DE3036682C2 - - Google Patents

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DE3036682C2
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Olof Engstroem
Christer Dr.Techn. Vaesteraas Se Ovren
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TAKAOKA ELECTRIC CO., LTD., TOKIO/TOKYO, JP
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ASEA AB
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    • G01K11/3206Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
    • G01K11/3213Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering using changes in luminescence, e.g. at the distal end of the fibres
    • GPHYSICS
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Description

Die Erfindung betrifft ein faseroptisches Temperaturmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Tempera­ turmeßgerät ist bekannt aus der US-PS 40 75 493.
Es ist häufig wichtig, eine Temperaturmessung auf nicht elektri­ schem Wege durchführen zu können. Eine Möglichkeit hierfür bietet die Transmission von Licht in optischen Fasern. Solche Meßmetho­ den sind insbesondere in Umgebungen vorteilhaft, in denen Ex­ plosionsgefahr besteht oder starke elektrische oder magnetische Felder auftreten können.
Einige der auf Fotolumineszenz basierenden bekannten Temperatur­ meßgeräte haben den Nachteil, daß sie nicht überall anbringbar sind. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß man die erwünsch­ ten temperaturabhängigen Transmissionsänderungen nicht von ande­ ren Transmissionsänderungen unterscheiden kann, die auf Dämpfun­ gen oder anderen Einflüssen beruhen können. In der Praxis müssen solche Meßgeräte mit einer bekannten Temperatur geeicht werden, nachdem sie im Meßobjekt eingebaut worden sind, was Komplika­ tionen mit sich bringt.
Eine Lösung dieser und anderer verwandter Probleme wird in der EP-OS 00 06 530 beschrieben. Nach dieser Lösung wird das tempe­ raturabhängige, spektrale Absorptionsvermögen eines Materials gemessen, das der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist, wobei optische Fasern zur Zuleitung von Licht zu dem genannten Mate­ rial und zur Fortleitung von wenigstens eines Teils dieses Lich­ tes nach der Absorption im Material verwendet werden. Hierbei ist das Meßgerät mit Anordnungen zur Bestimmung des genannten Absorptionsvermögens in mindestens zwei Wellenlängenbereichen des auf das Material geleiteten Lichtes versehen.
Ein anderes Meßgerät, das zur faseroptischen Temperaturmessung verwendet werden kann, ist Gegenstand der DE-PA 30 19 020.6. Dieses Meßgerät wird in Thyristoren verwendet, wobei eine opti­ sche Faser in optischem Kontakt mit dem Thyristor angeordnet ist, und ein vom Thyristor emittiertes Lichtsignal ein Maß für u. a. die Temperatur des Thyristors ist. Mit "Licht" ist nachstehend und in den Patentansprüchen eine elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich von 0,1-10µm gemeint.
Bei dem aus der US-PS 40 75 493 bekannten Temperaturmeßgerät wird als fotolumineszierendes Material Phosphor verwendet. Für die Auswertung wird das Lumineszenzlicht in zwei vonein­ ander getrennten schmalen Frequenzbändern erfaßt, in denen sich die Intensität des Lumineszenzlichtes in Abhängigkeit der Temperatur unterschiedlich verändert. Aus diesen beiden Meßwerten wird ein Wert für die Temperatur gewonnen. Dieses bekannte Meßergerät arbeitet mit Anregungslicht im sichtbaren und ultravioletten Bereich. In diesen Wellenlängenbereichen ist die Transparenz von optischen Fasern relativ klein, und für die Erzeugung des Lichtes müssen relativ aufwendige Quellen, wie zum Beispiel Xenonröhren, verwendet werden.
