DE3215959A1

DE3215959A1 - Faseroptische messanordnung

Info

Publication number: DE3215959A1
Application number: DE19823215959
Authority: DE
Inventors: Morgan Dipl.-Ing. 72466 Västerås Adolfsson; Torgny 72474 Västerås Brogårdh; Christer Dr.-Ing. 72243 Västerås Ovrén; Anders 72214 Västerås Persson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1982-11-25
Also published as: US4493995A; SE8102889L; SE426262B; JPS57192821A

Description

Faseroptische Meßanordnung

Die Erfindung betrifft eine faseroptische Meßanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bereits bekannt, die Temperatur dadurch zu messen, daß man über lichtleitende Fasern ein Halbleitermaterial beleuchtet und mittels lichtleitender Fasern die Absorption oder Lumineszenz des beleuchteten Halbleitermaterials erfaßt und die gemessenen Absorptions- und Lumineszenzwerte benutzt, um ein Maß für die Temperatur des Halbleitermaterials zu gewinnen (siehe DE-OS 30 36 682). Diese bekannten Meßanordnungen haben den Nachteil, daß sie sehr empfindlich gegenüber Variationen der Faserdämpfung und Unsta-

15. bilitäten der Lichtquellen und Detektoren sind und aus diesem Grunde eine spektrale Analyse des vom Geber kommenden Lichtes erfordern.(Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die unempfindlich gegen Faserdämpfungen und Unstabilitäten der optischen Einrichtung ist, ohne hierfür eine spektrale Analyse des vom Geber kommenden Lichtes vorsehen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine faseroptische Meßanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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Gemäß der Erfindung werden nicht die absoluten Werte der Absorption oder Lumineszenz gemessen, sondern es wird die Dynamik der Absorptions- und Lumineszenzvorgänge gemessen.

Die Dynamik des Systems kann durch die Verwendung verschiedener Halbleitermaterialien innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Die unterschiedlichen Materialien können eine Vielfalt von verschiedenen Dotierungen haben. Weiter unten werden einige Beispiele für geeignete Materialien genannt.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel&iner Meßan-Ordnung gemäß der Erfindung zum Messen einer

Größe x,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Meßanordnung, bei der die Meßgröße die Absorptionsdynamik des Sensors beeinflußt,

Fig. 3 eine Anordnung, bei der mit einer festen Meßfrequenz gemessen wird,
Fig. k eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3 unter

Verwendung von "lock-in"-Verstärkertechnik, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Meßanordnung gemäß der Erfindung, die im Vergleich zu der Anordnung

nach Fig. 3 mit einem Oszillator mit veränderlicher Frequenz arbeitet,
Fig. 6 eine Anordnung gemäß der Erfindung, bei der mit

drei Modulationsfrequenzen gemessen wird, Fig. 7 eine Anordnung gemäß der Erfindung mit Amplitudenregler,
Fig. 8 ein Energiebandschema zur Erläuterung der Band-

zu Bandrekombination, die Lumineszenz verursacht, Fig. 9 ein Energieban\jchema zur Erläuterung eines anderen Verfahrens zur Erzeugung einer Lumineszenz,

Fig. 10 ein Frequenzbandschema zur Erläuterung ^de^ Erzeugung einer temperaturabhängigen Zeitkonstante für

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die Absorption des Lichtes,

Fig. 11 die Zeitabhängigkeit des optischen Verhaltens bei variierender Beleuchtung.

