DE3217078A1

DE3217078A1 - Faseroptische messanordnung

Info

Publication number: DE3217078A1
Application number: DE19823217078
Authority: DE
Inventors: Morgan Dipl.-Ing. 72466 Västerås Adolfsson; Torgny 72474 Västerås Brogårdh; Sture Dipl.-Ing. 72344 Västerås Göransson; Christer Dr.techn. 72243 Västerås Ovrén
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1982-12-02
Also published as: JPS57197699A; SE426345B; US4498004A; SE8103100L

Description

Faseroptische Meßanordnung

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

Es ist bereits ein faseroptisches Meßgerät bekannt, bei dem die Meßgröße das Material eines im Geber vorhandenen Sensors derart beeinflußt, daß sich die spektrale Lage und die Form einer Absorptionskante oder einer Lumineszenzspitze des Materials in Abhängigkeit der Meßgröße verändern. Bei solchen bekannten optoelektronischen Meßanordnungen besteht ein Problem unter anderem darin, daß die spektralen Eigenschaften der Leuchtdioden, Filter und Fotodioden temperaturabhängig sind. Bei den bekannten Anordnungen muß eine oder müssen mehrere dieser Bauteile genau temperaturstabilisiert werden, was oft Schwierigkeiten bereitet. Man hat versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu lösen, daß man das Meßsignal gegenüber einer veränderlichen Faserdämpfung kompensiert (unempfindlich macht), indem man Messungen in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen vornimmt, in denen der Sensor in unterschiedlicher Stärke von der Meßgröße beeinflußt wird. Aus den beiden Meßsignalen wird der Quotient gebildet, der dann die Ausgangsgröße der Meßanordnung darstellt. Diese Methode genügt jedoch nicht immer, um eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der der gewonnene Meßwert in besserer Weise gegen veränderliche Parameter der Meßanordnung kompensiert ist als bei den bekann-

/5

NAOHQEREHOIiT

Γ·.· :3p..&1982 21 100 P

— 5 ten Meßanordnungen.

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.

Gemäß der Erfindung wird also ein Sensormaterial mit einer nichtlinearen Licht-Ein- und Licht-Austritts-Charakteristik zum Messen der Meßgröße verwendet. Die Nichtlinearität wird von dem zu messenden äußeren Parameter bestimmt, und die Meßanordnung ermöglicht eine generelle Meßmethode, die eine beliebige optische Eigenschaft, wie z.B. Absorption, Reflexion oder Lumineszenz, verwenden kann". Als Beispiel kann genannt werden, daß man, wenn man die Lumineszenz von Zn S, dotiert mit Ag, Ni, ausnutzt, man erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Anordnungen erzielt, vor allem ein bedeutend einfacheres optisches System.

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

Fig. 1 eine Meßanordnung gemäß dem Stande der Technik, Fig. 2 die Optoelektronik mit Amplitudenaufteilung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 Beispiele für die nichtlineare Charakteristik des Sensormaterials,

Fig. A ein Ausführungsbeispiel für die erforderlichen Steuerglieder für die Leuchtdioden und Meßglieder für die Fotodioden bei einer Meßanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine Anordnung gemäß der Erfindung mit Frequenz-

multiplexierung,

Fig. 6 ein Energiebanddiagramm für ein dotiertes Halbleitermaterial ,

/6

NACHGERElOHT

Fig. 7 den funktioneilen Zusammenhang zwischen der

Lumineszenzintensität und der Exitationsdichte,

Fig. 8 ein Beispiel für einen nichtlinearen Zusammenhang, der durch einen Polygonzug angenähert wird.

