1 Überblick über die Sensorik

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132 3.7 Faseroptische Temperatursensoren 3.7 Faseroptische Temperatursensoren 133
signal I(t) und ein mehr oder weniger verzerrtes Ausgangssignal U(t).
a) Multimodefaser mit stufenförmigem Anstieg des Brechungsindex n (Stufenprofil)
b) Multimodefaser mit kontinuierlichem Anstieg des Brechungsindex n (Gradientenfaser)
c) Monomodefaser mit kleinem Faserquerschnitt und Stufenprofil
d) bis g) Streifenleiter (nach [3.47]): Wellenleiter lassen sich auch aus dünnen
optisch transparenten Schichten herstellen, die z.B. über Photolithographieund
Ätzprozesse in eine Streifenform überführt werden können. Auch eine
Herstellung durch Diffusion innerhalb vorgegebener lateraler Strukturen ist
möglich. Durch Abdeckung der Streifenleiter mit zusätzlichen Schichten können
die optischen Eigenschaften modifiziert werden.
d) aufliegender Streifenwellenleiter
e) Rippenwellenleiter
f) diffundierter oder ionenausgetauschter Streifenwellenleiter
g) vergrabener Streifenwellenleiter
Bild 3.7-2
Optische Signalübertragung durch Lichtwellenleiter
Durch Verwendung von Lichtwellenleitern kann die Strahlungsführung in optischen
Systemen erheblich vereinfacht werden, diese Tatsache wird auch für die Temperaturmeßtechnik
ausgenutzt. Viele typische optische Eigenschaften (Absorption, Fluoreszenz,
u.a.) von Werkstoffen besitzen eine charakteristische Temperaturabhängigkeit;
diese können durch eine Faseroptik abgefragt, übertragen und ausgewertet werden.
Entscheidend für die praktische Einsatzmöglichkeit ist das übertragungsneutrale
Verhalten: Das Sensorsignal sollte möglichst wenig vom Aufbau und der Übertragungslänge
des faseroptischen Systems abhängen. Dieses läßt sich erreichen durch
die Messung des Intensitätsverhältnisses verschiedener Fluoreszenzlinien mit unterschiedlicher
Temperaturabhängigkeit (Bild 3.7-3) oder die Messung des zeitlichen
Verlaufs von Abklingkurven (Bild 3.7-4).
Bild 3.7-3
Temperaturmessung durch faseroptische Auswertung der Temperaturabhängigkeit
der Intensität von Fluoreszenzlinien des La 2 O 2 S:Eu 3+ .
a) Aufbau des Meßsystems (nach [3.48])
b) Temperaturabhängigkeit der Intensität verschiedener Fluoreszenzlinien und
von deren Verhältnis zueinander von La 2 O 2 S:Eu 3+ (nach [3.49]).
Ein grundsätzlicher Vorteil vieler optischer Sensorverfahren ist, daß diese in elektromagnetisch
stark gestörten Bereichen – z.B. im Bereich sehr hoher elektrischer
Spannungen oder innerhalb eines Plasmas – eingesetzt werden können. Nachteilig ist
der beträchtliche Meßaufwand, so daß diese Systeme zur Zeit nur bei spezialisierten