DE3919743C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Faseroptik-Druckfühler mit einer transparenten Einzelbereich-Fühlerfaser aus dielektrischem Material, mechanischen Mitteln zur Erzeugung von Mikrobiegungen in der Fühlerfaser in Abhkängigkeit von dem zu erfassenden Druck, einer Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereiches in das eine Ende der Fühlerfaser abgebenden Lichtquelle und einem dem anderen Ende der Fühlerfaser nachgeordneten Lichtdetektor, wobei die Fühlerfaser am Umfang von einer Materialschicht umgeben ist, die diese Fühlerfaser hermetisch abdichtet und mit dieser eine Grenzschicht, nämlich eine Fühlerfaser/Materialschicht, definiert, an der die Mikrobiegungen erzeugt werden, um an dieser Grenzschicht eine druckabhängige Erhöhung der Lichtverluste von der Ein­ zelbereich-Fühlerfaser in die Materialschicht zu erhalten.

Bei Druckfühlern dieser Art werden bisher im allgemeinen Nachrichtenverbindungsfasern verwendet, deren transparente Glasseele von einer Glasumhüllung umgeben ist, deren Bre­ chungsindex kleiner als der der Seele ist. Die Umhüllung ist zusätzlich von einem Mantel aus lichtabsorbierendem und vor äußeren Einflüssen schützendem Material umgeben. In ein Ende der Seele wird Licht eingestrahlt, welches von der Grenzschicht Seele/Umhüllung reflektiert wird und innerhalb der Seele verbleibt, sofern eine Beeinflussung der Seele, der Um­ hüllung sowie der dazwischenliegenden Grenzschicht insbesondere durch auf die Faseraußenfläche übertragene Mikrobiegungen ausbleibt. Treten dagegen Mikrobiegungen auf, so werden dadurch die Grenzschicht Seele/Umhüllung und die Felder innerhalb der Seele und der Umhüllung derart beeinflußt, daß ein entsprechender Anteil des in der Seele geführten Lichtes durch die Grenzschicht in die Umhüllung entweicht und gegebenenfalls durch den die Umhüllung umgebenden Mantel absorbiert wird.

Lichtfasern für Nachrichtenverbindungen vom Multimodul-Typ, bei denen die Seele eine Vielzahl von Fortpflanzungsmoden leitet, sind zwar im Vergleich zu Einzelmodul-Fasern relativ kostengünstig und problemlos handhabbar. Sie sind jedoch stets so ausgelegt, daß sie gegenüber äußeren Einflüssen unempfindlich sind, was einer hohen Ansprech-Empfindlichkeit bei der Druckerfassung widerspricht. Die Empfindlichkeit von Multimodus-Fasern aufweisenden Sensoren ist relativ gering, so daß eine Verwendung dieser Sensoren in vielen Fällen, wie z. B. als Verbrennungsdruckfühler in Zündkerzen einer Verbrennungskraftmaschine, nicht in Frage kommt. Bei bestimmten Einzelmodus-Fasern kann durch entsprechende Abmessungen unter Berücksichtigung der Periodizität von Mikrobiegungen zwar eine Empfindlichkeit erreicht werden, die etwas größer als die der handelsüblichen Multimodus-Fasern ist. Der erzielte Zuwachs an Empfindlichkeit ist jedoch noch relativ gering, so daß die Kosten dieser Einzelmodus-Fasern und das Erfordernis einer genauen Einhaltung der zur Erzielung der höheren Empfindlichkeit erforderlichen Parameter einer Verwendung dieser Fasern im allgemeinen entgegenstehen.

