DE3341845C2

DE3341845C2 -

Info

Publication number: DE3341845C2
Application number: DE19833341845
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. Dr. 2086 Ellerau De Martens
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1983-11-19
Filing date: 1983-11-19
Publication date: 1992-03-19
Also published as: DE3341845A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Druckmeß vorrichtung, bestehend aus einem Polarisator, der von einer mit einem optischem System zusammenwirkenden Licht quelle abgestrahltes Licht linear polarisiert, aus einer Verzögerungsplatte, die das linear polarisierte Licht elliptisch polarisiert, aus einem lichtdurchlässigen Körper, der den Polarisationszustand des elliptisch polarisierten Lichtes in Abhängigkeit eines auf den Körper einwirkenden Druckes ändert, aus mindestens einem Analysa tor, der aus dem vom Körper abgestrahlten Licht mit druck abhängigem Polarisationszustand linear polarisiertes Licht ausfiltert, und aus mindestens einem Lichtdetektor, der die Stärke des vom Analysator ausgefilterten Lichtes mißt.The invention relates to an optical pressure measurement device consisting of a polarizer made by a light interacting with an optical system emitted light linearly polarized, from a Delay plate, which is the linearly polarized light elliptically polarized, from a translucent Body representing the polarization state of the elliptical polarized light depending on the body acting pressure changes, from at least one Analysa gate that uses pressure to emit light emitted by the body dependent polarization state of linearly polarized light filters out, and from at least one light detector, the measures the strength of the light filtered out by the analyzer.

Aus der DE-AS 25 21 319 ist ein piezooptischer Meßwandler bekannt, bei dem Biegungen eines piezooptischen Körpers zur Meßsignalerzeugung herangezogen werden. Die Auslenkung des piezooptischen Körpers ist entsprechend einem ein seitig eingespannten Biegebalken ausgebildet. Die in diesem Dokument angegebene Druckmeßvorrichtung berück sichtigt, daß das piezooptische Element auf Zug bzw. Druck beansprucht ist. Ferner sind Verzögerungsplatten dem piezooptischen bzw. lichtdurchlässigen Körper lediglich optisch nachgeordnet, was sich nachteilig auf die Empfind lichkeit dieser optischen Druckmeßvorrichtung auswirkt.DE-AS 25 21 319 is a piezo-optical transducer known in the bends of a piezo-optical body be used to generate measurement signals. The deflection of the piezo-optical body is a corresponding cantilevers clamped on the side. In the pressure measuring device specified in this document sees that the piezo-optical element on train or pressure is claimed. Furthermore, delay plates are the Piezo-optic or translucent body only optically subordinated, which adversely affects the sensitivity this optical pressure measuring device affects.

Des weiteren ist aus der DE-OS 31 38 061 eine optische Druckmeßvorrichtung mit einem blockförmigen Sensor aus lichtdurchlässigem Material, der von einer mit einem optischen System zusammenwirkenden Lichtquelle abge strahltes Licht polarisiert, bekannt, auf den ein zu messender Druck einwirkt. Dadurch treten im Sensor innere Spannungen auf, wodurch das den Sensor durchstrahlende, zirkular polarisierte Licht elliptisch polarisiert wird. Furthermore, DE-OS 31 38 061 is an optical one Pressure measuring device with a block-shaped sensor translucent material made from one with one optical system interacting light source radiated light polarizes, known to the one measuring pressure acts. Thereby occur inside the sensor Voltages, which means that the circularly polarized light is elliptically polarized.

Ein Glan-Thomson-Prisma filtert aus dem elliptisch polarisierten Licht zwei in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen linear polarisierte Lichtanteile aus. Die Stärke dieser Lichtanteile ändert sich mit dem auf den Sensor einwirkenden Druck und wird von je einem Foto detektor gemessen. Aus der Stärke der beiden Lichtanteile läßt sich der auf den Sensor einwirkende Druck bestimmen.A Glan Thomson prism filters out the elliptical polarized light two in two perpendicular to each other standing planes linearly polarized light components. The The strength of these light components changes with that on the Sensor acting pressure and is from one photo each detector measured. From the strength of the two light components the pressure acting on the sensor can be determined.

Damit in dem blockförmigen Sensor genügend große Spannungen auftreten, um den Polarisationszustand des Lichtes meßbar zu ändern, muß ein relativ großer Druck auf den Sensor einwirken. Die bekannte optische Druckmeßvor richtung ist somit unempfindlich gegenüber kleinen Drücken.So that it is sufficiently large in the block-shaped sensor Voltages occur to determine the polarization state of the Changing light measurably requires a relatively large amount of pressure act on the sensor. The well-known optical pressure measurement direction is therefore insensitive to small ones To press.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Empfind lichkeit von optischen Druckmeßvorrichtungen so zu er höhen, daß damit auch kleine Drücke meßbar sind.The object of the present invention is the sensibility of optical pressure measuring devices so he increase that even small pressures can be measured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper plattenförmig ausgebildet und am Rand derart gehaltert ist, daß er bei Einwirkung eines Druckes auf eine der Körperhauptseiten membranartig auslenkt, und daß das Licht von dem optischen System derart umgelenkt wird, daß es den Körper parallel zu und lediglich nahe den beiden Körperhauptseiten durchstrahlt.This object is achieved in that the Body shaped like a plate and like this at the edge is supported that it is under the action of pressure deflects one of the main sides of the body like a membrane, and that the light is deflected by the optical system in such a way that it is parallel to the body and only near the radiates through both sides of the body.