Aus der US-PS 41 36 566 ist es grundsätzlich bereits be­ kannt, für die Temperaturmessung ein Halbleitermaterial am Meßort anzubringen. Der Halbleitersensor arbeitet dort je­ doch in der Weise, daß er einen von der Temperatur abhängi­ gen Teil des ihm zugeleiteten Lichtes absorbiert und einen entsprechend veränderten Teil reflektiert. Die Größe des am Meßort gemessenen reflektierten Lichtes ist dann ein Maß für die Temperatur. Eine Kompensation von Verfälschungen des Meßergebnisses durch variierende Dämpfungen der optischen Fasern und ihrer Umlenkstellen ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperatur­ meßgerät der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches den Einsatz preiswerter Lichtquellen, wie Leuchtdioden, ge­ stattet und eine hohe Ausnutzung der optischen Fasern und der Fotodetektoren ermöglicht. Zugleich soll eine Messung über ein sehr breites Frequenzband ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein faseroptisches Tempera­ turmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorge­ schlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Als alternative Lösung der gestellten Aufgabe wird ein fa­ seroptisches Temperaturmeßgerät vorgeschlagen, welches er­ findungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der beiden Erfindungsalternati­ ven sind in den Unteransprüchen 3 bis 16 genannt.
Das Meßgerät gemäß der Erfindung stellt eine sichere, wirt­ schaftliche und unempfindliche Meßanordnung dar, die mit Vor­ teil in schwieriger und/oder schwer zugänglicher Umgebung verwendet werden kann, wie beispielsweise in spannungsfüh­ renden Anlagen, und die einen Meßwert über einen sehr brei­ ten Meßbereich liefert.
Als Beispiel für ein geeignetes Halbleitermaterial kann GaP, das vorzugsweise mit Zn und O oder Cd und O dotiert ist, oder ZnSe genannt werden, das vorzugsweise mit Cu oder Mn dotiert ist.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1a die Anordnung eines Temperaturmeßgerätes gemäß der Erfindung, bei der sowohl das durch Lumineszenz emittierte Licht wie auch das von der Oberfläche des Halbleiters reflektierte Anregungslicht verwen­ det wird,
Fig. 1b für die Anordnung nach Fig. 1a wichtige Kurvenver­ läufe in Abhängigkeit der Wellenlänge,
Fig. 2a eine Anordnung eines Meßgerätes gemäß der Erfindung, bei der das durch Lumineszenz emittierte Licht in zwei Wellenlängenbereichen erfaßt wird,
Fig. 2b entsprechende Kurven wie Fig. 1b für die Anordnung nach Fig. 2a,
Fig. 3 die Anordnung eines anderen Ausführungsbispieles eines Meßgerätes gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine der Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwandte wei­ tere Ausführungsform der Erfindung.
Ein faseroptisches Temperaturmeßgerät kann dort angebracht wer­ den, wo man die Fotolumineszenz in Halbleitern oder in anderen Körpern aus festem Material mit Fotolumineszenzeigenschaften ausnutzt. Dabei können alternativ zwei verschiedene Effekte an­ gewandt werden, nämlich zum einen die Temperaturabhängigkeit des Lumineszenzeffektes und zum anderen die Temperaturabhängigkeit der spektralen Verteilung der Lumineszenz. Durch gleichzeitiges Erfassen der Reflexion des anregenden Lichtes können durch Faserbiegung bedingte Intensitätsvariationen durch Bildung des Quotienten aus dem Lumineszenzsignal und des dem reflektierten Anregungslichtes entsprechenden Signal kompensiert werden. Der Vorteil des Meßgerätes gemäß der Erfindung im Vergleich zu den bekannten faseroptischen Meßgeräten besteht darin, daß die Tempe­ raturabhängigkeit des Meßgerätes durch Wahl geeigneten Materials und durch zweckmäßige Dotierung innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann.