Figur 1 zeigt eine Meßanordnung zum Messen einer Größe x, welche die Lumineszenzdynamik des Sensors 1 in einer Gebereinheit beeinflußt. Ein Oszillator 11 speist über den Verstärker 9 die Leuchtdiode 7, deren Licht über die lichtleitende Faser 4, die Faserverzweigung 3 und die lichtleitende Faser 2 eine Lumineszenz im Sensor 1 erzeugt. Der Teil des durch Lumineszenz erzeugten Lichtes der vom Sensor 1 in die Faser 2 gelangt, wird durch die Faser 2 zur Verzweigung 3 geleitet, und ein Teil des Lumineszenzlichtes wird durch die Faser 5 und das Filter 6 zur Fotodiode 8 weitergeleitet. Das Filter 6 dient zur Unterdrückung von Licht, das von der Leuchtdiode 7 stammt und von der Faseroptik und dem Sensor reflektiert worden ist. Das Signal der Fotodiode 8 wird durch den Verstärker 10 verstärkt, und im Phasendetektor 12 wird der Phasenunterschied zwischen dem Anregungssignal und dem Lumineszenzsignal gemessen, welches das Meßsignal ist. Aufgrund der Laufzeit des Lichtes in der Faser 2 erhält man eine von der Faserlänge abhängige Phasenverschiebung, die bei hohen Modulationsfrequenzen eine Eichung des Meßsystems erforderlich machen kann. Da die Laufzeit von der Modulationsfrequenz unabhängig ist, kann diese Eichung jedoch automatisch vorgenommen werden, indem die Phasenverschiebung für zwei verschiedene Modulationsfrequenzen, f_Q1 und f₀₂ gemessen wird. Wenn die Phasenverschiebung bei f_Q2 beispielsweise von χ unabhängig ist, kann das Messen der Phasenlage im Detektor 12 für f_Q2 direkt zur Berechnung der Laufzeit in der Faser 2 benutzt werden, wonach man die Phasenverschiebung im Sensor 1 für f_Q1 als Δ f& abzüglich der durch die Laufzeit verursachten Phasenverschiebung bei f_ni erhält.'

Die Meßanordnung nach Figur 1 hat den Nachteil, daß man keine großen Veränderungen in der Dynamik des Sensors (des Sensor-

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materials) 1 messen kann. Hierfür kann eine Meßanordnung gemäß Figur 2 verwendet werden. Figur 2 gibt gleichzeitig ein Beispiel für eine Meßanordnung, bei der die Meßgröße die Absorptionsdynamik des Sensors 1 beeinflußt.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator 13 (VCO) moduliert über den Verstärker 9 das Licht der Leuchtdiode 7, das über die lichtleitende Far ^- 4, die Verzweigung 3 und die lichtleitende Faser 2 zu einem Sensor 1 auf Halbleiterbasis 1 geleitet wird. Die Lichtabsorption des Halbleitermaterials im Sensor 1 wird dadurch gemessen, daß das Licht das Halbleitermaterial passiert, an der Rückseite dieses Materials reflektiert wird, erneut das Halbleitermaterial passiert und durch die Faser 2, die Verzweigung 3 und die Faser 5 zur Fotodiode 8 geleitet wird. Das Detektorsignal wird im Verstärker 10 verstärkt, und die Phasenlage des Ausgangssignals des Verstärkers 10 wird im Phasendetektor (Vergleichsglied) 12 mit der Phasenlage des spannungsgesteuerten Oszillators verglichen, wenn dessen Signal um einen konstanten Winkel /_n im Glied 14 phasenverschoben wird. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 12 steuert einen Regler 15, der den Oszillator 13 so regelt, daß man stets eine konstante Phasenverschiebung ^_ zwischen dem Ausgang des Verstärkers 9 und dem Ausgang des Verstärkers 10 erhält. Hierdurch folgt das System der Dynamik des Sensormaterials 1 auch dann, wenn die Veränderungen in der Dynamik groß sind. Wie bereits anfangs erwähnt, können bei der Phasenmessung nach Fig. T und dadurch Probleme auftreten, daß verschiedene Faserlängen verschiedene Lichtlaufzeiten bewirken, was einen zusätzlichen Beitrag zu dem gemessenen Phasenunterschied gibt. Wenn man von der Phasenmessung zur Amplitudenmessung übergeht, verschwindet dieses Problem. Allerdings tritt dann anstelle des Problems der durch die Faser verursachten variierenden Zeitverzögerung das Problem der durch die Faser verursachten variierenden Lichtdämpfung auf. Auf die gleiche Weise wie eine automatische Kompensation für variierende Zeitverzögerung gemäß der vorstehenden Beschreibung durch Messen der

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Phasenverschiebung bei zwei verschiedenen Frequenzen vorgenommen werden kann, kann eine variierende Lichtdämpfung durch das Messen der Lichtamplitude bei zwei Frequenzen f. und f entsprechend Figur 3 kompensiert werden. Diese Spannungen mit zwei verschiedenen Frequenzen werden von den amplitudenstabilisierten Oszillatoren TO und 17 erzeugt. Sie werden der Leuchtdiode 7 über das Summierungsglied 16 und den Verstärker 9 zugeführt. Auf der Detektorseite werden die beiden frequenzverschiedenen Komponenten durch die Filter 18 und 19 ausgefiltert, aus deren Ausgangssignale im Quotientenbilder 20 der Quotient gebildet wird. Wenn f. und f_ so gewählt werden, daß Dynamikveränderungen des Lumineszenzprozesses im Sensormaterial 1 die Komponente mit der Frequenz f. stärker beeinflussen als die Komponente mit der Frequenz f£, so ist das Ausgangssignal des Quotientenbilders 20 ein gegen Instabilitäten der Optik und der Optoelektronik kompensierter Meßwert.

