SE430437B - FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES - Google Patents

FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES

Info

Publication number
SE430437B
SE430437B SE8201601A SE8201601A SE430437B SE 430437 B SE430437 B SE 430437B SE 8201601 A SE8201601 A SE 8201601A SE 8201601 A SE8201601 A SE 8201601A SE 430437 B SE430437 B SE 430437B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
layer
measuring device
fiber optic
layers
sensor
Prior art date
Application number
SE8201601A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8201601L (en
Inventor
M Adolfsson
T Brogardh
B Hok
C Ovren
Original Assignee
Asea Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Ab filed Critical Asea Ab
Priority to SE8201601A priority Critical patent/SE430437B/en
Priority to EP83102190A priority patent/EP0088972A1/en
Priority to JP58039370A priority patent/JPS58172556A/en
Publication of SE8201601L publication Critical patent/SE8201601L/en
Publication of SE430437B publication Critical patent/SE430437B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/268Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

15 20 25 35 8201601-5 z liga givare för elektriska och magnetiska storheter. Givaren bygger pä elektriskt styrd fotoluminiscens och erhåller höga prestanda trots sin enkelhet genom att man i sensorn integrerar ett mät- och ett referens- element. Uppfinningen kännetecknas därav, att givaren (G) innehåller minst ett optiskt filter av absorptions- eller interferenstyp, att elektronik- och optoelektronikdelen (E) innehåller minst två ljuskällor med skilda emissions- spektra, att nämnda optiska filter är placerade i strålgången mellan den optiska fiberns ändyta i givaren och nämnda materialskikt på ett sådant sätt, att nämnda filter optiskt täcker väldefinierade ytor av nämnda skikt, att vart och ett av nämnda filter är anordnat att släppa igenom luminiscens- ljus från nämnda skikt och excitationsljus från minst en av nämnda ljuskäl- lor, men är samtidigt anordnat att blockera excitationsljus från minst en annan av nämnda ljuskällor, att de i nämnda materialskikt exciterade ladd- ningsbärarna är anordnade att rekombinera under utsändande av ljus, att minoritets1addningsbärarkoncentrationen i materialskiktet är anordnad att pâverkas av minst en pn- eller Schottky-övergång i närheten av material- skiktet samt att fotoströmmen genom och/eller spänningen över denna pn-över- gång är anordnad att moduleras av resistiva sensorelement och/eller spän- ningskällor och/eller aktiva halvledarkomponenter, såsom dioder, bipolära transistorer, tyristorer, tunneldioder och/eller fälteffekttransistorer. 15 20 25 35 8201601-5 z ligands for electrical and magnetic quantities. The sensor is based on electrically controlled photoluminescence and obtains high performance despite its simplicity by integrating a measuring and a reference element in the sensor. The invention is characterized in that the sensor (G) contains at least one optical filter of the absorption or interference type, that the electronics and optoelectronics part (E) contains at least two light sources with different emission spectra, that said optical filters are placed in the beam path between the optical fiber end surface of the sensor and said material layer in such a manner that said filter optically covers well-defined surfaces of said layer, that each of said filters is arranged to transmit luminescence light from said layer and excitation light from at least one of said light sources , but is at the same time arranged to block excitation light from at least one other of said light sources, that the charge carriers excited in said material layer are arranged to recombine during emission of light, that the minority charge carrier concentration in the material layer is arranged to be influenced by at least one pn- or Schottky. transition in the vicinity of the material layer and that the photo stream through o ch / or the voltage across this pn junction is arranged to be modulated by resistive sensor elements and / or voltage sources and / or active semiconductor components, such as diodes, bipolar transistors, thyristors, tunnel diodes and / or field effect transistors.

Man erhålleråsåledes en helt ny typ av sensorstruktur i exempelvis GaAlAs, som ger möjlighet till en totalintegrering i detta material av såväl opto- komponenter som sensorelektronik och som genom selektiv optisk avkänning av skilda GaAlAs-komponenter även ger möjlighet till optisk analog mätvärdes- överföring och våglängdsdemultiplexing.A completely new type of sensor structure is thus obtained in, for example, GaAlAs, which provides the possibility of a total integration in this material of both opto-components and sensor electronics and which through selective optical sensing of different GaAlAs components also provides the possibility of optical analog measurement transmission and wavelength demultiplexing .

