DE4139025C1

DE4139025C1 - Fibre=optic pressure sensor for lithotripsy - has bend in fibre=optic waveguide with material removed to form surface exposed to fluid for measurement of refractive index

Info

Publication number: DE4139025C1
Application number: DE19914139025
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 8520 Erlangen De Schaetzle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1992-10-22
Anticipated expiration: 2011-11-28

Abstract

The optical pressure sensor measures the pressure of a liquid bordering at a light outlet surface (5) of a fibre-optic wave guide (1), based on the reflectivity of light at the light outlet surface, dependent on the density of the liquid. The wave guide has a bend (2), and monochromatic light from a light source (7) is deflected over a wave guide section (3) to the light outlet surface (5). The light reflected at the light outlet surface arrives over another wave guide section (4) leading away from the bend (2) to the light receiver (8). The light outlet surface is formed, so that around outside of the bend, the wave guide material is removed fro a distance (a), which essentially does not reach over the middle of the wave guide diameter. USE/ADVANTAGE - For measuring acoustic pressure of shock waves in lithotripsy. High optical efficiency and wide bandwidth.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Drucksensor, mit dem der Druck einer Flüssigkeit, die an eine Lichtaustrittsfläche eines faseroptischen Lichtwellenleiters grenzt, aufgrund der von der Dichte der Flüssigkeit abhängigen Reflektivität von Licht an der Lichtaustrittsfläche meßbar ist.The invention relates to an optical pressure sensor with which the pressure of a liquid attached to a light exit surface of a fiber optic optical waveguide, due to the reflectivity dependent on the density of the liquid Light is measurable at the light exit surface.

Derartige Drucksensoren werden beispielsweise in der Litho tripsie zur Messung des Druckes der dort verwendeten akusti schen Stoßwellen verwendet. Dabei ist von Vorteil, daß der artige Sensoren sehr robust sind und somit den auftretenden Stoßwellen-Drücken von bis zu 10⁸ Pa standhalten. Außerdem ist vorteilhaft, daß derartige Drucksensoren sehr kleine Abmesun gen aufweisen, so daß sie das Schallfeld, in dem sie einge setzt werden, nur wenig beeinflussen und auch für endoskopi sche Messungen brauchbar sind. Bei derartigen Drucksensoren wird ausgenutzt, daß die Druckamplitude im Bereich der Licht austrittsfläche eine Dichteänderung und somit eine Änderung des Brechungsindex der Flüssigkeit erzeugt, was zur Folge hat, daß das an der Lichtaustrittsfläche in den Lichtwellenleiter zurückreflektierte Licht amplitudenmoduliert ist. Die Ampli tudenmodulation des zurückreflektierten Lichtes entspricht dem Verlauf der Druckamplitude im Bereich der Lichtaustritts fläche.Such pressure sensors are used, for example, in litho tripsie to measure the pressure of the acoustic shock waves used there. The advantage here is that the type of sensors are very robust and thus withstand the shock wave pressures of up to 10 ⁸ Pa. It is also advantageous that such pressure sensors have very small dimensions, so that they only have a minor influence on the sound field in which they are inserted and can also be used for endoscopic measurements. In such pressure sensors, use is made of the fact that the pressure amplitude in the area of the light exit surface produces a change in density and thus a change in the refractive index of the liquid, with the result that the light reflected back at the light exit surface into the optical waveguide is amplitude-modulated. The amplitude modulation of the reflected light corresponds to the course of the pressure amplitude in the area of the light exit surface.