Zweckmäßigerweise wird f, in der Größenordnung von gewählt, wobei Y die Zeitkonstante der von der Meßgröße beeinflußten Lumineszenz ist, während fp so niedrig gewählt wird, daß die Zeitkonstante Y des Gebers keinen Einfluß hat. Häufig ist das Lumineszenzsignal so klein, daß die Filter 18 und 19 durch "lock-in"-Verstärkertechnik realisiert werden müssen, um ein ausreichendes Verhältnis von Signal zu Störpegel zu bekommen. Allerdings muß ein "lock-in"-Verstärker mit dem Meßsignal synchronisiert werden. Bei niedrigen Werten von Y kann die Laufzeit des Lichtes in der Faser dabei die Meßgenauigkeit beeinflussen, wobei eine automatische Synchronisierung erforderlich sein kann. Wie eine solche Synchronisierung durchgeführt werden kann, zeigt Figur 4.

Der genannte "lock-in"-Verstärker hat zwei Meßkanäle, die mit einer 90°_verschiebung gegeneinander derart arbeiten, daß das Bezugssignal verzögert wird, so daß der Meßkanal dann ein maximales Ausgangssignal liefert, wenn der andere

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Kanal das Signal 0 liefert. Die Phasenabhängigkeit des
Augenblickswertes des Modulationssignals ist beim Nulldurchgang viel größer als beim maximalen Wert, und außerdem gibt die Polarität Aufschluß darüber, in welche Richtung das Bezugssignal verschoben werden soll (größere oder kleinere
Verzögerung). Die Synchronisierung erfolgt bei der hohen
Meßfrequenz und soll bei der niedrigen Meßfrequenz, die so
niedrig ist, daß die Phasenverschiebung auf die Amplitude
keinen Einfluß hat, unbeeinflußt bleiben. Das Ausgangssig-

nal des "lock-in"-Verstärkers bei niedriger Meßfrequenz wird als Bezugssignal benutzt, 'so daß das Signal bei hoher Frequenz durch das Signal bei niedriger Frequenz geteilt wird und
das Verhältnis ein Maß für die Temperatur des Gebers ist.
Eine praktische Ausführung dieser Anordnung mit "lock-in"-

Verstärker zeigt Figur 4:

Ein kristallgesteuerter Oszillator liefert eine Impulsfolge 01 von 16 MHz, die durch Untersetzung'in den Frequenzteilern (Zähler) 02 und 03 in die beiden Impulsfolgen mit den Meß-

frequenzen 1 MHz und 7,81 KHz umgewandelt wird. Der Wähler 04 schaltet die Meßfrequenzimpulsfolge auf das Glied 05, in dem die Impulsfolge in ein sinusförmiges Signal umgewandelt wird, das über den Modulator 06 der Leuchtdiode 07 zugeführt wird. Der Wähler 08 wird parallel zu dem Wähler 04 eingestellt und gibt ein Eingangssignal an das Schieberegister 09. Das Register, das sechzehn Bits hat, wird mit 16 MHz gesteuert, und die Verzögerung beträgt also eine ganze Periode bei einer Meßfrequenz von 1 MHz. Die Verzögerung wird mit den Wählern 010 und 011 eingestellt. Der Wähler 011 liegt im Ver-

hältnis zu dem Wähler 010 um vier Bits verschoben, was eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den Wählern 010 und 011 ■ ergibt. Das Schieberegister 09 sowie die Wähler 010 und 011 geben eine Einstellung in Schritten von je 22,5 Grad. Da diese Auflösung nicht groß genug ist, wird die Verzögerung durch eine Anzahl In Reihe ges-nalteter Glieder 012 und 014 zur
Feineinstellung benutzt. Es ist zu beachten, daß die Wähler 013 und 015 parallel zueinander auf die gleiche Anzahl Ver-