Uppfinningen är närmare beskriven i bifogade figurer 1-B, där figur 1 visar ett komplett mätsystem, figur 2 en sensorutformning i epitaktiskt odlat halvledarmaterial, figur 3 spektrala samband för de aktuella mätsystemen, figur U elektrisk anslutning av sensorelementen till resistiva givare, figur 5 anslutning av sensorelementen till transistorkretsar, figur 6 an- slutning av sensorelementen till extern spänningskälla, figur 7 en sensor- utformning med en integrerad transistorfunktion och figur 8 ekvivalenta schemat för sensorn i figur 7.The invention is described in more detail in the attached Figures 1-B, where Figure 1 shows a complete measuring system, Figure 2 a sensor design in epitactically grown semiconductor material, Figure 3 spectral connections for the current measuring systems, Figure U electrical connection of the sensor elements to resistive sensors, Figure 5 connection of the sensor elements to transistor circuits, figure 6 connection of the sensor elements to external voltage source, figure 7 a sensor design with an integrated transistor function and figure 8 equivalent diagram for the sensor in figure 7.

I figur 1 kopplas med hjälp av switchen óa växelvis en ínjektionsström till de båda lys- eller laserdioderna 1 och 2. Ljuset från dessa dioder ledes via de optiska fibrerna 7 och 8, de optiska förgreningarna 9 och 10 20 25 30 z 8201601-5 och den optiska fibern 11 till givaren 60. För att erhålla ett konstant för- hållande mellan ljusintensiteterna från ljuskällorna 1 och 2 kopplas en del av ljuset från dessa till en fotodiod 3, vars fotoström med hjälp av diffe- rensbildaren Ä, referenssignalen Vref och integratorn 5 används för att reg- lera injektionsströmmarna till 1 och 2. Ljuskällorna 1 och 2 kommer att ge upphov till fotoluminiscens från olika delar av samma luminiscensskikt i givaren 60. En del av den så erhållna luminiscensen kopplas via fibern 11, förgreningen 10, fibern 61 och det optiska filtret 62 till fotodetektorn 63.In Figure 1, by means of the switch óa, an injection current is coupled alternately to the two light or laser diodes 1 and 2. The light from these diodes is conducted via the optical fibers 7 and 8, the optical branches 9 and 10 and 8 z 8201601-5 and the optical fiber 11 to the sensor 60. In order to obtain a constant ratio between the light intensities from the light sources 1 and 2, a part of the light from these is connected to a photodiode 3, the photocurrent of which by means of the difference generator Ä, the reference signal Vref and the integrator 5 is used to regulate the injection currents to 1 and 2. The light sources 1 and 2 will give rise to photoluminescence from different parts of the same luminescence layer in the sensor 60. A part of the luminescence thus obtained is connected via the fiber 11, the branch 10, the fiber 61 and the optical filter 62 to the photodetector 63.

Signalen från 63 förstärks av 6H och switchas av 6b, i takt med switchningen av ljuskällorna 1 och 2, till Sample- och Holdkretsarna 65 och 66. De samp- lade luminisoensvärdena påföres ett kvotbildande organ 67, vars utgång utgör själva mätsignalen, som i figuren är kopplad till ett indikerande instrument 68.The signal from 63 is amplified by 6H and switched by 6b, in step with the switching of the light sources 1 and 2, to the Sample and Hold circuits 65 and 66. The sampled luminance values are applied to a ratio-forming means 67, the output of which constitutes the measurement signal itself. is connected to an indicating instrument 68.

Ett exempel på utformningen av givaren 60 visas i figur 2, där figur 2a visar givaren från sidan och figur 2b från framsidan mot den optiska fibern 11.An example of the design of the sensor 60 is shown in Figure 2, where Figure 2a shows the sensor from the side and Figure 2b from the front towards the optical fiber 11.

