DE3441641A1

DE3441641A1 - Fuehler mit optischen fasern zum erfassen von betriebszustaenden und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3441641A1
Application number: DE19843441641
Authority: DE
Inventors: Harold Francis Mansfield Ohio Snider
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1985-05-23
Also published as: CA1227062A; JPS60123723A; US4588886A

Description

FÜHLER MIT OPTISCHEN FASERN ZUM ERFASSEN VON BETRIEBSZUSTÄNDEN UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Vorrichtungen zum Erfassen von Betriebszuständen, wie Vorrichtungen zum Erfassen der Tempratur oder des Druckes, und betrifft insbesondere einen Zustandsfühler, bei welchem optische Fasern und eine Membrane oder Scheibe zum Erfassen von Betriebszuständen gepaart sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Vorrichtungen.

Es ist bekannt, sich der Faseroptik zu bedienen, um den Abstand zwischen dem freien auslaufenden Ende eines optischen Faserstranges und einer reflektierenden Fläche genau zu messen. Beispiele für derartige Vorrichtungen sind in den US-PSen

3 273 447, 4 309 618 und 4 358 960 beschrieben.

Es ist auch bekannt, eine reflektierende Oberfläche mit einer auf Druck ansprechenden Membrane vorzusehen, um eine auf Druck ansprechende Vorrichtung zu schaffen. Beispiele für derartige Vorrichtungen sind in den US-PSen 3 580 082, 4 322 978 und

4 322 979 beschrieben. Bei diesen Vorrichtungen werden flache, nicht metallische Membranen verwendet, die ausreichend elastisch sind, um ein System zu schaffen, das bei niedrigen Drücken sehr empfindlich ist. Diese Vorrichtungen können jedoch bei verhältnismäßig hohen Drücken nicht wirksam eingesetzt werden.

Es ist auch bekannt, optische Fasern mit Bimetallfühlern zu kombinieren, um Vorrichtungen zum Erfassen der Temperatur zu schaffen. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist in der US-PS 4 204 742 beschrieben.

Es ist auch bekannt, Metallscheiben mit einer Krümmung oder Wölbung herzustellen, um deren Ansprechbarkeit auf Temperatur oder Druck oder beides abzuwandeln. Derartige Scheiben werden gewöhnlich gestoßen, um sie mit zwei stabilen Stellungen zu

versehen, zwischen denen sie sich mit einer Schnappwirkung hin- und herbewegen. Wenn derartige Scheiben aus einem Bimetall hergestellt werden, sprechen sie auf Temperatur an. Membranen oder Scheiben, die auf Druck ansprechen,bestehen gewöhnlich aus einem einzigen homogenen Metall. Beispiele für Vorrichtungen mit einer schnappenden Scheibe aus Bimetall sind in den US-PSen 3 500 278, 3 573 700 und 3 676 817 beschrieben. Beispiele für schnappende Scheiben, die auf Druck ansprechen, sind in den US-PSen 3 378 656 und 3 720 090 beschrieben.

Es gibt eine Anzahl von Gesichtspunkten für diese Erfindung. Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht in einer neuen und verbesserten Kombination einer schnappenden Scheibe oder Membrane aus Bimetall und einem Bündel aus optischen Fasern. Eine derartige Kombination schafft einen auf Temperatur ansprechenden optischen Fühler, bei welchem sofort wesentliche Änderungen des optischen Ansprechwertes auftreten, wenn die Scheibe zwischen ihren beiden stabilen Stellungen hin- und herschnappt.

Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Bimetallscheibe vorgesehen, die einen vorherbestinunten Bewegungsbereich in Abhängigkeit von einer vorherbestimmten Temperaturänderung ohne ein Schnappen durchläuft und ein abgewandeltes Temperatursignal über diesen Bewegungsbereich abgibt.

Nach einem anderen wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Druckfühler geschaffen, bei welchem die optischen Fasern mit einer Metallscheibe kombiniert werden, um eine vorbestimmte Druckempfindlichkeit entweder mit oder ohne Schnappwirkung zu schaffen.

Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung sind neue und verbesserte Verfahren für den Zusammenbau der auf Temperatur oder Druck ansprechenden Vorrichtungen vorgesehen, bei welchen optische Faserstränge und gekrümmte, metallische Membranen oder

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Scheiben kombiniert sind.

Bei jedem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine reflektierende Metallscheibe in der Nähe des auslaufenden Endes eines Bündels von optischen Fasern angeordnet. Das Faserbündel ist gegabelt, um eine erste und zweite Gruppe von optischen Fasern zu bilden. Die erste Gruppe der optischen fasern ist mit einer Lichtquelle verbunden, während die zweite Gruppe der optischen Fasern das reflektierte Licht zu einem Detektor leitet. Die Metallscheiben führen eine vorherbestimmte Bewegung in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Temperatur- oder Druckbereich aus, so daß otpimale Signale erzeugt werden. Die Erfindung ist jedoch auch für ein Übertragungssystem mit optischen Fasern geeignet, bei welchem das übertragene Licht zurück zum Detektor durch die gleichen optischen · Fasern reflektiert wird, durch die das Licht von der Lichtquelle übertragen worden ist. Bei derartigen Systemen wird ein Lichtverteiler verwendet, um das Licht zum Detektor abzulenken.

Bei einer dargestellten Ausführungsform besteht die Scheibe aus einem Bimetall. Die Scheibe schnappt bei vorherbestimmten Temperaturen zwischen zwei stabilen Stellungen hin- und her. Wenn eine derartige Vorrichtung für einen wiederholten Betrieb ausgelegt ist, wird das auslaufende Ende des Faserstranges so zur Scheibe angeordnet, daß die Scheibe während ihres Betriebes nicht am auslaufenden Ende des Faserstranges anschlägt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist eine nicht schnappende Scheibe aus Bimetall vorgesehen, bei welcher ein vorbestimmtes Ausmaß einer im wesentlichen linearen Bewegung innerhalb eines vorherbestimmten Temperaturbereiches vorhanden ist. Diese Scheibe ist wiederum in der Nähe des auslaufenden Endes des optischen Faserstranges angeordnet, so daß die Bewegung in wirkungsvoller Weise für Änderungen des reflektierten Lichtwertes sorgt, um genaue Temperatursignale am Lichtdetektor

zu erzeugen.

Bei einer anderen Ausführungsform ist eine dünne Metallmembrane wiederum mit einer flachen Krümmung versehen, so daß die Membrane in einer vorherbestimmten ausgewählten Weise auf Druck ansprechen kann. Diese Krümmung kann so ausgelegt sein, daß die Membrane entweder eine schnappende oder eine nichtschnappende Membrane ist.

Zwei verschiedene Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtungen werden dargestellt. Nach dem einen Verfahren wird ein Körper mit zwei örtlich festliegenden Flächen versehen, welche eine ortsfeste Lage zwischen dem Umfang der Membrane und dem auslaufenden Ende des optischen Faserbündels bilden. Der Abstand zwischen den örtlich festlegenden Flächen wird so eingestellt, daß die Änderungen der Krümmungen der Membranen ausgeglichen werden.

