DE4329102C2 - Vorrichtung zum Messen der Dichteänderung von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dichteänderung von Gasen mit optischen Mitteln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt ist, daß man die Dichte von Stoffen unter Nutzung des Zusammengangs zwischen Berechnungsindex und Dichte (Lorentz-Lorenz-Be­ ziehung) mit optischen Mitteln durch die Messung des Brechungsindex bestimmen kann. Den Berechnungsindex mißt man mit Refraktometern, wobei man vom Wirkprinzip her zwischen Refraktometern unterscheidet, die die Lichtbrechung, die Reflexion oder die Interferenz verwenden (Kohlrausch, Praktische Physik, Bd. 1). Bisher sind Refraktometeranordnungen daraufhin ausgelegt, den Brechungsindex eines Stoffes möglichst genau zu messen. Das gelingt besonders gut mit Differentialrefraktometern, d. h. durch Messung der Brechungsindexdifferenz im Vergleich zu einer Referenzsubstanz, für die der Brechungsindex genau bekannt ist. Derartige Verfahren sind für die Messung von Dichteänderungen nicht geeignet, weil der Meßbereich durch die Dichte der Referenzsubstanz zu stark eingeschränkt ist.

Nach Kohlrausch mißt man den Brechungsindex von Gasen mit Hohlprismen, die mit dem zu untersuchenden Gas gefüllt werden. Man nutzt dazu die Lichtbrechung aus. Gemessen wird die Winkeländerung der Lichtablenkung relativ zu einer Referenzsubstanz (Luft). Dafür werden spezielle Fernrohranordnungen eingesetzt. Derartige Hohlprismen sind für einen rein optischen Dichtesensor nicht geeignet, da die Meßgröße eine Winkeländerung ist.

Legt man das Hohlprisma so aus, daß die Änderung des Lichtablenkwinkels eine schwache Funktion der Dichteänderung ist, wird der Sensorkopf sehr groß. Ist das Hohlprisma jedoch so konstruiert, daß sich der Lichtablenkwinkel stark mit der Dichte ändert, dann ist dieser Zusammenhang stark nichtlinear, so daß sich die Meßgröße mit rein optischen Mitteln nicht übertragen läßt.

Bekannt sind auf der Reflexion basierende Refraktometer, die im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion arbeiten. Ebenfalls bekannt sind auf der Reflexion basierende Refraktometer, bei denen das Licht senkrecht oder nahezu senkrecht auf eine optische Grenzfläche trifft. In der DE 28 05 398 B1 ist ein Refraktometer beschrieben, das im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion arbeitet. Ein optisch dichtes Medium mit bekanntem Brechungsindex wird mit einer optisch dünneren zu messenden Substanz so kontaktiert, daß eine optische Grenzfläche entsteht. Mit geeigneten optischen Mitteln wird nun ein Lichtstrahl aus dem optisch dichteren Medium unter einem Winkel im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion auf diese Grenzfläche gerichtet. Gemessen wird die Leistung des reflektierten Strahls, die eine Funktion des Brechungsindex der zu diagnostizierenden Substanz ist.

In diese Kategorie von Refraktometern fällt auch das in der DE 35 43 684 A1 beschriebene rein faseroptische Refraktometer. Hier wird der Kern der Lichtleitfaser teilweise freigelegt und dieser Bereich mit der zu untersuchenden Substanz in Berührung gebracht. In Abhängigkeit vom Brechungsindex der Substanz ändern sich für diesen Bereich die Bedingungen der Lichtleitung und damit die am Faserende austretende Lichtleistung.

In der DE 41 25 036 C1 ist ein faseroptischer Sensor zur Messung des Brechungsindex von Flüssigkeiten und Gasen beschrieben, der auf der Reflexion des Lichtes am freien Ende einer Lichtleitfaser basiert und als Differentialrefraktometer ausgebildet ist. Die Anordnung als Differen­ tialrefraktometer schränkt den Meßbereich des Brechungsindexes sehr stark ein und ist deshalb für einen Dichtesensor nicht geeignet. Die Reflexion am freien Ende der Lichtleitfaser, das mit der zu diagnostizierenden Substanz in Berührung gebracht wird, beinhaltet, daß ein großer Teil des Lichtes senkrecht auf die Grenzfläche trifft.