In den Figuren und im nachfolgenden Text werden verschiedene al­ ternative Ausführungsformen eines Meßgerätes gemäß der Erfindung beschrieben, bei denen bekannte Phänomene ausgenutzt werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1a gezeigt ist, ist ein Körper 1 aus festem Material, beispielsweise Halbleiter­ material "optisch" mit einer lichtleitenden Faser 2 verbunden, die sich an der Verzweigungsstelle 2 a in die Fasern 3 und 4 ver­ zweigt. Die Faser 4 wiederum verzweigt sich an der Verzweigungs­ stelle 4 a in die Fasern 5 und 5 a. An die Faser 3 ist eine Leucht­ diode 6 "optisch" angeschlossen. Das von ihr emittierte Licht ge­ langt über die Fasern 3 und 2 auf den Halbleiterkörper 1 und regt diesen zur Fotolumineszenz an. An die Faser 5 ist eine Foto­ diode 7 optisch angeschlossen, wobei zwischen der Faser 5 und der Fotodiode 7 ein optisches Filter 9 angeordnet ist, welches nur das von der Leuchtdiode 6 stammende, vom Halbleiterkörper 1 reflektierte Licht der Leuchtdiode 6 hindurchläßt. Es wird nämlich von der Leuchtdiode 6 emittiertes Licht durch die Fasern 3 und 2 auf den Körper 1 geleitet, von diesem reflektiert und dann durch die Fasern 4 und 5 geleitet. Wenn die Dämpfung der Strahlung beim Passieren des Fasersystems in einer Richtung gleich B ist, so ist das von der Fotodiode 7 erfaßte Signal proportional B 2 · L 0, wobei L 0 die Intensität des von der Leucht­ diode 6 in die Faser 3 emittierten Lichtes ist.
Eine Fotodiode 8 ist optisch mit der Faser 5 a verbunden, und zwischen der Faser 5 a und der Fotodiode 8 ist ein Filter 10 an­ geordnet, welches nur Licht passieren läßt, das durch die Lumi­ neszenz des Körpers 1 emittiert wird. Wenn Licht mit geeigneter Wellenlänge auf den Körper 1 gestrahlt wird, so erhält man be­ kanntlich durch Fotolumineszenz Licht, das im gezeigten Falle durch die Fasern 2, 4 und 5 a gesandt wird.
Wenn η die Stärke des Lumineszenzprozesses ist, so wird das von der Fotodiode 8 erfaßte Signal proportional B · η · BL 0. Die Signale der beiden Fotodioden werden einem Quotientenbilder 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal somit proportional η ist. Auf­ grund der Temperaturabhängigkeit dieser Größe (η (T)) kann man die zu messende Temperatur erhalten, und zwar unabhängig von einer Faserbiegung oder Änderungen von L 0 aufgrund von Tempera­ turänderungen oder Alterung der Leuchtdiode 6.
Fig. 1b zeigt die Spektren für ein System, das aus einer grün­ leuchtenden GaP-Leuchtdiode 6 und einem GaP-Kristall 1, der mit Zink und Sauerstoff dotiert ist, besteht, wobei man Silizium­ dioden als Fotodioden (7, 8) benutzen kann.
Weitere verwendbare Materialien für den Sensorkörper 1 sind GaP : Cd, O (d. h. mit Kadmium oder Sauerstoff dotiert) oder ZnSe : Cu (d. h. mit Kupfer dotiert) oder ZnSe : Mn (d. h. mit Mangan dotiert).
Bei dem Halbleitermaterial kann es sich um AlP, AlAs, GaP, GaAs, InP, InAs, In1- x Al x P, In1- x Ga x P, Ga1- x Al x P, In1- x Al x As, In1- x , Ga x As, Ga1- x Al x As, In As1- y P y , Ga As1- y P y , wobei x bzw. y zwischen 0 und 1 liegen, oder um ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, CdSe, CdTe oder CdS handeln.
In Fig. 1b ist die voll ausgezogene Kurve 12 das Lumineszenz­ spektrum, während die gestrichelte Kurve 13 das Exzitations­ spektrum für das lumineszierende Material des Körpers 1 ist. Die Kurve 14 ist die Transmissionskurve für das Filter 10, die Kurve 15 ist die Transmissionskurve für das Filter 9, und die Kurve 16 ist die Spektralkurve für eine grüne Leuchtdiode.
