Die Erfindung bezieht sich auf einen faseroptischen Drucksensor gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fiber optic pressure sensor according to OberConcept of claim 1.
Zur Messung hoher Drücke, das heisst, Drücken im Bereich von 100 MPa (1000 bar) werden häufig elektrische Sensoren, wie z. B. Piezowiderstände, piezoelektrische Elemente, kapazitive Sonden, Kristallresonatoren oder optische Drucksensoren, wie z. B. Fabry-Perot-Resonatoren oder elastooptische Sensoren, eingesetzt.To measure high pressures, i.e. pressures in the range of 100 MPa (1000bar) are often electrical sensors, such as. B. Piezo resistors, piezoelectrical elements, capacitive probes, crystal resonators or opticalPressure sensors, such as B. Fabry-Perot resonators or elasto-optical sensors,used.
Ein optischer Drucksensor anderer Art zur Messung hoher isotroper Drücke von Flüssigkeiten ist aus aus M. G. XU et al., "Optical In-Fibre Grating High Pressure Sensor", Electronics Letters 29 (4), 398-399 (1993) bekannt, welcher einen faseroptischer Drucksensor beschreibt. Dieser Drucksensor weist eine optische Faser auf, in welche ein Bragg-Gitter eingeschrieben ist. Das Bragg-Gitter wirkt als Transmissions- oder Reflexionsfilter für eine charakteristische Bragg-Wellenlänge λB. Durch longitudinale Gitterdehnungen werden Gitterperiode und Brechungsindex geändert und die Bragg-Wellenlänge λB verschoben. Die Ausgangssignale sind somit wellenlängencodiert und unabhängig von der empfangenen Lichtleistung. Zur Messung wird die optische Faser in eine Kavität eines Hochdruckgefässes eingebracht und unmittelbar dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit ausgesetzt.An optical pressure sensor of another type for measuring high isotropic pressures of liquids is known from MG XU et al., "Optical In-Fiber Grating High Pressure Sensor", Electronics Letters 29 (4), 398-399 (1993), which uses a fiber optic Pressure sensor describes. This pressure sensor has an optical fiber in which a Bragg grating is inscribed. The Bragg grating acts as a transmission or reflection filter for a characteristic Bragg wavelength λB. Longitudinal grating strains change the grating period and refractive index and shift the Bragg wavelength λB. The output signals are therefore wavelength-coded and independent of the light output received. For the measurement, the optical fiber is placed in a cavity of a high-pressure vessel and immediately exposed to the hydrostatic pressure of the liquid.
WO 99/00653 beschreibt ebenfalls einen faseroptischen Drucksensor mit einem Bragg-Gitter. Der Drucksensor umfasst ein Druckübertragungselement, auch Transducer genannt, welches ein zylindrisches Gehäuse mit einem Hohlraum und einer Einlassöffnung aufweist. Im Hohlraum ist ein Stempel mit einem Stempelkopf in Abhängigkeit des Druckes innerhalb des Hohlraumes verschiebbar und druckdicht gelagert angeordnet, wobei sein Stempelkopf aus dem Gehäuse herausragt. Die optische Faser ist einerseits am Gehäuse, andererseits am Stempelkopf befestigt, wobei das Bragg-Gitter in einem Freiraum zwischen Gehäuse und Stempelkopf angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird ein allseitiger Druck eines Mediums in eine longitudinale Dehnung oder Kompression der optischen Faser und somit des Bragg-Gitters umgesetzt.WO 99/00653 also describes a fiber optic pressure sensor with aBragg grille. The pressure sensor includes a pressure transmission element, tooCalled transducer, which is a cylindrical housing with a cavityand has an inlet opening. There is a stamp with a in the cavityMove the stamp head depending on the pressure within the cavityarranged bar and pressure-tight, with its stamp head from theHousing protrudes. The optical fiber is on the one hand on the housing, on the other handattached to the stamp head, the Bragg grating in a space betweenHousing and stamp head is arranged. With this arrangement, aall-round pressure of a medium in a longitudinal expansion or compression of the optical fiber and thus the Bragg grating implemented.
In der unveröffentlichten Patentanmeldung PCT/CH99/00065 wird ein faseroptischer Drucksensor mit einem Bragg-Gitter beschrieben, welcher ebenfalls einen hydrostatischen Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums in eine longitudinale Faserdehnung oder -kompression umsetzt. Dieser Drucksensor ist insbesondere geeignet für den Einsatz in Erdöl-Bohrlöchern zur Überwachung von Druck und Temperatur. In derartigen Bohrlöchern können die Flüssigkeitsdrücke bis zu ca. 100 MPa und die Temperaturen bis zu über 200°C betragen. Der in PCT/CH99/00065 beschriebene Drucksensor umfasst einen Transducer mit einem Druckzylinder, der in Austausch mit dem Medium steht, und mit einem Referenzzylinder, welcher vom Medium abgeschirmt oder entgegengesetzt druckbelastet ist. Die optische Faser ist mittels Trägern einerseits am Referenzylinder und andererseits am Druckzylinder befestigt, so dass sich eine mediuminduzierte Dehnung oder Kompression des Druckzylinders relativ zum Referenzzylinder auf das Bragg-Gitter überträgt. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist ein zweites Bragg-Gitter zur Temperaturmessung vorhanden. In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das erste Bragg-Gitter temperaturkompensiert, indem Referenzzylinder und Druckzylinder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei ihre Längen und/oder Ausdehnungskoeffizienten so bemessen sind, dass eine relative thermische Ausdehnung der Zylinder zueinander einer thermisch induzierten intrinsischen Änderung der Bragg-Wellenlänge der optischen Faser entgegenwirkt. Unter einer intrinsischen Änderung versteht man diejenige Änderung der Bragg-Wellenlänge, welche ein Faser-Bragg-Gitter einer freien, nicht eingespannten Faser aufweist.In the unpublished patent application PCT / CH99 / 00065 a fiberoptical pressure sensor described with a Bragg grating, which alsoa hydrostatic pressure of a liquid or gaseous medium in aimplemented longitudinal fiber stretching or compression. This pressure sensor isparticularly suitable for use in oil wells for monitoringof pressure and temperature. In such boreholes, the liquidpressures up to approx. 100 MPa and temperatures up to over 200 ° C.The pressure sensor described in PCT / CH99 / 00065 includes a transducer with a pressure cylinder, which is in exchange with the medium, and witha reference cylinder, which is shielded or opposed to the mediumis under pressure. The optical fiber is on the one hand at the reference by means of supportscylinder and on the other hand attached to the impression cylinder, so that there is amedium-induced expansion or compression of the pressure cylinder relative to theTransfers the reference cylinder to the Bragg grid. In preferred executionFor example, there is a second Bragg grid for temperature measurement. InAnother preferred embodiment is the first Bragg grating temperacompensated by different reference cylinders and impression cylindershave thermal expansion coefficients, their lengths and / orExpansion coefficients are dimensioned so that a relative thermalExtension of the cylinders to each other of a thermally induced intrinsicChanges in the Bragg wavelength of the optical fiber counteracts. Underan intrinsic change is understood to be the change in the BraggWavelength which is a fiber Bragg grating of a free, unclampedFiber.