Ein Drucksensor der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 38 02 024 beschrieben. Dabei ist als Lichtaustrittsfläche das freie Ende eines Lichtwellenleiters vorgesehen, das rechtwink lig zur Mittelachse des Lichtwellenleiters plan abgeschliffen ist. Der bekannte Drucksensor weist zwar hinsichtlich der meß baren Frequenzen der Druckänderungen eine hohe Bandbreite (akustische Bandbreite) auf, hat jedoch nur einen sehr gerin gen optischen Wirkungsgrad, d. h., der Großteil des Lichtes tritt aus der Lichtaustrittsfläche aus und nur wenig Licht wird an der Lichtaustrittsfläche reflektiert.A pressure sensor of the type mentioned is in DE-OS 38 02 024. Here is the light exit surface free end of an optical fiber provided that is right-angled ground to the center axis of the optical fiber is. The known pressure sensor has in terms of measurement frequencies of the pressure changes a wide range (acoustic bandwidth) on, but has only a very low optical efficiency, d. that is, most of the light emerges from the light exit surface and only a little light is reflected on the light exit surface.

Ein weiterer Drucksensor der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 39 32 711 beschrieben, wobei das freie Ende des Licht wellenleiters die Gestalt eines Rotationskörpers mit gekrümm ter glatter Hüllkurve, insbesondere die Gestalt eines Polynom dritten Grades hat. Hierdurch wird eine gegenüber einer pla nen, rechtwinklig zur Mittelachse des Lichtwellenleiters ver laufenden Lichtaustrittsfläche stark erhöhte Reflektivität der Lichtaustrittsfläche und damit ein verbesserter Wirkungsgrad des Drucksensors erreicht. Allerdings ergibt sich bei der be schriebenen Gestalt der Lichtaustrittsfläche im Vergleich zu einem Drucksensor, der einen Lichtwellenleiter gleichen Durch messers mit einer planen, rechtwinklig zur Mittelachse des Lichtwellenleiters verlaufenden Lichtaustrittsfläche, aufgrund von "Verschmier-Effekten" eine stark herabgesetzte akustische Bandbreite.Another pressure sensor of the type mentioned is in the DE-OS 39 32 711 described, the free end of the light waveguide the shape of a body of revolution with curved ter smooth envelope, especially the shape of a polynomial third degree. As a result, a pla NEN, perpendicular to the central axis of the optical waveguide running light exit surface greatly increased reflectivity of the Light exit surface and thus an improved efficiency of the pressure sensor reached. However, the be compared to the written shape of the light exit surface a pressure sensor, the same through an optical fiber knife with a plane, perpendicular to the central axis of the Optical fiber running light exit surface, due to from "smear effects" a greatly reduced acoustic Bandwidth.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er gleichzeitig einen hohen optischen Wirkungsgrad und eine hohe Bandbreite aufweist.The invention has for its object a pressure sensor of the type mentioned in such a way that he simultaneously high optical efficiency and high bandwidth having.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Merk male des Patentanspruches 1. Hierbei soll unter der Außenseite der Abwinkelung diejenige Seite der Abwinkelung verstanden werden, in deren Bereich beim Biegen der Abwinkelung Zugspan nungen auftreten. Unter der Mitte des Lichtwellenleiters soll derjenige zentrale Bereich des Lichtwellenleiters verstanden werden, der beim Biegen im wesentlichen frei von Zug- und Druckspannungen ist. Im Falle des erfindungsgemäßen Druck sensors trifft das von der Lichtquelle ankommende Licht unter einem das Auftreten von Reflexionen begünstigenden Winkel auf die Lichtaustrittsfläche auf, so daß diese eine hohe Reflek tivität aufweist und sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Wäh rend beispielsweise im Falle eines Drucksensors gemäß der DE-OS 38 02 024 eine Reflektivität in der Größenordnung von z. B. weniger als 0,5% erreicht wird, läßt sich mit einem erfindungsgemäßen Drucksensor eine Reflektivität in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 20% erzielen. Da für einen gegebenen Durchmesser des Lichtwellenleiters im Falle des erfindungsgemäßen Drucksensors die Größe der Lichtaus trittsfläche, die die akustische Bandbreite wesentlich mitbe stimmt, in Abhängigkeit davon, um welches Maß das Lichtwel lenleiter-Material abgetragen wird, frei gewählt werden kann, läßt sich eine akustische Bandbreite erzielen, die der des Drucksensors gemäß der DE-OS 38 02 024 nicht oder nicht nennenswert nachsteht. Das Maß, um das das Lichtwellenleiter- Material abgetragen ist, darf deshalb über die Mitte des Lichtwellenleiters nicht wesentlich hinausreichen, weil andernfalls nicht sichergestellt ist, daß ein für eine gute Empfindlichkeit des Drucksensors ausreichend hoher Anteil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes durch den entsprechen den Lichtwellenleiter-Abschnitt zu dem Licht-Empfänger ge langt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Drucksensors besteht darin, daß ein sogenannter Y-Koppler, der bei herkömmlichen faseroptischen Drucksensoren erforderlich ist, um den mit der Lichtaustrittsfläche versehenen Lichtwel lenleiter zum einen mit der Lichtquelle und zum anderen mit dem Licht-Empfänger zu verbinden, völlig entfällt. Dies be deutet, daß der erfindugnsgemäße Drucksensor wesentlich kostengünstiger ist und daß die durch einen Y-Koppler be dingten Verluste vermieden sind, was sich in einer weiteren Verbesserung des optischen Wirkungsgrades niederschlägt.According to the invention, this object is achieved by the Merk male of claim 1. This should be under the outside of the bend understood that side of the bend in their area when bending the bend Zugspan occur. Under the middle of the optical fiber understood the central area of the optical waveguide be, which is essentially free of tensile and Compressive stress is. In the case of the pressure according to the invention sensors is below the light arriving from the light source an angle favoring the occurrence of reflections the light exit surface so that this has a high reflect tivity and high efficiency. Wuh rend for example in the case of a pressure sensor according to the DE-OS 38 02 024 a reflectivity of the order of magnitude e.g. B. less than 0.5% can be achieved with a pressure sensor according to the invention a reflectivity in the Achieve an order of magnitude of, for example, 5 to 20%. Therefore a given diameter of the optical fiber in the case of the pressure sensor according to the invention the size of the light footprint that significantly affects the acoustic bandwidth is correct, depending on the extent to which the light world material is removed, can be freely selected, can be achieved an acoustic bandwidth that the Pressure sensor according to DE-OS 38 02 024 not or not is significantly inferior. The amount by which the optical fiber Material is removed, may therefore over the middle of the Optical fiber does not extend significantly because otherwise it is not guaranteed that one is for good Sensitivity of the pressure sensor is sufficiently high light emanating from the light source by the corresponding the fiber optic section to the light receiver ge reaches. Another significant advantage of the invention Pressure sensor is that a so-called Y-coupler, the required with conventional fiber optic pressure sensors is around the light wave provided with the light exit surface on the one hand with the light source and on the other hand with to connect the light receiver is completely eliminated. This be indicates that the pressure sensor according to the invention is essential is cheaper and that be through a Y-coupler contingent losses are avoided, which is reflected in another Improves optical efficiency.