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zögerungsschritte eingestellt sind. Dasselbe gilt auch für die Wähler 010 und 011. 016 und 017 sind Schalter in den beiden "lock-in"-Verstärkerkan.älen und 018 und 019 sind deren Tiefpaßfilter. Der Komparator 020 gibt die Polarität des Signals im Meßkanal, und die Glieder 021 und 022 geben Polarität und Amplitude des Signals im anderen Kanal an. Die Signale der Glieder 020, 021 und 022 werden im Mikrocomputer 023 ausgewertet, und dieser wiederum gibt ein Signal zuerst an die Wähler 010 und 011 zur Grobeinstellung und. dann an die Wähler 013 und 015 zur Feineinstellung der Phasenlage. Die Einstellung erfolgt bei 1 MHz und mit einem großen bzw. einem kleinen Schritt zur Zeit. Das Eingangssignal des "lock-in"-Verstärkers kommt von der Fotodiode 024 über die Verstärker 025 und 026. Wenn die Synchronisierung durchgeführt ist, wird das Ausgangssignal des Meßkanals mit dem A/D-Umwandler 027 einerseits bei 1 MHz und andererseits bei 7,81 kHz gemessen. Das Verhältnis wird im Computer 023 berechnet, und über eine Tabelle im Computer erhält man die Temperatur, die dann im Display 028 angezeigt wird. 022 ist eine monostabile Kippstufe, welche den Mikrocomputer aktiviert.

Analog zur Anordnung nach Figur 1 arbeitet die Anordnung nach Figur 3 mit einer festen Meßfrequenz f.., weshalb man bei größeren Variationen der Sensordynamik zu einer Anordnung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator nach Figur 5 übergehen muß.In dieser Anordnung wird der Quotient des Quotientenbilders 20 im Summierungsglied 21 mit einem Bezugssignal U ~ verglichen. Das sich ergebende Fehlersignal wird dem Regler 15 zugeführt, der den spannungsgesteuerten Oszillator 13 steuert. Um eine genaue Ausfiltrierung des Detektorsignals bei der variablen Frequenz des Oszillators 13 zu erhalten, wird eine phasengesteuerte Filtrierung im Glied 22 vorgenommen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Anordnungen zur Messung der dynamischen Eigenschaften der Lumineszenz. Wenn stattdessen die

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Absorption gemessen werden soll, können Reflektionen im optischen System nicht optisch ausgefiltert werden; stattdessen müssen drei Modulationsfrequenzen f-, f₂ und, f_ verwendet werden, wobei f- und f„ so gewählt werden, wie es anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben wurde, während f.

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größer als f.. gewählt wird, was ^ entspricht, wobei χ die Zeitkonstante des Absorptionsverlaufes des Sensormateriales ist.

Figur 6 zeigt eine Meßanordnung zur Amplitudenmessung mit den drei Frequenzen f. , f_? und f_, wobei f ο ^ f-i ^ fp ^^s^· Diese Anordnung ist im Prinzip wie die Anordnung gemäß Figur 3 aufgebaut, allerdings mit dem Unterschied, daß der Oszillator 23j der Filter (Demodulator) 24 und die Subtraktionsglieder 25 und 26 hinzugekommen sind. Bei der Frequenz fp ist die Absorption im Sensor maximal, weshalb das Ausgangssignal des Filters (Demodulators) 24 als ein Maß für die Lichtreflektionen in dem optischen System verwendet und von den Signalen an den Ausgängen der Filter (Demodulatoren) 18 und 19 subtrahiert wird.

Statt der Quotientenbildung in den Figuren 3, 4 und 6 kann ein Regler vorgesehen werden, der die Amplitude des Lichtquellenlichtes mit der Frequenz f.. (oder fp) regelt,· so daß die Detektoramplituden für die beiden Frequenzen auf ein konstantes Verhältnis eingestellt werden. Dies wird durch Figur 7 veranschaulicht. Das Ausgangssignal des Filters 19 wird mittels des Potentiometers 27 unterteilt, und von diesem Wert wird das Ausgangssignal des Filters 18 im Subtraktionsglied 28 subtrahiert. Das Ausgangssignal des Subtraktionsgliedes 28 gibt die Regelabweichung an den Regler 29, der den einstellbaren Verstärker 30 steuert.

Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Fotolumineszenzsignale, die man erhält, wenn die Anregung· beispielsweise durch Rechteckimpulslicht erfolgt, sind für die meisten Halbleitermaterialien temperaturabhängig. Die Temperaturabhängigkeit

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entsteht durch die Temperaturabhängigkeit der Parameter, welche die Größe des Lumineszenzsignals beeinflussen. Die absolute Größe dieses Einflusses und ihre Temperaturabhängigkeit kann für die einzelnen Parameter innerhalb sehr weiter Grenzen variieren. Nachstehend werden einige Beispiele gegeben:

Wenn eine strahlende Band-Band-Rekombination die Lumineszenz veranlaßt (siehe Fig. 8), so wird die Systemdynami.k von der folgenden Differentialgleichung bestimmt:

= U -4n(t) · R(T)-P (T)

= U -4n(t) R(T)P

Ci u O

d.h. wenn U ein Schritt im Hinblick auf die Zeitkoordinate ist, so erhält man einen exponentiellen Anstieg bzw. ein exponentielles Abklingen des Lumineszenzsignals mit der Zeitkonstante

^c - R(T) · P₀(T)

(T ist die Temperatur, Δη ist die Überschußladungsträgerkon zentration, U ist die Anregungsdichte).

ρ (T) ist dadurch temperaturabhängig (in einem Temperaturintervall, das u.a. von E», der Bindungsenergie der Akzeptoren, bestimmt wird), daß die Anzahl Löcher in beispielsweise einem p-Typ-Material von thermischen Anregungsprozessen bestimmt wird. Die Temperaturabhängigkeit von R(T) kann mit der sog. "detailed balance"-Methode berechnet werden. Das vorstehende System kann beispielsweise mit GaAs realisiert werden, das durch Dotierung mit einem Element aus der Gruppe II des periodischen Systems zu einem p-Typ-Material gemacht worden ist.

Ein anderer Prozeß, durch den man eine Lumineszenz erhalten kann, ergibt sich aus Figur 9. Hier erhält man die Lumines-

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zenz durch Rekombination von erzeugten Löchern über, ein Energieniveau im Bandabstand. Als Beispiel für ein solches System kann ZnSe:Cu genannt werden. Die Zeitkonstante für den Anstieg bzw. den Abfall der Lumineszenz ist . 1

V- C_n . R_T

(c ist der Rekombinationskoeffizient für Elektronen für das Störniveau).

Dadurch,· daß sowohl c (T) wie P_T(T) temperaturabhängig angeordnet werden können, erhält man auch für dieses System eine temperaturabhängige Dynamik.

Eine temperaturabhängige Zeitkonstante für die Absorption des Lichtes kann man in einem System der in Figur 10 gezeigten Art erhalten. Es wird ein Halbleitermaterial verwendet, das so dotiert ist, daß es ein Störniveau im Bandabstand enthält. Die Fotonenenergie des Lichtes wird einerseits so bemessen, daß die Band-Band-Anregung vernachlässigbar istjUnd andererseits so, daß die dominierende Absorption durch Anregungen vom Störniveau zum Leitungsband geschieht. Für den Absorptionskoeffizienten et gilt:

0
Of. = X_n . n_T

( "X_n ist der optische Querschnitt für Anregungen vom Störniveau, n_T ist die Anzahl der mit Elektronen besetzten Störniveaus) .
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Die durch das Probestück transmittierte Intensität T ist proportional

.

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n_T und damit oC werden vom Gleichgewicht zwischen Anregungsund Rekombinationsmechanismen (thermische und optische) bestimmt. oC kann somit verschiedene Werte bei verschiedenen Beleuchtungen annehmen, was zur Folge hat, daß T eine Zeitabhängigkeit bekommt, wie sie beispielsweise in Figur 11 gezeigt ist.

Diese Zeitabhängigkeit ist unterschiedlich für verschiedene Temperaturen,, was mit der Temperaturabhängigkeit der Parameter zusammenhängt, die n_T (T,Δη) bestimmen.

Die vorstehenden Ausführungen gelten für beliebiges Halbleitermaterial mit einem oder mehreren Störniveaus, die Lichtabsorptionen verursachen.