In der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 198 60 409.2 ist ein ähnlich aufgebauter faseroptischer Drucksensor mit Bragg-Gittern beschrieben, welcher nun jedoch zur Messung einer Druckdifferenz zweier Medien geeignet ist. Die Deformation des Transducers hängt dabei von den Absolutwerten der Drücke und/oder vom Differenzdruck der Medien ab, wobei wiederum eine Längenänderung an ein erstes Bragg-Gitter weitergegeben wird und zur Messung der Temperatur ein zweites Bragg-Gitter vorhanden ist. Zur Fehlerkompensation ist ferner ein drittes Bragg-Gitter vorgesehen, welches so zwischen dem Druck- und dem Referenzzylinder angebracht ist, dass das Drucksignal entgegengesetzt und allfällige, durch Temperaturänderungen verursachte Störsignale gleichgerichtet sind wie beim ersten Bragg-Gitter.In the as yet unpublished patent application DE 198 60 409.2 is a similarconstructed fiber optic pressure sensor with Bragg gratings described, whichbut is now suitable for measuring a pressure difference between two media. TheDeformation of the transducer depends on the absolute values of the pressuresand / or from the differential pressure of the media, again a length changetion is passed on to a first Bragg grating and for measuring the tema second Bragg grating is available. For error compensation is ferner a third Bragg grid is provided, which between the printing andthe reference cylinder is attached that the pressure signal opposite andany interference signals caused by temperature changes rectifiedare like the first Bragg grating.
Ein weiteres Störsignal wird durch Eindiffusion von Gasen in denjenigen Teil des Transducers, in welchem die Faser-Bragg-Gitter angeordnet sind, verursacht. Insbesondere beim Einsatz des Drucksensors in Ölbohrlöchern und Erdgasquellen ist das Problem der Eindiffusion von Gasen, beispielsweise von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen vorhanden, vor allem, da die Diffusion in Abhängigkeit der Temperatur massiv zunimmt. Beispielsweise können hohe Wasserstoff-Partialdrücke von bis zu 20 bar auftreten. In der optischen Faser verursachen zudem Wasserstoff oder andere Gase optischen Verluste und auch Brechungsindexänderungen und damit Verschiebungen der Bragg-Wellenlänge, welche Druck- wie auch Temperaturmessungen störend beeinflussen. Die oben beschriebenen faseroptischen Drucksensoren berücksichtigen derartige Störsignale nicht, so dass ihre Messgenauigkeit beeinträchtigt ist.Another interference signal is caused by the diffusion of gases into that partof the transducer in which the fiber Bragg gratings are arrangedgently. Especially when using the pressure sensor in oil wells and earthgas sources is the problem of the diffusion of gases, such as whatHydrogen and hydrocarbons present, especially since the diffusion in Abdependence of the temperature increases massively. For example, high whatPartial pressures of up to 20 bar occur. In the optical fiberalso cause hydrogen or other gases optical losses and Breindex changes and thus shifts in the Bragg wavelength,which disturb pressure and temperature measurements. The abovefiber optic pressure sensors described take such interference into accountsignals, so that their measuring accuracy is impaired.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen faseroptischer Drucksensor, insbesondere zur Verwendung in Ölbohrlöchern oder Erdgasquellen, zu schaffen, welcher gasinduzierte Änderungen der Bragg-Wellenlänge kompensiert.It is therefore an object of the invention, in particular a fiber optic pressure sensorespecially for use in oil wells or natural gas sources, to create welgas-induced changes in the Bragg wavelength are compensated.
Diese Aufgabe löst ein faseroptischer Drucksensor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.This task is solved by a fiber optic pressure sensor with the characteristics ofClaim 1.
Der erfindungsgemässe faseroptische Drucksensor weist mindestens zwei Faser-Bragg-Gitter auf, welche mindestens annähernd derselben gasinduzierten Verschiebung ihrer Bragg-Wellenlängen unterliegen und deren thermisch induzierte Verschiebungen der Bragg-Wellenlängen eine vordefinierte Relation zueinander aufweisen. Durch geeignete Kombination der wellenlängencodierten Signale der Bragg-Gitter lässt sich ein störungsfreies Druck- und Temperatursignal eruieren.The fiber optic pressure sensor according to the invention has at least two fiberBragg grating, which at least approximately the same gas-induced Vershift their Bragg wavelengths and their thermally inducedShifts in the Bragg wavelengths have a predefined relation to one anotherexhibit. By a suitable combination of the wavelength-coded signals of theBragg grating can be used to generate an interference-free pressure and temperature signalren.
Der erfindungsgemässe faseroptische Drucksensor besteht vorzugsweise aus einem Druckübertragungselement oder Transducer mit einem Druckkörper und einem Referenzkörper, zwischen welchen eine optische Faser mit eingeschriebenen Bragg-Gittern gehalten ist, wobei mindestens eines der Bragg-Gitter durch die druckinduzierte beziehungsweise temperaturinduzierte relative Verschiebung der Körper zueinander dehnbar beziehungsweise komprimierbar ist. Ein erstes Bragg-Gitter dient der Druckmessung, ein zweites beziehungsweise drittes Bragg-Gitter zur Temperaturmessung und/oder zur Kompensation von Störsignalen. Vorzugsweise ist jedes Faser-Bragg-Gitter einzeln zwischen Trägerpaaren gehalten, wobei je nach Funktion einzelne Gitter vorgespannt sind.The fiber optic pressure sensor according to the invention preferably consists ofa pressure transmission element or transducer with a pressure body anda reference body, between which an optical fiber is inscribedNEN Bragg grids is held, with at least one of the Bragg gratingsthe pressure-induced or temperature-induced relative displacementExercise the body is stretchable or compressible to each other. Onfirst Bragg grating is used for pressure measurement, a second orthird Bragg grating for temperature measurement and / or for compensation ofInterference signals. Preferably, each fiber Bragg grating is individually betweenSupport pairs held, with individual grids biased depending on the functionare.