Obwohl in dem erfindungsgemäßen Drucksensor sowohl Monomode- als auch Gradientenfaser-Lichtwellenleiter verwendet werden können, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorge sehen, daß als Lichtwellenleiter ein Gradientenfaser-Licht wellenleiter vorgesehen ist, da sich hierdurch ein nochmals erhöhter optischer Wirkungsgrad erzielen läßt. Der Umstand, daß im Falle eines Gradientenfaser-Lichtwellenleiters zwischen den einzelnen Anteilen des durch den Lichtwellenleiter trans mittierten Lichtes Laufzeitunterschiede auftreten, spielt bei den im Falle von akustischen Anwendungen auftretenden Modula tionsfrequenzen des Lichtes, die einige MHz nicht übersteigen, keine Rolle.Although in the pressure sensor according to the invention both monomode as well as gradient fiber optical fibers are used can, is preferred according to a preferred embodiment see that as a fiber optic a gradient fiber light waveguide is provided, as a result can achieve increased optical efficiency. The fact, that in the case of a gradient fiber optical fiber between the individual parts of the trans mediated light runtime differences occur the modules occurring in the case of acoustic applications frequencies of light that do not exceed a few MHz, not matter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abwinkelung derart ausgeführt, daß die zwei mit der Abwinkelung verbundenen Lichtwellenleiter-Abschnitte im Be reich der Abwinkelung wenigstens im wesentlichen parallel zu einander verlaufen. Hierdurch wird insbesondere dann, wenn die beiden Lichtwellenleiter-Abschnitte möglichst dicht beiein ander verlaufen, erreicht, daß die Lichtaustrittsfläche für einen gegebenen Durchmesser des Lichtwellenleiters bei Ab tragung des Lichtwellenleiter-Materials bis zur Mitte des Lichtwellenleiters praktisch kaum größer als im Falle eines Drucksensors gemäß der DE-OS 38 02 024 ist, so daß eine entsprechend hohe akustische Bandbreite erreicht wird.According to a further preferred embodiment of the invention the bend is made such that the two with the Bending connected fiber optic sections in the Be range of the bend at least substantially parallel get lost. This is particularly so when the the two fiber optic sections as close as possible other run, achieved that the light exit surface for a given diameter of the optical fiber at Ab Carrying the fiber optic material up to the middle of the Optical fiber practically hardly bigger than in the case of one Pressure sensor according to DE-OS 38 02 024, so that a a correspondingly high acoustic bandwidth is achieved.