Ein Druckfühler der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 36 03 934 A1 bekannt. Dieser Druckfühler umfaßt eine Lichtleitfaser, die sich aus einem optisch durchlässigen zentralen Kern, einer diesen konzentrisch umhüllenden optischen Mantelschicht von kleinerer Brechzahl als die Fasereinlage und zusätzlich einer optisch undurchlässigen Auftragsschicht zusammensetzt, welche die Mantelschicht konzentrisch umschließt und eine höhere Brechzahl als die Mantelschicht aufweist. Bei ausbleibender Druckbeaufschlagung verbleibt das Licht innerhalb des zentralen Kerns. Sobald die Faser Mikrobiegungen ausgesetzt ist, tritt im Bereich der jeweiligen Mikrobiegungen ein Teil des im Kern geführten Lichtes über die Grenzschicht Kern/Mantelschicht in die Mantelschicht ein. Maßgeblich für die Druckempfindlichkeit ist somit auch bei diesem bekannten Druckfühler die Grenzschicht zwischen dem zentralen optischen Kern und der ebenfalls optischen Mantelschicht, die durch die Mikrobiegungen entsprechend beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faseroptik-Druckfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der bisherigen Fühler beseitigt sind und der trotz eines relativ einfachen Aufbaus eine wesentlich höhere Empfindlichkeit aufweist.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die die kurze Einzelbereich-Fühlerfaser umgebende Materialschicht eine Metallschicht mit einer komplexen Permittivität ist, deren Realteil in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich negativ ist, und daß eine erste Optikfaser zum Einkoppeln des von der Lichtquelle stammenden Lichtes in das eine Ende der Einzelbereich-Fühlerfaser sowie eine zweite Optikfaser zum Auskoppeln des am anderen Ende dieser Einzelbereich-Fühlerfaser auftretenden Lichtes in den Lichtdetektor vorgesehen sind. Die Metallschicht besteht vorzugsweise aus Aluminium.

Erfindungsgemäß wird die druckabhängige Lichtdurchlässigkeit somit an einer Grenzschicht zwischen einem transparenten dielektrischen Material und einer beispielsweise aus Aluminium bestehenden Metallschicht gesteuert, die eine komplexe Permittivität aufweist, deren Realteil im interessierenden Wellenlängenbereich negativ ist. Bei äußerst einfachem Aufbau wird ein beträchtlicher Zuwachs an Empfindlichkeit erzielt. Nachdem die durch die Mikrobiegungen in der Fühlerfaser hervorgerufenen Verluste größere Werte annehmen, kann die Fühlerfaser auf einen kurzen, Mikrobiegungen ausgesetzten Erfassungsbereich begrenzt sein und über getrennte, geringere Verluste aufweisende Optikfasern mit der Lichtquelle bzw. dem Lichtdetektor gekoppelt sein.

Die metallbeschichtete Fühlerfaser kann eine Einzelmodus-Faser sein, bei der die Seele sehr dünn ist und das Licht in erster Linie in die Faserumhüllung anstatt in die Seele eingekoppelt wird. Für die Lichtleitung durch die Fühlerfaser werden demnach die Umhüllungs-Moden verwendet. Damit wird die Faser in einem einzigen Bereichsmodus betrieben, indem der der Metallschicht benachbarte Bereich des transparenten dielektrischen Materials das primäre Lichtleitmedium bildet. Nachdem die Seele einer solchen Einzelmodus-Faser beim erfindungsgemäßen Druckfühler nicht benutzt wird, kann diese auch weggelassen werden, so daß innerhalb der vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Metallschicht lediglich ein einziger transparenter Bereich enthalten ist. Dadurch lassen sich die Kosten für die Fasern noch weiter reduzieren, da diese aus einer einfachen Glas-Vorform herstellbar ist.

Die zur Kopplung der Lichtquelle bzw. des Lichtdetektors mit der Fühlerfaser verwendeten Optikfasern können beispielsweise Multimodus-Fasern sein, deren zur Lichtleitung verwendete Seele mit dem transparenten Teil der Fühlerfaser ausgerichtet ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 den grundlegenden Aufbau eines Faseroptik-Druckfühlers,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Aus­ führung nach Fig. 1 mit einer im Fühlerbereich vorgesehenen Einzelmo­ dus-Faser,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Aus­ führung nach Fig. 1 mit einer im Fühlerbereich vorgesehenen Einzel­ bereich-Faser,

Fig. 4a, 4b und 4c Querschnitte durch eine Multimodus-, eine Einzelbereich- bzw. eine Einzelmodusfaser, und

Fig. 5 graphische Aufzeichnungen druckinduzierter Mikro­ biegungsversetzungen über der Lichtabschwächung bei verschiedenen Faserarten, die bei Mikrobie­ gungs-Druckfühlern Verwendung finden, zur Darstel­ lung des unterschiedlichen Ansprechverhaltens.

Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung eines Faseroptik-Druckfühlers, bei dem eine Lichtquelle 10 Licht in ein Ende einer ersten Optikfaser 11 einleitet, deren anderes Ende mit einem Ende einer Fühlerfaser 12 verbunden ist, die in einer druck­ aktivierten mechanischen Vorrichtung 13 zur Erzeugung von Mikrobiegungen enthalten ist. Das andere Ende der Fühlerfaser 12 ist mit einer zweiten Optikfaser 16 gekoppelt, die zu einem Lichtdetek­ tor 15 führt. Erhöhter Druck wirkt auf die Vorrichtung 13 so ein, daß Mikrobiegungen in der Fühlerfaser 12 erzeugt und damit die Lichtverluste aus dieser Fühlerfaser erhöht wer­ den.

Bei dem Faseroptik-Druckfühler nach Fig. 1 können die Optikfasern 11 und 16 irgendwelche Fasern sein, die wirksam Licht über die erforderliche Entfernung zwischen der Fühlerfaser 12 und einer­ seits der Lichtquelle 10 sowie andererseits dem Lichtdetek­ tor 15 mit minimaler Empfindlichkeit für äußere Einflüsse leiten können. Eine bevorzugte Optikfaser ist die übliche Nachrichtenverbindungs-Multimodus-Glasfaser, die vergleichs­ weise unempfindlich für Mikro- und Makrobiegungen ist und deren Abmessungen durch die der Fühlerfaser und die Art der verwendeten Kopplung bestimmt sind, sowie durch die für die Lichtleitung benutzten Seelenmoden.

Die Lichtquelle 10 kann ein Gaslaser sein, der die Vorteile höherer Leistung bietet, wodurch die Probleme der Leistungs­ verluste beim Einkoppeln an den Verbindungstellen der ver­ schiedenen Teile der Vorrichtung klein gehalten werden. Ein Gaslaser ist allerdings sehr teuer und zeigt kohärentes Licht, das bei einer Multimodus-Lichtleitfaser Fleckrauschen er­ zeugt. Eine Laserdiode besitzt ebenfalls eine hohe Leistung und zeigt kein Fleckrauschen, ist jedoch immer noch relativ teuer. Bei einer Kantenlicht emittierenden Leuchtdiode (LED) tritt das Problem des Fleckrauschens nicht auf. Sie kostet etwa das gleiche wie eine Laserdiode, hat jedoch eine geringere Leistungsabgabe. Auch bei einer flächenemittierenden LED tritt das Fleckrauschproblem nicht auf. Hierbei handelt es sich um die billigste Lichtquelle. Diese Lichtquelle hat jedoch eine geringere Leistungsabgabe, mit noch weniger nutzbarer Leistung infolge des breiteren Abstrahlkegels der emittierten Strahlung, die weniger wirksam mit dem einen Ende der Optikfaser 11 gekoppelt werden kann. Unter Beachtung die­ ser Umstände ist eine flächenemittierende LED die bevorzugte Lichtquelle, wenn die Kosten bestimmend sind und solange die Leistungsverluste innerhalb des Systems gering gehalten werden können. Falls die Leistungsverluste das entscheidende Problem werden, ist die Laserdiode die zwar teurere, aber zweckmäßigere Möglichkeit. Die relativen Vor- und Nachteile dieser oder anderer Geräte können sich in Zukunft allerdings mit einer verbesserten Leistungsabgabe, Ko­ stenänderungen und anderen Faktoren ändern. Die Auswahl einer Lichtquelle ist nicht Teil dieser Erfindung, bei der jede nutzbare Lichtquelle eingesetzt werden kann.