In einer ersten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind zwei Bragg-Gitter vorhanden, welche dieselbe Temperaturabhängigkeit aufweisen. Vorzugsweise entspricht diese Temperaturabhängigkeit derjenigen einer freien, nicht eingespannten optischen Faser. Dabei ist vorzugsweise ein erstes Bragg-Gitter zwischen dem Referenz- und dem Druckkörper vorgespannt gelagert gehalten und ein zweites Bragg-Gitter frei gelagert gehalten. Die Längen und/oder Ausdehnungskoeffizienten der Körper sind derart bemessen, dass eine Differenz der thermisch induzierten Längenänderung der Körper einer thermisch induzierten Ausdehnung der optischen Faser im freien Zustand entspricht.In a first embodiment of the subject matter of the invention, two BraggGrids are available which have the same temperature dependency. Beforethis temperature dependency corresponds to that of a free,unclamped optical fiber. A first Bragg-Grid preloaded between the reference and the pressure bodyheld and a second Bragg grid kept freely stored. The lengthsand / or expansion coefficients of the bodies are dimensioned such that aDifference in the thermally induced change in length of the bodythermally induced expansion of the optical fiber in the free statecorresponds.
In einer zweiten Ausführungsform sind zwei Bragg-Gitter vorhanden, welche temperaturkompensiert zwischen Referenz- und Druckkörper beziehungsweise anderen Trägern gelagert sind. Dabei sind die Längen der Körper beziehungsweise der Träger derart bemessen, dass eine Differenz der thermisch induzierten Längenänderung der Körper beziehungsweise der Träger einer thermisch induzierten intrinsischen Änderung der Bragg-Wellenlänge der optischen Faser entgegenwirkt.In a second embodiment, there are two Bragg gratings, whichtemperature compensated between reference and pressure body respectivelyother carriers are stored. The lengths of the bodies are relatedthe carrier dimensioned such that a difference in the thermally inducedChange in length of the body or the carrier of a thermal induced intrinsic change in Bragg wavelength of the optical fibercounteracts.
In weiteren Ausführungsformen sind drei Bragg-Gitter vorhanden, wobei sie unterschiedliche Wirkungen auf Druckbelastung und Temperaturänderungen zeigen, jedoch vorzugsweise alle mindestens annähernd derselben gasinduzierten Verschiebung der Bragg-Wellenlänge unterliegen. Diese Ausführungsformen sind insbesondere zur Messung von Differenzdrücken von zwei flüssigen oder gasförmigen Medien geeignet.In other embodiments, there are three Bragg gratings, where they are unDifferent effects on pressure load and temperature changesshow, but preferably all at least approximately the same gas-inducedBragg wavelength shift subject. These embodimentsare especially for measuring differential pressures of two liquid orsuitable for gaseous media.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.Further advantageous embodiments are based on the dependent patentclaims.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:In the following the subject matter of the invention is based on preferred embodimentsExample, which are shown in the accompanying drawingsexplained. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen faseroptischen Drucksensor in einer ersten Ausführungsform mit zwei teilweise temperaturkompensierten Faser-Bragg-Gittern;1shows a longitudinal section through an inventive fiber optic pressure sensor in a first embodiment with two partially tempe raturkompensierten fiber Bragggratings.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit zwei temperaturkompensierten Faser-Bragg-Gittern;Fig. 2 is a longitudinal section through a second embodiment with two temperature-compensated fiber Bragg gratings;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform mit drei Faser-Bragg-Gittern;Fig. 3 shows a longitudinal section through a third embodiment with three fiber Bragg gratings;
Fig. 4 eine Variante der dritten Ausführungsform gemässFig. 3;FIG. 4 shows a variant of the third embodiment according toFIG. 3;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform mit drei Faser-Bragg-Gittern und zwei Medien undFig. 5 shows a longitudinal section through a fourth embodiment with three fiber Bragg gratings and two media and
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform mit drei Faser-Bragg-Gittern, zwei Medien und einer temperaturkompensierten Halterung.Fig. 6 shows a longitudinal section through a fifth embodiment with three fiber Bragg gratings, two media and a temperature-compensated bracket.
Gleiche Materialien sind mit gleichen Schraffuren versehen.The same materials have the same hatching.
Der erfindungsgemässe Drucksensor, wie er beispielsweise inFig. 1 dargestellt ist, besteht aus einer optischen Faser1 und einem Druckübertragungselement oder Transducer2.The pressure sensor according to the invention, as shown for example inFIG. 1, consists of an optical fiber1 and a pressure transmission element or transducer2 .
Der Transducer2 weist ein Transducergehäuse20, beispielsweise aus korrosionsfestem Stahl auf, welches einen Hohlraum21 umschliesst. Das Transducergehäuse20 ist von der optischen Faser1 durchsetzt, wobei druckdichte Faserdurchführungen6 einen im Hohlraum21 verlaufenden Abschnitt der optischen Faser druckdicht gegenüber der Aussenumgebung des Transducers lagern. In diesem Abschnitt weist die optische Faser1 mindestens zwei eingeschriebene Faser-Bragg-Gitter auf, welche unterschiedliche Bragg-Wellenlängen λB aufweisen. Jedes Faser-Bragg-Gitter, beziehungsweise ein zugehöriger Abschnitt der optischen Faser, ist einzeln zwischen zwei, mit dem Transducer1 verbundenen Faserhalterungen5 gehalten. Dabei sind einzelne Faser-Bragg-Gitter mechanisch vorgespannt, wie dies auch in PCT/CH99/00065 und DE 198 60 409.2 beschrieben ist.The transducer2 has a transducer housing20 , for example made of corrosion-resistant steel, which encloses a cavity21 . The transducer housing20 is penetrated by the optical fiber1, with pressure-tight fiber feedthroughs6 extending in a cavity21 portion of the optical fiber pressure-tight relative to the outside environment of the transducer overlap. In this section, the optical fiber1 has at least two inscribed fiber Bragg gratings which have different Bragg wavelengths λB. Each fiber Bragg grating, or an associated section of the optical fiber, is held individually between two fiber holders5 connected to the transducer1 . Individual fiber Bragg gratings are mechanically prestressed, as is also described in PCT / CH99 / 00065 and DE 198 60 409.2.