Bei dem anderen dargestellten Verfahren erfolgt das Einstellen des Abstandes zwischen der Membrane und dem auslaufenden Ende des optischen Faserbündels durch ein Verfahren, bei welchem das optische Faserbündel an einem ersten Körperteil befestigt und die Membrane an einem zweiten Körperteil abgestützt ist. Die beiden Körperteile werden zusammengedrückt, bis ein Standardwert für das reflektierte Licht erreicht ist. Anschließend werden die beiden Körperteile in dieser gegenseitigen Stellung festgelegt und verriegelt.

Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert: In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Fühler mit optischen Fasern gemäß der Erfindung, wobei die Art und Weise dargestellt ist, wie der Fühler an eine schematisch gezeigte Lichtquelle und einen schematisch gezeigten Detektor für das reflektierte Licht angeschlossen ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung mit der Darstellung von konstruktiven Einzelheiten,

Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Einjustieren dadurch erreicht wird, daß das erste und zweite Körperteil solange bewegt werden, bis ein vorherbestimmter Wert für das reflektierte Licht erreicht ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Art und Weise, wie das durch eine optische Faser hindurchgeführte Licht zu einer anderen optischen Faser zurückreflektiert wird,

Fig. 5 eine stark vergrößerte Ansicht des auslaufenden Endes eines optischen Faserstranges, bei welchem die optischen Fasern zufällig und willkürlich angeordnet sind,

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht auf das auslaufende Ende eines optischen Faserstranges, bei welchem die beiden Gruppen der optischen Fasern in benachbarten Halbkreisen angeordnet sind,

Fig. 7 ein Diagramm, welches in typischer Weise die Intensität des reflektierten Lichtes bei willkürlich und halbkreisförmig angeordneten Gruppen der optischen Fasern in Abhängigkeit vom Abstand der reflektierenden Oberfläche vom auslaufenden Ende des optischen Faserstranges darstellt,

Fig. 8 ein Diagramm für eine Reihe von Verlagerungskurven mit der Darstellung der Art und Weise, wie die Kurven durch eine Änderung der Krümmung der dünnen Metall-

membrane abgewandelt werden können,

Fig. 9 ein Diagramm für eine Verlagerungskurve einer typischen Schnappmembrane beim Erfassen der Temperatur und

Fig.10 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine Ausführungs form der Erfindung, bei welcher die Membrane oder Scheibe anstelle der Temperatur auf Druck anspricht.

Ein Fühler mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen gemäß der Erfindung hat viele Anwendungsmöglichkeiten. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise insbesondere zum Abtasten eines Betriebszustandes in einem gefährlichen Bereich geeignet, da der Fühlerteil der Vorrichtung eine elektrische Schaltung nicht benötigt, die eine Feuergefahr darstellen könnte. Es wird eingeräumt, daß die Lichtquelle und der Detektor für das reflektierte Licht einen elektrischen Schaltkreis benötigen. Diese Vorrichtungen können jedoch an einer entfernten Stelle außerhalb des gefährlichen Bereiches angeordnet werden, der vom Fühler überwacht wird.

In Fig. 1 ist ein typisches System mit einem erfindungsgemäßen Fühler gezeigt, der mit optischen Fasern arbeitet. Ein derartiges System weist eine Fühleranordnung 10 auf, die über eine erste Gruppe von optischen Fasern 12 mit einer schematisch dargestellten Lichtquelle 11 und über eine zweite Gruppe von optischen Fasern 14 mit einem Detektor 13 für reflektiertes Licht verbunden ist. Die beiden Gruppen der optischen Fasern 12 und 14 fließen zusammen und bilden ein Bündel 16 aus optischen Fasern, das zur Fühleranordnung 10 verläuft.

Obgleich die verschiedenen, dargestellten Ausflhrungsformen faseroptische Übertragungsmittel besitzen, die gegabelte Bündel von optischen Fasern aufweisen, um zwei getrennte Gruppen von

Fasern zu bilden, ist die Erfindung auch auf faseroptische Übertragungsmittel anwendbar, bei welchen das Licht von der Lichtquelle an die reflektierende Oberfläche durch die gleiche Faser oder die gleichen Fasern abgegeben wird, welche das reflektierte Licht zurück zum Detektor führen. Derartige Systeme weisen gewöhnlich einen Lichtverteiler auf, welcher die Wege für das Licht aus der Lichtquelle und für das reflektierte Licht trennt. Ein derartiges System kann ferner nur eine einzige optische Faser oder ein Bündel von optischen Fasern aufweisen. Die US-PS 3 273 477 zeigt in Fig. 5 ein derartiges System und eine derartige Ausgestaltung, auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

Die Fühleranordnung 10 weist eine reflektierende Membrane auf, die im nachstehenden näher erläutert wird. Die reflektierende Membrane bewegt sich zum und vom auslaufenden Ende des Faserbündels 16 in Abhängigkeit von den Änderungen der abzutastenden Betriebszustände, um den Wert des zum Detektor übertragenen, reflektierten Lichtes zu ändern. Der Detektor 13 ist so eingestellt, daß das vom Detektor erzeugte Ausgangssignal eine Funktion der Menge des Lichtes ist, das durch die zweite Gruppe der optischen Fasern zurückreflektiert worden ist. Das Ausgangssignal des Detektors ist daher eine Funktion der Betriebszustände, die von der Fühleranordnung 10 abgetastet worden sind.

Die Lichtquelle 11 und der Detektor 13 sind in Fig. 1 schematisch dargestellt, da diese Vorrichtungen zum bekannten Stand der Technik gehören und die Auswahl eines bestimmten Detektors und einer bestimmten Lichtquelle aus allgemein erhältlichen Vorrichtungen keinen Teil der Erfindung mit der Ausnahme darstellt, daß die Lichtquelle 11 in der Lage sein muß, einen gleichförmigen Lichtpegel zu erzeugen, der ausreicht,um das System zu aktivieren. Der Detektor muß in der Lage sein, ein gleichförmiges Ausgangssignal zu erzeugen, welches die gewünschte Beziehung zwischen der Intensität des reflektierten Lichtes und des Ausgangssignals aufrecht erhält, so daß

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der Detektor ein Ausgangssignal erzeugt, das eine folgerichtige Funktion des abgetasteten Betriebszustandes ist.

Die Fig. 2 zeigt in einem vergrößertem Maßstab die baulichen Einzelheiten einer Fühleranordnung 10 gemäß der Erfindung. Bei diesr Vorrichtung erstreckt sich das Bündel 16 aus optischen Fasern in einen ersten rohrförmigen Körper 17 bis zu einem,freien auslaufenden Ende 18 der optischen Fasern. Der rohrförmige Körper 17 ergreift das Bündel am auslaufenden Ende und hält die optischen Fasern in einer ortsfesten Lage. Die E nden der Fasern und das Ende des rohrförmigen Körpers 17 sind mit Präzisionlfeinbearbeitet, so daß die Enden einer jeden optischen Faser in einer einzigen Ebene liegen, die in einer Ebene mit den Enden der restlichen Fasern liegt. Das auslaufende Ende des Bündels 16 ist daher eben und die Enden sämtlicher Fasern sind so ausgebildet, daß das durch die erste Fasergruppe 12 hindurchtretende Licht wirkungsvoll und gleichförmig durch die Enden der ersten Fasergruppe hindurchtritt und das zum auslaufenden Ende zurückreflektierte Licht wirkungsvoll empfangen und gleichförmig durch die zweite Fasergruppe 10 zurückgeleitet wird.