Givaren framställes lämpligen genom epitaxi och om man därvid arbetar i ett GaXAl xAs-system kan de utritade skikten ha följande karakteristika: 1- 19, 20, 21: metallskikt för erhållande av ohmska kontakter 12: n-dopat GaAs-substrat 13: n-dopad Gax1Al1_x1As 1 : n-dopad Gax2Al1_x2As, xz > x1 }_§ n-dopad GaX3Al1_x3As, X3 > x1 p-dopad GaAs p-dopad Gax Al Ä X As, xh > 0 “'11 I figur 3a visas de spektrala sambanden i ett mätsystem enligt figur 1 med givarutformningen enligt figur 2 och i figur 3b de spektrala sambanden då skikt 13 ersatts av två interferensfilter 34 och 35 (se figur H). De olika kurvorna i figur 3a och 3b är: gg: lysdiodens 1 emissionsspektrum gå: lysdiodens 2 emissionsspektrum êššz gëgz gl: skiktets 16 absorptionsspektrum 28a: skiktets 16 fotoluminiscens vid temperaturen T1 skíktets 16 fotoluminiscens vid temperaturen T1 > T2 skiktets 13 absorptionsspektrum 10 15 20 25 30 35 8201601-s , ååh: skiktets 15 absorptionsspektrum 22: filtrets 62 transmissionsspektrum âg: interferensfiltrets 34 transmissionsspektrum (observera att 34 släpper igenom både 24 och 26) 31: interferensfiltrets 35_transmissionsspektrum I figur 3c och 3b betyder 6 vågländ, I intensitet, X absorption och T Transmission.The transducer is conveniently made by epitaxy, and if operated in a GaXAl xAs system, the plotted layers may have the following characteristics: 1- 19, 20, 21: metal layers to obtain ohmic contacts 12: n-doped GaAs substrate 13: n- doped Gax1Al1_x1As 1: n-doped Gax2Al1_x2As, xz> x1} _§ n-doped GaX3Al1_x3As, X3> x1 p-doped GaAs p-doped Gax Al Ä X As, xh> 0 “'11 Figure 3a shows the spectral relationships in a measuring system according to Figure 1 with the sensor design according to Figure 2 and in Figure 3b the spectral relationships when layer 13 has been replaced by two interference filters 34 and 35 (see Figure H). The different curves in Figures 3a and 3b are: gg: the emission spectrum of the LED 1 go: the emission spectrum of the LED 2 êššz gëgz gl: the absorption spectrum 28a of the layer 16: the photoluminescence of the layer 16 at the temperature T1 8201601-s, yyyy: the absorption spectrum 22 of the layer 15: the transmission spectrum of the filter 62 and: the transmission spectrum of the interference filter 34 (note that 34 transmits both 24 and 26) 31: the transmission spectrum of the interference filter 35 In Figures 3c and 3b, 6 means and T Transmission.

I figur 4 visas ett ekvivalent schema för en givare med två interferensfilter 34 och 35 (i stället för ett absorptionsfilter 13 som i figur 2a). De ekvi- valenta dioderna med anslutningarna 20, 21 och 22, vilka också är markerade i figur 2a, är anslutna till två motståndselement 36 och 37, där 36 pâverkas av en mätstorhet X, t ex magnetfält i fallet ett magnetoresistivt element, och där 37 används som referenselement för i första hand temperaturkompense- ring. Pilen T avser temperaturreferenssignal och X som nämnts mätsignal (fig 4).Figure 4 shows an equivalent diagram for a sensor with two interference filters 34 and 35 (instead of an absorption filter 13 as in Figure 2a). The equivalent diodes with the connections 20, 21 and 22, which are also marked in figure 2a, are connected to two resistance elements 36 and 37, where 36 is affected by a measuring variable X, eg magnetic field in the case of a magnetoresistive element, and where 37 is used as a reference element for primarily temperature compensation. Arrow T refers to temperature reference signal and X as mentioned measuring signal (Fig. 4).

Funktionen hos mätsystemet kan nu förklaras med hjälp av figur 1, 2, 3b och 4: Då lysdioden 1 är inkopplad kommer den övre dioden 32 enligt figur H att be- lysas medan dioden 33 kommer att ligga i mörker. Detta ger en fotoström genom motståndet 36 och ett spänningsfall över detta motstånd, som beror av resis- tansen och därmed mätvärdet X. Denna spännings storlek kommer att bestämma arbetspunkten hos diodens 32 I-V-karakteristik och ferminivåsprångets stor- lek i pn-övergången mellan skikten 15 och 16. Samtidigt som en fotoström bildas genom att optiskt exciterade minoritetsladdningsbärare i skikt 16 sugs över till skikt 15 på grund av den elektriska fältgradienten i pn-övergången mellan dessa skikt, så erhålles fotoluminiscens i skikt 16 genom att en del av de optiskt exciterade minoritetsladdningsbärarna rekombinerar med hål i skiktet under utsändande av ljus. Denna luminiscens är beroende av koncentra- tionen av minoritetsladdningsbärare i skikt 16 och kommer således att modu- leras av fotoströmmen. För att få god effektivitet hos luminiscensen stängas laddningsbärarna in i skiktet 16 genom att skikten 15 och 17 ges en högre Al-halt och därmed ett större bandgap än skiktet 16. Om resistansen 36 ges ett stort värde erhålles en liten fotoström och därmed en hög luminiscens medan vid låga resistansvärden en lägre fotoström erhålles. Således erhålles då lysdioden 1 är inkopplad en fotoluminiscens till detektorn 63, som är beroende av mätstorheten X.The function of the measuring system can now be explained with the aid of Figures 1, 2, 3b and 4: When the LED 1 is switched on, the upper diode 32 according to Figure H will be illuminated while the diode 33 will be in the dark. This gives a photocurrent through the resistor 36 and a voltage drop across this resistor, which depends on the resistance and thus the measured value X. The magnitude of this voltage will determine the operating point of the diode 32 IV characteristic and the magnitude of the fermin level jump in the pn junction between the layers 15 and 16. While a photocurrent is formed by sucking optically excited minority charge carriers in layer 16 over to layer 15 due to the electric field gradient in the pn junction between these layers, photoluminescence in layer 16 is obtained by a portion of the optically excited minority charge carriers. recombines with holes in the layer during emission of light. This luminescence is dependent on the concentration of minority charge carriers in layer 16 and will thus be modulated by the photocurrent. In order to obtain good efficiency of the luminescence, the charge carriers are closed into the layer 16 by giving the layers 15 and 17 a higher Al content and thus a larger band gap than the layer 16. If the resistor 36 is given a large value, a small photocurrent and thus a high luminescence is obtained while at low resistance values a lower photocurrent is obtained. Thus, when the LED 1 is connected, a photoluminescence is obtained to the detector 63, which is dependent on the measuring variable X.