Die Abwinkelung ist gemäß einer Variante der Erfindung übri gens vorzugsweise kreisbogenförmig ausgeführt, was die Her stellung des Drucksensors begünstigt. Der Lichtwellenleiter muß nämlich nur erwärmt und um einen beispielsweise zylindri schen Dorn gebogen werden, dessen Durchmesser dem inneren Krümmungsradius der Abwinkelung entspricht. Ebenfalls im Hin blick auf eine einfache Fertigung des Drucksensors ist es zweckmäßig, wenn die Lichtaustrittsfläche wenigstens im wesentlichen plan ist, da die Lichtaustrittsfläche dann durch einen einfachen Schleifvorgang hergestellt werden kann und außerdem "Verschmier"-Effekte minimiert sind. The bend is rest according to a variant of the invention gens preferably executed in a circular arc, which the Her position of the pressure sensor favored. The optical fiber only has to be warmed and cylindri, for example the mandrel are bent, the diameter of the inner Radius of curvature corresponds to the bend. Also in the way looking at a simple manufacture of the pressure sensor it is expedient if the light exit surface at least in is essentially plan, since the light exit surface is then through a simple grinding process can be made and also "smear" effects are minimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, daß zur Bildung der Lichtaustrittsfläche das Licht wellenleiter-Material um ein solches Maß abgetragen ist, daß das über den einen Lichtwellenleiter-Abschnitt zugeführte Licht ortsmäßig im Mittel unter einem Winkel auf die Licht austrittsfläche auftrifft, der wenigstens im wesentlichen dem Totalreflexionswinkel entspricht. Hierdurch läßt sich eine nochmalige Steigerung des optischen Wirkungsgrades erzielen.According to a preferred embodiment of the invention is before seen that to form the light exit surface, the light waveguide material is worn to such an extent that that supplied via the one optical fiber section Light localized on average at an angle to the light exit surface that is at least substantially the Total reflection angle corresponds. This allows one achieve another increase in optical efficiency.

Es ist zweckmäßig, wenn wenigstens der der Lichtaustritts fläche benachbarte Bereich des Lichtwellenleiters zur mecha nischen Stabilisierung eine Ummantelung aufweist.It is useful if at least that of the light exit area adjacent area of the optical fiber to the mecha African stabilization has a jacket.

In den beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the accompanying drawings, an embodiment of the Invention shown. Show it:

Fig. 1 in grob schematischer, blockschaltbildartiger Dar stellung einen erfindungsgemäßen Drucksensor, und Fig. 1 in a rough schematic, block diagram Dar position an inventive pressure sensor, and

Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung den mit der Licht austrittsfläche versehenen Bereich des Lichtwellen leiters. Fig. 2 in a greatly enlarged representation of the area provided with the light exit surface of the optical waveguide.