Aus der DE 36 15 131 A1 ist eine Meßvorrichtung zur Dichtebestimmung von Gasen in verschlossenen Kammern bekannt. Die Kammern werden von einander gegenüberliegen­ den Fenstern verschlossen, welche gegenüber dem Meßstrahl geneigt sind. Diese Anord­ nung hat den Nachteil, daß der Detektor als Strahlteiler ein Prisma aufweist und zur Kolli­ mation zusätzlich Linsen benötigt.

Aus der 0 233 327 A2 ist eine Vorrichtung zum optischen Mes­ sen der Dichte von Gasen bekannt, bei der der Lichtstrahl ein Hohlprisma zweimal durch­ setzt und mittels einer Linse auf eine Lichtleiterzeile ausgerichtet wird. Da der Meßlicht­ strahl bei Dichteänderung um einen bestimmten Winkel geändert wird, trifft der Lichtstrahl auf der Lichtleitfaserzeile in Abhängigkeit von der Dichte unter verschiedenen Winkeln auf. Bei den heute verwendeten Monomodefasern ist aber die numerische Apertur so klein, daß man bei Abweichungen des Einfallswinkels um 10 bereits beträchtliche Intensitätsein­ bußen zu berücksichtigen hat.

Die deutsche Auslegeschrift DE-AS 12 35 191 behandelt eine Meßvorrichtung zum Detektie­ ren von Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Im direkten Strahlenverlauf zwi­ schen Lichtquelle und Fotozelle befindet sich ein durch zwei lichtdurchlässige Wände ab­ gegrenzter und mit dem zu detektierenden Medium gefüllter Raum, welcher ein gerichtetes Lichtbündel je nach Brechungsindex ablenkt. Die Anordnung dient hier allerdings nur zur Leckanzeige.

Aus dem Patent US 5,015,091 von der diese Erfindung ausgeht, ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Brechungsindex in Flüssigkeiten bekannt, bei der ein Lichtstrahl zwei Prismen durchläuft, zwischen denen sich die Meßflüssigkeit befindet. Die Ablenkung des Lichtstrahls wird in einer Signalerfassungseinheit bestimmt. Bei einer Variante des Verfah­ rens ist nur ein Prisma vorhanden, das vom Meßlichtstrahl zweimal durchlaufen wird. Die Signalerfassungseinheit ist ein Detektor mit zwei Elektroden, welche je nach Lage des Lichtflecks ein ortsabhängiges Signal erzeugen, welches einem Verstärker zugeführt wird.

Die Abhängigkeit des Reflexionskoeffizienten des Lichtes vom Brechungsindex der zu untersuchenden Substanz ist bei senkrechtem Einfall zu gering. Darüber hinaus haben alle auf der Reflexion basierende Refraktometer den Nachteil, daß die Abhängigkeit der Meßgröße vom Brechungsindex zu gering ist, um in einem rein optischen Dichtesensor für Gase mit Vorteil verwendet werden zu können.