Der hier dargestellte Transducer1 umfasst ferner einen Druckkörper3 und einen Referenzkörper4, welche im Transducergehäuse20 angeordnet sind. Der Druckkörper3 ist hohl ausgebildet, um ein Medium M unter einem allseitigen Druck aufzunehmen. Hierfür ist der Druckkörper3 mit einer im Gehäuse20 angeordneten Einlassöffnung22 verbunden. Wie hier dargestellt, ist der Druckkörper3 durch einen Hohlzylinder gebildet, welcher an einem Ende mit dem Gehäuse20 verbunden ist und am anderen Ende durch eine Druckplatte30 abgeschlossen ist, welche einen Träger zur Fixierung der optischen Faser1 bildet. Der Druckkörper3 ist durch eine Druckänderung des Mediums M längenveränderbar, so dass sich die Druckplatte30 innerhalb des Hohlraumes21 verschiebt.The transducer1 shown here further comprises a pressure body3 and a reference body4 , which are arranged in the transducer housing20 . The pressure body3 is hollow to receive a medium M under all-round pressure. For this purpose, the pressure body3 is connected to an inlet opening22 arranged in the housing20 . As shown here, the pressure body3 is formed by a hollow cylinder which is connected at one end to the housing20 and at the other end is closed by a pressure plate30 which forms a carrier for fixing the optical fiber1 . The pressure body3 can be changed in length by a change in pressure of the medium M, so that the pressure plate30 moves within the cavity21 .
Der Referenzkörper4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Hohlzylinder, welcher vom Druckkörper3 durchsetzt ist, wobei die Druckplatte30 den Referenzkörper4 überragt. Auch der Referenzkörper4 ist an einem Ende mit dem Gehäuse20 verbunden und endet am anderen Ende in einem freien Flansch, welcher einen Referenzträger40 zur Halterung der optischen Faser1 bildet. Der Referenzkörper4 weist einen Zylinderschaft auf, welcher aus zwei Segmenten41,42 mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungkoeffizienten besteht. Im allgemeinen weist ein erstes Segment41 denselben und ein zweites Segment42 einen höheren Ausdehnungskoeffizienten auf als der Druckkörper3. Durch geeignete Wahl der Längen und Materialien der Segmente lässt sich die thermische Längenveränderung des Referenzkörpers4 relativ zum Druckkörper3, das heisst die differentielle thermische Längenveränderung, vollständig kompensieren beziehungsweise auf einen gewünschten Wert einstellen, wie dies weiter unten erläutert wird. Geeignete Materialien hierfür sind beispielsweise eine Nickel-Basislegierung für den Druckkörper und für das erste Segment des Referenzkörpers und ein Chrom-Nickel-Stahl für das zweite Segment des Referenzkörpers.In this exemplary embodiment, the reference body4 is also a hollow cylinder which is penetrated by the pressure body3 , the pressure plate30 projecting beyond the reference body4 . The reference body4 is also connected at one end to the housing20 and ends at the other end in a free flange which forms a reference carrier40 for holding the optical fiber1 . The reference body4 has a cylindrical shaft, which consists of two segments41 ,42 with different coefficients of thermal expansion. In general, a first segment41 has the same and a second segment42 a higher expansion coefficient than the pressure body3 . By a suitable choice of the lengths and materials of the segments, the thermal length change of the reference body4 relative to the pressure body3 , that is to say the differential thermal length change, can be completely compensated or set to a desired value, as will be explained further below. Suitable materials for this are, for example, a nickel-based alloy for the pressure body and for the first segment of the reference body and a chromium-nickel steel for the second segment of the reference body.
Druckplatte30 und Referenzträger40 bilden ein Trägerpaar, welches ein erstes Faser-Bragg-Gitter10 der optischen Faser1 halten. Eine Druckänderung im Medium M führt somit zu einer Verschiebung der Druckplatte30 und einer Dehnung beziehungsweise Kompression des Faserabschnittes, welcher das erste Bragg-Gitter beinhaltet. Dadurch verschiebt sich dessen Bragg-Wellenlänge λ1. Vorzugsweise ist dieser Faserabschnitt mechanisch vorgespannt, wobei die Faservorspannung so gewählt ist, dass eine hinreichende Vorspannung auch noch bei maximaler Betriebstemperatur und minimalem Druck gewährleistet ist.Pressure plate30 and reference support40 form a pair of supports which hold a first fiber Bragg grating10 of the optical fiber1 . A change in pressure in the medium M thus leads to a displacement of the pressure plate30 and an expansion or compression of the fiber section which contains the first Bragg grating. This shifts its Bragg wavelength λ1 . This fiber section is preferably mechanically pretensioned, the fiber pretension being selected such that a sufficient pretension is still guaranteed even at the maximum operating temperature and minimum pressure.
Ein zweites Faser-Bragg-Gitter11 ist zwischen Referenzträger40 und Transducergehäuse20 gehalten, wobei es im Beispiel gemässFig. 1 nicht vorgespannt ist. Dieses zweite Bragg-Gitter11 ist nicht drucksensitiv. Eine Temperaturänderung verschiebt jedoch die Bragg-Wellenlänge λ2 dieses Bragg-Gitters, so dass es zur Temperaturmessung dient.A second fiber Bragg grating11 is held between the reference carrier40 and the transducer housing20 , it not being biased in the example according toFIG. 1. This second Bragg grating11 is not pressure sensitive. However, a temperature change shifts the Bragg wavelength λ2 of this Bragg grating, so that it serves for temperature measurement.
In dem inFig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die differentielle thermische Längenveränderung, so eingestellt, dass sie der thermischen Längenveränderung einer freien optischen Faser entspricht. Hierfür muss folgende Gleichung erfüllt sein:
In the exemplary embodiment shown inFIG. 1, the differential thermal length change is set such that it corresponds to the thermal length change of a free optical fiber. The following equation must be fulfilled for this:
α1(L' + l1) - α2L' = αfl1, (1)
α1 (L '+ l1 ) - α2 L' = αf l1 , (1)
wobei α1, α2 und αf die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Druckkörpers3, des zweiten Segmentes42 des Referenzkörpers4 beziehungsweise der optischen Faser1 sind. L' ist dabei die Länge des zweiten Segmentes42 und l1 die Länge des eingespannten Faserabschnittes mit dem ersten Bragg-Gitter10. Das erste Bragg-Gitter10 weist somit die inhärente thermische Sensitivität eines Bragg-Gitters einer nicht lagefixiert gehaltenen Faser auf.where α1 , α2 and αf are the thermal expansion coefficients of the pressure body3 , the second segment42 of the reference body4 and the optical fiber1's . L 'is the length of the second segment42 and l1 is the length of the clamped fiber section with the first Bragg grating10 . The first Bragg grating10 thus has the inherent thermal sensitivity of a Bragg grating of a fiber that is not held in position.