In Fig. 1 ist ein faseroptischer Lichtwellenleiter in Form eines Gradientenfaser-Lichtwellenleiters 1 dargestellt. Man versteht hierunter einen Lichtwellenleiter, dessen Brechungs index sich über dem Radius des Lichtwellenleiters kontinuier lich ändert. Im allgemeinen ist der Brechungsindex im Rand bereich des Lichtwellenleiters am geringsten und in der Mitte am größten. Der Lichtwellenleiter 1 weist eine Abwinkelung 2 auf, die derart ausgeführt ist, daß die zu der Abwinkelung 2 führenden Lichtwellenleiter-Abschnitte 3 und 4 im Bereich der Abwinkelung 2 parallel zueinander verlaufen.In Fig. 1, a fiber optic light waveguide in the form of a graded index fiber is optical fiber 1 is shown. This is understood to mean an optical waveguide, the refractive index of which changes continuously over the radius of the optical waveguide. In general, the refractive index is lowest in the edge region of the optical waveguide and largest in the middle. The optical waveguide 1 has a bend 2, which is designed such that the angled portion 2 leading to the optical waveguide portions extend parallel to each other 3 and 4 in the region of the bend. 2

Die Abwinkelung 2 ist gemäß Fig. 2 kreisbogenförmig mit dem mittleren Radius r ausgeführt. Der mittlere Radius r ist nur wenig größer als der Radius des Lichtwellenleiters 1 gewählt, so daß sich die Lichtwellenleiter-Abschnitte 3 und 4 im Be reich der Abwinkelung 2 dicht beieinander befinden.The bend 2 is designed in the form of a circular arc with the average radius r according to FIG. 2. The mean radius r is only slightly larger than the radius of the optical waveguide 1 , so that the optical waveguide sections 3 and 4 are close to each other in the area of the bend 2 .

Im Bereich der Außenseite der Abwinkelung 2 ist zur Bildung einer Lichtaustrittsfläche 5 Lichtwellenleiter-Material z. B. durch Schleifen abgetragen. Die vor der Abtragung von Licht wellenleiter-Material vorhandene Gestalt des Lichtwellenlei ters 1 ist in der Fig. 2 strichliert angedeutet. Die Licht austrittsfläche 5 ist plan und verläuft rechtwinklig zu den parallel zueinander verlaufenden Bereichen der Lichtwellen leiter-Abschnitte 3 und 4. Im Falle des dargestellten Aus führungsbeispieles ist Lichtwellenleiter-Material um ein Maß a abgetragen, das bis zur Mitte des Lichtwellenleiters 1 reicht. Dies bedeutet, daß die Lichtaustrittsfläche 5 die in Fig. 2 strichliert eingetragene Mittelachse des Lichtwellenleiters 1 tangiert.In the area of the outside of the bend 2 is 5 optical waveguide material z to form a light exit surface. B. removed by grinding. The existing shape of the Lichtwellenlei age 1 before the removal of light waveguide material is indicated by dashed lines in FIG. 2. The light exit surface 5 is flat and extends at right angles to the mutually parallel regions of the light waveguide sections 3 and 4 . In the case of the illustrated exemplary embodiment, optical waveguide material is removed by a dimension a, which extends to the center of the optical waveguide 1 . This means that the light exit surface 5 touches the central axis of the optical waveguide 1, which is shown in broken lines in FIG. 2.

Der der Lichtaustrittsfläche 5 benachbarte Bereich der Licht wellenleiter-Abschnitte 3, 4 ist zur mechanischen Stabilisie rung mit einer Ummantelung 6 versehen, die beispielsweise aus Polyvinylchlorid (PVC) oder Polymethan (PU) besteht.The area of the light waveguide sections 3 , 4 adjacent to the light exit surface 5 is provided with a sheathing 6 for mechanical stabilization, which consists, for example, of polyvinyl chloride (PVC) or polymethane (PU).