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung eine Meßanordnung zum Messen physikalischer und/oder chemischer Größen. Es ist eine faseroptische Meßanordnung nach Figur 1 bekannt, bei der die Meßgröße ein im Sensor 1 des Gebers vorhandenes Sensormaterial derart beeinflußt, daß sich die spektrale Lage und/oder die Form einer Absorptionskante oder einer Lumineszenzspitze des Sensormaterials verändert. Diese Veränderungen werden dadurch erfaßt, daß Licht von einer Leuchtdiode 11 über eine optische (lichtleitende) Faser 5, die Verzweigung 3 und die optische Faser 2 zu einem in einem Geber G vorhandenen Sensor 1 geleitet wird, und das Vom Sensor ausgehende Licht über die Faser 2, die Verzweigung 3, die Faser 6, die Verzweigung 4 sowie die Fasern 7 und 8 zu den optischen Filtern 9 und 10 und zu den Fotodioden 12 und 13 zwecks Spektralanalyse geleitet wird. Die Fotodiodenströme werden in Verstärkern 15 und 16 verstärkt, und durch Bil_T dung des Quotienten aus den Ausgangssignalen der Verstärker im Quotientenbilder 17 erhält man ein Meßsignal, welches gegenüber Veränderungen der Dämpfung der Lichtsignale der **·* 25 Faser 2 kompensiert ist, d.h. gegenüber solchen Veränderungen unempfindlich ist. Dieses kompensierte Meßsignal wird einem anzeigenden oder registrierenden Instrument 18 zugeführt.

Bei der bekannten optoelektronischen Meßanordnung nach Figur 1 entstehen u.a. Schwierigkeiten durch die Temperaturabhängigkeit der spektralen Eigenschaften der Leuchtdiode, der Filter und der Fotodioden. Bei bekannten Anordnungen müssen daher eine oder mehrere dieser Bauteile genau temperaturstabilisiert werden.

Durch die Erfindung wird eine Meßanordnung geschaffen,

/7

21 1

00 P

— 7 —

durch die die genannten Probleme praktisch beseitigt werden und die sich zugleich durch ein einfacheres faseroptisches System auszeichnet. In der Anordnung nach Figur 1 wird das Meßsignal gegenüber variierender Faserdämpfung durch Quotientenbildung zweier Signale kompensiert, die für verschiedene Wellenlängenbereiche gewonnen werden, in denen der Sensor in unterschiedlicher Stärke von der Meßgröße beeinflußt wird. Statt dieser Spektralaufteilung wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Amplitudenaufteilung vorgenommen, wodurch den spektralen Eigenschaften der Optoelektronik geringere Bedeutung zukommt.

Figur 2 zeigt die Optoelektronik nach der Erfindung für eine Anordnung mit Amplitudenaufteilung:

Eine nicht temperaturstabilisierte Leuchtdiode 11 wird abwechselnd mit zwei eingeprägten Strömen i und oCi gespeist. Das entsprechende Emissionslicht wird über die Faser 5, die Verzweigung 3 und die Faser 2 zum Sensor 1 geleitet. Das vom Sensor kommende Licht wird über die Faser 2, die Verzweigung 3 und die Faser 6 zur Fotodiode 12 geleitet, die das vom Sensor kommende Licht hinsichtlich der beiden verschiedenen Lichtstärkeniveaus der Leuchtdiode 11 abtastet.

,der

In den Fällen, in denen im Sensormaterial ausgenutzte physikalische Effekt die Fotolumineszenz ist, kann es günstig sein, die Leuchtdiode mit einem optischen Filter zu versehen, das eine eventuelle Lichtemission der Leuchtdiode in dem Teil des Spektrums sperrt, in dem das Sensormaterial luminesziert. Auch der Detektor (Fotodiode 12) kann mit einem optischen Filter versehen werden, welches Licht in dem Wellenlängenbereich sperrt, in dem die Leuchtdiode emittiert. Die Anforderungen an die Reproduzierbarkeit dieser Filter bei der Herstellung sowie die Stabilität ihrer optischen Eigenschaften sind im Vergleich zu bereits bekannten Meßanordnungen ,bei welchen eine Spektralanalyse angewendet wird, sehr klein.

/8

Nachstehend soll die Funktion des Sensors und die Funktion der Elektronikeinheiten 19 und 20 ausführlicher beschrieben werden.