Durch Veränderung der Dicke des plattenförmigen Körpers läßt sich auf einfache Weise die Empfindlichkeit der Druckmeßvorrichtung einstellen. Da bei einer druckbe dingten membranartigen Auslenkung des lichtdurchlässigen, plattenförmigen Körpers auf derjenigen Körperhauptseite, auf die der zu erfassende Druck einwirkt, Druckspannungen und auf der gegenüberliegenden Körperhauptseite Zug spannungen auftreten, und da Druck- und Zugspannungen den Polarisationszustand des durch diesen Körper strahlenden polarisierten Lichtes gegensinnig verändern, lassen sich durch geeignete Analyse der Polarisationszustände der beiden nahe den Körperhauptseiten den Körper durch strahlenden Lichtanteile nicht nur Größe und Richtung des auf den Körper einwirkenden Druckes, sondern auch die Differenz zwischen zwei auf die beiden Körperhauptseiten einwirkenden Drücke bestimmen.By changing the thickness of the plate-shaped body can the sensitivity of the Set the pressure measuring device. Since at a Druckbe due membrane-like deflection of the translucent, plate-shaped body on the main side of the body, to which the pressure to be recorded acts, compressive stresses and train on the opposite side of the body stresses occur, and since compressive and tensile stresses Polarization state of the radiant through this body You can change polarized light in opposite directions by appropriate analysis of the polarization states of the both close to the main sides of the body radiant light components not only size and direction of the pressure acting on the body, but also the Difference between two on the two main body sides determine acting pressures.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß das optische System zwischen der Lichtquelle und dem Körper angeordnet ist und das Licht in zwei Strahlen aufteilt, die den Körper nahe den beiden Körper hauptseiten durchlaufen und jeweils über mindestens einen Analysator von mindestens einem Lichtdetektor zur Ermittlung des auf den Körper einwirkenden Druckes erfaßt werden. Das als Strahlteiler ausgebildete optische System lenkt das Licht auf einfache Weise derart um, daß es den Körper mit Sicherheit nur nahe den beiden Körperhaupt seiten durchstrahlt.An advantageous embodiment of the invention results in that the optical system between the light source and the body is arranged and the light in two Rays split the body close to the two bodies go through main pages and each have at least one Analyzer from at least one light detector Determination of the pressure acting on the body will. The optical system designed as a beam splitter deflects the light in a simple way so that it Body certainly only near the two heads of the body sides shone through.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein Umlenkprisma auf der der Lichtquelle abgewandten Seite des Körpers aufweist, das das von der Lichtquelle nahe einer der Körperhauptseiten durch den Körper gestrahlte Licht über einen optischen 90°-Rotator leitet und derart in den Körper zurückprojiziert, daß es durch den Körper nahe der anderen Körperhauptseite zurückstrahlt. Durch die Ver wendung eines Umlenkprismas lassen sich die Lichtquelle und der Lichtdetektor auf derselben Seite des Körpers anordnen, so daß die Druckmeßvorrichtung eine kompakte Form mit geringen äußeren Abmessungen annimmt.A further embodiment of the invention is thereby characterized in that the optical system is a deflecting prism on the side of the body facing away from the light source has that of the light source near one of the Main body light shines through the body guides an optical 90 ° rotator and so in the Projected back through the body near the body on the other side of the body. By ver The light source can be turned using a deflecting prism and the light detector on the same side of the body arrange so that the pressure measuring device is compact Takes shape with small external dimensions.

Vorteilhaft ist es, wenn auf der der Lichtquelle zugewandten Seite des Körpers ein Spiegel angeordnet ist, der das durch den Körper zurückstrahlende Licht derart in den Körper zurückreflektiert, daß es den bereits durch laufenen Weg durch den Körper und das Umlenkprisma in entgegengesetzter Richtung erneut durchläuft, und wenn das aus dem Körper austretende Licht von einem optischen Zirkulator auf mindestens einen Lichtdetektor gelenkt wird, da hierbei der Lichtstrahl den gesamten Körper vier mal durchläuft und somit bei der Einwirkung eines Druckes auf eine Körperhauptseite der Polarisationszustand des Lichtes viermal gleichsinnig verändert wird. Eine solche Druck meßvorrichtung reagiert deshalb sehr empfindlich auf kleine Drücke.It is advantageous if on the light source facing side of the body a mirror is arranged which reflects the light retroreflecting through the body the body reflects back that it has already passed through running way through the body and the deflection prism in runs in the opposite direction again, and if that light emerging from the body from an optical Circulator directed to at least one light detector because the beam of light makes the whole body four times through and thus under the influence of a pressure on a main body side of the polarization state of light is changed four times in the same direction. Such pressure The measuring device is therefore very sensitive small pressures.

Anhand der Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und deren Wirkungsweise erläu tert. Es zeigt:Using the drawings, some embodiments described the invention and its mode of operation explains tert. It shows:

Fig. 1 eine optische Druckmeßvorrichtung, bei der das optische System zwischen dem Körper und der Lichtquelle angeordnet ist, Fig. 1, an optical pressure measuring device, wherein the optical system is arranged between the body and the light source,

Fig. 2 eine zur Durchflußmessung verwendete optische Druckmeßvorrichtung mit einem Umlenkspiegel auf der der Lichtquelle abgewandten Seite des lichtdurchlässigen Körpers, Fig. 2 is a pressure-measuring device used for flow measurement optical with a deflecting mirror on the side remote from the light source side of the light transmitting body,

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung einer optischen Druck meßvorrichtung zur Messung eines mechanischen Druckes mit einem Spiegel auf der der Lichtquelle zugewandten Seite des Körpers. Fig. 3 shows a further embodiment of an optical pressure measuring device for measuring a mechanical pressure with a mirror on the side of the body facing the light source.