Beide inFig. 1 dargestellten Bragg-Gitter10,11 unterliegen jedoch einer allfälligen Beeinflussung durch Gase, welche in den Hohlraum21 dringen. Da sich beide Bragg-Gitter in demselben Hohlraum befinden, sind sie mindestens annähernd denselben Bedingungen ausgesetzt. Somit zeigt das erste Bragg-Gitter10 folgende Verschiebung seiner Bragg-Wellenlänge:
However, both Bragg grids10 ,11 shown inFIG. 1 are subject to any influence by gases which penetrate into the cavity21 . Since both Bragg gratings are located in the same cavity, they are exposed to at least approximately the same conditions. The first Bragg grating10 thus shows the following shift in its Bragg wavelength:
Δλ1 = a Δp + b ΔT + c ΔH2 (2)
Δλ1 = a Δp + b ΔT + c ΔH2 (2)
wobei Δp, ΔT und ΔH2 Änderungen im Druck, in der Temperatur beziehungsweise in der Gaskonzentration, hier Wasserstoff, und a, b und c bekannte Kalibrierungskoeffizienten sind. Dabei hängt der Kalibrierungskoeffizient a vor allem von Transducerparametern, wie Länge, Wanddicke des Druckkörpers, Länge des Bragg-Gitters, Young'sches Elastizitätsmodul und der Poisson-Zahl des Druckkörpermaterials, ab und beträgt typischerweise einige pm/bar. Der Koeffizient b ist ungefähr 10 pm/°C für eine Bragg-Wellenlänge von annähernd 1550 nm und der Term c ΔH2 kann bis zu einigen 100 µm betragen.where Δp, ΔT and ΔH2 are changes in pressure, temperature or gas concentration, here hydrogen, and a, b and c are known calibration coefficients. The calibration coefficient a depends primarily on transducer parameters such as length, wall thickness of the pressure body, length of the Bragg grating, Young's modulus of elasticity and the Poisson number of the pressure body material, and is typically a few pm / bar. The coefficient b is approximately 10 pm / ° C. for a Bragg wavelength of approximately 1550 nm and the term c ΔH2 can be up to a few 100 μm.
Das zweite Bragg-Gitter11 zeigt dasselbe Temperatur- und gasinduzierte Verhalten:
The second Bragg grid11 shows the same temperature and gas-induced behavior:
Δλ2 = b ΔT + c ΔH2 (3).Δλ2 = b ΔT + c ΔH2 (3).
Die Differenz der zwei Bragg-Wellenlängen
The difference between the two Bragg wavelengths
Δλ1 - Δλ2 = a Δp, (4)
Δλ1 - Δλ2 = a Δp, (4)
hängt nur noch vom Druck, nicht jedoch von der Temperatur und der Gasbelastung ab. Der Druck ist somit gegeben durch
depends only on the pressure, but not on the temperature and gas load. The pressure is therefore given by
Δp = (1/a) (Δλ1 - Δλ2) (5).Δp = (1 / a) (Δλ1 - Δλ2 ) (5).
InFig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Drucksensors dargestellt, bei welcher beide Faser-Bragg-Gitter temperaturkompensiert gehalten sind. Der Sensor weist im wesentlichen denselben Aufbau auf wie das anhandFig. 1 beschriebene Beispiel. In dieser Ausführungsform sind jedoch die Längen der Segmente so gewählt, dass eine thermisch induzierte Längenveränderung des Druck- und Referenzkörpers relativ zueinander einer ther misch induzierten intrinsischen Änderung der Bragg-Wellenlänge λ1 des ersten Bragg-Gitters10 entgegenwirkt. Das heisst:
InFIG. 2, a second embodiment of the inventive pressure sensor is shown, in which both fiber Bragg grating tempera ture held Siert are. The sensor has essentially the same structure as the example described with reference toFIG. 1. In this embodiment, however, the lengths of the segments are selected such that a thermally induced change in length of the pressure and reference body relative to one another counteracts a thermally induced intrinsic change in the Bragg wavelength λ1 of the first Bragg grating10 . This means:
(Δλ1)T = - (Δλ1)ε (6)
(Δλ1 )T = - (Δλ1 )ε (6)
wobei (Δλ1)T die temperaturinduzierte intrinsische Bragg-Wellenänderung darstellt und (Δλ1)ε die Bragg-Wellenlängenverschiebung infolge der differentiellen thermischen Ausdehnung des Druck- und Referenzkörpers ist.where (Δλ1 )T represents the temperature-induced intrinsic Bragg wave change and (Δλ1 )ε is the Bragg wavelength shift due to the differential thermal expansion of the pressure and reference body.
Um dies zu erreichen, muss somit folgende Bedingung erfüllt sein:
To achieve this, the following condition must be met:
α2 L' - α1(L'+ l1) + αfl1= A (7)
α2 L '- α1 (L' + l1 ) + αf l1 = A (7)
wobei L" die Länge des ersten Segmentes41 und A eine von den Materialparametern der Faser abhängige Konstante ist.where L "is the length of the first segment41 and A is a constant dependent on the material parameters of the fiber.
Das zweite Bragg-Gitter11 ist auf dieselbe Art und Weise temperaturkompensiert. Hierfür ist es zwischen zwei, ein Trägerpaar bildenden Trägern43,44 gehalten, wobei die Träger43,44 auf dem Referenzkörper4, vorzugsweise auf demselben Segment, angebracht sind. Die zwei Träger43,44 weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, deren Werte vorzugsweise den Werten der zwei Segmente41,42 des Referenzkörpers4 entsprechen. Für eine vollständige Temperaturkompensation gilt hier die Beziehung:
The second Bragg grating11 is temperature compensated in the same way. For this purpose, it is held between two carriers43 ,44 forming a pair of carriers, the carriers43 ,44 being attached to the reference body4 , preferably on the same segment. The two carriers43 ,44 have different thermal expansion coefficients, the values of which preferably correspond to the values of the two segments41 ,42 of the reference body4 . The following applies to complete temperature compensation:
α2d2 - α1(d2+ l2) + αfl2 = A (8)
α2 d2 - α1 (d2 + l2 ) + αf l2 = A (8)
wobei d2 die Länge des Trägers44 und l2 die Länge des eingespannten Faserabschnittes mit dem zweiten Bragg-Gitter11 ist.where d2 is the length of the carrier44 and l2 is the length of the clamped fiber section with the second Bragg grating11 .