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist dem einen zu dem Lichtwellenleiter-Abschnitt 3 gehörigen freien Ende des Licht wellenleiters 1 eine monochromatische Lichtquelle, beispiels weise eine Halbleiter-Laserdiode 7, zugeordnet, deren Licht in den Lichtwellenleiter 1 eingekoppelt wird. Dem anderen, zu dem Lichtwellenleiter-Abschnitt 4 gehörigen freien Ende des Licht wellenleiters 1 ist ein Licht-Empfänger, beispielsweise eine PIN-Fotodiode 8, zugeordnet, die das aus der Lichtleitfaser 1 austretende Licht in ein elektrisches Signal wandelt. Dieses ist einer Signalaufbereitungsschaltung 9 zugeführt, bei der es sich beispielsweise um ein Bandpaßfilter handeln kann, das im Vergleich zum Nutzsignal tief- und hochfrequente Störungen ausfiltert. Von der Signalaufbereitungsschaltung 9 gelangt das elektrische Signal zu einem Verstärker 10, dessen Ausgangs signal einem geeigneten Anzeigegerät, beispielsweise einem Oszilloskop 11, zugeführt ist. As can be seen from FIG. 1, the one end of the light waveguide 1 belonging to the optical waveguide section 3 is assigned a monochromatic light source, for example a semiconductor laser diode 7 , the light of which is coupled into the optical waveguide 1 . The other, belonging to the optical fiber section 4 free end of the optical waveguide 1 is a light receiver, for example a PIN photodiode 8 , which converts the light emerging from the optical fiber 1 into an electrical signal. This is fed to a signal processing circuit 9 , which can be a bandpass filter, for example, which filters out low and high frequency interference in comparison to the useful signal. From the signal conditioning circuit 9 , the electrical signal reaches an amplifier 10 , the output signal of which is fed to a suitable display device, for example an oscilloscope 11 .

Die Laserdiode 7 strahlt wie in Fig. 2 angedeutet kontinuier lich Laserlicht L1 konstanter Amplitude in den Lichtwellenlei ter 1 ein. Dieses gelangt durch den Lichtwellenleiter-Ab schnitt 3 zu der Abwinkelung 2. Ein erster Anteil des einge strahlten Lichtes L1 gelangt durch das im Bereich der Abwinke lung 2 vorhandene Lichtwellenleiter-Material in den Lichtwel lenleiter-Abschnitt 4, ohne zu der Lichtaustrittsfläche 5 zu gelangen. Ein zweiter Anteil des eingestrahlten Lichtes L1 tritt durch die Lichtaustrittsfläche 5 aus dem Lichtwellen leiter 1 aus. Ein dritter Anteil des eingestrahlten Lichtes L1 schließlich wird an der Lichtaustrittsfläche 5 reflektiert und gelangt in den Lichtwellenleiter-Abschnitt 4.The laser diode 7 emits, as indicated in Fig. 2, continuous Lich laser light L 1 constant amplitude in the Lichtwellenlei ter 1 . This passes through the optical waveguide section 3 to the bend 2 . A first portion of the radiated light L 1 passes through the optical waveguide material present in the region of the angled portion 2 into the light waveguide section 4 without reaching the light exit surface 5 . A second portion of the incident light L 1 exits through the light exit surface 5 from the light waveguide 1 . Finally, a third portion of the incident light L 1 is reflected on the light exit surface 5 and reaches the optical waveguide section 4 .