In Fig. 1 koppelt eine beispielsweise als Laserdiode aus gebildete Lichtquelle 1 über eine Fokussierlinse 2 mono chromatisches Licht in den Lichtleiter 3 ein. Dieses Licht wird von einer Kollimatorlinse 4 zu parallelem Licht umge wandelt und auf das als Strahlteiler ausgebildete optische System 5 und 6 projiziert, das z. B. aus einem halbdurch lässigen Spiegel 5 und einem undurchlässigen Spiegel 6 besteht. Ein Teil des Lichtes strahlt über den halbdurch lässigen Spiegel 5 durch den Polarisator 7, und der andere Teil des Lichtes wird von dem Spiegel 5 auf den Spiegel 6 gelenkt, der das Licht dann ebenfalls durch den Polari sator 7 projiziert. Der Polarisator 7 polarisiert diese beiden Lichtanteile linear. Das linear polarisierte Licht wird mittels einer Verzögerungsplatte 8 elliptisch polarisiert.In Fig. 1, a light source 1 formed, for example, as a laser diode couples a mono-chromatic light into the light guide 3 via a focusing lens 2 . This light is converted by a collimator lens 4 to parallel light and projected onto the optical system 5 and 6 designed as a beam splitter. B. consists of a semi-permeable mirror 5 and an opaque mirror 6 . Part of the light radiated via the half mirror 5 through the polarizer 7, and the other part of the light is directed by the mirror 5 at the mirror 6, which then also projects the light through the Polari sator. 7 The polarizer 7 linearly polarizes these two light components. The linearly polarized light is elliptically polarized by means of a delay plate 8 .

Die Verzögerungsplatte 8 kann beispielsweise als eine parallel zur optischen Achse geschnittene, doppelbrechende Kristallplatte ausgebildet sein, deren Dicke so bemessen ist, daß der ordentliche und der außerordentliche Strahl einen Gangunterschied von 1/4 Wellenlänge λ erhalten (λ/4-Platte). Diese Platte ist so ausgerichtet, daß die Polarisationsebene des ordentlichen Strahles im Kristall mit der Polarisationsrichtung des Polarisators 7 einen Winkel von 45° einschließt. Diese Verzögerungsplatte 8 er zeugt aus linear polarisiertem Licht zirkular polarisier tes Licht.The delay plate 8 can, for example, be designed as a birefringent crystal plate cut parallel to the optical axis, the thickness of which is dimensioned such that the ordinary and the extraordinary beam receive a path difference of 1/4 wavelength λ (λ / 4 plate). This plate is oriented in such a way that the plane of polarization of the ordinary beam in the crystal encloses an angle of 45 ° with the direction of polarization of the polarizer 7 . This delay plate 8 he produces circularly polarized light from linearly polarized light.

Die beiden zirkular polarisierten Lichtanteile durchstrah len den plattenförmigen, lichtdurchlässigen Körper 9 parallel zu und nahe den beiden Körperhauptseiten 10 und 11. Der Körper 9 besteht aus nicht-fließfähigem, licht durchlässigem Material, wie z. B. Quarzglas oder Glas keramik (Zerodur). Die Abmessungen des Körpers 9 sind abhängig von der geforderten Empfindlichkeit der Diffe renzdruckmeßvorrichtung. Der Körper kann beispielsweise 6 cm lang, 6 cm breit und 1 cm dick sein. Der Körper kann auch als runde Scheibe mit einem Durchmesser von beispielsweise 6 cm und einer Dicke von 1 cm ausgebildet sein. Wird eine größere Empfindlichkeit gefordert, kann der Körper auch eine geringere Dicke aufweisen.The two circularly polarized light components shine through the plate-shaped, translucent body 9 parallel to and near the two main body sides 10 and 11 . The body 9 consists of non-flowable, translucent material, such as. B. quartz glass or glass ceramic (Zerodur). The dimensions of the body 9 are dependent on the required sensitivity of the differential pressure measuring device. For example, the body can be 6 cm long, 6 cm wide and 1 cm thick. The body can also be designed as a round disk with a diameter of, for example, 6 cm and a thickness of 1 cm. If greater sensitivity is required, the body can also have a smaller thickness.

Der Körper halbiert den von einer Druckmeßdose 12 gebilde ten Raum, dessen beide Raumhälften je eine Einlaßöffnung 13 und 14 aufweisen, durch die ein unter Druck stehendes gasförmiges oder flüssiges Medium in die Druckmeßdose 12 einfließt und den Körper 9 in einer senkrecht zu den Kör perhauptseiten 10 und 11 liegenden Richtung membranartig auslenkt. The body halves the formed by a pressure cell 12 th space, the two halves of which each have an inlet opening 13 and 14 through which a pressurized gaseous or liquid medium flows into the pressure cell 12 and the body 9 in a perpendicular to the body per main pages 10th and 11 lying direction deflects like a membrane.