Då lysdioden 2 är inkopplad kommer endast den nedre fotodioden 33 enligt figur Å att vara inkopplad (se de spektrala sambanden i figur 3b) och med 20 25 30 8201601-5 samma resonemang som ovan erhålles en luminiscenssignal till detektorn 63, som är beroende av referenselementets 37 resistans. Genom Sample- & Hold- teknik kan fotoluminíscenssignalerna vid de båda excitationstidpunkterna extraheras och pâföras ett kvotbildningsdon och/eller andra beräkningsorgan för att erhålla en mätsignal till instrumentet 68, som blir oberoende av givarens temperatur, givaråldring och fibersystemets ljusdämpning. Filtret 62 har till uppgift att filtrera bort reflekterat excitationsljus, varigenom mätsignalen även blir oberoende av reflexer í fiberoptiska skarvar och an- slutningar.When the LED 2 is switched on, only the lower photodiode 33 according to Figure Å will be switched on (see the spectral relationships in Figure 3b) and with the same reasoning as above, a luminescence signal is obtained to the detector 63, which depends on the reference element. 37 resistance. By Sample & Hold technology, the photoluminescence signals at the two excitation times can be extracted and applied to a quotient and / or other computing means to obtain a measurement signal to the instrument 68, which becomes independent of the sensor temperature, sensor aging and fiber system dimming. The function of the filter 62 is to filter out reflected excitation light, whereby the measurement signal also becomes independent of reflections in fiber-optic joints and connections.

I de fall elektriska spänningar skall mätas kan antingen en spänning direkt kopplas till ett fotodiodelement, såsom visas i figur 6, eller också kan transistorelement utnyttjas som i figur 5 och 8 för att modulera fotolumi- niscensen. Fälteffekttransistorerna enligt figur 5 utnyttjas helt enkelt som spänningsstyrda motstånd, varför 38 och 39 här utför samma uppgift som 36 och 37 i figur 4. Spänningskällan H0 i figur 6 kommer att modulera fermi- nivåsprånget i pn-övergången mellan skikten 15 Qch 16 och därmed det elekt- riska fält, som tömmer skikt 16 på minoritetsladdningsbärare. Vid minskade värden på Ux kommer fotoströmmen att öka och fotoluminiscensen att minska, vid ökande värden på Ux kommer fotoströmmen att minska och fotoluminiscensen att öka och vid alltför höga värden på Ux kommer minoritetsladdningsbärare att injiceras till skiktet 16.In cases where electrical voltages are to be measured, either a voltage can be directly connected to a photodiode element, as shown in Figure 6, or transistor elements can be used as in Figures 5 and 8 to modulate the photoluminescence. The field effect transistors according to Figure 5 are simply used as voltage controlled resistors, so 38 and 39 here perform the same task as 36 and 37 in Figure 4. The voltage source H0 in Figure 6 will modulate the fermi level jump in the pn junction between layers 15 and thus electric fields, which empty layer 16 on minority charge carriers. At decreasing values of Ux the photocurrent will increase and the photoluminescence will decrease, at increasing values of Ux the photocurrent will decrease and the photoluminescence will increase and at excessive values of Ux minority charge carriers will be injected into the layer 16.

De element som visas i figur 4-6 (med undantag av spänningskällan 40 i figur 6) kan integreras på samma GaAs-substrat. Ett exempel på en sådan integre- ring visas i figur 7, där det fotoluminiscerande skiktet 16 är placerat i en pnp-struktur, som utgör 2 transistorer, vilka kan differentialkopplas.The elements shown in Figures 4-6 (with the exception of the voltage source 40 in Figure 6) can be integrated on the same GaAs substrate. An example of such an integration is shown in Figure 7, where the photoluminescent layer 16 is placed in a pnp structure, which constitutes 2 transistors, which can be differentially connected.