Die Verschiebung der Bragg-Wellenlängen setzt sich nunmehr aus folgenden Gliedern zusammen:
The shift in the Bragg wavelengths now consists of the following terms:
Δλ1 = a Δp + c ΔH2 (9)
Δλ1 = a Δp + c ΔH2 (9)
Δλ2 = c ΔH2 (10).Δλ2 = c ΔH2 (10).
Der Druck lässt sich wie im ersten Beispiel berechnen. In diesem Fall erhält man jedoch auch eine Angabe zur Gaskonzentration, welche wie folgt bestimmt ist:
The pressure can be calculated as in the first example. In this case, however, you also get an indication of the gas concentration, which is determined as follows:
ΔH2 = (1/c) Δλ2 (11).ΔH2 = (1 / c) Δλ2 (11).
In hier nicht dargestellten Varianten dieses Ausführungsbeispiels sind die Träger43,44 des zweiten Bragg-Gitters11 an anderen Stellen des Transducers befestigt. In diesem Fall muss Gleichung (8) angepasst werden. Die erhaltenen Resultate sind jedoch dieselben.In variants of this embodiment, not shown here, the carriers43 ,44 of the second Bragg grating11 are fastened at other locations of the transducer. In this case, equation (8) has to be adapted. However, the results obtained are the same.
InFig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches eine unabhängige Messung von Druck, Temperatur und Gasbelastung erlaubt. Dieser Drucksensor weist eine optische Faser1 mit drei Faser-Bragg-Gittern10,11,12 mit vorzugsweise unterschiedlichen Bragg-Wellenlängen auf. Das erste und zweite Bragg-Gitter10,11, das heisst das Druck- und das Temperaturgitter, sind wie im Beispiel gemässFig. 2 jeweils zwischen Trägerpaaren angeordnet und von diesen gehalten. Das dritte Bragg-Gitter12, das Kompensationsgitter, ist ebenfalls von einem Trägerpaar gehalten, wobei ein erster Träger dieses Paares mit dem Druckkörper3 und ein zweiter Träger mit dem Referenzkörper4 verbunden ist. Im hier dargestellten Beispiel ist der erste Träger durch die Druckplatte30 gebildet und der zweite Träger ist ein Flansch oder eine Endplatte45 einer Verlängerung46 des Referenzzylinders, wobei der Referenzzylinder in der Verlängerung46 ein Fenster zur Aufnahme der Endplatte30 des Druckkörpers3 aufweist. Die Verlängerung besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten vernachlässigbar klein ist, beispielsweise aus Invar.InFig. 3, a third embodiment is shown, which allows an independent measurement of pressure, temperature and gas load. This pressure sensor has an optical fiber1 with three fiber Bragg gratings10 ,11 ,12 with preferably different Bragg wavelengths. The first and second Bragg grids10 ,11 , that is to say the pressure and temperature grids, are each arranged between carrier pairs and held by these, as in the example according toFIG. 2. The third Bragg grating12 , the compensation grating, is also held by a pair of supports, a first support of this pair being connected to the pressure body3 and a second support being connected to the reference body4 . In the example shown here, the first carrier is formed by the pressure plate30 and the second carrier is a flange or an end plate45 of an extension46 of the reference cylinder, the reference cylinder in the extension46 having a window for receiving the end plate30 of the pressure body3 . The extension preferably consists of a material whose coefficient of thermal expansion is negligibly small, for example Invar.
Die Längen der Träger beziehungsweise der Segmente der Druckkörper sind in diesem Beispiel wie folgt bemessen:
Das erste Faser-Bragg-Gitter10 ist gemäss Gleichung (7) vollständig temperaturkompensiert. Das zweite und dritte Faser-Bragg-Gitter11,12 weisen vorzugsweise dieselbe Temperaturabhängigkeit auf. Für eine vernachlässigbare thermische Ausdehnung der Verlängerung46 des Referenzzylinders4 entspricht die Temperaturabhängigkeit des dritten Bragg-Gitters12 gerade dem doppelten Wert einer freien Faser. Für das zweite Bragg-Gitter11 erreicht man dies durch entsprechende Wahl von Länge und Ausdehnungskoeffizienten der Träger. Dies wird erreicht durch
In this example, the lengths of the supports or segments of the pressure elements are dimensioned as follows:
The first fiber Bragg grating10 is completely temperature compensated according to equation (7). The second and third fiber Bragg grids11 ,12 preferably have the same temperature dependency. For a negligible thermal expansion of the extension46 of the reference cylinder4 , the temperature dependence of the third Bragg grating12 corresponds exactly to twice the value of a free fiber. For the second Bragg grating11 , this is achieved by appropriately choosing the length and expansion coefficient of the beams. This is achieved through
(Δλ2)T= (Δλ2)ε (12)
(Δλ2nd)T= (Δλ2nd)ε (12)
wodurch für das zweite Bragg-Gitter gilt
which applies to the second Bragg grating
α2d2 - α1(d2 + l2) + αfl2 = -A (13)α2 d2 - α1 (d2 + l2 ) + αf l2 = -A (13)
Ferner weist das dritte Bragg-Gitter12 durch seine Halterung dieselbe, jedoch entgegengesetzt gerichtete Druckabhängigkeit auf wie das erste Bragg-Gitter10.Furthermore, the third Bragg grating12 has the same, but oppositely directed pressure dependency as the first Bragg grating10 due to its mounting.