Die Interferenz und hier wiederum die Vielstrahl-Interferometrie (z. B. Fabry-Perot Interferometer) ist die empfindlichste Methode für die Messung des Brechungsindexes einer Substanz. Alle Interferometer haben jedoch den Nachteil, daß sie nur Relativmessungen, also Brechungsindexänderungen, ermöglichen und deshalb für einen rein optischen Dichtesensor nicht geeignet sind. Bekannte Interferometer beheben diesen Nachteil mit optischen Mitteln im allgemeinen nur, indem sie als Differentialrefraktometer ausgelegt sind. Interferometer, die den Nachteil der Relativmessung nicht mittels eines Differentialrefraktometers beheben, benötigen gewöhnlich zusätzliche nichtoptische Mittel. In der DE 32 44 783 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Brechzahl von Flüssigkeiten und Gasen beschrieben, das auf einem Fabry-Perot Interferometer basiert. Für das beschriebene Meßverfahren ist es notwendig, daß der Abstand zwischen den beiden reflektierenden Flächen des Interferometers mit elektrischen Mitteln (Piezo-Keramik) moduliert wird. Will man z. B. mit einem Fabry-Perot Interferometer mit festem Abstand der reflektierenden Flächen mit rein optischen Mitteln Absolutmessungen durchführen, benötigt man neben der Meßlichtquelle eine oder mehrere schmalbandige und daher voluminöse und kostenaufwendige Referenzlichtquellen, die auf unterschiedlichen Wellenlängen strahlen. Will man jedoch für diese Referenzlichtquellen z. B. kompakte, relativ kostengünstige aber breitbandige Halbleiterlaser einsetzen, muß der Abstand zwischen den reflektierenden Flächen des Fabry-Perot Interferometers so klein sein, daß in einem Gasdichtesensor ein Dichtegradient entsteht, so daß diese Anordnung ungeeignet ist.

Analog gelten diese Aussagen für alle Interferometertypen. Darüber hinaus haben die Interferometer den gemeinsamen Nachteil, daß sie stark temperaturempfindlich sind und deshalb einen zusätzlichen Temperatursensor und eine entsprechende Auswertetechnik benötigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Vorrichtung zu schaffen, mit der die Gasdichte und deren Änderung absolut und in einem großen Meßbereich bei hoher Genauigkeit mit rein optischen Mitteln gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht auf einem Gasdichtesensor, der aus einem Meßkopf und einem Auswerte- und Steuergerät besteht. Der Meßkopf enthält einen optischen Sender, eine Meßkammer und eine Signalerfassungseinheit, wobei der optische Sender einen hinreichend schwach divergenten Lichtstrahl aussendet. Dieser durchdringt die Meßkammer und wird dort in Abhängigkeit von der Gasdichte im Vergleich zur ursprünglichen Strahlrichtung parallel versetzt, weil die Meßkammer zwei parallel zueinander angeordnete optische Fenster hat, die gegenüber dem Strahl in einem bestimmten Winkel geneigt sind. Der Lichtstrahl trifft nach der Meßkammer auf die Signalerfassungseinheit, die aus zwei Lichtleitfasern besteht. Sie sind in der Strahlversatzebene so angeordnet, daß jede Einzelfaser senkrecht vom Strahl getroffen wird, so daß das optische Signal mittels der Fasern über eine lange Distanz zum Auswerte- und Steuergerät geführt wird. Dort wird es mit Hilfe eines optoelektronischen Wandlers in ein elektrisches Signal gewandelt, das wiederum einer elektronischen Signalverarbeitungs- und Darstellungseinheit zugeführt wird, die die Auswertung und Darstellung des Meßsignals in Dichteeinheiten besorgt. Im Auswerte- und Steuergerät befindet sich auch die Meßlichtquelle, deren Licht mit einer Lichtleitfaser über eine lange Distanz dem optischen Sender des Meßkopfes zugeführt wird. Der optische Sender des Meßkopfes kann durch das offene Ende besagter Lichtleitfaser gebildet werden, oder zusätzlich einen optischen Adapter haben, der eine hinreichend schwache Divergenz des Meßstrahles im Meßkopf gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des Meßkopfes der erfindungsgemäßen Vor­ richtung;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Signalerfassungseinheit des Meßkopfes;