Skikten enligt figur 7 utgöres av: 12: metallskikt, ohmsk kontakt lä: p-dopat GaAs-substrat 16b: p-dopat Gax Al1_X As 5 5 : n-dopat Ga Al As xö 1-xó _* p-dopat GaAs __; p-dopat Gax7Al1_X7As Ä2-ü5k metallskikt, ohmska kontakter 3% och 35: interferensfilterskiktThe layers according to Figure 7 consist of: 12: metal layer, ohmic contact lä: p-doped GaAs substrate 16b: p-doped Gax Al1_X As 5 5: n-doped Ga Al As xö 1-x p-doped Gax7Al1_X7As Ä2-ü5k metal layer, ohmic contacts 3% and 35: interference filter layer

Claims (13)

8~201601-5 Den elektroniska ekvivalenten visas i figur 8, där anslutningarna 22, 23, H6, H7, 48 och H9 motsvarar de markerade anslutningarna i figur 7. För komponentens funktion ges skiktet 16 en hög luminiscenseffektivitet (lång livslängd hos exciterade laddningsbärare) och skiktet 15 en låg luminiscens- effektivitet genom hög koncentration av icke strålande rekombinationscentra. Med basströmmarna till transistorn styrs således koncentrationen av optiskt exciterade laddningsbårare i skiktet 16 och därmed fotoluminiscensen från detta skikt. Genom inkoppling av komponenterna enligt figur 8 i elektroniska kretsar av välkänd typ kan noggranna fiberoptiska ström- och spänningsmätningar utföras. För att erhålla ett större mätsignalsområde kan ett tunt skikt med hög Al-halt läggas mellan skikten 15 och 16 i figur 2a och skikten Ä1 ooh 16 i figur 7. Därigenom kommer exciterade laddningsbärare inte lika lätt att sugas ut ur 16 av fältet i pn-övergången, vilket gör att god luminiscens- modulering erhålles även vid låga resistansvärden hos 36, 37, 38, 39 i figur 4 och 5 och låga spänningar hos 40 i figur 6. Den ovan exemplifierade uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för nedanstående patentkrav. PATENTKRAV8 ~ 201601-5 The electronic equivalent is shown in Figure 8, where the connections 22, 23, H6, H7, 48 and H9 correspond to the marked connections in Figure 7. For the function of the component, the layer 16 is given a high luminescence efficiency (long life of excited charge carriers) and the layer 15 a low luminescence efficiency due to high concentration of non-radiating recombination centers. Thus, with the base currents to the transistor, the concentration of optically excited charge carriers in the layer 16 and thus the photoluminescence from this layer is controlled. By connecting the components according to Figure 8 in electronic circuits of a well-known type, accurate fiber-optic current and voltage measurements can be performed. In order to obtain a larger measuring signal range, a thin layer with a high Al content can be laid between the layers 15 and 16 in Figure 2a and the layers Ä1 and 16 in Figure 7. As a result, excited charge carriers will not be sucked out of the field in pn- the transition, which means that good luminescence modulation is obtained even at low resistance values of 36, 37, 38, 39 in Figures 4 and 5 and low voltages of 40 in Figure 6. The invention exemplified above can be varied in many ways within the scope of the following claims. . PATENT REQUIREMENTS 1. Fiberoptiskt mätdon för mätning av företrädesvis elektriska och magne- tiska_storheter, såsom spänning, ström, elektriskt fält eller magnetiskt fält, bestående av en givare (G) och en elektronik- och optoelektronikdel (E), förbundna med varandra med minst en optisk fiber (11), där elektronik- och optgelekgponikdelen (E) innehå11ep minst två ljuskällor (1, 2) för optisk excitering av laddningsbärare i minst ett materialskikt (16) hos givaren (G), och minst en fotodetektor (63) för detektering av luminiscensljus (26) ema- nerande från givaren (G), där givaren (G) innehåller minst ett optiskt filter av absorptions- (13) eller interferenstyp (34, 35), att elektronik- och opto- elektronikdelens (E) minst två ljuskällor (1, 2) har skilda emissionsspektra (24,25), k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda optiska filter v 8201601-5 (13, 34, 35) är placerade i strålgången mellan den optiska fiberns (11) änd- yta i givaren och nämnda materialskikt (16) på ett sådant sätt, att nämnda filter (13, 34, 35) optiskt täcker väldefinierade ytor av nämnda skikt (16), att vart och ett av nämnda filter (13, 3H, 35) är anordnat att släppa igenom luminiscensljus från nämnda skikt (16) och excitationsljus från minst en av nämnda ljuskällor (1, 2), men är samtidigt anordnat att blockera excitations- ljus från minst en annan av nämnda ljuskällor (1, 2), att de i nämnda mate- rialskikt (16) exciterade laddningsbärarna är anordnade att rekombinera under utsändande av ljus, att minoritetsladdningsbärarkoncentrationen i material- skiktet (16) är anordnad att påverkas av minst en pn- eller Schottky-övergång (15, 16) i närheten av materialskiktet (16) samt att fotoströmmen genom ochlel- ler spänningen över denna pn-övergång är anordnad att moduleras av resistiva sensorelement (36, 37) och/eller spänningskällor (40) och/eller aktiva halv- ledarkomponenter, såsom dioder, bipolära transistorer (53, SH), tyristorer, tunneldioder och/eller fälteffekttransistorer (38, 39).Fiber optic measuring device for measuring preferably electric and magnetic quantities, such as voltage, current, electric field or magnetic field, consisting of a sensor (G) and an electronics and optoelectronics part (E), connected to each other by at least one optical fiber (11), wherein the electronics and optics part (E) contain at least two light sources (1, 2) for optical excitation of charge carriers in at least one material layer (16) of the sensor (G), and