Für die Meßanordnung nach der Erfindung kann ein Sensormaterial verwendet werden, das eine nichtlineare Charakteristik gemäß Figur 3 hat. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Intensität I des Lichtes, das vom Sensor abgegeben oder zurückgegeben wird, folgende Form hat:

I₁ "

Dabei ist I. das auf den Sensor fallende Licht. Der Exponent η ist von der Meßgröße gemäß der Beziehung Δη = f(m)

abhängig, wobei Δη die Änderung von n, m der Wert der Meßgröße und f der Funktionszusammenhang zwischen m und η ist

Es wird angenommen, daß die Leuchtdiode 11 nach Figur 2 ab wechselnd mit den Strömen i und oV.i gespeist wird, wobei Ot. eine Konstante ist. Wenn der Licht/Strom-Wirkungsgrad der Leuchtdiode "fi , der Eintrittswirkungsgrad zwischen Leuchtdiode und Faser Ύ|₂, die Dämpfung in der Faser 5 d-,

in der Verzweigung 3 3, und in der Faser 2 d_ ist, so erhält man für die Lichtintensitäten I... und !.„ in Figur 3:

1.2 5 3

* ^d2 *

^k1 '·

Wenn der Eintrittswirkungsgrad zwischen Sensor und Faser 2 K] ₃, die Dämpfung in der Faser 6 dg und der Strom/Lichtwirkungsgrad der Fotodiode Ύ1 . ist, so erhält man für den Fotodiodenstrom i„:

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I -„ „. ·· 2i 100 P

^d3 * ^d6

wobei I das vom Sensor abgegebene bzw. zurückgegebene Licht ist.

Mit den angegebenen Funktionszusammenhängen im Sensor erhält man folgende Zusammenhänge zwischen Leuchtdioden- und Fotodiodenströmen:

₁. cc-1)¹"¹ - ^Ck₁)"¹. (i)ⁿⁱ. ¹

Durch Bildung des Quotienten K aus χ_ρ2 und !„.. erhält man

¹P? ⁿ

¹FI

Wenn K gemessen wird, # , n.. und f bekannt sind, so kann m wie folgt berechnet werden:

Wenn o(= e ist, erhält man

: T¹IInK - [I₁).

Somit erhält man einen Ausdruck für die Meßgröße der von den nichtstabilen Parametern IfI₁ , ν _?, d,_, d_, cL· und -^ , unabhängig ist.

/10

NAOHeERElOHT] t \'_: , ϊ Ι Γ"» · ; 3*4 ₃ 1 982

ⁱ-— »,.* „Ϊ. ·* *· 121 100 P

-.10 -

Für die Ausführung der erforderlichen Steuerglieder für die Leuchtdiode und der erforderlichen Meßglieder für die Fotodiode gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Ein.e dieser Möglichkeiten zeigt Figur 4. Ein Oszillator 28 schaltet mit Hilfe des Negationsgliedes 27 und der analogen Schalter 24 und 25 abwechselnd die Bezugswerte U₂ und U₁ an den Stromregler der Leuchtdiode 11 durch. Der Leuchtdiodenstrom wird über dem Widerstand R von dem Verstärker 21 gemessen und im Summierungsglied 23 mit Up, alternativ mit U., verglichen. Das Differenzsignal vom Summierungsglied 23 steuert den Regler 22, der die Leuchtdiode 11 speist. U₂ und U- werden von U_Q abgeleitet und betragen:

fTTtJ ^<üo

Das Signal der Fotodiode 12 wird im Verstärker 29 verstärkt und abwechselnd von den analogen Schaltern 30 und 31 zu den S&H-Gliedern 33 und 34 geleitet. Ein S&H-Glied ist ein sogenanntes " sample- and hold-Glied ", welches den einmal an seinem Eingang vorhanden gewesenen Wert speichert und als Ausgangsgröße^abgibt► Sobald eine neue Eingangsgröße erscheint, wird diese statt der bisherigen gespeichert und am Ausgang abgegeben. Das S&H-Glied 33 wird bei dem kleineren Leuchtdiodenstrom i und das S&H-Glied 34 bei dem Leuchtdiodenstrom 0(i eingeschaltet, wobei

R₁₊ R₂

R₂

Aus den Ausgangssignalen der Glieder 33 und 34 wird der Quotient im Quotientenbilder 35 gebildet, und im Glied 36 wird der Meßwert m berechnet, der anschließend dem Instrument 18 zugeführt wird.