Fig. 3 weitere Ausführungsformen des Meßkopfes und

Fig. 4 eine Ausführungsform des Meßkopfes mit Selbstkontrolle des Sensors.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Meßkopfes des Dichtesensors. Hier sind 1 der optische Sender, 2 der Meßstrahl, 3 die Meßkammer, 4 die optischen Fenster der Meßkammer und 5 die Signalerfassungseinheit. 6 sind die jeweiligen Lichtleitfaserenden. β ist der Neigungswinkel der optischen Fenster 4 zum Meßstrahl 2. X ist der Wert des parallelen Strahlversatzes nach dem Durchgang des Meßstrahles 2 durch die Meßkammer 3. In dieser Darstellung wird der Meßstrahl parallel zur ursprünglichen Strahlrichtung in der Figurebene versetzt. Die optischen Fenster sind planparallele Platten aus für das Meßlicht transparentem Material, die eine endliche Dicke haben und deshalb einen Beitrag zum Strahlversatz X leisten. Dieser Beitrag ist durch geeignete zusätzliche optische Mittel (nicht gezeigt) kompensierbar und soll deshalb nicht weiter betrachtet werden. Hier interessiert nur der durch die Gasdichte in der Meßkammer hervorgerufene Teil des Strahlversatzes, der weiterhin mit X bezeichnet werden soll.

Mit Hilfe des Snelliusschen Brechungsgesetzes und der Lorentz-Lorenz-Be­ ziehung läßt sich zeigen, daß für eine feste Gasdichte in der Meßkammer X mit steigendem β wächst. Eine Vorzugsgröße für β ist der Brewster-Win­ kel für den Eintritt in die Meßkammer. In diesem Fall sind die Dämpfungsverluste für den Meßstrahl beim Durchgang durch die Meßkammer minimal. Ist darüber hinaus der Meßstrahl in der Figurebene polarisiert, kann man die Dämpfung ganz vernachlässigen.

Absorptionsverluste im zu diagnostizierenden Gas können durch geeignete Wahl der Wellenlänge des Meßlichts stets vernachlässigbar gering gehalten werden.

Die Tatsache, daß diese Anordnung einen exakt parallelen Strahlversatz ermöglicht, gestattet es die beiden Fasern, die die Signalerfassungseinheit 5 bilden, so auszurichten, daß der Meßstrahl stets senkrecht auf die Fasern trifft.

Das ermöglicht eine optimale Einkopplung der Lichtenergie des Meßstrahles in die Faser, wenn die Divergenz des Meßstrahles geringer als die numerische Apertur der Faser ist. Damit wird eine optimale Auskopplung der Lichtenergie aus der Faser in Richtung der Faserachse und auf die optoelektrischen Wandler im Auswerte- und Steuergerät ermöglicht.

Der Strahlversatz und mit ihm die Dichte des Gases in der Meßkammer ist mit der beschriebenen Anordnung der Faserzeile im Meßkopf mit großer Genauigkeit fixierbar. Diese Information läßt sich durch eine geeignete Wahl des optoelektronischen Wandlers sehr genau der elektronischen Signalverarbeitungs- und Darstellungseinheit vermitteln, z. B. dadurch, daß jeder Faser ein optoelektronischer Wandler zugeordnet wird, oder z. B. dadurch, daß die Fasern der Zeile in geordneter Weise auf eine CCD-Einheit abgebildet werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Signalerfassungseinheit des Meßkopfes. Dargestellt ist der Schnitt durch die Faserzeile senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Meßstrahles. Es sind F_D der Manteldurchmesser und K_D der Kerndurchmesser der Einzelfaser. Gilt F_D = 2 K_D, kann man mit dieser Anordnung die gesamte Strahlversatzrichtung (X-Achse) homogen erfassen. Das läßt sich z. B. mit der kommerziell verfügbaren 62,5/125 µm Faser erreichen.

Jeder Lichtstrahl hat einen endlichen Strahldurchmesser d und ein Strahlprofil, d. h. eine Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt, z. B. ein Gauß-Profil. Man kann den Strahldurchmesser d immer so wählen, daß d << F_D gilt, so daß man die Ausdehnung der Faserzeile in Y-Richtung (Fig. 2) vernachlässigen kann.