Durch einen halbdurchlässigen Spiegel 15 wird ein Teil der beiden vom Körper 9 abgestrahlten Lichtanteile über einen Analysator 16 und je eine Fokussierlinse 17 und 18 in die Lichtleiter 19 und 20 eingekoppelt. Der andere Teil der beiden Lichtanteile wird von dem halbdurchlässigen Spiegel 15 reflektiert und über den Analysator 21 und die beiden Fokussierlinsen 22 und 23 in die Lichtleiter 24 und 25 eingekoppelt.Through a semi-transparent mirror 15 , part of the two light components emitted by the body 9 is coupled into the light guides 19 and 20 via an analyzer 16 and a focusing lens 17 and 18, respectively. The other part of the two light components is reflected by the semitransparent mirror 15 and coupled into the light guides 24 and 25 via the analyzer 21 and the two focusing lenses 22 and 23 .

Die Analysatoren 16 und 21 sind Polarisatoren, deren Pola risationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen und die aus dem vom Körper 9 abgestrahlten Licht linear polari siertes Licht ausfiltern.The analyzers 16 and 21 are polarizers whose polarization directions are perpendicular to one another and which filter out linearly polarized light from the light emitted by the body 9 .

Dieses Licht wird über die Lichtleiter 19, 20, 24 und 25 auf die z. B. als Fotodioden ausgebildeten Lichtdetektoren 26 bis 29 projiziert. Detektorschaltungen 30 bis 33 er zeugen aus dem von den Fotodioden gelieferten Fotostrom Signale mit den der Stärke der über die Lichtleiter 19, 20, 24 und 25 übertragenen Lichtströme entsprechenden Werten L19, L20, L24 und L25.This light is on the light guides 19 , 20 , 24 and 25 on the z. B. projected as photodiodes light detectors 26 to 29 . Detector circuits 30 to 33 produce signals from the photodiode supplied by the photodiodes with the values L19, L20, L24 and L25 corresponding to the strength of the light fluxes transmitted via the light guides 19 , 20 , 24 and 25 .

In einer beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildeten Auswerteschaltung 34 werden diese Signale nach der Aus werteformelIn an evaluation circuit 34 designed , for example, as a microprocessor, these signals are evaluated according to the formula

P=arcsin ((L19-L25)/(L19+L25))- arcsin((L20-L24)/(L20+L24))P = arcsin ((L19-L25) / (L19 + L25)) - arcsin ((L20-L24) / (L20 + L24))

miteinander verknüpft, so daß am Anschluß 35 eine Spannung mit einem dem auf dem Körper 9 einwirkenden Druck P ent sprechenden Wert anliegt.linked to each other so that a voltage with a pressure corresponding to the pressure P acting on the body 9 is present at the terminal 35 .

Die aus dem Polarisator 7, der Verzögerungsplatte 8, der Druckmeßdose 12, den Analysatoren 16 und 21, den Spiegeln 15, 5 und 6 und den Linsen 4, 17, 18, 22 und 23 bestehende Anordnung kann beispielsweise auf einer optischen Bank angeordnet sein.The arrangement consisting of the polarizer 7 , the delay plate 8 , the pressure cell 12 , the analyzers 16 and 21 , the mirrors 15 , 5 and 6 and the lenses 4 , 17 , 18 , 22 and 23 can, for example, be arranged on an optical bench.

Drückt eine Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 13 auf die Körperhauptseite 10 des Körpers 9, lenkt dieser in Rich tung der Einlaßöffnung 14 membranartig aus. Dadurch treten im Körper 9 nahe der Körperhauptseite 10 Druckspannungen und nahe der Körperhauptseite 11 Zugspannungen auf. Der Polarisationszustand des nahe der Körperhauptseite 10 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes wird somit gegensinnig zu dem Polarisationszustand des nahe der Körperhauptseite 11 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes verändert. Die beiden zirkular polarisierten Lichtanteile werden durch die Spannungen im Körper 9 elliptisch derart umpolari siert, daß die großen Achsen der Polarisationsellipsen der beiden elliptisch polarisierten Lichtanteile senkrecht aufeinander stehen und einen Winkel von 45° mit den Körperhauptseiten 10 und 11 bilden.Presses a liquid through the inlet opening 13 on the main body side 10 of the body 9 , this deflects in the direction of the inlet opening 14 from membrane-like. As a result, compressive stresses occur in the body 9 near the main body side 10 and tensile stresses occur near the main body side 11 . The polarization state of the light radiating through the body 9 near the main body side 10 is thus changed in the opposite direction to the polarization state of the light radiating through the body 9 near the main body side 11 . The two circularly polarized light components are elliptically umpolari siert by the voltages in the body 9 such that the major axes of the polarization ellipses of the two elliptically polarized light components are perpendicular to each other and form an angle of 45 ° with the main body sides 10 and 11 .

Durch den Analysator 16 wird aus den beiden Lichtanteilen jeweils Licht mit einer Stärke ausgefiltert, die der Größe der in einer Richtung liegenden Achse durch die entspre chenden Polarisationsellipsen entspricht, während durch den Analysator 21 aus den beiden Lichtanteilen jeweils Licht mit einer Stärke ausgefiltert wird, die der Größe einer zur Polarisationsrichtung des Analysators 16 senk recht liegenden Achse durch die beiden Polarisations ellipsen entspricht.The analyzer 16 filters out the two light components with a strength that corresponds to the size of the axis lying in one direction by the corresponding polarization ellipses, while the analyzer 21 filters out light with a strength from the two light components corresponds to the size of an axis perpendicular to the direction of polarization of the analyzer 16 through the two polarization ellipses.