Der Lichtdetektor 15 kann eine PIN-Photodiode oder ein gleichartiges Element sein, das ein elektrisches Ausgangssi­ gnal in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtintensität ab­ gibt. Falls eine flächenemittierende LED als Lichtquelle und Standard-Multimodus-Fasern als Optikfasern 11 und 16 benutzt werden, sind Lichtquelle, Lichtdetektor und Lichtleitele­ mente zu der Fühlerfaser 12 hin und von dieser weg preiswerte, leicht erhältliche Komponenten.

Eine Ausführung der Fühlerfaser 12 bzw. 12′ und deren Kopplung mit den Optikfasern 11 und 16 ist in Fig. 2 darge­ stellt. Bei dieser Ausführung ist die Fühlerfaser 12′ eine Einzelmodus-Faser mit geringem Durchmesser (z. B. 5-8 µm) der aus Glas bestehenden Seele 17, welche von einer Umhüllung 18 mit viel grö­ ßerem Durchmesser (z. B. 125 µm) aus Glas umgeben ist, die einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der der Seele 17 ist. Diese Umhüllung 18 ist von einer Metallschicht 20 aus Aluminium oder einem gleichartigen Metall umgeben und hermetisch abgedichtet, für das der Realteil der komplexen Permittivität im Bereich der verwendeten elektromagnetischen Strahlungswellen­ längen negativ ist. Als gleichartige elektrisch leitende Me­ talle können Silber, Gold oder möglicherweise Kupfer einge­ setzt werden, je nach der Beziehung zwischen Real- und Imagi­ närteil ihrer komplexen Permittivitäten, durch die die Verlu­ ste bestimmt werden. Diese Schichten sind in Fig. 4c im Quer­ schnitt zu sehen.

Nach den Fig. 2 und 4b ist die Optikfaser 11 eine Multimo­ dus-Faser mit einer Seele 21 mit großem Durchmesser, die von einer Umhüllung 22 umgeben ist. Diese Seele 21 besitzt einen höheren Brechungsindex als die Umhüllung 22 und einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem der Umhüllung 18 der Fühlerfaser 12′ ist. Mit dieser Fühlerfaser 12′ ist die Seele 21 ausgerichtet. In gleicher Weise ist die Optikfaser 16 eine Multimodus-Glasfaser mit einer Seele 25 und einer Umhüllung 23, die jeweils wiederum die gleichen Durchmesser wie die Seele 21 und die Umhül­ lung 22 der Optikfaser 11 aufweisen. In gleicher Weise wie die Optikfaser 11 mit dem einen ist die Optikfaser 16 mit dem anderen Ende der Fühlerfaser 12′ ausgerichtet und gekoppelt. Das Licht von der Lichtquelle 10 wird in die Seele 21 der Optikfaser 11 eingekoppelt, und die Faser 11 koppelt es mit minimalem Verlust größtenteils in die Umhüllung 18 der Fühlerfaser 12′. Da das Glas der Umhüllung 18 ein transparentes dielek­ trisches Material ist, stellt die Grenzschicht zwischen dieser Umhüllung 18 und der aus Aluminium bestehenden Metallschicht 20 eine Grenz­ schicht Dielektrikum/Aluminium dar, die den durch die Vor­ richtung 13 induzierten Mikrobiegungen unterworfen wird. Die Fühlerfaser 12 bzw. 12′ besitzt eine vergleichsweise kurze Länge von 5 bis 10 cm und ist somit genügend lang, um beträchtliche Mikrobiegungs­ verluste zu erzeugen, jedoch kurz genug, um die nicht von Mi­ krobiegungen stammenden Verluste klein zu halten. Ein klei­ ner Anteil des Lichts wird in die Seele 17 der Fühlerfaser 12′ eingekoppelt, jedoch ist dessen Auswirkung im wesentli­ chen vernachlässigbar, falls nicht von Mikrobiegungen stam­ mende Umhüllungsverluste durch die kurze Länge der Fühlerfa­ ser gering gehalten werden. Damit ist die Fühlerfaser 12′ eine Einzelmodus-Faser, die in einem Einzelbereichsmodus be­ trieben wird.