Für die Bestimmung der Strahlposition wählt man ein oder mehrere charakteristische Punkte des Strahls, z. B. die beiden Wendepunkte des Gauß-Profils der Intensität. Dabei ist zu beachten, daß man bei der dargestellten Anordnung für die Signalerfassung und Übertragung zwar im Bereich der Signalerfassungseinheit eine Intensitätsverteilung über den einzelnen Faserquerschnitt hat, am Faseraustritt jedoch nur eine Strah­ lungsleistung pro Einzelfaser messen kann, weil sich die anfängliche Inten­ sitätsverteilung beim Durchgang des Lichts durch die Faser homogenisiert.

Wird nun z. B. die J-te Faser vom Meßstrahl erfaßt, dann ordnet man diese Intensität (Strahlungsleistung pro Faserkernquerschnitt) zweckmäßigerweise der Lage des Mittelpunktes X_j der entsprechenden Faser im Bereich der Signalerfassungseinheit zu. Auf diese Weise hat man das Meßstrahlprofil in einzelne Meßpunkte zerlegt.

Legt man nun die Signalverarbeitungs- und Darstellungseinheit so aus, daß man nur die Faser bestimmt, in deren Bereich sich ein charakteristischer Punkt des Meßstrahls befindet, z. B. ein Wendepunkt des Gauß-Profiles, dann bestimmt man die Position des Meßstrahles mit einer Genauigkeit von +/- 0,5 K_D. Diese Genauigkeit der Positionsbestimmung des Meßstrahles definiert letztlich die Genauigkeit mit der man die Dichte des Gases in der Meßkammer ermitteln kann. Will man mit der beschriebenen Anordnung der Signalerfassungseinheit die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Meßstrahles erhöhen, muß man zwischen den beiden Fasern interpolieren. Diese Interpolation erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Rechners, wobei der Rechner beispielsweise extern oder als Mikrorechner in die Signalverarbeitungs- und Darstellungseinheit integriert ist. Die durch die Interpolation mögliche Erhöhung der Genauigkeit hängt davon ab, wie genau man die Strahlungsleistung pro Faser bestimmen kann. Hervorzuheben ist, daß, wie oben dargestellt, die aus dem parallelen Strahlversatz resultierenden Vorteile der Signalerfassung und Übertragung eine sehr genaue Bestimmung der Strahlungsleistung pro Faser ermöglichen.

Nutzt man die Interpolation zwischen einzelnen Fasern, so ist es nicht notwendig, die in Fig. 2 gezeigte dichte Anordnung der Fasern zu benutzen. Man kann zeigen, daß z. B. für ein Gauß-Profil der Intensität des Meßstrahles zwei bestrahlte Fasern ausreichen, um die Position des Strahls genau bestimmen zu können. Ist der Abstand der beiden Fasern in Versatzrichtung genau bekannt, bestimmt auch hier die Meßgenauigkeit für die Strahlungsleistung die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Je besser die Genauigkeit der Positionsbestimmung ist, desto geringer muß, bei einem vorgegebenen Meßbereich für die Gasdichte, der durch die Meßkammer zu realisierende totale Strahlversatz sein. Soll darüber hinaus die Meßge­ nauigkeit für die Gasdichte weiter erhöht, und/oder der Meßbereich für die Gasdichte verbreitert werden, muß das durch die Vergrößerung des to­ talen Strahlversatzes, d. h. durch die Gestaltung der Meßkammer erfolgen.

Eine Möglichkeit, den totalen Strahlversatz zu vergrößern, ist die Vergrößerung des Winkels β zwischen den optischen Fenstern der Meßkammer und der Meßstrahlrichtung (s. o.). Ist diese Möglichkeit ausgeschöpft, kann man die Länge der Meßkammer in Strahlrichtung erweitern. Allerdings geht diese Möglichkeit auf Kosten der Kompaktheit des Meßkopfes. Um trotzdem den Meßkopf kompakt zu gestalten, leitet man den Meßstrahl mehrfach durch die Meßkammer.