Beispielsweise liegt die Polarisationsrichtung des Analy sators 16 parallel zur großen Achse der Polarisations ellipse des nahe der Körperhauptseite 10 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes, und die Polarisationsrichtung des Analysators 21 liegt parallel zur großen Achse der Polarisationsellipse des nahe der Körperhauptseite 11 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes. Somit nimmt die Stärke des in die Lichtleiter 19 und 24 eingekoppelten Lichtes zu und die Stärke des in die Lichtleiter 20 und 25 eingekoppelten Lichtes nimmt ab.For example, the polarization direction of the Analy crystallizer 16 parallel to the major axis of the polarization ellipse of the near body major side 10 of the body 9 by radiating light, and the polarization direction of the analyzer 21 is parallel to the major axis of the polarization ellipse of the near body major side 11 of the body 9, by radiating light. The strength of the light coupled into the light guides 19 and 24 thus increases and the strength of the light coupled into the light guides 20 and 25 decreases.

In den Detektorschaltungen 30 bis 33 werden Signale mit den diesen Lichtstärken entsprechenden Werten L19, L20, L24 und L25 gebildet. Der Wert der in der Auswerteschal tung 34 gebildeten, dem auf den Körper 9 einwirkenden Druck entsprechenden und am Anschluß 35 anliegenden Span nung hat ein positives Vorzeichen, wenn der Druck auf die Körperhauptseite 10 einwirkt und der Körper in Richtung der Einlaßöffnung 14 auslenkt. Dies ergibt sich aus der Auswerteformel für den Druck P.Signals with the values L19, L20, L24 and L25 corresponding to these light intensities are formed in the detector circuits 30 to 33 . The value of the device formed in the evaluation circuit 34 , corresponding to the pressure acting on the body 9 and applied to the terminal 35 voltage has a positive sign when the pressure acts on the main body side 10 and the body deflects in the direction of the inlet opening 14 . This results from the evaluation formula for the pressure P.

Wird ein unter Druck stehendes gasförmiges oder flüssiges Medium durch die Einlaßöffnung 14 in die Druckmeßdose 12 eingeleitet, lenkt der Körper 9 in Richtung der Einlaßöff nung 13 membranartig aus. Nahe der Körperhauptseite 11 treten Druckspannungen und nahe der Körperhauptseite 10 treten Zugspannung auf, so daß die große Achse der Polari sationsellipse des nahe der Körperhauptseite 10 bzw. 11 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes senkrecht auf der Polarisationsrichtung des Analysators 16 bzw. 21 steht.If a pressurized gaseous or liquid medium is introduced through the inlet opening 14 into the pressure cell 12 , the body 9 deflects in the direction of the inlet opening 13 membrane-like. Compressive stresses occur near the main body side 11 and tensile stress occurs near the main body side 10 , so that the major axis of the polarization ellipse of the light 9 radiating through the body 9 near the main body side 10 or 11 is perpendicular to the direction of polarization of the analyzer 16 or 21 .

Somit nimmt bei steigendem Druck die Stärke des in die Lichtleiter 19 und 24 eingekoppelten Lichtes ab und die Stärke des in die Lichtleiter 20 und 25 eingekoppelten Lichtes nimmt zu. Die Werte L19 und L24 der entsprechenden Signale nehmen ab, und die Werte L20 und L25 der ent sprechenden Signale nehmen zu, so daß der mit der Aus werteformel ermittelte Druckmeßwert P ein negatives Vorzeichen annimmt. Somit ist die Richtung des auf den Körper 9 einwirkenden Druckes über das Vorzeichen des ermittelten Differenzdruckmeßwertes P bestimmbar. Thus, with increasing pressure, the strength of the light coupled into the light guides 19 and 24 decreases and the strength of the light coupled into the light guides 20 and 25 increases. The values L19 and L24 of the corresponding signals decrease, and the values L20 and L25 of the corresponding signals increase, so that the pressure measurement value P determined using the evaluation formula assumes a negative sign. The direction of the pressure acting on the body 9 can thus be determined via the sign of the determined differential pressure measurement value P.

Die in Fig. 2 dargestellte Druckmeßvorrichtung läßt sich zur Durchflußmessung verwenden. Die Druckdifferenz der Flüssigkeit beiderseits der Blende 37 des Leitungs rohres 38 ist ein Maß für den Durchfluß der Flüssigkeit durch das Leitungsrohr 38. Strömt die Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 36 durch die Blende 37, weist die über die Auslaßöffnung 39 des Leitungsrohres 38 und die Leitungsverbindung 40 durch die Einlaßöffnung 41 in die Druckmeßdose 42 einströmende Flüssigkeit einen höheren Druck auf als die über die Auslaßöffnung 43 und die Leitungsverbindung 44 durch die Einlaßöffnung 45 in die Druckmeßdose 42 einströmende Flüssigkeit, so daß der Körper 9 in Richtung des Pfeiles 46 membranartig aus lenkt. Dadurch treten nahe der Körperhauptseite 10 Druck spannungen und nahe der Körperhauptseite 11 Zugspannungen auf.The pressure measuring device shown in Fig. 2 can be used for flow measurement. The pressure difference of the liquid on both sides of the orifice 37 of the pipe 38 is a measure of the flow of the liquid through the pipe 38th If the liquid flows in the direction of arrow 36 through the orifice 37 , the liquid flowing in via the outlet opening 39 of the conduit 38 and the line connection 40 through the inlet opening 41 into the pressure cell 42 has a higher pressure than that via the outlet opening 43 and the line connection 44 through the inlet opening 45 into the pressure transducer 42 flowing liquid, so that the body 9 in the direction of arrow 46 deflects like a membrane. As a result, 10 compressive stresses occur near the main body side and 11 tensile stresses occur near the main body side.