In unmittelbarer Nähe des auslaufenden Endes 18 ist eine Scheibe oder Membrane 19 zum Erfassen des Betriebszustandes angeordnet. Die Membrane 19 weist zumindest auf der dem auslaufenden Ende 18 zugekehrten Seite eine korrosionsbeständige, reflektierende Oberfläche auf. Die Membrane 19 besteht aus einem dünnen Metall mit einer flachen Krümmung, so daß die Membrane in gewünschter Weise auf die abzutastenden Betriebszustände ansprechen kann, wie dies später noch erläutert werden wird.

Die Membran 19 besteht bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Bimetall und spricht auf Temperaturänderungen an.

Die Abstützung der Membrane 19 erfolgt mit Hilfe eines zweiten Körperteils 21 und einer tassenförmigen Kappe 22 aus einem Metallblech. Das zweite Körperteil 21 weist eine flache, mittige Vertiefung auf, die von einer Mittelbohrung 24 ausgeht. Die Mittelbohrung 24 ist so bemessen, daß das vordere Ende des ersten rohrförmigen Körpers 17 und das auslaufende Ende 18 des Faserbündels 16 aufgenommen werden können. Von der flachen Vertiefung 23 geht eine radiale Wand 26 aus, die bis zu einem axialen Flansch 27 reicht. Der axiale Flansch 27 endet in einer mit Präzision bearbeiteten, radial verlaufenden Fläche 28. Eine Unterlegscheibe 29 wird von der Kappe 22 gegen die radial verlaufende Fläche 28 gedrückt. Der Umfang der Membrane 19 wird federnd gegen die Oberfläche der Unterlegscheibe 29 mit Hilfe einer Feder 31 gedruckt. Bei dieser Bauform bildet die Unterlegescheibe 29 in Verbindung mit der radialen Wand 26 und dem axialen Flansch 27 eine Ringnut, welche den Umfang der Membrane 19 aufnimmt und genau in der Ebene der örtlich festlegenden Oberfläche 28 ausrichtet.

Der erste rohrförmige Körper 17 weist einen radial verlaufenden Flansch 32 auf, der eine zweite, örtlich festlegende Fläche 33 an seinem unteren Ende besitzt, die bis zu einem vorherbestimmten, länglichen Abstandsstück von der Ebene des auslaufenden Endes 18 fein bearbeitet ist.

Eine dritte, örtliche festlegende Fläche 34 am oberen Ende des zweiten Körperteils 21 weist eine Feinbearbeitung auf. Die dritte örtlich festlegende Fläche 34 steht mit der zweiten, örtlich festlegenden Fläche 33 in Eingriff, so daß das auslaufende Ende 18 gegen das zweite Körperteil 21 und damit gegen die Membrane 19 genau axial ausgerichtet ist. Eine Überwurfmutter 36 mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 37 ist auf den zweiten Körperteil 21 aufgeschraubt und steht mit dem Flansch 32 in Eingriff, um die beiden, örtlich festlegenden Flächen 33 und 34 dicht gegeneinander zu

drücken.

Da die Membrane 19 eine Krümmung aufweist und aus Bimetall besteht, bewegt sich der Mittelteil der Membrane zum und vom auslaufenden Ende 18 in Abhängigkeit von Temperaturänderungen. Die Membrane 19 ruft daher eine Änderung des Wertes des reflektierten Lichtes hervor, das durch die zweite Fasergruppe 14 zum Detektor 13 übertragen wird. Dies führt zu einer Änderung des Ausgangssignals des Detektors 13 in Abhängigkeit von der Temperatur der Membrane 19.

In Fig. 4 ist die Art und Weise schematisch dargestellt, in welcher das Licht von einer optischen Faser zu einer anderen optischen Faser reflektiert wird und wie eine Änderung des Abstandes der reflektierenden Fläche vom auslaufenden Ende die Menge des reflektierten Lichtes beeinflußt. Wenn angenommen wird, daß zwei optische Fasern 41 und 42 nebeneinander angeordnet sind und ihre auslaufenden Enden 43 und 44 in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wenn angenommen wird, daß eine reflektierende Fläche 46 mit den beiden auslaufenden Enden 43 und 44 ausgerichtet ist, wird das von der optischen Faser 41 abgegebene Licht von der Oberfläche 46 zurück zur optischen Faser 42 reflektiert. Das aus der optischen Faser 41 austretende Licht hat die Neigung, in der Form eines Kegels zu dispergieren, wie dies durch gestrichelte Linien 47 gezeigt ist. Das reflektierte Licht, das in die optische Faser 42 eintritt, muß innerhalb eines imaginären Kegels liegen, der mit gestrichelten Linien 48 dargestellt ist. Das Licht, das von der optischen Faser 41 zur optischen Faser 42 reflektiert wird, ist das Licht, das von der Oberfläche 46 innerhalb des Überlappungsbereiches der beiden Kegel liegt,die durch die gestrichelten Linien 47 und 48 dargestellt sind. Da die Krümmung der Membrane sehr gering ist, kann der Mittelbereich der Membrane, der beim Reflektieren des Lichtes aktiv ist, als eine flache Fläche betrachtet werden.

Wenn die reflektierende Oberfläche 46 zum und vom auslaufenden Ende der optischen Fasern bewegt wird, ergibt sich eine Kurve für die Intensität des reflektierten Lichtes, welche die Form der in Fig. 7 dargestellten Kurven hat. Wenn die reflektierende Oberfläche 46 der Fig. 4 beispielsweise soweit nach links bewegt wird, daß sie mit den auslaufenden Enden 43 und 44 tatsächlich in Eingriff steht, wirkt die reflektierende Oberfläche wie ein Gatter oder Tor, welches das Licht daran hindert, aus der Faser 41 auszutreten. Es kann daher kein Licht zur Faser 42 reflektiert werden. Wenn daher der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche 46 und dem auslaufenden Ende der optischen Faser Null ist, entsteht ein Nullwert für das reflektierte Licht. Die Kurven in Fig. 7 zeigen diese Tatsache.

Wenn auf der anderen Seite der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche und dem auslaufenden Ende der optischen Fasern zunimmt, steigt die Intensität des reflektierten Lichtes im wesentlichen längs einer geraden Linie bis zu einem Maximum an, worauf die Intensität vom Maximum längs einer Kurve wieder abfällt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

Die gestrichelte Kurve 51 zeigt den Ansprechwert, der erreicht wird, wenn die Fasern willkürlich im Bündel angeordnet sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung sind die mit der Lichtquelle verbundenen Fasern schematisch durch leere Kreise 52 wiedergegeben, während die Enden der mit dem Reflektor verbundenen Fasern für das reflektierte Licht durch schraffrierte Kreise 53 dargestellt sind. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist eine willkürliche Anordnung vorgesehen, bei welcher die Enden der optischen Fasern 52 im wesentlichen gleichmäßig über das gesamte auslaufende Ende verteilt sind. Die Enden der mit dem Detektor verbundenen Fasern sind ebenfalls im wesentlichen gleichmäßig über das auslaufende Ende verteilt.