Fig. 3a zeigt eine Ausführungsform des Meßkopfes mit Mehrfachdurchlauf, wobei die Bezeichnungen der Fig. 1 beibehalten wurden. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung hat hier die Meßkammer 3 zwei Paare optischer Fenster 4. Die Faltung des Meßstrahles 2 erfolgt durch Spiegel 7. Die Ein- bzw. Auskopplung des Meßstrahles erfolgt hier neben je einem der Spiegel 7. Gezeigt ist ein einfacher Umlauf des Meßstrahles. Die Anordnung kann auch so ausgelegt werden, daß der Meßstrahl mehrfach umläuft, bevor er ausgekoppelt wird. Die Auskopplung des Strahles kann auch dadurch erfolgen, daß einer der Spiegel 7 teildurchlässig beschichtet wird (nicht gezeigt). Benutzt man die Auskopplung durch eine teildurchlässige Schicht, so kann die Faltung des Meßstrahles statt durch die Spiegel 7 auch durch Prismen erfolgen (nicht gezeigt).

Ändert sich die Gasdichte in der Meßkammer, werden die Strahlen außerhalb der Meßkammer parallel versetzt. Die Figurebene ist die Versatzebene. Dabei kann es, insbesondere bei einem Mehrfachumlauf, dazu kommen, daß sich in der dargestellten Anordnung die Versatzgebiete überlappen. Das hat zur Folge, daß der Dichtemeßbereich nicht mehr eindeutig auf der Signalerfassungseinheit 5 abbildbar ist. Es kann daher zweckmäßig sein, die Anordnung so zu gestalten, daß bei konstanter Gasdichte in der Meßkammer der Meßstrahl nach jedem Umlauf senkrecht zur Figurebene versetzt wird. Man erreicht das z. B. dadurch, daß man den optischen Sender 1 so ausrichtet, daß der Meßstrahl einen kleinen Winkel zur Figurebene aufweist (nicht gezeigt). Die dichtebedingten Versatzgebiete sind dann im Bereich der Signalerfassungseinheit 5 für jeden Umlauf senkrecht zur Figurebene versetzt, so daß durch die Faserzeile nur der Dichte bedingte Strahlversatz nach dem letzten Umlauf erfaßt wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Meßgenauigkeit für die Gasdichte zu erhöhen, und/oder den Meßbereich für die Gasdichte zu verbreitern, erhält man dadurch, daß man den Strahlversatz nach einem einfachen Durchlauf durch die Meßkammer mit einem Strahltransformator, z. B. ein Strahlaufweitungssystem nach Art eines Kepler-Fernrohres, verstärkt.

Fig. 3b zeigt eine Ausführungsform des Meßkopfes mit Strahltransformator. Die Bezeichnungen der Fig. 1 wurden hier ebenfalls beibehalten. 8 symbolisiert den Strahltransformator.