at least one photodetector (63) for detecting luminescence light. (26) emitting from the sensor (G), wherein the sensor (G) contains at least one optical filter of the absorption (13) or interference type (34, 35), that the electronics and optoelectronics part (E) have at least two light sources ( 1, 2) have different emission spectra (24,25), characterized in that said optical filters v 8201601-5 (13, 34, 35) are located in the beam path between the end surface of the optical fiber (11) in the sensor and said material layer (16) in such a way that said filter ( 13, 34, 35) optically cover well-defined surfaces of said layer (16), that each of said filters (13, 3H, 35) is arranged to transmit luminescence light from said layer (16) and excitation light from at least one of said layers. light sources (1, 2), but is at the same time arranged to block excitation light from at least one other of said light sources (1, 2), that the charge carriers excited in said material layer (16) are arranged to recombine while emitting light, that the minority charge carrier concentration in the material layer (16) is arranged to be affected by at least one pn or Schottky junction (15, 16) in the vicinity of the material layer (16) and that the photocurrent through and or the voltage across this pn junction is arranged to modulated by resistive sensor elements (36, 37) and / or voltage sources (40) and / or active semiconductor components, such as diodes, bipolar transistors (53, SH), thyristors, tunnel diodes and / or field effect transistors (38, 39). 2. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda materialskikt (16) på båda sidor omges av skikt (15, 17) med större bandgap än det luminiscerande skiktet (16) samt att exciterade laddningsbärare åtminstone inom en del av skiktet (16) befinner sig inom någon diffusionslängds avstånd från det av nämnda pn- eller Schottky-över- gång orsakade utarmningsområdet.Fiber optic measuring device according to claim 1, characterized in that said material layer (16) is surrounded on both sides by layers (15, 17) with a larger band gap than the luminescent layer (16) and that excited charge carriers at least within a part of the layer (16) is within some diffusion length distance from the depletion region caused by said pn or Schottky junction. 3. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett av nämnda omgivande skikt (15) tillsammans med nämnda luminisce- rande materialskikt (16) är anordnat att utgöra en pn-övergång.Fiber optic measuring device according to claim 2, characterized in that one of said surrounding layers (15) together with said luminescent material layer (16) is arranged to constitute a pn junction. 4. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett tunt skikt med större bandgap (hög Al-halt i ett GaAlAs- system) placeras i nämnda pn-övergång mellan nämnda omgivande skikt (15, 16) för erhållande av en väldefinierad diffusionsbarriär för exciterade ladd- ningsbärare i skiktet (16).Fiber optic measuring device according to claim 3, characterized in that a thin layer with a larger band gap (high Al content in a GaAlAs system) is placed in said pn junction between said surrounding layers (15, 16) to obtain a well-defined diffusion barrier for excited charge carriers in the layer (16). 5. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda pn-övergång ingår i en npn- eller pnp~struktur, varvid basskiktet (H1) i den så erhållna bipolära transistorn är anordnat att styra laddningsbärartransporten mellan nämnda luminiscerande skikt (16) och ett icke luminiscerande skikt (16b), mellan vilka nämnda basskikt (H1) befinner sig. ~c a2o1so1-5 8Fiber optic measuring device according to claim 3, characterized in that said pn junction is included in an npn or pnp structure, wherein the base layer (H1) in the bipolar transistor thus obtained is arranged to control the charge carrier transport between said luminescent layers (16 ) and a non-luminescent layer (16b), between which said base layer (H1) is located. ~ c a2o1so1-5 8 6. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att av nämnda filter (13, 3ü, 35) för excitationsljuset (24, 25) optiskt separerade delar (13, 15 i fig 2b) av nämnda luminiscerande skikt (16) är så utformade och så belägna i förhållande till övriga skikt i giva- ren att elektriskt sett en komponent (32, 33,53, SH) erhålles för varje nämnd optiskt separerad del (13, 15).Fiber optic measuring device according to claim 1, characterized in that parts (13, 15) of said luminescent layer (16) of said luminescent layer (16) are optically separated from said filter (13, 3, 35) for the excitation light (24, 25). so designed and so located in relation to the other layers in the sensor that electrically a component (32, 33,53, SH) is obtained for each said optically separated part (13, 15). 7. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda komponenter (32, 33 etc) erhålles genom att nämnda optiskt separerade delar (13, 15) elektriskt anslutes till yttre kretsar via åt- minstone på strukturens (12, 13, 1Ä, 15, 16, 17) ena sida skilda elektro- der (19, 20).Fiber optic measuring device according to claim 6, characterized in that said components (32, 33, etc.) are obtained by electrically connecting said optically separated parts (13, 15) to external circuits via at least the structure (12, 13, 1Ä, 15, 16, 17) one side separate electrodes (19, 20). 8. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda komponenter göres elektriskt oberoende av varandra genom bortetsning (50) av gemensamma elektriskt ledande skikt och/eller genom in- förande av s k guard-ringar för erhållande av blockerande pn-övergångar i lateral led i skikten.Fiber optic measuring device according to claim 7, characterized in that said components are made electrically independent of each other by etching away (50) common electrically conductive layers and / or by introducing so-called guard rings to obtain blocking pn junctions. in lateral joints of the layers. 9. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda komponenter utgöres av minst två parametermatchade dioder (32, 33) eller transistorer (53, 54), där matchningen erhålles genom att de i komponenterna ingående skikten (13, 14, 15, 16, 17, 16b, H1) är anordnade att växas samtidigt under god lateral processkontroll.Fiber optic measuring device according to claim 7, characterized in that said components consist of at least two parameter-matched diodes (32, 33) or transistors (53, 54), the matching being obtained by the layers included in the components (13, 14, 15, 16, 17, 16b, H1) are arranged to grow simultaneously under good lateral process control. 10. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda komponenter elektriskt anslutes till nämnda resistiva sensorelement (36, 37), nämnda spänningskällor (40) och/eller aktiva halv- ledarkomponenter (53, 54, 38, 39) på ett sådant sätt, att de från nämnda materialskikt (16) avgivna luminiscenssignalerna (26) innehåller informa- tion om såväl mätsignalen (VX) som en referenssignal (Vref).Fiber optic measuring device according to claim 6, characterized in that said components are electrically connected to said resistive sensor elements (36, 37), said voltage sources (40) and / or active semiconductor components (53, 54, 38, 39) on in such a way that the luminescence signals (26) emitted from said material layer (16) contain information about both the measuring signal (VX) and a reference signal (Vref). 11. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a t därav, att minst en av nämnda komponenter (33) anslutes till ett referens- element (37, 39) och minst en annan av nämnda komponenter anslutes till ett av mätstorheten modulerat element (36, 38, H0). )s2o1eo1-5Fiber optic measuring device according to claim 10, characterized in that at least one of said components (33) is connected to a reference element (37, 39) and at least one other of said components is connected to an element (36, modulated by the measuring quantity). 38, H0). ) s2o1eo1-5 12. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda ljuskällor (1, 2) är tids- eller frekvensmultiplexade, att det av excitationsljuset från nämnda ljuskällor (1, 2) orsakade fotolumi- niscensljuset (26) i nämnda komponenter (36, 37) tids- respektive frekvens- demultiplexas med för detta lämpliga detektorkretsar (6b, 65, 66) i elektro- nik- och optoelektronikdelen (E), och att de mot det demultiplexade foto- luminiscensljuset svarande elektriska signalerna är anordnade att påföras beräkningsdon för erhållande av en mätsignal, kompenserad för dämpningen i det optiska fibersystemet och för temperaturen och åldringen av de i givaren ingående elementen (60, 36, 37, 38, 39 etc) och/eller att en av de mot det demultiplexade fotoluminiscensljuset svarande elektriska signalerna är anord- nade att påföras en regulator för styrning av relationen i ljusstyrka mellan nämnda ljuskällor (1, 2).Fiber optic measuring device according to claim 10, characterized in that said light sources (1, 2) are time or frequency multiplexed, that the photoluminescence light (26) caused by the excitation light from said light sources (1, 2) in said components ( 36, 37) time and frequency demultiplexed with suitable detector circuits (6b, 65, 66) in the electronics and optoelectronics part (E), and that the electrical signals corresponding to the demultiplexed photoluminescence light are arranged to be applied to computing devices. for obtaining a measuring signal, compensated for the attenuation in the optical fiber system and for the temperature and aging of the elements included in the sensor (60, 36, 37, 38, 39, etc.) and / or that one of the electrical signals corresponding to the demultiplexed photoluminescence light are arranged to be fitted with a regulator for controlling the relationship in brightness between said light sources (1, 2). 13. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda beräkningsdon är anordnat att utföra en eller flera kvot- bildningar och eventuellt en eller flera subtraktioner, summeringar och/eller multiplikationer.Fiber optic measuring device according to claim 12, characterized in that said calculating device is arranged to perform one or more ratio formations and possibly one or more subtractions, summations and / or multiplications.
SE8201601A 1982-03-15 1982-03-15 FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES SE430437B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8201601A SE430437B (en) 1982-03-15 1982-03-15 FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES
EP83102190A EP0088972A1 (en) 1982-03-15 1983-03-05 Fibre-optics measuring arrangement
JP58039370A JPS58172556A (en) 1982-03-15 1983-03-11 Optical fiber measuring device for measuring quantity of electromagnetism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8201601A SE430437B (en) 1982-03-15 1982-03-15 FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8201601L SE8201601L (en) 1983-09-16
SE430437B true SE430437B (en) 1983-11-14