Die Bragg-Wellenlängen der drei Bragg-Gitter ändern sich deshalb wie folgt:
The Bragg wavelengths of the three Bragg gratings therefore change as follows:
Δλ1 = a Δp + c ΔH2 (14)
Δλ1 = a Δp + c ΔH2 (14)
Δλ2 = 2b ΔT + c ΔH2 (15)
Δλ2 = 2b ΔT + c ΔH2 (15)
Δλ3 = - a Δp + 2b ΔT + c ΔH2 (16)
Δλ3 = - a Δp + 2b ΔT + c ΔH2 (16)
woraus folgt:
From which follows:
Δp = (1/a) (Δλ2 - Δλ3) (17)
Δp = (1 / a) (Δλ2 - Δλ3 ) (17)
ΔT = (1/b) [Δλ2- (1/2) (Δλ1 + Δλ3)] (18)
ΔT = (1 / b) [Δλ2 - (1/2) (Δλ1 + Δλ3 )] (18)
ΔH2 = (1/c) [(Δλ1 + Δλ3 - Δλ2)] (19).ΔH2 = (1 / c) [(Δλ1 + Δλ3 - Δλ2 )] (19).
Falls die thermische Ausdehnung der Verlängerung46 nicht vernachlässigbar ist, so ist die Temperaturabhängigkeit des dritten Bragg-Gitters12 grösser als der doppelte Wert einer freien Faser. Der Parameter A in Gleichung (13) ist dann durch einen entsprechend grösseren Wert B zu ersetzen.If the thermal expansion of the extension46 is not negligible, the temperature dependence of the third Bragg grating12 is greater than twice the value of a free fiber. The parameter A in equation (13) is then to be replaced by a correspondingly larger value B.
Auch im Falle einer nicht vollständigen Temperaturkompensation für das erste Bragg-Gitter10 lassen sich Druck, Temperatur und Gasbelastung eruieren. Ist nämlich die Änderung der Bragg-Wellenlängen wie folgt:
Even in the case of incomplete temperature compensation for the first Bragg grating10 , pressure, temperature and gas load can be determined. This is because the change in Bragg wavelengths is as follows:
Δλ1 = a Δp + δb ΔT + c ΔH2 (20)
Δλ1 = a Δp + δb ΔT + c ΔH2 (20)
Δλ2 = d ΔT + c ΔH2 (21)
Δλ2 = d ΔT + c ΔH2 (21)
Δλ3 = -a Δp + (2b - δb)ΔT + c ΔH2 (22)
Δλ3 = -a Δp + (2b - δb) ΔT + c ΔH2 (22)
wobei δb der Fehler in der Temperaturkompensation und d ≠ 2b ist, ergibt sich daraus
where δb is the error in temperature compensation and d ≠ 2b is the result
Δp = (1/a) [Δλ1 - Δλ2 - (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2)(δb - d)/(2(b - d))] (23)
Δp = (1 / a) [Δλ1 - Δλ2 - (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2 ) (δb - d) / (2 (b - d))] (23)
ΔT = (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2)/(2(b - d)) (24)
ΔT = (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2 ) / (2 (b - d)) (24)
ΔH2 = (1/c) [Δλ2 - (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2)(d/2(b - d))] (25).ΔH2 = (1 / c) [Δλ2 - (Δλ1 + Δλ3 - 2Δλ2 ) (d / 2 (b - d))] (25).
InFig. 4 ist eine einfachere Variante des dritten Ausführungsbeispiels dargestellt. In dieser Variante hängt die Änderung der Bragg-Wellenlänge des zweiten Bragg-Gitters11 vorallem von der thermischen Ausdehnung des zweiten Segmentes42 des Referenzkörpers4 ab. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel lässt sich auch hier das zweite Bragg-Gitter an anderen Stellen im Transducer lagern.InFig. 4, a simpler variant of the third embodiment is provided. In this variant, the change in the Bragg wavelength of the second Bragg grating11 depends primarily on the thermal expansion of the second segment42 of the reference body4 . As in the second exemplary embodiment, the second Bragg grating can also be stored at other locations in the transducer.
Die in denFig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen mit drei Faser-Bragg-Gittern und zwei Kammern sind, im Falle, dass nur eine Kammer druckbelastet ist, zur Messung eines Absolutdruckes eines Mediums und, im Falle, dass beide Kammern mit Medien gefüllt sind, zur Messung von Differenzdrücken der Medien geeignet. Der Aufbau des Transducers und die Halterung der Bragg-Gitter gleicht den oben beschriebenen Ausführungsformen für ein Medium. Das Transducergehäuse20 weist nun jedoch eine erste und eine zweite Einlassöffnung23,23' für ein erstes beziehungsweise zweites Medium M', M" auf. Die optische Faser1 ist vom zweiten Medium M" umgeben, wobei die Faser vorzugsweise von einer nicht dargestellten Kapillare schützend umgeben ist.The embodiments shown inFIGS. 5 and 6 with three fiber Bragg gratings and two chambers are, in the event that only one chamber is pressurized, for measuring an absolute pressure of a medium and, in the event that both chambers are filled with media are suitable for measuring differential pressures of the media. The structure of the transducer and the mounting of the Bragg grating are similar to the above-described embodiments for a medium. However, the transducer housing20 now has a first and a second inlet opening23 ,23 'for a first and a second medium M', M ". The optical fiber1 is surrounded by the second medium M", the fiber preferably not being one shown capillary is surrounded protectively.
In dem inFig. 5 dargestellten vierten Ausführungsbeipiel ist das zweite Faser-Bragg-Gitter11, das Temperaturgitter, zwischen dem ersten und dem dritten Bragg-Gitter10,12 gehalten, wobei es vorzugsweise ohne mechanische Vorspannung in einem Trägerpaar gelagert ist und wobei es seine Träger40,43 mit den ersten und dritten Bragg-Gittern10,12 teilt. Die Änderung der Bragg-Wellenlänge λ2 des Temperaturgitters ist wie folgt:
In the fourth exemplary embodiment shown inFIG. 5, the second fiber Bragg grating11 , the temperature grating, is held between the first and the third Bragg grating10 ,12 , wherein it is preferably mounted in a pair of supports without mechanical stress and wherein it shares its beams40 ,43 with the first and third Bragg gratings10 ,12 . The change in the Bragg wavelength λ2 of the temperature grating is as follows:
Δλ2 = a' Δp2 + b ΔT + c ΔH2 (26)
Δλ2 = a 'Δp2 + b ΔT + c ΔH2 (26)
wobei a' die Sensitivität des zweiten Bragg-Gitters12 auf eine Druckänderung Δp2 des zweiten Mediums M" beschreibt. Die Bragg-Wellenlänge λ3 des dritten Gitters12, des Kompensationsgitters, ändert sich wie folgt:
where a 'describes the sensitivity of the second Bragg grating12 to a pressure change Δp2 of the second medium M ". The Bragg wavelength λ3 of the third grating12 , the compensation grating, changes as follows:
Δλ3 = a' Δp2 + b' ΔT + c ΔH2 (27).Δλ3 = a 'Δp2 + b' ΔT + c ΔH2 (27).