Eine der gestrichelten Ansprechkurve 51 ähnliche Ansprechkurve 54 wird erreicht, wenn die optischen Fasern halbkreisförmig angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung liegen alle Enden der mit der Lichtquelle verbundenen Fasern 56 in einem Halbkreis des auslaufenden Endes, während sämtliche Enden der mit dem Detektor verbundenen Fasern 57, die durch eine Schraffur gekennzeichnet sind, im anderen Halbkreis des auslaufenden Endes angeordnet sind. Bei einem Vergleich der beiden Ansprechkurven 51 und 54 ist festzustellen, daß beide Kurven im Nullpunkt beginnen und nach oben mit einem im wesentlichen geradlinigen Streckenabschnitt 58 und 59 bis zu einem Übergangspunkt 61 bzw. 62 verlaufen. Die Neigung des geradlinigen Streckenabschnittes 59 ist jedoch nicht so steil wie die Neigung des geradlinigen Streckenabschnittes 58, so daß der Ansprechwert oder die Änderung der Intensität des reflektierten Lichtes mit einer willkürlichen Anordnung der optischen Fasern im auslaufenden Ende entsprechend der Darstellung in Fig. 5 im Hinblick auf den Abstand größer ist, als der Ansprechwert der in einem Halbkreis angeordneten Fasern im auslaufenden Ende entsprechend der Darstellung in Fig. 6 und entsprechend der Kurve 59 in Fig. 7. Beide Arten der auslaufenden Enden haben etwa die gleiche Spitzenintensität und folgen dann einer Kurve, die nach rechts abfällt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die abfallende Kurve folgt bei einer willkürlichen Anordnung der Fasern gemäß Fig. 5 der gestrichelten Linie 63 und bei einer halbkreisförmigen Anordnung der Fasern gemäß Fig. 6 der durchgezogenen Linie 64.

Die Krümmung der Membrane 19 ist gemäß der Erfindung so ausgewählt, daß sich der Mittelabschnitt der Membrane über eine Strecke bewegt, die sich auf die Intensitätskurve für das reflektierte Licht bei dem entsprechenden auslaufenden Ende 18 bezieht, soweit eine Empfindlichkeit über einen vorherbestimmten Temperaturbereich beabsichtigt ist. Diese Bewegung des Mittelabschnittes der Membrane 13 kann in einigen Fällen

mit einer Schnappwirkung oder aber auch ohne eine Schnappwirkung erfolgen.

Es wird nun auf die Figuren 8 und 9 Bezug genommen. Diese Figuren zeigen verschiedene Kurven, die mit einer dünnen Metallmembrane durch Einstellen der unbelasteten Krümmung der Membrane erreicht werden. Wenn die Membrane aus einem Bimetall besteht, entspricht die Verlagerung des Mittelabschnittes der Temperatur. Wenn die Membrane aus einem homogenen Metall besteht spricht die Membrane auf Druck an.

Die Kurve 66 in Fig. 8 zeigt die Verlagerung, die mit einer flachen Metallmembrane in Abhängigkeit von Temperatur- oder Druckänderungen erreicht wird. Eine flache Metallmembran ergibt eine Kurve, welche die Ordinate des Diagramms im Nullpunkt schneidet. Wenn der Druck oder die Temperatur zunehmen, erfolgt die Verlagerung des Mittelabschnittes der Membrane im wesentlichen linear über einen sehr kurzen Abschnitt 67 im Bereich des Achsenschnittpunktes. Wenn die Temperatur unter die Standardtemperatur absinkt, oder wenn der Druck abnimmt oder in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird, wird der Mittelabschnitt der Membrane in eine negative Richtung über eine kleine Strecke 68 in einer im wesentlichen linearen Weise verlagert. Wenn jedoch der Druck oder die Temperatur weiter angehoben oder abgesenkt wird, geht die Kurve für die an der vertikalen Ordinate h abgetragenen Verlagerung des Mittelabschnittes der Membrane in einen zunehmenden horizontalen Abschnitt über, der durch die Kurvenabschnitte 69 und 71 auf der Kurve 66 wiedergegeben ist.

Wenn das die Scheibe bildende Material, das entweder aus einem Bimetall oder einem homogenen Metall bestehen kann, zu einer flach gekrümmten Form verformt wird, ist es möglich, die Neigung des Mittelabschnittes der Kurve und die Verlagerung des Mittelabschnittes im Hinblick auf den abzutastenden Betriebszustand zu ändern, wie dies durch die beiden Kurven 72 und 73

gezeigt ist. Die Kurve 72 wird beispielsweise durch eine Membrane erreicht, bei welcher die Verlagerung des Mittelabschnittes im wesentlichen linear zwischen den Punkten 74 und

76 verläuft. Die Neigung der Kurve zwischen diesen Punkten ist wesentlich steiler, als der entsprechende Kurvenabschnitt der Kurve 66. Diese Membrane hat auf Grund ihrer von Anfang an vorgegebenen Krümmung eine größere Verlagerung gegenüber der Änderung des abzutastenden Betriebszustandes als eine nicht gekrümmte Membrane, deren Ergebnis durch die Kurve 66 dargestellt ist. Die Änderung der Verlagerung des Mittelabschnittes, die im wesentlichen zwischen den beiden Punkten 74 und 76 linear ist, ist bei der durch die Kurve 72 wiedergegebenen Membrane wesentlich größer als die entsprechende lineare Verlagerung der flachen Membrane, die durch die Kurve 66 wiedergegeben ist.

Eine ähnliche Verlagerung gegenüber der Änderung des abzutastenden Betriebszustandes kann dadurch erreicht werden, daß die ursprüngliche Krümmung der Scheibe zweckentsprechend eingestellt wird, wie dies durch die Kurve 73 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Mittelabschnitt der Kurve zwischen den Punkten

77 und 78, über welchen die Verlagerung im wesentlichen linear im Hinblick auf die abzutastenden Betriebszustände erfolgt, weiter verlängert, während gleichzeitig die Neigung weiter gesteigert wird. Die der Membrane ursprünglich erteilte Krümmung verlagert darüberhinaus die Kurve von der Ordinate in eine positive Richtung sowohl im Hinblick auf die Verlagerung als auch im Hinblick auf den abzutastenden Betriebszustand.

In der Praxis ist es auch möglich, dafür zu sorgen, daß sich die Membrane mit einer Schnappwirkung im Hinblick auf die Verlagerung gegenüber dem abzutastenden Betriebszustand bewegt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Kurve 81 zeigt die Verlagerung gegenüber dem von der Membrane abzutastenden Zustand. Die Membrane ist in ihrem freien Zustand ausreichend gekrümmt, um eine negative Federspannung längs eines Teils der Kurve zu schaffen. Die Ausgestaltung einer Membrane mit einer

derartigen Kurve ist in der für Schnappscheiben zuständigen Technik allgemein bekannt, bei welcher eine Scheibe oder Membrane zwischen zwei stabilen Stellungen in Abhängigkeit von vorherbestimmten, abzutastenden Betriebszuständen hin- und herschnappt. Diese Scheiben oder Membranen werden mit Hilfe eines Verfahrens geformt, das gewöhnlich mit "Stoßen" oder "Puffen" (bumping) bezeichnet wird, um eine flache Krümmung zu erzielen, so daß die Kurven eine negative Federspannung zwischen den Punkten 82 und 83 der Kurve haben.