Das von der Lichtquelle 1 über die Fokussierlinse 2 in den Lichtleiter 3 eingekoppelte Licht wird von der Kollimator linse 4 zu parallelem Licht umgewandelt, das vom Polarisa tor 7 linear und von der Verzögerungsplatte 8 zirkular polarisiert wird. Dieses Licht strahlt entlang der Körper hauptseite 10 und wird bei einer Auslenkung des Körpers 9 elliptisch polarisiert. Die große Achse der Polarisations ellipse bildet mit der Körperhauptseite 10 einen Winkel von 45°.The light coupled from the light source 1 via the focusing lens 2 into the light guide 3 is converted by the collimator lens 4 to parallel light which is linearly polarized by the polarizer 7 and circularly polarized by the delay plate 8 . This light radiates along the main body side 10 and is elliptically polarized when the body 9 is deflected. The major axis of the polarization ellipse forms an angle of 45 ° with the main body side 10 .

Auf der der Lichtguelle 1 abgewandten Seite des Körpers 9 befindet sich ein Umlenkprisma 47, das aus einem ersten total reflektierenden Prisma 48 besteht, das das Licht durch einen optischen 90°-Rotator 49 auf ein zweites total reflektierendes Prisma 50 projiziert. Der optische 90°-Rotator 49 kann beispielsweise als λ/2-Verzögerungsplatte ausgebildet sein, die bewirkt, daß sich der Gangunter schied zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl um λ/2 vergrößert. Dadurch wird die Polarisations ellipse des Lichtes um 90° gedreht. On the side of the body 9 facing away from the light source 1 there is a deflecting prism 47 which consists of a first totally reflecting prism 48 which projects the light through an optical 90 ° rotator 49 onto a second totally reflecting prism 50 . The optical 90 ° rotator 49 can be designed, for example, as a λ / 2 delay plate, which causes the transition difference between the ordinary and the extraordinary beam to increase by λ / 2. As a result, the polarization ellipse of the light is rotated by 90 °.

Somit weist der vom zweiten total reflektierenden Prisma 50 nahe der Körperhauptseite 11 in den Körper 9 zurück reflektierte, elliptisch polarisierte Lichstrahl eine Polarisationsellipse auf, deren große Achse senkrecht auf der großen Achse der Polarisationsellipse des nahe der Körperhauptseite 10 den Körper 9 durchströmenden Licht strahles steht. Aufgrund der membranartigen Auslenkung des Körpers 9 wird der Polarisationszustand dieses Lichtes derart geändert, daß die große Achse der Polarisations ellipse größer und die kleine Achse kleiner wird.Thus, the elliptically polarized light beam reflected back from the second totally reflecting prism 50 near the main body side 11 into the body 9 has a polarization ellipse, the major axis of which is perpendicular to the major axis of the polarization ellipse of the light beam flowing through the body 9 near the main body side 10 . Due to the membrane-like deflection of the body 9 , the state of polarization of this light is changed such that the major axis of the polarizing ellipse becomes larger and the minor axis becomes smaller.

Strömt Flüssigkeit gegen die durch den Pfeil 36 angedeu tete Richtung durch die Blende 37, lenkt auch die Platte 9 entgegen der durch den Pfeil 46 angedeuteten Richtung aus. Die Spannungsverhältnisse im Körper 9 kehren sich um, und die Richtungen der großen und der kleinen Achse der Polarisationsellipsen vertauschen sich.Flows liquid against the direction indicated by the arrow 36 through the diaphragm 37 , also deflects the plate 9 against the direction indicated by the arrow 46 . The tension relationships in the body 9 are reversed and the directions of the major and minor axes of the polarization ellipses are interchanged.

Von einem halbdurchlässigen Spiegel 51 wird ein Teil des elliptisch polarisierten Lichtes über den Analysator 52 von der Fokussierlinse 53 in den Lichtleiter 54 eingekop pelt, während der andere Teil des Lichtes über den Analy sator 55 von der Fokussierlinse 56 in den Lichtleiter 57 eingekoppelt wird.From a semitransparent mirror 51 , part of the elliptically polarized light is coupled via the analyzer 52 from the focusing lens 53 into the light guide 54 , while the other part of the light is coupled via the analyzer 55 from the focusing lens 56 into the light guide 57 .

Die Analysatoren 52 und 55 sind Polarisationsfilter, deren Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinanderstehen und die somit aus dem vom Körper 9 abgestrahlten, elliptisch polarisierten Licht linear polarisierte Lichtanteile aus filtern, deren Stärke der Größe zweier senkrecht aufein anderstehenden Achsen der Polarisationsellipse ent spricht. Diese beiden Lichtanteile werden von den Licht leitern 54 und 57 auf die beispielsweise als Fotodioden ausgebildeten Fotodetektoren 58 und 59 gelenkt. The analyzers 52 and 55 are polarization filters, the polarization directions of which are perpendicular to one another and thus filter out linearly polarized light components from the elliptically polarized light emitted by the body 9 , the strength of which corresponds to the size of two mutually perpendicular axes of the polarization ellipse. These two light components are directed by the light conductors 54 and 57 onto the photodetectors 58 and 59 , for example in the form of photodiodes.