Die Anordnung gemäß Fig. 1a kann man sich auch derart abgewan­ delt vorstellen, daß das anregende Licht von der Leuchtdiode 6 über eine separate Faser auf den Körper 1 geleitet wird und das durch die Lumineszenz emittierte und/oder das reflektierte Licht in eine andere separate Faser gesandt wird, die mit den erfor­ derlichen Verzweigungen versehen ist.
Fig. 2a zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem von einer Leuchtdiode 6 über die Fasern 3 und 2 Licht zum Körper 1 gesandt wird, wodurch man an diesem Körper eine Fotolumineszenz erhält. Das hierdurch emittierte Licht wird über die Faser 2, die Ver­ zweigungsstelle 2 a, die Faser 4 und die Verzweigungsstelle 4 a in die beiden Fasern 5 und 5 a geleitet. Bei diesem Ausführungs­ beispiel hat das Filter 9 eine andere Transmissionskurve wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a bildet der Quotientenbilder 11 den Quotienten aus dem Lumineszenzsignal für zwei verschiedene Wellenlängen­ intervalle mit Hilfe der beiden Filter 9 und 10 (siehe Fig. 2b). Wenn sich die Temperatur des Sensormaterials des Körpers 1 än­ dert, ändert sich zugleich die Form und Lage des Lumineszenzspek­ trums. Dadurch wird der gebildete Quotient ein Maß für die Tem­ peratur des Sensormaterials. Aus den Ausgangssignalen der beiden Fotodioden 7 und 8 wird auch in diesem Falle im Quotientenbildner 11 der Quotient gebildet, so daß das Ausgangssignal des Gliedes 11 ein Maß für die Temperatur des Sensormaterials ist. Auch in diesem Falle ist das gewonnene Meßsignal von Faserbiegungen so­ wie von Änderungen der Intensität des von der Leuchtdiode 6 aus­ gesandten Lichtes usw. unabhängig.
Fig. 2b stimmt mit Fig. 1b überein mit Ausnahme der anders ver­ laufenden Transmissionskurve 15 a für das Filter 9. Die Trans­ missionskurve 15 a für das Filter 9 ist gegenüber der entsprechen­ den Kurve 15 in Fig. 1b nach links, d. h. in einen anderen Wellen­ längenbereich verschoben. Verlauf und Lage der Transmissionskur­ ve 14 für das Filter 10 sind unverändert geblieben. Die Kurven in Fig. 1b und 2b sind über der Größe h · ν aufgetragen, wobei h die Plancksche Konstante und ν die Frequenz des Lichtes ist, während auf der Ordinate die Transmission der betreffenden Filter, die Intensität des durch die Lumineszenz emittierten Lichtes, die Intensität des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes und die spektrale Empfindlichkeit des lumineszierenden Materials des Körpers 1 aufgetragen sind. Das Lumineszenzspektrum wird somit längs der Abszisse verschoben und ändert seine Form in Abhängig­ keit der Temperatur des festen Körpers 1. Auf diese Weise er­ hält man also am Ausgang des Quotientenbildners 11 ein Maß für die Temperatur des Körpers 1.