Wenn die Membrane beispielsweise aus einem Bimetall besteht, und die bei 84 angegebene Stellung einnimmt, bewegt sie sich mit einem Kriechvorgang, bis der Punkt 82 erreicht ist. Dieser Punkt wird bei einer Membrane aus einem Bimetall erreicht, wenn die Membrane eine vorherbestimmte Temperatur erreicht, welche durch die Form der Membrane bestimmt ist. Die Membrane schnappt dann längs der gestrichelten Linie 86 in den Punkt 87, wodurch eine nahezu augenblickliche Verlagerung des Mittelabschnittes der Membrane ohne eine entsprechende Änderung der Temperatur hervorgerufen wird.

Wenn die Temperatur der Membrane daraufhin abnnimmt, bewegt sich die Membrane wieder vom Punkt 87 mit einer Kriechwirkung, bis der Punkt 83 erreicht ist. Wenn der Punkt 83 einmal erreicht ist, schnappt die Membrane wieder längs der gestrichelten Linie 88 zurück zum unteren Punkt 89 der Kurve, wo sie wieder eine stabile Stellung einnimmt. Der Temperaturunterschied bei der Schnappwirkung, der als Differentialtemperatur der Membrane bekannt ist, wird durch den horizontalen Abstand zwischen den beiden Linien 86 und 88 wiedergegeben. Die vertikale Verlagerung längs dieser Linien entspricht der Verlagerung des Mittelabschnittes der Membrane mit Schnappwirkung. Der vertikale Abstand zwischen den Punkten 82 und 83 entspricht der Strecke, durch welche die Membrane in beiden Richtungen schnappt.

Die vorgeformte Krümmung der Membrane wird gemäß der Erfindung so ausgewählt, daß die Verlagerung des Mittelabschnittes der Membrane in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Bereich der abzutastenden Betriebszustände der Intensitätskurve für das reflektierte Licht am auslaufenden Ende des Stranges entspricht, so daß ein wirkungsvoller Ansprechwert für das reflektierte Licht im gesamten System erreicht wird.Wenn beispielsweise eine plötzliche Änderung des Wertes für das reflektierte Licht an zwei ausgewählten Temperaturen gewünscht ist, wird die Membrane 19 mit einer passenden Krümmung versehen, um einen Schnappvorgang bei den beiden Temperaturen hervorzurufen. Die während des Schnappvorganges erreichte Verlagerung wird so ausgewählt, daß die jeweilige Intensitätskurve für das reflektierte Licht des zugeordneten Faserbündels dazupaßt.

Wenn beispielsweise eine Membrane aus einem Bimetall mit einem Schnappvorgang in Verbindung mit willkürlich angeordneten Fasern im auslaufenden Ende entsprechend der Kurve 51 in Fig. verwendet werden soll, ist eine Membrane wünschenswert, die eine solche Verlagerung hat, daß sich die Membrane bei einem Schnappvorgang gegen das auslaufende Ende in eine Stellung bewegt, die einen sehr geringen Abstand vom auslaufenden Ende, beispielsweise einen Abstand von etwa 0,025 mm (0,001 inch) hat. Eine derartige Membrane kriecht zu einem Abstand von etwa 0,075 mm (0,003 inch) vom auslaufenden Ende zurück und hat einen Wert für das reflektierte Licht von etwa 0,35. Wenn die Membrane in die andere stabile Lage geschnappt ist, ist es wünschenswert, daß die Membrane leicht um den Scheitel der Kurve schnappt, so daß die Membrane, wenn sie sich mit einem Kriechvorgang zurück in Richtung zu ihrer anderen Schnappstellung bewegt hat, an einem Punkt ist, der etwa 0,25 mm (0,01 inch) vom auslaufenden Ende entfernt ist, und eine Intensität an reflektiertem Licht von etwa 0,9 hat.

Bei einer Membrane mit Schnappvorgang ist es wünschenswert, die Vorrichtung so auszulegen, daß die Membrane beim Schnappvorgang nicht auf das auslaufende Ende des Faserbündels aufschlägt. Dies ist der Grund, weshalb bei einem Schnappvorgang der minimale Abstand vom auslaufenden Ende des Bündels mindestens etwa 0,025 mm (0,001 inch) betragen soll. Bei einer derartigen Vorrichtung beträgt die Intensitätsänderung etwa 0,65, wenn die Membrane vom auslaufenden Ende wegschnappt, während die Intensitätsänderung etwa 0,95 beträgt, wenn die Membrane gegen das auslaufende Ende schnappt. Ein derartiges System sorgt für eine weite Änderung in der Intensität des reflektierten Lichtes, die leicht erfaßt werden kann, um festzustellen, daß die Membrane die Temperaturen erreicht hat, bei welchen sie sich mit einem Schnappvorgang bewegt.

Wenn Schwierigkeiten bei der Herstellung einer schnappenden Membrane mit den gewünschten Arbeitstemperaturen und eines Schnappbereiches auftreten sollten, welcher der Kurve 51 für willkürlich angeordnete Faserstränge im auslaufenden Ende angepaßt ist, kann die Membrane natürlich in Verbindung mit halbkreisförmig angeordneten Fasern im auslaufenden Ende entsprechend der Kurve 54 verwendet werden, so daß ein größerer Schnappweg untergebracht werden kann, ohne daß die Membrane auf das auslaufende Ende des Bündels aufschlägt oder zu viel um den Scheitel der Kurve reicht. Der Punkt 61 auf der Kurve 51 wird beispielsweise bei einer Verlagerung von etwa 0,25 mm (0,01 inch) erreicht, während der Punkt 62 auf der Kurve 54 bei einer Verlagerung von etwa 0,5 mm (0,02 inch) erreicht wird.

Wenn eine abgewandelte Empfindlichkeit auf Temperatur gewünscht wird, wird die Scheibe mit einer solchen Krümmung versehen, daß sie einen im wesentlichen linearen Ansprechverlauf über eine Verlagerung hat, die wiederum zur Intensitätskurve für das reflektierte Licht des zugeordneten Faserbündels paßt. Wenn bei-

spielsweise ein auf Temperatur ansprechendes System für einen Temperaturbereich von 26° - 55°C(8O° - 130° F.) gewünscht wird, sollte die in der Scheibe ausgebildete Krümmung so sein, daß sich die Scheibe mit einer im wesentlichen linearen Bewegung über eine Strecke in der Größenordnung von 0,25 mm (0,01 inch) bewegt, wenn die Scheibe einem auslaufenden Ende mit willkürlich angeordneten Fasern entsprechend der in Fig. 7 gezeigten Kurve 51 zugeordnet ist. Wenn jedoch eine derartige Membrane in Verbindung mit halbkreisförmig angeordneten Fasern im auslaufenden Ende des Faserbündels entsprechend der Kurve verwendet werden soll, ist es zweckmäßig, die Membrane mit einer Krümmung zu versehen, die eine Verlagerung von etwa 0,5 mm (0,02inch) bei einem derartigen Temperaturbereich gestattet.