Statt einer Zeitmultiplexierung der beiden Ströme i und oc.i durch die Leuchtdiode 11 kann eine Frequenzmultiplexierung gemäß Figur 5 vorgenommen werden. Die Leuchtdiodenelektronik

«J * * β * β^β

"·» *** 21 100 P

- 11 -

ist mit der in Figur 4 gezeigten identisch mit der Ausnahme, daß die analogen Schalter 24 und 25 von je einem Oszillator mit der Zentrumsfrequenz f.. bzw fp gesteuert werden. Auf der Empfängerseite wird das Detektorsignal in zwei Signale mit je einer der beiden Modulationsfrequenzen f.. und f„ aufgeteilt, und nach Gleichrichtung in den Gleichrichtern 41 bzw. 42 und Filtrierung durch die Tiefpaßfilter 43 bzw. 44 wird aus den so gewonnenen Detektorsignalen i und (Xi der Quotient im Quotientenbilder 35 gebildet und die Meßgröße

TO m im Glied 36 berechnet und durch das Instrument 18 angezeigt.

In Fällen, in denen die Nichtlinearität im Sensor nicht die Form I = (I.)ⁿ hat, muß eine verfeinerte Auswertungselektronik als der Quotientenbilder 35 verwendet werden, und es kann erforderlich sein, die Lichtquelle mit mehr als zwei Lichtintensitäten zu betreiben. Ein Beispiel hierfür zeigt Figur 8, wo die Nichtlinearität durch eine abschnittsweise lineare Funktion (Polygonzug) mit drei Geradenabschnitten dargestellt wird, für die folgende Gleichungen gelten:

I: I_u , 0,5 I₁'

II: I = 5 I₁ - 4,5 I₀₁-25

III: I_u = 0,5 I₁ - 4,5 I₀₁ + 4,5

Die folgenden Berechnungen zeigen, daß es möglich ist eine abschnittsweise lineare Funktion mit drei Abschnitten zur Beseitigung der unbekannten Meßsystemparameter k. und k„ zu benutzen:

¹F = ^k2 · V

/12

^{21 10ί}-^ΡΊ7078

- 12 -

Abschnitt I:

¹F '

/= 0,5- k - i

I 2K₃

Ic₁ · k₂ = 2 . J^ =2·Κ_χ )^{also k}r kT

Dabei ist K₁ die Steigung von I_p (i)

Abschnitt II:

ΪΕ - 5 Ic₁ - i - 4,5 I₀₁

τ

¹Oi

.^1. !-4,5 I₀₁ 0K₁ · i - I_p

Abschnitt III:

τ · · 2K_

^-4,5 I₁₁-4,5 I₀₁ +0,5 -ζ¹

¹OI " ¹

OI " ¹H ⁼ 4,5 k₂

Dieser Ausdruck wird dividiert durch

^k2 · (^10KI · ¹II

i-i—r-r "* J^-T

oc 11 _Λ-

jo —— β ι -

III

• "in

^10Ki · ¹Ii - ¹

/13

*..■ .·· ·· * 21 100 P

- 13 -

I_Q und I₁₁ sind die Knickpunkte der vollausgezogenen Kurve in Figur 8. Wenn eine andere Meßgröße gemessen werden soll, werden I_n1 und I_n? verändert, so daß der lineare Bereich II parallel in I.-Richtung verschoben wird, was durch die gestrichelte Kurve gezeigt wird. Immer noch gelten dieselben Gleichungen für die Geradenabschnitte, und der einzige Unterschied besteht darin, daß

I₀₁ und I in I_Q2 und I₁₂ übergehen. Somit ist der Quotient

1211 1X

•»■τ— Φ , und der vorstehende Ausdruck für _Ύ — ist ein von

■*-02 "01 OX

k_n und kp unabhängiger Wert der Meßgröße.

I_1x
Die Berechnung von _T— wird zwecks größerer Schnelligkeit

-QV

zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Mikrocomputers oder eines spezialgefertigten Prozessors vorgenommen. Der Meßvorgang ist demnach folgender:

wird

1. In einem digitalen Speicher I„(i) mit einer der geforderten Meßgenauigkeit angepaßten Auflösung gespeichert. Dies geschieht dadurch, daß beispielsweise ein ansteigender Strom (Stromrampe) für die Lichtquelle erzeugt wird.und gleichzeitig das Detektorsignal gemessen und in den Speicher eingespeichert wird.

2. Die gespeicherte Information wird verarbeitet, indem zunächst die Steigung für Ip(i) im Abschnitt I berechnet wird, d.h. K_T berechnet wird.