Fig. 3 zeigt eine Einzelbereich-Fühlerfaser 12′′, die mit den Optikfasern 11 und 16 gekoppelt ist. Die Einzelbereich-Fühlerfaser 12′′, die auch in Fig. 4a dargestellt ist, umfaßt eine zentrale Glasfa­ ser 26, umgeben und hermetisch abgedichtet durch eine Metallschicht 27 aus Alumi­ nium. Die Glasfaser 26 besitzt einen Durchmesser gleich dem der Seele 21 der ersten Optikfaser 11 und dem der Seele 25 der zweiten Optikfaser 16 und ist mit diesen ausgerichtet. Die übrige Ausführung entspricht der Fig. 2. Der Hauptvorteil der Einzelbereich-Faser besteht in den Kosten, da die Fühler­ faser aus einer vergleichsweise billigen Glasvorform wie Fluorosil (T) hergestellt werden kann, für das die Kosten beträchtlich geringer als für eine gleichartige Vorform von Einzel- oder Multimodusglas für Verbindungsleitungen sind.

Das Phänomen der Mikrobiegungs-induzierten Lichtverluste an der Grenzschicht zwischen transparentem Material und Alumi­ nium oder einem gleichartigen Metall scheint auf die Kopplung von Licht in dem transparenten Material in das oberflä­ chenplasmon oder zu der Oberflächen-Fortpflanzungswelle an der Grenzschicht eines Dielektrikums wie Glas mit einem Metall wie Aluminium zurückzuführen zu sein. Ein Oberflächenplasmon kann längs einer derartigen Grenzschicht bei elektromagneti­ schen Strahlenwellenlängen fortgepflanzt werden, für welche der Realteil der komplexen Permittivität des Metalls negativ ist. Die für elektrisch leitende Metalle wie Aluminium be­ nutzten Wellenlängen liegen im sichtbaren und im Infrarot-Be­ reich.

Dieses Oberflächenplasmon besitzt ein Feld, das in beiden Richtungen von der Grenzschicht exponentiell abfällt, jedoch befindet sich der überwiegende Anteil des Feldes im Metall, das für die Lichtstrahlung ein hochschwächender Bereich ist. Um das Plasmon mit dem Licht im Glas anzuregen, das sich mit einem bestimmten Einfallwinkel der Grenzschicht nähert, muß ein Phasenanpaßzustand existieren, bei dem die Wellenzahl der Strahlung im Dielektrikum gleich der Wellenzahl der Strah­ lung im Plasmon ist. Die maximale Wellenzahl der Strahlung im Dielektrikum wird bei Strahlung parallel zur Grenzschicht festgestellt und ist gleich dem Produkt der normalisierten Strahlungsfrequenz mit der Quadratwurzel der Permittivität des Dielektrikums. In Abwesenheit von Deformationen der Grenzschicht ist jedoch die Wellenzahl des Plasmons größer als diese maximale Wellenzahl des Dielektrikums, und es tritt keine Anregung oder Kopplung auf.

Falls jedoch eine periodische Verformung der Grenzschicht vorhanden ist, wird ein Zusatzfaktor, der von der Periodizi­ tät der Verformung abhängt, der Wellenzahl der Strahlung im Dielektrikum hinzugefügt. Dieser hängt von dem Einfalls­ winkel ab. Damit wird der Phasenanpaßzustand bei einem be­ stimmten Auftreffwinkel und einer bestimmten Periodizität ge­ schaffen. In Anwesenheit einer periodischen Deformation kop­ pelt das sich der Grenzschicht mit dem bestimmten Auftreff­ winkel nähernde Licht im Glas mit dem Plasmon. Da sich der größte Teil des Plasmonfeldes im Metall befindet, das das Licht sehr abschwächt, besteht eine starke Absorption und Ab­ schwächung von Licht mit dem bestimmten Auftreffwinkel. Eine willkürliche Deformation, die als Überlagerung einer Reihe von periodischen Deformationen unterschiedlicher Periodizitä­ ten angesehen werden kann, verursacht eine Absorption bei einer Reihe von Auftreffwinkeln im Dielektrikum, und der größte Teil des Lichts im Glas koppelt deswegen mit dem Plas­ mon und wird im Metall absorbiert. Es scheint, daß die Kopp­ lung des Lichts im Dielektrikum zum Oberflächenplasmon an der Grenzschicht Dielektrikum/Metall in Anwesenheit von De­ formationen dieser Grenzschicht und die hohe Abschwächung eines so gekoppelten Lichtes infolge des Vorliegens des überwiegenden Anteils des Plasmonfeldes im Metall für die hohe Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Fühlers verantwortlich sind.