Family

ID=20346255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8201601A SE430437B (en) 1982-03-15 1982-03-15 FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0088972A1 (en)
JP (1) JPS58172556A (en)
SE (1) SE430437B (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3175935B2 (en) * 1987-09-30 2001-06-11 株式会社東芝 Optical fiber sensor
JPH0782026B2 (en) * 1992-12-15 1995-09-06 日本電気株式会社 Contact probe

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1540907A (en) * 1976-12-07 1979-02-21 Standard Telephones Cables Ltd System for obtaining data from a plurality of condition responsive optical devices
SE414082B (en) * 1978-10-12 1980-07-07 Asea Ab FIBEROPTICAL METDON
SE8006679L (en) * 1980-09-24 1982-03-25 Asea Ab CORRELATIVE FIBER OPTIC METDON
SE426345B (en) * 1981-05-18 1982-12-27 Asea Ab FIBEROPTICAL METHOD FOR SATURING PHYSICAL AND / OR CHEMICAL SIZES, BASED ON SENSOR MATERIAL WITH A LINEAR LIGHT IN / LIGHT OUT CHARACTERISTICS

Also Published As

Publication number Publication date
EP0088972A1 (en) 1983-09-21
JPS58172556A (en) 1983-10-11
SE8201601L (en) 1983-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10205064B2 (en) Light emitting diodes with sensor segment for operational feedback
US4417140A (en) Fibre optic measuring device with electrically controlled photoluminescence
US4284884A (en) Electro-optic devices
US4176367A (en) Semiconductor optical device
EP3559996B1 (en) Light emitting diodes with sensor segment for operational feedback
CA1189721A (en) Fiber optical measuring device for measuring electrical and magnetic quantities by laterally controlled photo-luminescence
JP2540850B2 (en) Semiconductor laser
SE417137B (en) OPTICAL METHOD FOR SEATING MAGNETIC AND ELECTRICAL FIELDS
US8714778B2 (en) Light-emitting diode (LED) module with light sensor configurations for optical feedback
US4378496A (en) Current measuring apparatus using light-emitting devices
US4560868A (en) Fiber optical luminescence sensor for measuring mechanical displacement
US4605943A (en) Composite optical semiconductor device
SE430437B (en) FIBEROPTICAL METHOD FOR SEATING ELECTRICAL AND MAGNETIC SIZES
US5459336A (en) Semiconductor photocoupler with changing capacitance
Li et al. In-situ measurement of junction temperature and light intensity of light emitting diodes with an internal sensor unit
WO2017171464A1 (en) Integrated ultraviolet analyzer
KR100991742B1 (en) Optical device with photo detector
Sturm et al. Integrated photodiodes in standard BiCMOS technology
Johnson et al. Self‐detecting light‐emitting diode optical sensor
JPH0236282Y2 (en)
CA1134933A (en) Electro-optic devices
Goossen et al. Very Large Arrays of Flip-Chip Bonded 1.55\mum Photodetectors
CN114935746A (en) Light-emitting component, emission module, sensing device and electronic equipment
Ushikubo et al. A new device converting optical analog signals to light pulse density signals for fiber-optic sensing system
KR20070031970A (en) LED Integrated Device