3. Im Abschnitt II wird 1OK * i - I„) = A berechnet,

A. Im Abschnitt III wird (Kj. i _ ι ) ₌ B berechnet,

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NACHQEREIOHT

5. Es wird-jJ— = 1 - γ berechnet.

Um die Information in den gespeicherten nichtlinearen Zusammenhängen so stark wie möglich auszunutzen, werden bei der Berechnung von K₁, A und B Mittelwertsbildungen vorgenommen .

Somit kann man leicht zeigen, daß eine abschnittsweise lineare Sensorfunktion mit drei oder mehr Geradenabschnitten zur Kompensation der unbekannten Parameter k. und kp benutzt werden kann. Wenn der Sensor derart ausgeführt wird, daß verschiedene Meßgrößen verschiedene Teile der Nichtlinearität beeinflussen, können mehrere Meßgrößen gleichzeitig gemessen werden, was wichtig ist, wenn man beispielsweise ein Gebersignal gegenüber der Einwirkung der Temperatur auf den Geber kompensieren will.

Das Ergebnis der Analyse mit einer abschnittsweisen linearen Funktion kann für andere nichtlineare Funktionen generalisiert werden, weshalb es sich bei der vorstehend beschriebenen Meßanordnung um eine vielseitig verwendbare Anordnung zur Messung physikalischer und chemischer Größen mit Hilfe nichtlinearer physikalischer und chemischer Zusammenhänge handelt.

V 25

Nichtlineares Verhalten, das auf irgendeinem äußeren Parameter beruht, kann beispielsweise in Halbleitermaterial auf verschiedene Weise erzeugt werden. Nachstehend wird als Beispiel ein System beschrieben, bei dem die Nichtlinearität der Fotolumineszenz-Exzitationskurve zur Messung der Temperatur benutzt wird. Figur 6 zeigt das Energiebänderdiagramm für ein Halbleitermaterial, das als dominierende Dotierungsstoffe zwei Arten von Störstellen enthält, nämlich einer-•seits Störstellen mit der Konzentration N_T?, über welche die Rekombination nichtstrahlend erfolgt, und andererseits Störstellen mit der Konzentration N_T1, über welche die Rekombination unter Aussendung von Licht erfolgt. Es wird

/15

ΝΑΟΗβΕ^ΕΙΟΗΤ]

*982 21 100 P

- 15 -

vorausgesetzt, daß die Störstellen NL.. bzw. N_T2 die dominierenden Rekombinationsraöglichkeiten für Überschußladungsträger sind.

Es wird angenommen, daß die Dotierungsstoffe und Dotierungskonzentrationen so gewählt werden, daß

Q V V ft

n2 n1 (Einfangquersctmitt)

^PT2 ~ ^1

^PT1

Bei niedrigen Exzitationsdichten erfolgt die Rekombination überwiegend über Störstellen mit der Konzentration NLp, und es gilt

^Cn2 ' ^Δη * Pt2 ^{= 1}H₂ ' "T2

/16

Ferner ist

A'+ B = C

Aber UWD für den Fall mit niedriger Exzitationsdichte -*^{U = C}p2

^Cp2 * ⁵³Ta ^{= C}p2 V%1 ^{= C} _P1

(R₁J₁) ^ecr*7T*^u

P2 e

Die Lurnineszenzintensität wird gegeben durch

A=C_n1 ._%1 - An.O_n1 -JfTT^- ^- T

Bei niedrigen Werten für die Exzitationsdichte steigt also die Lurnineszenzintensität linear mit der Exzitationsintensi-

tät. ■

Aus Gleichung (I) folgt, daß p_T1 £> \|1Γ. Im Bereich der Exzitationsdichte U_Q wird der überwiegende Teil der Rekombination auf das Niveau 1 verschoben. Danach erfolgt die Rekombi nation über dem Niveau 1, und man erhält wieder einen linearen Zusammenhang (A = U) zwischen A und U. Figur 7 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Lumineszenzintensität und der Exzitationsdichte.

/17

·.." *·· ·· *' ₂₁ 100 P

U' wird näherungsweise gegeben durch

⁰^^{2 6}Pi*	t	•	p2 '■ ^2
t	Mit. "P¹ _q		fl
		• C	. e ¹^ erhält man
		fi
K	e

•

■ ' °

wenn man annimmt, daß C ₂ temperaturunabhängxg ist. K und K' sind verschieden große Konstanten.