Bei einer Auslenkung des Körpers 9 in Richtung des Pfeiles 46 liegt die große Achse der Polarisationsellipse des nahe der Körperhauptseite 11 den Körper 9 durchstrahlenden Lichtes, beispielsweise parallel zur Polarisationsrichtung des Analysators 52, weshalb die Stärke des vom Analysator 52 ausgefilterten und über den Lichtleiter 54 auf den Lichtdetektor 59 gelenkten Lichtanteiles zunimmt und die Stärke des vom Analysator 55 ausgefilterten und über den Lichtleiter 57 auf den Lichtdetektor 58 gelenkten Licht anteiles abnimmt. Aus der Differenz der von den Foto detektoren 58 und 59 erfaßten Lichtstärken ermittelt die Auswerteschaltung 60 eine Spannung mit einem positiven, der Größe des Durchflusses durch das Leitungsrohr 38 entsprechenden Wert, die am Anschluß 61 anliegt. Das positive Vorzeichen sagt aus, daß die Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 36 durch die Blende 37 strömt.When the body 9 is deflected in the direction of the arrow 46 , the major axis of the polarization ellipse of the light radiating through the body 9 near the main body side 11 lies, for example, parallel to the direction of polarization of the analyzer 52 , which is why the strength of the filter filtered out by the analyzer 52 and via the light guide 54 is present the light detector 59 directed light portion increases and the strength of the filtered out by the analyzer 55 and directed via the light guide 57 to the light detector 58 light portion decreases. From the difference between the light intensities detected by the photo detectors 58 and 59, the evaluation circuit 60 determines a voltage with a positive value corresponding to the size of the flow through the conduit 38 , which is present at the connection 61 . The positive sign indicates that the liquid flows through the orifice 37 in the direction of the arrow 36 .

Lenkt aufgrund einer Umkehrung der Strömungsrichtung 36 der Körper 9 entgegen der Richtung des Pfeiles 46 aus, steht die große Achse der Polarisationsellipse des nahe der Körperhauptseite 11 den Körper 9 durchströmenden elliptisch polarisierten Lichtes senkrecht auf der Polari sationsrichtung des Analysators 52, so daß die Stärke des vom Analysator 52 ausgefilterten und dem Lichtdetektor 59 zugeführten Lichtes abnimmt und die Stärke des vom Analy sator 55 ausgefilterten und dem Lichtdetektor 58 zuge führten Lichtes zunimmt. Aus der Differenz der von den Fotodetektoren 59 und 58 erfaßten Lichtstärken ermittelt die Auswerteschaltung 60 eine Spannung mit einem negativen, der Größe des Durchflusses durch das Leitungsrohr 38 entsprechenden Wert. Das negative Vorzeichen sagt aus, daß die Flüssigkeit entgegen der Richtung des Pfeiles 36 durch die Blende 37 strömt. Deflected due to a reversal of the flow direction 36 of the body 9 in opposition to the direction of the arrow 46 from, the major axis is the polarization ellipse of the near body major side 11 of the body 9 by flowing perpendicular to the Polari sationsrichtung the analyzer 52 elliptically polarized light, so that the strength of the filtered out by the analyzer 52 and the light supplied to the light detector 59 decreases and the strength of the filtered out by the analyzer 55 and the light detector 58 supplied light increases. From the difference between the light intensities detected by the photodetectors 59 and 58, the evaluation circuit 60 determines a voltage with a negative value corresponding to the size of the flow through the conduit 38 . The negative sign indicates that the liquid flows through the diaphragm 37 in the direction of the arrow 36 .

Bei der Druckmeßvorrichtung nach Fig. 3 wird das Licht der Lichtquelle 1 von der Fokussierlinse 62 in einen optischen Zirkulator 63 eingekoppelt, der dieses Licht über eine Linse 64, einen Polarisator 65, einen halbdurchlässigen Spiegel 66 und eine λ/8-Verzögerungsplatte 67 auf den Körper 9 lenkt. Das Licht durchstrahlt den Körper 9 nahe der Körperhauptseite 10, wird vom Umlenkprisma 47 derart umgelenkt, daß es nahe der Körperhauptseite 11 durch den Körper 9 zurückstrahlt und auf einen Spiegel 68 trifft, der das Licht wieder in den Körper 9 zurück reflektiert. Anschließend wird das Licht vom Umlenkprisma 47 nahe der Körperhauptseite 10 in den Körper 9 zurückgelenkt. Nachdem das Licht den Körper 9 zum vierten Mal durchstrahlt hat, gelangt es über die λ/8-Verzögerungsplatte 67 auf den halbdurchlässigen Spiegel 66, der einen Teil des Lichtes über den Analysator 69, die Fokussierlinse 70 und den Lichtleiter 71 auf den Lichtdetektor 58 lenkt. Der rest liche Teil des Lichtes durchstrahlt den halbdurchlässigen Spiegel 66 und gelangt über den Polarisator 65, die Linse 64, den optischen Zirkulator 63 und den Lichtleiter 72 auf den Lichtdetektor 59. Die Polarisationsrichtungen des Polarisators 65 und des Analysators 69 stehen senkrecht aufeinander.In the pressure measurement device of FIG. 3, the light from the light source 1 is coupled from the focusing lens 62 in an optical circulator 63, which this light via a lens 64, a polarizer 65, a half mirror 66 and a λ / 8 retardation plate 67 on the Body 9 steers. The light shines through the body 9 near the main body side 10 , is deflected by the deflecting prism 47 in such a way that it reflects back through the body 9 near the main body side 11 and strikes a mirror 68 which reflects the light back into the body 9 . The light is then deflected back into the body 9 by the deflecting prism 47 near the main body side 10 . After the light has shone through the body 9 for the fourth time, it arrives via the λ / 8 retardation plate 67 onto the semitransparent mirror 66 , which directs a part of the light via the analyzer 69 , the focusing lens 70 and the light guide 71 onto the light detector 58 . The rest of the light shines through the semi-transparent mirror 66 and passes through the polarizer 65 , the lens 64 , the optical circulator 63 and the light guide 72 to the light detector 59 . The polarization directions of the polarizer 65 and the analyzer 69 are perpendicular to one another.