Die Größe der Verlagerung, die im wesentlichen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches liegt, wird bestimmt durch die Größe der Membrane, das Material zur Herstellung der Membrane, die Dicke der Membrane und die Krümmung der Membrane in freiem Zustand. Es ist daher in den meisten Fällen möglich, eine Membrane herzustellen, die eine bestimmte, gewünschte, im wesentlichen lineare Verlagerung über einen vorgegebenen Temperaturbereich hat.

Wenn die Membrane für Druckmessungen verwendet werden soll, kann unter Berücksichtigung der Dicke des Metalls, der Größe der Membrane und der Art des Metalls in Verbindung mit der auf der Membrane ausgebildeten Krümmung eine Membrane hergestellt werden, die einenim wesentlichen linearen Ansprechverlauf über den gewünschtem Druckbereich hat. Obgleich die vorstehende Diskussion die Herstellung eines Fühlers betrifft, welcher längs des Abschnittes der Intensitätskurve für das reflektierte Licht links der Punkte 61 und 62 in Fig. 7 arbeitet, ist es in einigen Fällen auch möglich, auf den Abschnitten der Kurve zu arbeiten, die rechts des Scheitels liegen. Da jedoch die Neigung der Kurve rechts des Scheitels nicht so geradlinig verläuft,

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wie der Kurvenabschnitt links des Scheitels, ist es in den meisten Fällen vorzuziehen, die Vorrichtung so auszulegen, daß sie längs des steilen Kurvenabschnittes links des Scheitels arbeitet.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform bei welcher die Membrane entweder einen Schnappvorgang hat oder nicht. Ferner ist die Krümmung in Fig. 2 aus Gründen der Anschaulichkeit übertrieben dargestellt.

Um sicherzustellen, daß der Mittelabschnitt der Membrane den richtigen Abstand vom auslaufenden Ende 18 des Faserstranges hat, wenn Membranen mit verschiedenen Krümmungen verwendet werden, ist es zweckmäßig, den Abstand zwischen der örtlich festlegenden Fläche 28 und der örtlich festlegenden Fläche 34 zu ändern, um den Umfang der Membrane 19 in die richtige Stellung zu bringen, um den erforderlichen Abstand zwischen dem Mittelabschnitt der Membrane und dem auslaufenden Ende des Faserstranges zu erzielen. Wenn die Vorrichtungen beispielsweise Membranen mit einer größeren Krümmung erfordern, wird ein entsprechend größerer Abstand zwischen den beiden örtlich festlegenden Flächen 28 und 34 vorgesehen. Wenn die Membranen mit einer geringeren Krümmung versehen werden, wird der Abstand zwischen den örtlich festlegenden Flächen 28 und 34 verringert.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, die der Ausführungsform nach Fig. 2 sehr ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß das Einstellen des richtigen Abstandes zwischen dem Mittelabschnitt der Membrane und dem auslaufenden Ende des Faserstranges auf eine andere Weise erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Teile der Ausführungsform nach Fig. 2 zu bezeichnen. Die Bezugszeichen der Fig. 3 sind mit einem zusätzlichen Strich versehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Bündel 16' aus optischen Fasern in einem ersten rohrförmigen Körper 17' befestigt, um ein ebenes, auslaufendes Ende 18' zu erreichen. Der rohrförmige Körper 17' ist wiederum mit einem Flansch 32' versehen, der eine örtlich festlegende Fläche 33' aufweist, die mit einer örtlich festlegenden Fläche 34' auf einem zweiten Körperteil 21' mit Hilfe einer Überwurfmutter 36' in Eingriff gehalten wird. In diesem Fall jedoch weist das Körperteil 21' eine örtlich festlegende Fläche nicht auf, die der örtlich festlegenden Fläche 28 der Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht. Das Körperteil 21' hat auch keinen Flansch, welcher dem Flansch 27 der ersten Ausführungsform entspricht. Die Ausführungsform nach Fig. 3 hat anstelle dafür eine Unlegscheibe 29', die eine stufenartige Schulter 91' aufweist, welche die Membrane 19' sowohl axial als auch radial örtlich festlegt.

Bei dieser Ausführungsform ist die tassenförmige Kappe 22' nicht um den Körper 21' eingestaucht, sondern mit einer zylindrischen Wand 92' versehen, die so bemessen ist, daß ein Festsitz mit einem vergrößerten, gekrümmten Abschnitt 93' am Körperteil 21' erreicht wird. Das Einstellen wird dadurch erreicht, daß die erste Gruppe der optischen Fasern mit einer herkömmlichen Lichtquelle und die andere Gruppe der optischen Fasern mit einem herkömmlichen Detektor für das reflektierte Licht verbunden wird. Das Körperteil 21' mit dem eingebauten optischen Faserbündel wird in die Kappe gedruckt, während die Membrane bei einem Standardzustand, beispielsweise bei einer Standardtemperatur gehalten wird, bis der Detektor eine Standardintensität für das reflektierte Licht anzeigt. Das Körperteil 21' wird dann nicht mehr weiter in die Kappe 22· gedrückt, worauf ein Epoxidharz oder ein ähnlich aushärtbares Material 94' in den Rau.n zwischen der Wand der Kappe und dem Umfang des Körperteils 21' eingebracht wird, um die Anordnung in dieser Lage festzulegen. Bei diesem

Verfahren des Zusammenbaus werden Abweichungen und Veränderungen in der Krümmung der Membranen, in den reflektierenden Eigenschaften der Membranen und in den Abmessungen aller anderen Teile automatisch ausgeglichen, so daß eine Vorrichtung hergestellt wird, die einen Standardwert für die Intensität des reflektierten Lichts bei der Standardtemperatur der Membrane erzeugt.

Es wird eingeräumt, daß es aus der US-PS 3 636 622 bekannt ist, eine Preßsitz-Anordnung zum Einstellen von Thermostaten mit einer Schnappscheibe aus einem Bimetall vorzusehen. Es ist ebenfalls bekannt, ein derartiges Montageverfahren zum Kalibrieren von Thermostaten mit einer Schnappscheibe zu verwenden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann mit Membranen verwendet werden, die einen Schnappvorgang haben oder nicht.