Nachstehend werden geeignete Materialien für die Lumineszenz-.sensoren genannt:

Ein Halbleitermaterial, bestehend aus AIP,AlAs, GaP,GaAs,InP, InAs, In₁ Al P, In₁ Ga P, Ga₁ Al P, In₁ Al As,In Ga As, Ga₁ Al As, InAs₁ P , GaAs₁ P , wobei χ bzw. y zwischen 0 und 1 liegen, oder ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, CdTe, CdSe oder CdS GaP ist mit Zn und 0 oder Cd und 0 dotiert. ZnSe ist mit Cu oder Mn dotiert.

Auch für.Absorptionssensoren können diese Materialien genannt werden, wenn sie mit einer Dotierungssubstanz dotiert sind, die Lichtabsorption durch Störniveaus bewirkt. Insbesondere können II-VI-Halbleiter genannt werden, die mit übergangsmetallen oder Metallen der seltenen Erden dotiert sind, welche eine hohe Löslichkeit haben.

Die vorstehend beschriebene Erfindung kann mit Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Faseroptische Meßanordnung zum Messen physikalischer Grö-5. ßen, wie. z.B. einer Temperatur und eines Druckes, bestehend aus einem Geber (1), der ein Sensormaterial enthält, einer Elektronikeinheit, welche die Auswertungselektronik, Lichtquellen und Fotodetektoren enthält,und einer oder mehreren optischen Fasern, die den Geber mit der Elektronikeinheit verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormaterial von der Modulationsfrequenz des Lichtes abhängige optische Eigenschaften, wie Absorption, Reflektion oder Lumineszenz, hat, daß das Licht von der Elektronikeinheit mit einer oder mehreren Frequenzen moduliert ist, daß mindestens eine dieser Frequenzen in dem Frequenzbereich liegt, in dem die optischen Eigenschaften des Sensormaterials von der zu messenden physikalischen Größe beeinflußt wird,und daß die Modulationsamplitude und/oder die Modulationsphasenlage des vom Sensormaterial ausgehenden Lichtes In die Elektronikeinheit bei mindestens einer der Modulationsfrequenzen erfaßt wird.

2. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit eine Lichtquelle (7) enthält, deren Licht mit Hilfe eines Oszillators (11) mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich moduliert wird, in dem das Sensormaterial (1) eine Absorption, Reflektion oder Lumineszenz hat, deren Phasen- und Amplitudenrelationen zum Anregungslicht von der Meßgröße abhängig ist, daß die Elektronikeinheit einen Fotodetektor (8) enthält, der Licht vom Sensormaterial empfängt, und daß die Elektronikeinheit einen Phasendetektor (12) zum Messen der Phasenverschiebung enthält, die zwischen dem in den Sensor eintretenden und dem aus dem Sensor (1) austretenden Licht besteht.

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3. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Lichtquelle (7) mit zwei verschiedenen Frequenzen moduliert wird, daß der Phasendetektor (12) die Phasenverschiebung bei diesen Frequenzen mißt, daß die Meßgröße die Phasenverschiebung im Sensor (1) für die beiden Frequenzen unterschiedlich stark beeinflußt und daß die gemessene Phasenverschiebung zur Kompensation der Laufzeit des Lichtes zwischen Meßelektronik und Sensor verwendet werden.

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4. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten unterschiedlichen Frequenzen so gewählt werden, daß die Phasenverschiebung.im Sensor bei der einen Frequenz von der Meßgröße abhängig ist und bei der anderen, niedrigeren Frequenz von der Meßgröße weniger oder nicht abhängig ist, und daß die gemessene Phasenverschiebung bei der niedrigeren Frequenz zum Messen der Laufzeit des Lichtes zwischen Meßelektronik und Sensor verwendet wird.

5. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (11) derart von einem Regler (15) gesteuert wird, daß die Phasenverschiebung zwischen dem in den Sensor (1) eintretenden Licht und dem aus dem Sensor austretenden Licht konstant ist.

6. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit eine Lichtquelle enthält, deren Licht mit zwei verschiedenen Frequenzen (f., fp) moduliert wird, daß die Meßgröße im Sensormaterial die Amplitude des Lichtes mit der Frequenz f stärker beeinflußt als die Amplitude des Lichtes mit der Frequenz f_, daß die Elektronikeinheit einen Detektor zum Empfang des vom Sensor kommenden Lichtes enthält, daß die Elektronikeinheit zwei elektrische Filter (18, 19) zur Ausfiltrierung von Detektorsignalen mit den Frequenzen f. und f„ enthält, daß die EJektronikeinheit Quotientenbilder (20) zur Bildung

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des Quotienten aus den Amplituden der Detektorsignale mit den Frequenzen f. und fp enthält und/oder daß die Elektronikeinheit einen Regler (29) enthält, der den Unterschied zwischen den ausgefilterten Detektorsignalen mit den Frequenzen f- und f„ erfaßt und die Amplitude eines der Lichtsignale mit den Frequenzen f. und fp steuert, wobei das Ausgangssignal des Reglers als Meßsignal dient.

7. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfiltrierung der Detektorsignale mit den Frequenzen f₁ und f₂ durch "lock-in"-Verstärker mit automatischer Synchronisierung zur Kompensation der Laufzeit des Lichtes zwischen Meßelektronik und Geber erfolgt.

8. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte "lock-in"-Verstärker zwei Meßkanäle hat, die im Verhältnis zueinander für die höhere Frequenz f. um 90° phasenverschoben sind, daß der eine Meßkanal benutzt wird, um beim Nulldurchgang des Signals die Phasenabhängigkeit der Amplitude bei der Synchronisierung zu messen, daß der andere Meßkanal benutzt wird, um das ausgefilterte Detektorsignal zu messen und daß die Phasenabhängigkeit der Amplitude der beiden Meßkanäle zur Einstellung der Synchronisierungsrichtung benutzt wird.

9. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient mit einem Bezugssignal.U ~ verglichen wird und die Fehlerabweichung einem Regler (15) zugeführt wird, der die Frequenz f steuert.

1g. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit eine Lichtquelle (7) enthält, deren Licht mit drei verschiedenen Frequenzen f., f₂ und f₃ moduliert wird, daß die Meßgröße im Sensormaterial die Amplitude des Lichtes mit der Frequenz f. stärker beeinflußt als die Amplituden des Lichts mit den Frequenzen f~ und f\j, daß f„ größer als f. und f. größer als fp ist, daß

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die Elektronikeinheit einen Detektor zum Empfang des vom Sensor kommenden Lichtes enthält, daß die Elektronikeinheit drei elektronische Filter, beispielsweise des lock-in-Typs, (18, 19, 24) zur Ausfiltrierung der Detektorsignale mit den Frequenzen f.., fp und f₃enthält, daß eines dieser ausgefilterten Detektorsignale von den beiden anderen in je einem elektronischen Subtraktionsglied (25, 26) subtrahiert wird_und daß die Ausgangssignale dieser Subtraktionsglieder entweder einem Quotientenbilder (20) zugeführt werden oder einem Regler (29) zugeführt werden, der die Amplitude eines derjenigen der modulierten Lichtsignale steuert, das nicht dem Detektorsignal entspricht, das von den übrigen beiden Signalen in den Gliedern (25, 26) subtrahiert wird.

11. Faseroptische Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die modulationsfrequenzabhängige optische Eigenschaft die Lumineszenz ist, die von der Modulationsfrequenz des Anregungslichtes abhängig ist.

12. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamik der genannten modulationsfrequenzabhängigen Lumineszenz temperaturabhängig ist.

13. Faseroptische Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die modulationsfrequenzabhängige Eigenschaft die Abhängigkeit der Lichtabsorption von der Modulationsfrequenz'des Anregungslichtes ist.

14. Faseroptische Meßanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die modulationsfrequenzabhängige Eigenschaft durch Anregung von Störniveaus, die in dem Bandabstand eines Halbleiters liegen, zustandekommt.

15. Faseroptische Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder einige der

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folgenden Halbleiterrnaterialien als Sensormaterial benutzt wird : AIP, AlAs,GaP, GaAs, InP, InAs, In₁^_xAl_xP, In₁^Ga_xP, Ga^_xAl_xP₁ In _1-χΑ1_χΑ₈, In^Ga_xAs,

Ga₁ Al As, InAs₁ P , GaAs₁ P , wobei x und y zwischen ι—χ χ ι~y y ι~y y

0 und 1 liegen, oder ZnTe, ZnSe, ZnS, .ZnO, CdTe, CdSe oder CdS, daß GaP mit Zn und 0 oder Cd und 0 dotiert ist und daß ZnSe rait Cu oder Mn dotiert ist.