Für die Zuverlässigkeit des Dichtesensors, d. h. für die Wirkungsweise des parallelen Strahlversatzes, ist es wichtig, daß die Baugruppen des Meßkopfes, d. h. der optische Sender, die Meßkammer und die Signalerfassungseinheit, sehr genau zum Meßstrahl einjustiert sind, und daß diese Justierung über die Standzeit des Sensors erhalten bleibt. Die Kontrolle der Justierung kann durch zusätzliche Lichtleitfasern erfolgen. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Meßkopfes mit Selbstkontrolle des Sensors. Die Selbstkontrolle ist für eine Ausführungsform des Meßkopfes nach Fig. 1 dargestellt. Auf analoge Weise lassen sich auch die anderen Ausführungsformen kontrollieren. In Fig. 4 bezeichnet 9 die Kontrolle am Eingang. Ist der Meßstrahl nicht in der Abbildungsebene polarisiert, oder z. B. zirkular polarisiert, dann tritt die Reflexion 9 selbst dann auf, wenn der Winkel β (vergl. Fig. 1) den Wert des Brewster-Winkels hat. Die Kontrolle am Ausgang 10 ist für den Fall dargestellt, daß der totale Strahlversatz, der den Dichtemeßbereich markiert, geringer ist als der Meßstrahldurchmesser und die Signalerfassungseinheit z. B. nur aus zwei Lichtleitfasern besteht. Genutzt wird hier die Rückreflexion von einer Fasereintrittsfläche der Signalerfassungseinheit. Mit 6′ sind die Fasern für die Kontrolle des Justierzustands bezeichnet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Messen der Dichteänderung von Gasen mit optischen Mitteln, bestehend aus einem Meßkopf und einem Auswerte- und Steuergerät, wobei der Meßkopf einen optischen Sender, eine Meßkammer mit optischen Fenstern und eine Signalerfassungseinheit aufweist und der optische Sender einen hinreichend schwach divergenten Meßlichtstrahl aus sendet, der die Meßkammer durchdringt, wobei der Meßlichtstrahl (2) in Abhängigkeit von der Gasdichte in der Meßkammer (3) im Vergleich zur ursprünglichen Strahlrichtung versetzt ist und der Meßlichtstrahl nach Durchlaufen der Meßkammer (4) auf die Signalerfassungseinheit (5) trifft, die in Form nebeneinander liegender, paralleler Lichtleitfasern (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungseinheit (5) aus zwei parallel zueinander angeordneten Lichtleitfasern gebildet ist, daß die Lichtleitfasern in der Strahlversatzebene so angeordnet sind, daß der Meßlichtstrahl jede Einzelfaser senkrecht trifft, daß das optische Signal in jeder Faser zum Auswerte- und Steuergerät geführt ist, wo es mit Hilfe eines optoelektronischen Wandlers ein elektrisches Signal erzeugt, das einer elektronischen Signalverarbeitungs- und Darstellungseinheit zugeführt ist, welche die Auswertung und Darstellung der Meßsignale in Dichteeinheiten besorgt, und daß diese Auswertung mit Hilfe eines Rechners erfolgt, welcher die Signale der zwei vom Meßstrahl beleuchteten Fasern unter der Annahme einer über den Strahlquerschnitt bekannten Intensitätsverteilung auswertet und damit die Strahlposition bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Meßlichtquelle im Auswerte- und Steuergerät befindet und daß ihr Licht mit einer Lichtleitfaser dem optischen Sender des Meßkopfes zugeführt wird, wobei der optische Sender durch das offene Ende der Lichtleitfaser gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sender zusätzlich einen optischen Adapter aufweist, der eine hinreichend schwache Divergenz des Meßlichtstrahls im Meßkopf gewährleistet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl im Meßkopf mit Hilfe von Spiegeln mehrfach durch die Meßkammer geleitet wird, bevor er auf die Signalerfassungseinheit trifft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer des Meßkopfes mindestens zwei Paare optischer Fenster hat und jedes Paar optischer Fenster planparallel zueinander angebracht ist und gegenüber dem Meßlichtstrahl in einem von Null verschiedenen Winkel geneigt ist, wobei die einzelnen Paare optischer Fenster so angeordnet sind, daß, wenn sie vom Meßlichtstrahl nacheinander durchlaufen werden, sich die jeweiligen Strahlversätze addieren.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf zusätzlich einen Strahltransformator enthält, der nach der Meßkammer zum Meßlichtstrahl so angeordnet ist, daß er den durch die Meßkammer erzeugten Strahlversatz vergrößert, bevor der Meßlichtstrahl auf die Signalerfassungseinheit trifft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionen des Meßlichtstrahles an den optischen Fenstern der Meßkammer und an der Signalerfassungseinheit für die Selbstkontrolle des Sensors genutzt werden, wobei das reflektierte Licht durch zusätzliche Lichtleitfasern erfaßt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Fenster der Meßkammer gegenüber dem Meßlichtstrahl um den Brewster-Winkel geneigt sind.