Die Temperaturempfindlichkeit b' des Kompensationsgitters ist aufgrund der thermischen Expansion des Referenzkörpers4 grösser als die intrinsische Empfindlichkeit b eines freien Fasergitters. Durch geeignete Wahl des Materials für den Referenzkörper4 lässt sich erreichen, dass b' sich um einen vordefinierten Faktor von b unterscheidet, insbesondere lässt sich erreichen, dass er mindestens annähernd den doppelten Wert von b aufweist. Beispielsweise, indem der Referenzkörper aus Stahl gefertigt ist. Die Temperaturänderung ergibt sich nun aus der Differenz der Gleichungen (26) und (27).The temperature sensitivity b 'of the compensation grid is greater than the intrinsic sensitivity b of a free fiber grid due to the thermal expansion of the reference body4 . Through a suitable choice of the material for the reference body4 it can be achieved that b 'differs from b by a predefined factor, in particular it can be achieved that it has at least approximately twice the value of b. For example, by making the reference body from steel. The temperature change now results from the difference between equations (26) and (27).
Für die Bragg-Wellenlängenverschiebung des ersten Gitters10 gilt:
The following applies to the Bragg wavelength shift of the first grating10 :
Δλ1 = a"(p2- p1) + a' Δp2 + b'ΔT + c ΔH2 (27a).Δλ1 = a "(p2 - p1 ) + a 'Δp2 + b'ΔT + c ΔH2 (27a).
Hier ist angenommen, dass das feingespannte Fesersegment mit dem ersten Gitter die gleiche Länge l1, aufweist wie das Segment des dritten Gitters12. Beide Gitter haben dann den gleichen Temperaturkoeffizienten b'. Der Differenzdruck (p2 - p1) ergibt sich dann aus der Differenz der Gleichungen 27a und 27.Here it is assumed that the finely tensioned fixed segment with the first grating has the same length l1 as the segment of the third grating12 . Both grids then have the same temperature coefficient b '. The differential pressure (p2 - p1 ) then results from the difference between equations 27a and 27.
Die inFig. 6 dargestellte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich vom vorherigen Beispiel im wesentlichen dadurch, dass der Referenzzylinder4 zwei Segmente41,42 mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei das zweite Bragg-Gitter11, das Temperaturgitter, auf einem Segment, vorzugsweise auf demjenigen mit dem grösseren Ausdehnungskoeffizienten, gehalten ist und einen Träger mit dem ersten Bragg-Gitter10 teilt. Dadurch ergibt sich für die Änderungen der Bragg-Wellenlängen:
The fifth embodiment shown inFIG. 6 differs from the previous example essentially in that the reference cylinder4 has two segments41 ,42 with different coefficients of thermal expansion, the second Bragg grid11 , the temperature grid, preferably on one segment the one with the larger coefficient of expansion is held and shares a carrier with the first Bragg grating10 . This results in the changes in the Bragg wavelengths:
Δλ1 = a"(p2- p1) + a' Δp2+ c ΔH2 (28)
Δλ1 = a "(p2 - p1 ) + a 'Δp2 + c ΔH2 (28)
Δλ2 = a' Δp2+ b'ΔT + c ΔH2 (29)
Δλ2 = a 'Δp2 + b'ΔT + c ΔH2 (29)
Δλ3 = a' Δp2 + b ΔT + c ΔH2 (30)Δλ3 = a 'Δp2 + b ΔT + c ΔH2 (30)
In den unveröffentlichten Patentanmeldungen PCT/CH99/00065 und DE 198 60 409.2 sind noch weitere Ausführungsbeispiele beschrieben. Das erfindungsgemässe Prinzip lässt sich auch auf diese Ausführungsbeispiele anwenden, indem jeweils eine feste Relation zwischen dem Temperaturverhalten zweier Faser-Bragg-Gitter durch geeignete Wahl bezüglich des thermischen Verhaltens des Druck- und Referenzkörpers hergestellt wird und die Faser-Bragg-Gitter derart im Transducer angeordnet sind, dass sie mindestens annähernd derselben Beeinflussung durch Gase unterliegen. Dadurch lassen sich verschiedenartig aufgebaute faseroptische Drucksensoren schaffen, welche eine gasunabhängige Messung eines Druckes und auch einer Temperatur erlauben.In unpublished patent applications PCT / CH99 / 00065 andDE 198 60 409.2 describes further exemplary embodiments. TheThe principle according to the invention can also be applied to these exemplary embodimentsapply each by a fixed relation between the temperature behaviortwo fiber Bragg gratings by suitable choice regarding the thermalBehavior of the pressure and reference body is produced and the fiberBragg gratings are arranged in the transducer in such a way that they are at leastare subject to approximately the same influence by gases. Let it throughdifferently constructed fiber optic pressure sensors create whicha gas-independent measurement of a pressure and also a temperatureallow.
11
optische Faser
optical fiber
1010th
erstes Faser-Bragg-Gitter (für Druckmessung)
first fiber Bragg grating (for pressure measurement)
1111
zweites Faser-Bragg-Gitter (für Temperaturmessung)
second fiber Bragg grating (for temperature measurement)
1212th
drittes Faser-Bragg-Gitter (zur Kompensationsmessung)
third fiber Bragg grating (for compensation measurement)
22nd
Transducer
Transducer
2020th
Transducergehäuse
Transducer housing
2121
Hohlraum
cavity
2222
Einlassöffnung
Inlet opening
2323
erste Einlassöffnung
first inlet opening
2323
' zweite Einlassöffnung
'' second inlet opening
33rd
Druckkörper
Pressure hull
3030th
Druckplatte
printing plate
44th
Referenzkörper
Reference body
4040
Referenzträger
Reference carrier
4141
erstes Segment
first segment
4242
zweites Segment
second segment
4343
Träger
carrier
4444
Träger
carrier
4545
Endplatte
End plate
4646
Verlängerungsstück
Extension piece
55
Faserhalterung
Fiber holder
66
Faserdurchführung
M Medium
M' erstes Medium
M" zweites Medium
p1Fiber feedthrough
M medium
M 'first medium
M "second medium
p1
Druck des ersten Mediums
p2Print the first medium
p2
Druck des zweiten Mediums
Printing the second medium
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