Zur Messung des Druckes in einer Flüssiqkeit wird der die Ab winkelung 2 aufweisende Bereich des Lichtwellenleiters 1 in der in der Fig. 1 dargestellten Weise in die jeweilige Flüs sigkeit eingetaucht und die Lichtaustrittsfläche 5 an der jenigen Stelle positioniert, an der die Druckmessung erfolgen soll. Wird in die an die Lichtaustrittsfläche 5 angrenzende Flüssigkeit ein akustisches Signal, beispielsweise eine Stoß welle SW, eingeleitet, deren zeitlicher Druckverlauf in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, erfährt die Flüssigkeit eine dem Verlauf des Druckes der Stoßwelle SW folgende Dichteänderung und somit eine Änderung des Brechungsindex. Dies hat zur Fol ge, daß sich die Reflektivität der Lichtaustrittsfläche 5 ent sprechend dem zeitlichen Verlauf des Druckes der Stoßwelle SW ändert, was wiederum zur Folge hat, daß das aus dem Lichtwel lenleiter-Abschnitt 4 austretende Licht L2 entsprechend dem zeitlichen Verlauf des Druckes der Stoßwelle SW in der in Fig. 2 schematisch angedeuteten Weise amplitudenmoduliert ist, wo bei es sich versteht, daß, anders als dies in Fig. 2 der An schaulichkeit halber dargestellt ist, die Lichtfrequenz um viele Größenordnungen höher als die Frequenz der Stoßwelle SW ist.To measure the pressure in a Flüssiqkeit is the Ab Angularity 2 area having the optical waveguide 1 in the position shown in Fig. 1 way into the respective flues sigkeit immersed and positioned the light exit surface 5 at the jenigen point at which the pressure measurement is to take place. If an acoustic signal, for example a shock wave SW, is introduced into the liquid adjacent to the light exit surface 5, the pressure curve of which is indicated schematically in FIG. 2, the liquid experiences a change in density following the course of the pressure of the shock wave SW and thus a change in the Refractive index. This has the consequence that the reflectivity of the light exit surface 5 changes accordingly the temporal profile of the pressure of the shock wave SW, which in turn has the consequence that the emerging from the Lichtwel lenleiter section 4 light L 2 according to the time profile of the pressure the shock wave SW is amplitude modulated in the manner indicated schematically in FIG. 2, where it is understood that, unlike that shown in FIG. 2 for the sake of clarity, the light frequency is many orders of magnitude higher than the frequency of the shock wave SW .

Infolge der Trägheit der Fotodiode 8 steht an deren Ausgang ein Signal zur Verfügung, das demoduliert ist, also nur den Hüllkurvenverlauf der amplitudenmodulierten austretenden Lichtwelle, d. h. des amplitudenmodulierten austretenden Lichtes L1 repräsentiert. Dieses Signal, das dem Verlauf des Druckes p der Stoßwelle entspricht, wird auf dem Oszilloskop 11 angezeigt.As a result of the inertia of the photodiode 8 , a signal is available at its output which is demodulated, that is to say it only represents the envelope curve shape of the amplitude-modulated emerging light wave, ie the amplitude-modulated emerging light L 1 . This signal, which corresponds to the course of the pressure p of the shock wave, is displayed on the oscilloscope 11 .

Die Abwinkelung 2 des Lichtwellenleiters 1 ist günstigerweise derart ausgeführt, daß die Lichtaustrittsfläche 5 mit dem auf sie einfallenden Licht im Mittel einen Winkel bildet, der wenigstens im wesentlichen dem Totalreflexionswinkel ent spricht. Hierdurch wird die im Vergleich zu herkömmlichen faseroptischen Drucksensoren ohnehin schon hohe Reflektivität der Lichtaustrittsfläche 5 nochmals weiter gesteigert. Es ver steht sich, daß der Winkel, unter dem das Licht auf die Licht austrittsfläche 5 einfällt, im Bereich des äußeren Radius der Abwinkelung 2 größer und im Bereich des inneren Radius der Winkelung 2 kleiner als der Totalreflexionswinkel ist. Zwi schen dem entsprechenden Maximal- und Minimalwert ändert sich der Einfallswinkel allmählich. Nur in der Mitte des optisch wirksamen Bereiches des Lichtwellenleiters 1 ist der Ein fallswinkel gleich dem Totalreflexionswinkel.The bend 2 of the optical waveguide 1 is advantageously carried out such that the light exit surface 5 forms an angle with the light incident on it on average, which speaks ent at least substantially the total reflection angle. As a result, the reflectivity of the light exit surface 5, which is already high in comparison to conventional fiber-optic pressure sensors, is further increased. It is understood that the angle at which the light falls on the light exit surface 5 is greater in the area of the outer radius of the bend 2 and smaller than the total reflection angle in the area of the inner radius of the bend 2 . The angle of incidence changes gradually between the corresponding maximum and minimum values. Only in the middle of the optically effective area of the optical waveguide 1 is the drop angle equal to the total reflection angle.