Die Verbindung der Optikfaser 11 mit der Fühlerfaser 12 bzw. 12′, 12′′ kann mit verschiedenen Mitteln hergestellt werden. Epoxidhaltige Koppler sind billig, streuen jedoch stark. Fusionskoppler sind mechanisch stabil (und damit schwingungsbeständig, wich­ tig bei Anwendung in Verbrennungskraftmaschinen) und besit­ zen einen geringen Verlust, erfordern jedoch das Entfernen der Alu­ miniumschicht in der Nähe der Spleißung an der Verbindungs­ stelle, wodurch sich eine Unterbrechung der hermetischen Ab­ dichtung und ein Freilegen der Faser für eine Umgebungseinwirkung (beispielsweise Wasser) ergibt. SMA-Verbinder sind robust und von ausreichender Stabilität. Verbinder, bei denen eine Klemmbefestigung benutzt wird, können für eine aluminiumge­ mantelte Faser ungeeignet sein, da das Aluminium meist zu weich ist, um einer guten Anklemmung standzuhalten. Bevor­ zugt ist eine Ausführung mit Epoxid.

Fig. 5 zeigt Schwächungskurven als Funktion von Mikrobie­ gungsversetzungen für eine Anzahl von Optikfasern, um die Empfindlichkeitsverbesserung des erfindungsgemäßen Faseroptik-Druckfühlers darzulegen. Die Kurve 40 zeigt die Schwächung einer mit Alu­ minium beschichteten Einzelmodus-Optikfaser ohne Modus-Aus­ scheidung, so daß das meiste in den Mikrobiegungsbereich ein­ tretende Licht in die Umhüllung übertragen wird und so durch eine Glas/Aluminium-Grenzschicht im Mikrobiegungsbereich be­ einflußt wird. Das ist ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Einzelmodusausführung. Die Kurve 41 zeigt die Empfindlichkeit der gleichen Faser mit Modus-Ableitung vor Beginn des Mikrobiegungsbereiches, so daß nur der Seelenmo­ dus benutzt wird und die Lichtabschwächung durch die Glas/ Glas-Grenzschicht zwischen Seele und Umhüllung in normaler Weise nach dem Stand der Technik benutzt wird. Die gemeinsa­ men Werte der Vorrichtungen waren die Faserdurchmesser von 8 µm für die Seele, 81 µm für die Umhüllung und 110 µm für das Aluminium. Es wurde eine LED-Quelle mit 660 nm Wellenlänge benutzt, ein Mikrobiegungs-Verformer über 5 cm Faserlänge mit 1,5 mm Periodizität und eine numerische Apertur der Faser von 0,14. Die Modusableitung für die Kurve 41 wurde mit 1 cm Radius-Schleifenmodusableitern vor und nach dem Mikro­ biegungsbereich erzielt, so daß nur der Seelenmodus die ge­ zeigte Kurve beeinflußte. Die Kurve 42 zeigt eine gleichartige Kurve für die Multimodus-Faser mit ähnlicher numerischer Apertur (0,133), typisch für die den Erfindern bekannten Mul­ timodus-Fasern mit höchster Empfindlichkeit. Die Außendurch­ messer bei dieser Faser betrugen 73,2 µm für die Seele, 99,1 µm für die Umhüllung und 129,5 µm für das Aluminium. Die Kurve wurde in der gleichen Weise mit Modusableitung vor und nach dem Mikrobiegungsbereich erzeugt. Diese Multimodus-Fa­ ser ist typisch für die bei den meisten Fühlern vom Mikrobie­ gungstyp nach dem Stand der Technik verwendete Art von Fasern, da die Faser weniger kostspielig als die Einzelmo­ dus-Faser nach Kurve 41 ist.

