Siemens Ag | Fibreoptic refractometer |
DE3932711A1 (en) * | 1989-09-29 | 1991-04-11 | Siemens Ag | Sensitive optical shock wave sensor - has e.g. acrylic] light wave guide whose rounded end is described by specific equation and is immersed in liq. where shock wave spreads out |
DE4001954C2 (en) * | 1990-01-24 | 1992-12-24 | Erhard Dr. 2390 Flensburg De Giese |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Siemens Forsch.- und Entwickl.-Ber. Bd. 15 No. 3 Springer-Verlag 1986, S. 115-119 * |
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