Anders als im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles, wo der Lichtwellenleiter um 180° abgewinkelt ist, sind auch geringere Abwinkelungen möglich. Außerdem muß der mittlere Radius r der Abwinkelung nicht notwendigerweise nur wenig größer als der Radius des Lichtwellenleiters gewählt sein. Vielmehr sind auch mittlere Radien r möglich, die erheblich größer als der von dem Radius des Lichtwellenleiters 1 sind.In contrast to the case of the exemplary embodiment described, where the optical waveguide is angled by 180 °, smaller anglings are also possible. In addition, the mean radius r of the bend need not necessarily be chosen to be only slightly larger than the radius of the optical waveguide. Rather, mean radii r are also possible, which are considerably larger than that of the radius of the optical waveguide 1 .

Das Maß a muß nicht notwendigerweise wie im Falle des be schriebenen Ausführungsbeispieles derart gewählt sein, daß die Lichtaustrittsfläche 5 die Mittelachse des Lichtwellenleiters 1 tangiert. Das Maß a kann vielmehr auch deutlich kleiner oder geringfügig größer gewählt sein. The dimension a does not necessarily have to be chosen as in the case of the exemplary embodiment described so that the light exit surface 5 affects the central axis of the optical waveguide 1 . Rather, dimension a can also be selected to be significantly smaller or slightly larger.

Obwohl im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles als Lichtwellenleiter ein Gradientenfaser-Lichtwellenleiter vor gesehen ist, kann auch ein Monomode-Lichtwellenleiter Ver wendung finden. In diesem Falle muß zur Bildung der Lichtaus trittsfläche die Ummantelung des Lichtwellenleiters völlig und das Material des Kernes des Lichtwellenleiters um ein Maß ab getragen sein, das nicht wesentlich über die Mitte des Licht wellenleiters, die der Mitte des Kernes des Lichtwellenleiters entspricht, hinausreicht.Although in the case of the described embodiment as Fiber optic a gradient fiber optical fiber is seen, a single-mode optical fiber Ver find application. In this case, the light must be formed tread the cladding of the optical fiber completely and the material of the core of the optical waveguide by a measure be worn that is not substantially over the center of the light waveguide, which is the center of the core of the optical waveguide corresponds, extends.

Claims

1.Optical pressure sensor with which the pressure of a liquid that borders on a light exit surface ( 5 ) of a fiber optic optical waveguide ( 1 ) can be measured due to the reflectivity of light on the light exit surface, which is dependent on the density of the liquid, at which the optical waveguide 1) has a bend (2), and monochromatic light of a light source (7) is directed via a leading to the bend (2) optical fiber Abschitt (3) to the light exit surface (5), in that a at the light exit surface (5) reflected light via other, from the bend ( 2 ) led away light wave section ( 4 ) to a light receiver ( 8 ) and the light exit surface ( 5 ) is formed in that in the area of the outside of the bend ( 2 ) around the light waveguide material a measure (a) is removed that does not extend significantly beyond the center of the optical waveguide ( 1 ).

2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that a gradient fiber-optical waveguide ( 1 ) is provided as the optical waveguide.

3. Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the bend ( 2 ) is designed such that the two with the bend ( 2 ) connected NEN optical waveguide sections ( 3 and 4 ) in the area of the angle ( 2 ) run at least substantially parallel to each other.

4. Pressure sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bend ment ( 2 ) is designed in the shape of a circular arc.

5. Pressure sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light exit surface ( 5 ) is at least substantially flat.

6. Pressure sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that to form the light exit surface ( 5 ), the optical waveguide material is removed to such an extent that the light via a light waveguide section ( 3 ) supplied light locally With tel at an angle on the light exit surface ( 5 ) that at least substantially corresponds to the total reflection angle.

7. Pressure sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light exit surface ( 5 ) adjacent region of the optical waveguide ( 1 ) has a sheath ( 6 ).