Eine alternative Anordnung zur Temperaturmessung gemäß der Er­ findung zeigt Fig. 3. Die Leuchtdiode 17 sendet Licht mit der Intensität L 17, das mit der Frequenz f 17 amplitudenmoduliert ist, in die Faser 18 und weiter über die Faser 19 auf das lumi­ neszierende Material A. Zwischen der Faser 19 und dem lumines­ zierenden Material A ist ein teilweise lichtdurchlässiger Spie­ gel 20 angebracht. Das durch die Lumineszenz des Materiales A emittierte Licht wird durch die Fasern 19 und 22 und das Filter 22 a zum Fotodetektor 21 geleitet. Das Filter 22 a läßt kein Licht mit Wellenlängen hindurch, die den Wellenlängen des Anregungs­ lichtes entsprechen. Die Intensität des vom Fotodetektor 21 empfangenen Lichtes ist somit K 1 · L 17 · B2 · η (T A ). Dieses Signal hat die Frequenz f 17 · T A ist dabei die Temperatur des Materials A, von der die Größe η abhängig ist. Die Leuchtdiode 23, die der Leuchtdiode 17 gleich ist, emittiert Licht mit der Intensität L 23, das mit der Frequenz f 23 amplitu­ denmoduliert ist, auf ein lumineszierendes Material B, dessen Eigenschaften mit denen des Materials A identisch sind. Das durch die Lumineszens des Materials B emittierte Licht wird durch ein Filter 24, das eine mit dem Filter 22 a identische Transmissionskurve hat, und durch die Fasern 25 und 19 geleitet. Es wird dann teilweise am Spiegel 20 reflektiert und durch die Fasern 19 und 22 zum Fotodetektor (Fotodiode) 21 geleitet. Die vom Fotodetektor 21 hierdurch erfaßte Lichtintensität beträgt K 2 · L 23 · B 2 · η (T B ) · L 17 oder L 23 werden so eingestellt, daß K 1 · L 17 = K 2 · L 23 wird. Das Signal vom Fotodetektor 21 wird im Verstärker 26 verstärkt. Durch die elektrischen Filter 27 und 28 werden die beiden Signale mit den Frequenzen f 17 bzw. f 23 getrennt und dem Regler 29 zugeführt. Dieser steuert ein Leistungsstellglied 30 derart, daß die Leistung in der Heiz- und/oder Kühlwicklung 31 so verändert wird, daß die Eingangs­ signale des Reglers 29 auf dem gleichen Wert gehalten werden. Dies ist der Fall, wenn η (T B ) = η (T A ), d. h. wenn T B = T A ist. Durch Messung von T B , beispielsweise unter Anwendung von Ther­ moelementen, erhält man also direkt T A . Die Temperatur des lu­ mineszierenden Materials A, also T A , kann somit bestimmt werden, ohne daß der Wert des Faktors B bekannt ist, welcher die Dämp­ fung in den Teilen des Systems darstellt, die von beiden opti­ schen Signalen durchlaufen werden. Dies bedeutet also, daß bei­ spielsweise eine Dämpfung des optischen Signals infolge einer Biegung der Faser 19 keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Messung hat. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 skiz­ ziert. Licht von einer Leuchtdiode 32 wird durch ein Fasersystem einerseits auf ein lumineszierendes Material A geleitet, welches der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist, und andererseits auf ein mit A identisches Material B, dessen Temperatur geregelt werden soll. Der Fotodektor 33 A, der mit einem optischen Fil­ ter 34 A versehen ist, welches das Anregungslicht transmittiert, liefert ein Ausgangssignal, das L 0 · B 2 proportional ist, wobei B die Dämpfung des optischen Signals beim einmaligen Passieren des Fasersystems 35 ist. Das System aus dem Fotodetektor 33 B und dem Filter 34 B ist mit dem System aus Fotodetektor 33 A und Filter 34 A identisch. Dem System 33 B-34 B wird das vom Mate­ rial B reflektierte Anregungslicht zugeführt. Das Ausgangs­ signal dieses Systems ist dann L 0 proportional. Dem System 33 A -34 A wird das vom Material A reflektierte Anregungslicht zuge­ führt, so daß das Ausgangssignal dieses Systems B 2 · L 0 propor­ tional ist. Nach der Verstärkung in den Verstärkern 36 und 37 werden diese beiden Signale im Quotientenbildner 38 durchein­ ander dividiert, wodurch man ein Signal erhält, das B 2 propor­ tional ist. Die Systeme Fotodetektor 39 A - Filtr 40 A sowie Fotodetektor 39 B - Filter 40 B haben untereinander identische Eigenschaften. Die Filter 40 A, 40 B transmittieren das durch die Lumineszenz emittierte Licht. Die Ausgangssignale der Verstär­ ker 41 und 42 sind somit L 0 · B 2 · η (T A ) bzw. L 0 · η (T B ) pro­ portional. Das Ausgangssignal des Quotientenbilders 43, dem das Signal des Verstärkers 41 und das Signal des Quotientenbil­ ders 38 zugeführt werden, ist somit L 0 · η (T A ) proportional. Dieses Signal wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Verstär­ kers 42 dem Regler 44 zugeführt. Die Funktion dieses Reglers sowie des Leistungsstellgliedes 45 und der Wicklung 46 ent­ spricht der Funktion der entsprechenden Glieder in Fig. 3. Auch für dieses System wird der Temperatur des Materials B mit konventionellen Methoden gemessen, wobei man die Temperatur des Materials A erhält. Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden. So kann das Meßgerät nach der Erfindung bei­ spielsweise statt mit zwei Detektoren 7, 8 zu arbeiten, auch mit mehr als zwei Detektoren, die untereinander unterschiedliche spektrale Ansprechkurven haben, arbeiten. Erhält man bei Ver­ wendung von drei Fotodetektoren für verschiedene Wellenlängen­ bereiche drei Signale S A , S B und S C , so kann der Quotient S A / (S B + S C ) gebildet werden, der ein Maß für die Temperatur ist. In entsprechender Weise kann gearbeitet werden, wenn auch re­ flektiertes Licht verarbeitet wird.

Claims (3)

1. Faseroptisches Temperaturmeßgerät, das auf der Fotolumi­ neszenz eines festen Materials (1) beruht, welches der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist und dessen Lumineszenz von der Temperatur abhängig ist, mit mindestens einer opti­ schen Faser (2-3), die mit dem lumineszenzfähigen Material in Kontakt steht und durch die Anregungslicht auf das lumi­ neszenzfähige Material geleitet wird, mit mindestens einer optischen Faser (2-4-5), die ganz oder teilweise die erstge­ nannte Faser sein kann und durch die das durch Lumineszenz von dem Material (1) emittierte Lumineszenzlicht zu einer elektronischen Meßstelle (11) mit mindestens zwei Fotodetek­ toren (7, 8) geleitet wird, die unterschiedliche Ansprechkur­ ven haben und aus deren Ausgangssignalen ein Maß für die Temperatur gebildet wird, wobei mindestens das Ausgangssi­ gnal eines Fotodetektors (8) vom Lumineszenzlicht abhängiges ist, dadurch gekennzeichnet, daß das fotolumineszierende Material ein Halbleitermaterial ist und daß das Ausgangssignal des anderen Fotodetektors (7) ein Maß für das vom Halbleitermaterial reflektierte Anregungslicht ist, welches über separate Fasern oder über die gleiche Fa­ ser wie das Lumineszenzlicht und eventuell zusätzlich über eine Faserverzweigung den Fotodetektoren zugeführt wird.
2. Faseroptisches Temperaturmeßgerät, das auf der Fotolumi­ neszenz eines festen Materials (1) beruht, welches der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist und dessen Lumineszenz von der Temperatur abhängig ist, mit mindestens einer opti­ schen Faser (2-3), die mit dem lumineszenzfähigen Material in Kontakt steht und durch die Anregungslicht auf das lumi­ neszenzfähige Material geleitet wird, mit mindestens einer optischen Faser (2-4-5), die ganz oder teilweise die erstge­ nannte Faser sein kann und durch die das durch Lumineszenz von dem Material (1) emittierte Lumineszenzlicht zu einer elektronischen Meßstelle (11) mit mindestens zwei Fotodetek­ toren (7, 8) geleitet wird, die unterschiedliche Ansprechkur­ ven haben und aus deren Ausgangssignalen ein Maß für die Temperatur gebildet wird, wobei mindestens das Ausgangssi­ gnal eines Fotodetektors (8) vom Lumineszenzlicht abhängiges ist, dadurch gekennzeichnet, daß das fotolumineszierende Material ein Halbleitermaterial ist, und daß der zweite Fotodetektor (7) einen Teil des Lumineszenz­ lichtes erfaßt, der mit dem vom ersten Fotodetektor (8) er­ faßten Teil des Lumineszenzlichtes nicht identisch ist.
3. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (1) AlP, AlAs, GaP, GaAs, InP, InAs, In1- x Al x P, In1- x Ga x P, Ga1-t x Al x P, In1- x Al x As, In1- x Ga x As, Ga1- x Al x As, InAs1- y P y , GaAs1- y P y mit x bzw. y zwischen 0 und 1, oder ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, CdTe, CdSe oder CdS ist. 4. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß GaP mit Zn und O oder Cd und O dotiert ist. 5. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ZnSe mit Cu oder Mn dotiert ist.6. Faseroptisches Temperaturmeßgrät nach einem der vorherge­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein teilweise lichtdurchlässiger Spiegel zwischen der Faser (2) und dem lumineszierenden Material (1) angebracht ist.7. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Fotodetektoren (7, 8) einem Funktionsbilder (11) zuge­ führt werden, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Tempe­ ratur des lumineszierenden Materials (1) ist.8. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß Licht in zwei getrenn­ ten Wellenlängenbereichen durch das ganze oder durch Teile des Fasersystems (2-5) geleitet wird, wobei nur einer der beiden Wellenlängenbereiche ganz oder teilweise mit dem Wellenlängenbereich zusammenfällt, in dem das lumineszie­ rende Material angeregt werden kann.9. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der optischen Faser (2) und dem lumineszierenden Material (1) ein optisches Element ange­ bracht ist, welches ganz oder teilweise Licht hindurchläßt in dem Wellenlängenbereich, in dem das lumineszierende Ma­ terial (1) unter Erzielung einer Lumineszenz beleuchtet wer­ den kann, und in dem Wellenlängenbereich, in dem Licht durch die Lumineszenz emittiert wird, während Licht in einem ande­ ren Wellenlängenbereich ganz oder teilweise reflektiert wird.10. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer oder beide Fotodetektoren zur Beeinflusung ihrer spektralen Ansprechkurve mit ent­ sprechenden optischen Filtern versehen sind.11. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das lumineszierende Material (1) geleitete Licht von mindestens einer Leuchtdiode und/oder mindestens einer Laserdiode er­ zeugt wird.12. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode und/oder Laserdiode temperaturstabilisiert sind/ist. 13. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 2-7 oder 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß dem lumineszierfähigen Materialkörper (1, A) außerdem durch Fotolumineszenz emit­ tiertes Licht von einem zweiten lumineszierfähigen Material­ körper (B) zugeführt wird, dessen Lumineszenzfähigkeit mit der des Materialkörpers (1, A) identisch ist und dessen Tem­ peratur regelbar ist (Fig. 3).14. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem erstgenannten Materialkör­ per (A) emittierte Licht einem Fotodetektor (21), der mit ei­ nem Filter (22 a) versehen sein kann, zugeführt wird, dessen Ausgangssignal nach eventueller Verstärkung (26) in zwei Signale aufgeteilt wird (27, 28), von denen das eine dem vom erstgenannten Materialkörper (A) und das andere dem vom zweiten Materialkörper (B) durch Lumineszenz emittierte Licht entspricht. 15. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem erst­ genannten Materialkörper (A) und dessen einleitender Faser (19) ein teilweise lichtreflektierendes Glied (20) zur Re­ flektion des von dem zweiten Materialkörper (B) emittierten Lichtes angeordnet ist. 16. Faseroptisches Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeteilten Sig­ nale einem Regler (29) zugeführt werden, dessen Ausgangs­ signal einem Leistungsstellglied (30) und/oder einem Heiz­ glied (51) oder einem Kühlglied zur Temperaturbeeinflussung des zweiten Materialkörpers (B) zugeführt wird.
DE19803036682 1979-10-10 1980-09-29 Faseroptisches temperaturmessgeraet Granted DE3036682A1 (de)

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