Durch diesen Mechanismus erhält man also einen nichtlinea^ren Zusammenhang zwischen der Lumineszenzintensität und
Exzitationsintensität. Diese nichtlineare Abhängigkeit variiert mit der Temperatur der Probe und kann also zur Temperaturmessung benutzt werden.

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

/18

Claims

NACHQEREiCHTj^ _t

Patentanwalt und Rechtsanwalt
Dr.-Ing. Dipf.-Ing. Joachim Boecker 6 Frankfurt/Main 1 _f 30 . A . 1982

Rathenauplatz2-8 ß/_d O ·] -J QO P

Telefon: (0611) '282355 Telex: 4189066 itax d

Patentansprüche :

5(1.^Faseroptische Meßanordnung zum Messen physikalischer und/oder chemischer Größe.n mit einem Geber (G) und einer Auswertungselektronik (U), die über mindestens eine lichtleitende Faser (2) miteinander verbunden sind, wobei die Auswertungselektronik (U) eine oder mehrere Lichtquellen

TO (11) zum Aussenden von Licht über die Faser(n) (2) an mindestens einen Sensor (1) im Geber (G) enthält und einen oder mehrere Lichtdetektoren (12) zur Erfassung von Licht enthält, das von dem Sensor kommt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang zwischen der Intensität des auf das Sensormaterial fallenden Lichtes und der Intensität des von dem Sensormaterial ausgehenden Lichtes für den Sensor (1) nichtlinear ist, daß die Lichtquelle(n) (11) Licht mit. mindestens zwei verschiedenen Lichtintensitäten auszustrahlen vermögen und daß gleichzeitig der/die Detektor(en) (12) das vom Sensor (1) kommende Licht zu messen vermögen.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Nichtlinearität den Zusammenhang I= (Ij) hat, wobei I die Intensität des auf den Sensor fallenden Lichtes, η eine reelle Zahl, die von der Meßgröße beeinflußt wird, und I die Intensität des vom Sensor ausgehenden Lichtes ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) Licht in zwei verschiedenen Stärken ausstrahlt und daß die diesen Lichtstärken entsprechenden Sensorsignale einem Quotientenbilder (35) der Auswertungselektronik (U) zugeführt werden, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Meßgröße ist.

//2

21 100 P

- 2 ^.Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ausstrahlung beider verschiedener Lichtstärken und die Messungen der entsprechenden Detektorsignale mittels Zeitoder Frequenzmultiplexierung durchführbar ist. 5

5. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte nichtlineare Zusammenhang durch einen Polygonzug mit drei oder vier· Geradenabschnitten näherungsweise darstellbar ist, wobei benachbarte Abschnitte verschiedene Steigungen haben.

6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Meßgrößen verschiedene Teile der genannten Nichtlinearität beeinflussen, wodurch mehrere Meßgrößen gleichzeitig gemessen werden können.

7. Meßanordnung nach Anspruch 5 oder 6,-dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsignal des Sensors/der Sensoren (1) für drei oder mehrere Lichtstärken der Lichtquelle (11) gemessen wird und daß die Auswertungselektronik (U) eine Berechnungselektronik enthält zur Berechnung der Parameter des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen Lichtstärke der Lichtquelle und Detektorsignal und zur Berechnung der Meßwerte aus diesen Parametern.
ν 25

8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Zusammenhang zwischen Lichtstärke der Lichtquelle (11) und Detektorsignal in einem elektronischen Speicher der Auswertungselektronik ge- speichert und mit einer oder mehreren gespeicherten Bezugswerten für die Nichtlinearitäten zur Berechnung des oder der Meßwerte verglichen wird.

9. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des nichtlinearen Zusammenhangs ein Halbleitermaterial mit nichtlinearer Lichtabsorption oder Fotolumineszenz dient, in welchem die

fr!

Nichtlinearitäten durch eindotierte Störstellen und/oder Oberflächeneffekte erzeugt werden.

10. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den nichtlinearen Zusammenhang durch ein elektrisches Glied erhält, das zwischen eine Fotodiode und eine Leuchtdiode im Geber (G) geschaltet ist.