In Fig. 10 ist eine Ausführungsform gezeigt, die für eine Vorrichtung zum Messen des Druckes verwendet werden kann. Der Aufbau ist der AusfUhrungsform nach Fig. 2 sehr ähnlich. Es werden daher ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Teile zu bezeichnen. Die Bezugszeichen der Fig. 10 erhalten noch zusätzlich einen Doppelstrich.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist ebenfalls ein Faserbündel 16'· in einem ersten rohrförmigen Körper 17'' befestigt, der seinerseits mit einem zweiten Körperteil 21" verbunden ist. Das auslaufende Ende 18'' nimmt daher eine ortsfeste Stellung zum Körperteil 21" ein. Bei dieser Ausführungsform ist die Membrane 19" normalerweise aus einem homogenen Metall hergestellt. Die Membrane 19·' spricht auf Druck an. Der Umfang der Membrane wird von einer tassenförmigen Kappe 97'' gegen eine Fläche 96'' auf dem Körperteil 21'' gedrückt. Die tassenförmige Kappe 97·' ist auf das Körperteil 21'' auf-

geschraubt. In diesem Fall ist eine dünne, biegsame Membrane 98'' unterhalb der Metallmembrane 19'' angeordnet, um eine sehr biegsame Dichtung zu schaffen, welche einen Druckraum 99'· begrenzt. Ein Anschlußstück 101 ^l! ist in die Kappe 97" eingeschraubt, um die Vorrichtung mit einem abzutastenden Drucksystem zu verbinden. Die Membrane 98·' kann aus einem geeigneten Material bestehen, das den auftretenden Drücken widerstehen kann. Die Membrane 98'' sollte ausreichend biegsam sein, so daß sie die Empfindlichkeit der Membrane 19'' nicht ändert Da der über die Membrane wirkende Druck die Neigung hat, den Umfang der Membrane gegen die Schulter 96'· zu drücken, ist es nicht nötig, eine Feder vorzusehen, welche der Feder 31 der ersten Ausführungsform entspricht.

Der richtige Abstand zwischen dem Mittelabschnitt der Membrane 19'' und dem auslaufenden Ende 18·' wird durch die richtige Lage der Schulter 96·' gegenüber der Fläche erreicht, die der örtlich festlegenden Fläche 34 der ersten Ausführungsform entspricht. Durch das Einstellen des Abstandes werden die Abänderungen in der Krümmung der Membrane ausgeglichen.

Wenn der Abstand zwischen dem auslaufenden Ende 18 und der örtlich festlegenden Fläche 33 des ersten rohrförmigen Körpers 17 genau eingestellt ist, ist es möglich, die Membrane getrennt in den Körper einzubauen und anschließend das Faserbündel einzusetzen. In diesem Fall wird das Einstellen während der Herstellung getrennt vorgenommen. Die Untergruppe, die aus der Membrane und ihrem zugeordneten Körper besteht, kann als eine getrennte Einheit für eine nachfolgende Montage mit einem Standardbündel aus optischen Fasern zugeführt werden.

Die Erfindung macht es möglich, Vorrichtungen mit optischen Fasern zum Abtasten von Betriebszuständen in verläßlicher Weise herzustellen. Die Vorrichtungen sprechen genau auf die

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abzutastenden Betriebszustände an. Die Vorrichtung und das hier beschriebene Montageverfahren gestatten eine automatische Herstellung, so daß die Montagekosten herabgesetzt werden. Obgleich im vorstehenden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sei festgestellt, daß verschiedene Änderungen und Umgruppierungen der Teile vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

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Claims

Dipl.-Chem. Dr. Otefren ANDRAE Dipl.-Phys. Dieter FLACH DJpIHn0. Dietmar HAUG 14 » Dipl.-Cnem. Dr. Richard KNE1SSL ι *»· NOV. 1984 PATEhTTANWALTE Steine»-. 44, D-8000 München 80 Anm.: Emerson Electric Co St. Louis, Missouri, V. St. A. AZ: 265 Zi/Ul FÜHLER MIT OPTISCHEN FASERN ZUM ERFASSEN VON BETRIEBSZUSTÄNDEN UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Fühlers mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen über einen vorherbestimmten Bereich von Zuständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsmittel mit optischen Fasern vorgesehen wird, das mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor verbunden ist und ein planparalleles, auslaufendes Ende aufweist der Bereich der Strecke bestimmt wird, durch welche sich eine reflektierende Oberfläche zum und vom auslaufenden Ende bewegt, um minimale und maximale Werte an reflektiertem Licht zu erzeugen, das von der Lichtquelle zum Detektor übertragen wird; eine dünne Metallmembran mit einer vorbestimmten Krümmung versehen wird, so daß sich der Mittelabschnitt der Membran im wesentlichen über den gesamten Bereich der Strecke in Abhängigkeit vom vorherbestimmten

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Bereich der Betriebszustande bewegt; das auslaufende Ende an einer Körperanordnung befestigt wird; der Umfang der Membrane an der Körperanordnung festgelegt wird und das auslaufende Ende sowie der Umfang so angeordnet werden, daß der Mittelabschnitt so mit dem auslaufenden Ende ausgerichtet wird, daß der Wert des zum Detektor reflektierten Lichtes von einem im wesentlichen minimalen Wert zu einem im wesentlichen maximalen Wert schwankt, wenn der Mittelabschnitt dem vorherbestimmten Bereich der Betriebszustande ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Membrane bestimmt wird, und die Dicke der Membrane und die Art des die Membrane bildenden Materials so gewählt werden, daß die mit einer Krümmung versehene Membrane einen Mittelabschnitt aufweist, welcher sich über den im wesentlichen vorherbestimmten Bereich der Strecke in Abhängigkeit vom vorherbestimmten Bereich der Betriebszustande bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage der Anordnung des auslaufenden Endes und des Umfanges der Membrane so gewählt wird, daß die Unterschiede in der vorgeformten Krümmung der Membrane ausgeglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperanordnung mit einem Körperteil versehen wird, das zwei örtlich festlegende Flächen aufweist, von denen die eine örtlich festlegende Fläche das auslaufende Ende und die andere örtlich festlegende Fläche den Umfang der Membrane festlegt, und daß der Unterschied in der Krümmung der Membrane dadurch ausgeglichen wird, daß der Abstand der örtlich festlegenden Flächen gewählt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperanordnung mit einem ersten und zweiten Körperteil gebildet wird, die sich ineinanderschieben, wobei das auslaufende Ende am ersten Körperteil und der Umfang der Membrane am zweiten Körperteil festgelegt werden; und daß das Übertragungsmittel mit einer herkömmlichen Lichtquelle und mit einem herkömmlichen Lichtdetektor verbunden und die Membrane in einem abgetasteten Standardzustand gehalten wird, wenn die Körperteile ineinandergeschoben werden, bis eine kalibrierte Stellung erreicht ist, wenn der Detektor anzeigt, daß eine vorherbestimmte Lichtintensität durch das Übertragsungsmittel reflektiert wird, und daß die Körperteile in dieser kalibrierten Stellung verriegelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane mit einer Krümmung versehen wird, um einen Mittelabschnitt zu bilden, welcher sich mit einem Schnappvorgang in Abhängigkeit von vorbestimmten Zuständen bewegt, und daß die Membrane in eine solche Lage gebracht wird, daß der Mittelabschnitt der Membrane in einem kleinen Abstand vom auslaufenden Ende liegt, wenn die Menbrane geger das auslaufende Ende schnappt, um einen Aufschlag des Mittelabschnittes am auslaufenden Ende zu verhindern.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler auf Temperatur anspricht und die Membrane aus einem Bimetall besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler auf Druck anspricht und daß die Membrane aus einem homogenen Metall besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel eine erste, an die Lichtquelle an-