Wirkt über einen Stempel 73 auf den Körper 9 ein mechanischer Druck, lenkt der Körper 9 in Richtung des Pfeiles 74 membranartig aus. Nahe der Körperhauptseite 10 treten Druckspannungen und nahe der Körperhauptseite 11 treten Zugspannungen auf. Das vom Polarisator 65 linear und von der λ/8-Verzögerungsplatte 67 elliptisch polari sierte Licht wird in den Körper 9 eingekoppelt und viermal derart umpolarisiert, daß die große Achse der Polarisa tionsellipse jeweils größer und die kleine Achse der Pola risationsellipse jeweils kleiner wird. Acts through a punch 73 on the body 9 a mechanical pressure, the body 9 pivoted in the direction of arrow 74 from membrane-like. Compression stresses occur near the main body side 10 and tensile stresses occur near the main body side 11 . The linear from the polarizer 65 and from the λ / 8 delay plate 67 elliptically polarized light is coupled into the body 9 and polarized four times so that the major axis of the polarization ellipse is larger and the minor axis of the polarization ellipse is smaller.

Der Analysator 69 und der als Analysator wirkende Polari sator 65 filtern aus diesem Licht zwei senkrecht zuein ander polarisierte Lichtanteile aus, die von den Licht leitern 71 und 72 den Fotodetektoren 58 und 59 zugeführt werden. Aus der Differenz der von den Fotodetektoren 58 und 59 erfaßten Lichtstärken ermittelt die Auswerteschal tung 60 die Größe des über den Stempel 73 auf den Körper 9 einwirkenden mechanischen Druckes und liefert über den Anschluß 61 eine Spannung mit einem der Größe dieses Druckes entsprechenden Wert.The analyzer 69 and the polarizer 65 acting as an analyzer filter out two perpendicularly polarized light components from this light, which are supplied from the light conductors 71 and 72 to the photodetectors 58 and 59 . From the difference between the light intensities detected by the photodetectors 58 and 59, the evaluation circuit 60 determines the size of the mechanical pressure acting on the body 9 via the stamp 73 and supplies a voltage via the connection 61 with a value corresponding to the size of this pressure.

Claims

1. Optical pressure measuring device, consisting of a polarizer which linearly polarizes light emitted by a light source interacting with an optical system, a delay plate which elliptically polarizes the linearly polarized light, a translucent body which depends on the polarization state of the elliptically polarized light a pressure acting on the body changes, from at least one analyzer that filters out linearly polarized light from the light emitted by the body with a pressure-dependent polarization state, and from at least one light detector that measures the strength of the light filtered out by the analyzer, characterized in that the Body ( 9 ) is plate-shaped and is held on the edge in such a way that it deflects membrane-like upon the action of pressure on one of the main sides of the body ( 10 , 11 ), and that the light from the optical system ( 5 , 6 , 47 ) is deflected in such a way , that it shines through the body ( 9 ) parallel to and only near the two main body sides ( 10 , 11 ).

2. Optical pressure measuring device according to claim 1, characterized in that the optical system ( 5 , 6 ) between the light source ( 1 ) and the body ( 9 ) is arranged and divides the light into two beams which the body ( 9 ) near the pass through the two main body sides ( 10 , 11 ) and are each detected by at least one analyzer ( 16 , 21 ) by at least one light detector ( 19 , 20 , 24 , 25 ) to determine the pressure acting on the body ( 9 ).

3. Optical pressure measuring device according to claim 1, characterized in that the optical system has a deflection prism on the light source ( 1 ) facing away from the body ( 9 ), which from the light source ( 1 ) near one of the main body sides through the body ( 9 ) directs radiated light via an optical 90 ° rotator ( 49 ) and projects it back into the body ( 9 ) in such a way that it reflects back through the body ( 9 ) near the other side of the body.

4. Optical pressure measuring device according to claim 3, characterized in that a mirror ( 68 ) is arranged on the side of the body ( 9 ) facing the light source ( 1 ), which reflects the light reflected back through the body ( 9 ) into the body ( 9 ) reflects back that the path it has already passed through the body ( 9 ) and the deflection prism ( 47 ) runs through again in the opposite direction, and that the light emerging from the body ( 9 ) from an optical circulator ( 63 ) onto at least one light detector ( 58 , 59 ) is steered.

5. Optical pressure measuring device according to claim 4, characterized in that the optical circulator ( 63 ) simultaneously directs the light supplied by the light source ( 1 ) onto the body ( 9 ).