Es ergibt sich aus den Kurven, daß die Empfindlichkeit der Faser bei einer Mikrobiegung, dargestellt durch die Steigung der Kurve im Verwendungsbereich von 60-100 µm Versetzung, bei der Kurve 40 viel höher als bei den Kurven 41 und 42 liegt. Beim praktischen Einsatz wird der nutzbare Bereich der maximalen Steigung durch eine gesteuerte Vorbelastung der Verformungs­ vorrichtung erhalten.

Claims (5)

1. Faseroptik-Druckfühler mit einer transparenten Einzelbereich-Fühlerfaser aus dielektrischem Material, mechanischen Mitteln zur Erzeugung von Mikrobiegungen in der Fühlerfaser in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Druck, einer Licht innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereiches in das eine Ende der Fühlerfaser abgebenden Lichtquelle und einem dem anderen Ende der Fühlerfaser nachgeordneten Lichtdetektor, wobei die Fühlerfaser am Umfang von einer Materialschicht umgeben ist, die diese Fühlerfaser hermetisch abdichtet und mit dieser eine Grenzschicht, nämlich eine Fühlerfaser/Materialschicht, definiert, an der die Mikrobiegungen erzeugt werden, um an dieser Grenzschicht eine druckabhängige Erhöhung der Lichtverluste von der Einzelbereich-Fühlerfaser in die Materialschicht zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die die kurze Einzelbereich-Fühlerfaser (12′, 12′′) umgebende Materialschicht eine Metallschicht (20; 27) mit einer komplexen Permittivität ist, deren Realteil in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich negativ ist, und daß eine erste Optikfaser (11) zum Einkoppeln des von der Lichtquelle (10) stammenden Lichtes in das eine Ende der Einzelbereich-Fühlerfaser (12′, 12′′) sowie eine zweite Optikfaser (16) zum Auskoppeln des am anderen Ende dieser Einzelbereich-Fühlerfaser (12′, 12′′) auftretenden Lichtes in den Lichtdetektor (15) vorgesehen sind.

2. Faseroptik-Druckfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (20; 27) aus Aluminium besteht.

3. Faseroptik-Druckfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Optikfasern (11; 16) eine Multimodus-Glasoptikfaser ist, die eine einen ersten Brechungsindex aufweisende Glasseele (21; 25) umfaßt, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem der Einzelbereich-Fühlerfaser (12′, 12′′) ist und die mit dieser Einzelbereich-Fühlerfaser (12, 12′′) ausgerichtet und an deren einem Ende angekoppelt ist, sowie eine Glasumhüllung (22; 23) mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, um Licht von der Glasseele (21; 25) der Multimodus-Glasoptikfaser in die Einzelbereich-Fühlerfaser (12′, 12′′) einzukoppeln.

4. Faseroptik-Druckfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) eine lichtemittierende Diode (LED) ist.

5. Faseroptik-Druckfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Einzelbereich-Fühlerfaser (12′) eine kurze Einzelmodus-Optikfaser mit einer Seele (17) und einer Umhüllung (18) umfaßt, die aus transparenten dielektrischen Materialien bestehen, wobei der Brechungsindex der Umhüllung (18) kleiner als der der Seele (17) ist, der Durchmesser der Seele (17) einem geringen Bruchteil des Außendurchmessers der Umhüllung (18) entspricht und ein überwiegender Anteil des Lichtes von der ersten Optikfaser (11) in die Umhüllung (18) der Einzelbereich-Fühlerfaser (12′) gekoppelt ist.