geschlossene Gruppe von optischen Fasern und eine zweite, an den Lichtdetektor angeschlossene Gruppe von optischen Fasern aufweist, und daß die beiden Gruppen zu einem einzigen Bündel zusammengefaßt werden, das ein planparalleles, auslaufendes Ende aufweist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Fühlers mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsmittel mit optischen Fasern gebildet wird, das zu einem einzigen, planparallelen, auslaufenden Ende führt; eine dünne Metallmembrane mit einer unbelasteten, flachen konkaven Krümmung gebildet wird, um den Mittelabschnitt der Membrane über einen vorbestimmten Bewegungsbereich in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Bereich der abgetasteten Zustände zu bewegen; eine reflektierende Oberfläche auf dem Mittelabschnitt vorgesehen wird; die Membrane und das Übertragungsmittel aus optischen Fasern auf einer Körperanordnung befestigt werden, wobei der Umfang der Membrane in einer ortsfesten Stellung gegenüber dem auslaufenden Ende gehalten wird, wobei sich die reflektierende Oberfläche zum und vom auslaufenden Ende bewegt und auf die abgetasteten Zustände anspricht; und daß die Unterschiede in der Krümmung der Membrane dadurch ausgeglichen werden, daß die ortsfeste Lage des Umfanges der Membrane gegenüber dem auslaufenden Ende beibehalten wird, so daß die reflektierende Oberfläche eine vorherbestimmte Strecke vom auslaufenden Ende bei einem Standardwert der abgetasteten Zustände entfernt ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines Fühlers mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsmittel mit optischen Fasern vorgesehen wird, das ein planparalleles, auslaufendes, Ende hat und mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor verbunden ist; der Abstand der reflektierenden Ober-

fläche gegen die Kurve des Reflexionswertes des auslaufenden Endes bestimmt wird, um einen Abstandsbereich zwischen dem auslaufenden Ende und einer reflektierenden Oberfläche zu erreichen, welcher im wesentlichen eine Nullreflexion zwischen der Lichtquelle und dem Detektor sowie einen Maximalwert der Reflexion zwischen der Lichtquelle und dem Detektor hervorruft; eine dünne, reflektierende Metallmembrane mit einer flachen Krümmung gebildet wird, so daß sich der Mittelabschnitt der Membrane über eine Strecke, die im wesentlichen gleich dem Abstandsbereich ist, in Abhängigkeit vom Bereich der abzutastenden Zustände bewegt; und daß der Umfang der Membrane in einer ortsfesten Stellung gegenüber dem auslaufenden Ende befestigt ist, wobei die ortsfeste Stellung durch die Größe der Krümmung der Membrane bestimmt wird, so daß sich der Mittelabschnitt der Membrane im wesentlichen über den Abstandsbereich in Abhängigkeit vom Bereich der abzutastenden Zustände bewegt.

12. Verfahren zum Herstellen eines Fühlers mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsmittel aus optischen Fasern vorgesehen wird, das an einem auslaufenden Ende endet und mit einer herkömmlichen Lichtquelle sowie mit einem herkömmlichen Lichtdetektor verbunden wird; eine dünne Metallmembrane mit einer flachen Krümmung gebildet wird, um die Membrane mit einem reflektierenden Mittelabschnitt zu versehen, welcher die gewünschte Empfindlichkeit gegen die abzutastenden Zustände hat; ein erster und zweiter Körperteil ausgebildet wird, die ineinanderschiebbar sind; die Membrane an ihrem Umfang auf dem zweiten Körperteil befestigt wird; die Körperteile zusammengeschoben werden, um den reflektierenden Abschnitt gegen das auslaufende Ende in eine Stellung zu bewegen, in welcher der Detektor einen vorherbestimmten Wert des reflektierten Lichts anzeigt; und daß die Körperteile in dieser Stellung veriegelt- werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperteile mit einem Pressitz versehen sind, um sie vorübergehend in dieser Stellung zu halten, bis die Körperteile in dieser Stellung verriegelt sind.

14. Fühler mit optischen Fasern zum Erfassen von Betriebszuständen, gekennzeichnet durch eine Körperanordnung; ein Übertragungsmittel mit optischen Fasern, das auf der Körperanordnung befestigt ist und ein auslaufendes Ende hat, das an einer vorherbestimmten Stelle örtlich festgelegt ist, wobei das Übertragungsmittel mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor verbunden ist; eine dünne Metallmembrane, die auf der Körperanordnung befestigt ist und eine vorgeformte, flache konkave Krümmung mit einem Mittelabschnitt aufweist, der in Abhängigkeit vom abgetasteten Zustand zum und vom auslaufenden Ende bewegbar ist und eine reflektierende Oberfläche in der Nähe des auslaufenden Endes hat, um Licht von der Lichtquelle zum Detektor zu reflektieren, wobei das Faserbündel und die reflektierende Oberfläche einen reflektierenden Bereich von einem maximal möglichen reflektierenden Wert zu einem minimal möglichen reflektierenden Wert als eine Funktion der Änderung des Abstandes zwischen der reflektierenden Oberfläche und dem auslaufenden Ende über einen ersten vorherbestimmten Bewegungsbereich aufweist, wobei die Beziehung zwischen der Bewegung der reflektierenden Oberfläche und den Änderungen der abgetasteten Zustände eine S-Kurve darstellt, die eine wesentlich größere Neigung innerhalb eines zweiten vorherbestimmten Bewegungsbereiches aufweist, als es bei einer ähnlichen, flachen Membrane aus dem gleichen Metall der Fall ist, wobei die flache Krümmung dafür sorgt, daß sich die reflektierende Oberfläche über den zweiten, vorherbestimmten Bewegungsbereich in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Bereich der abgetasteten Zustände

bewegt, wobei die ersten und zweiten vorherbestimmten Bewegungsbereiche im wesentlichen gleich sind; und gekennzeichnet durch die Montage des Bündels aus optischen Fasern und der Membrane, die das Licht mit Hilfe ihrer reflektierenden Oberfläche zum auslaufenden Ende reflektiert, um einen wesentlichen Teil des reflektierenden Bereiches in Abhängigkeit von der Bewegung der reflektierenden Fläche über den vorherbestimmten Bereich der Bewegung zu ändern.

15. Fühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Membrane über den zweiten vorherbestimmten Bewegungsbereich mit einem Schnappvorgang bewegt, und die Membrane gegenüber dem auslaufenden Ende so angeordnet ist, daß sie sich in eine Stellung bewegt, die in einem engen Abstand vom auslaufenden Ende liegt, wenn die Membrane gegen das auslaufende Ende schnappt, um ein Aufschlagen der Membrane auf das auslaufende Ende zu verhindern.

16. Fühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Membrane mit einer nicht schnappenden Bewegung über den zweiten, vorherbestimmten Bewegungsbereich und in einem Ausmaß bewegt, das im wesentlichen einer linearen Funktion im Hinblick auf die Änderung der Zustände entspricht, die von der Membrane abgetastet werden.

17. Fühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane aus einem Bimetall besteht, und der abgetastete Zustand die Temperatur ist.

18. Fühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane aus einem homogenen Metall besteht und der abgetastete Zustand der Druck ist.