DE69619850T2 - Sensoranordnung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, die einen Lichtwellenleiter umfaßt, der einen Kern aus einem Werkstoff, der für Lichtstrahlung mit einer gegebenen Wellenlänge durchlässig ist, und eine Hülle, die den Kern umgibt, besitzt, wobei die Hülle aus einem Werkstoff besteht, der bei der gegebenen Wellenlänge einen Brechungsindex besitzt, der kleiner als der Brechungsindex der benachbarten Oberfläche des Kerns ist, wobei die Anordnung einen Sensorwerkstoff enthält, der eine vorgegebene Substanz oder Substanzen in sich aufnehmen kann und einen Brechungsindex besitzt, der von der Menge der aufgenommenen Substanz(en) abhängt, wobei der Sensorwerkstoff ausreichend nahe am Kern angeordnet ist, daß er wenigstens dann, wenn der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs einen ersten Wert besitzt, der der ersten Menge der aufgenommenen Substanz(en) entspricht, Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge aus dem Kern auskoppeln und dadurch den Durchlaßgrad des Wellenleiters für die Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge reduzieren kann.
• Eine Anordnung dieser allgemeinen Art ist z. B. aus dem US-Patentdokument 4.634.856 bekannt. Diese bekannte Anordnung dient zur Erfassung von Feuchtigkeit und umfaßt einen Lichtwellenleiter, der von einem Hüllenwerkstoff umgeben ist. Der Hüllenwerkstoff besitzt einen von seinem Feuchtigkeitsgehalt abhängigen Brechungsindex und kann durch einen gesinterten oder porösen Werkstoff gebildet sein. In dieser bekannten Anordnung sind deswegen der Sensorwerkstoff und der Hüllenwerkstoff ein und derselbe Werkstoff. Es ist offensichtlich, daß der Brechungsindex des trockenen Kunststoffs kleiner ist als der von Wasser und daß der effektive Brechungsindex mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt auf den des Kerns ansteigt. Lichtsignale werden durch die Faser von einer Lichtquelle an einem Ende zu einem Detektor am anderen Ende übertragen. Das Ansteigen des Brechungsindex der Hülle auf den des Kerns, das auftritt, wenn der Feuchtigkeitsgehalt wächst, hat eine Modifikation der modalen Leistungsverteilung im Kern und somit eine Dämpfung der von der Detektoreinheit empfangenen Lichtsignale zur Folge. Es ist offensichtlich, daß die Faser als Mehrmoden-Lichtwellenleiter betrieben wird, damit dies auftritt. In der Beschreibung wird erwähnt, daß Informationen über die Dämpfung des Lichtsignals über die gesamte Länge der Faser mit Hilfe eines optischen Zeitbereichs-Reflektometers (OTDR) gewonnen werden können. Auf diese Weise kann der Feuchtigkeitsgehalt an jedem Punkt über die gesamte Länge einer langgestreckten Lichtleitfaser gemessen werden, die über einen wesentlichen Bereich, der überwacht wird, oder längs dieses Bereichs angeordnet ist. Feuchtigkeitsmessungen können an vielen Punkten längs eines einzelnen Lichtleitkabels, das mehrere einzelne Lichtleitfasern enthält, ausgeführt werden, um an den gewünschten Stellen eine Überwachung zu realisieren. Es sind weitere Sensoranordnungen bekannt. JP-A-6 186 443 offenbart einen Sensor zum Erfassen eines Gases oder einer Flüssigkeit, der eine Lichtleitfaser mit exzentrisch positioniertem Kern enthält. US-A-S 343 037 offenbart einen Sensor auf Grundlage einer Faser, der Techniken zur Phasengeschwindigkeitsanpassung verwendet, um das Vorhandensein des geforderten Nachweisstoffs zu erfassen. JP-A-62 102 139 lehrt die Verwendung eines gittergestützten Brechungssensors, um die Zusammensetzung oder die Konzentration eines Gases zu messen. JP-A-4 184 149 beschreibt die Verwendung eines OTDR und einer Lichtleitfaser zum Überwachen der Feuchtigkeit eines elektrischen Anschlußkastens. "Realization of a Miniaturized Optical Sensor for Biomedical Applications", Poscio u. a., Sensors and Actuators A, Bd. A23, Nr. 1/3, 1. April 1990, S. 1092 bis 1096 beschreibt die Verwendung von Sensoren mit Lichtleitfasern bei Anwendungen im lebenden Organismus. GB-A-2 210 685 offenbart mehrere Konstruktionen von Sensoren mit Lichtleitfasern. DE-A-39 22 430 beschreibt die Verwendung eines Feuchtigkeitssensors auf Grundlage von Lichtleitfasern.
• Einzelmoden-Lichtleitfasern werden in steigendem Maße verwendet, um Signale in Telekommunikationsnetzen zu übertragen. Herkömmlich werden Mehrfaserkabel verwendet, wobei an geeigneten "Verteiler"-Knoten Kupplungen zu einzelnen Fasern hergestellt werden.
• Insbesondere werden einzelne Fasern häufig "aufgezweigt", d. h. mit zwei oder mehr anderen Lichtleitfasern gekoppelt, so daß Signale, die durch eine Faser übertragen werden, in zwei oder mehr andere Fasern eingespeist werden. Die Aufteilung erfolgt häufig mit einer Vorrichtung, die als optischer Koppler bekannt ist, der oftmals die Form einer "schmelzgeformten Faser-" Kupplung besitzt. Wie durch den Namen angedeutet wird, werden schmelzgeformten Faserkupplungen durch die Schmelzkopplung (unter der Einwirkung von Wärme und typischerweise Druck) von zwei oder mehr Faserstücken hergestellt. Diese Kupplungen sind auf Feuchtigkeit empfindlich. Sogenannte passive optische Netze PONs verwenden diese Kupplungen. Obwohl diese PONs noch nicht sehr weit verbreitet sind, werden sie optische Koppler umfassend nutzen und diese Koppler werden häufig im gesamten Netz verteilt sein, wobei sie typischerweise an Verteilungspunkten angeordnet sein werden, die nicht anderes als Straßenverteilungsschränke oder Zugriffspunkte darstellen. An solche Standorten ist es sehr schwierig, das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
• Da durch die Feuchtigkeit die Tendenz der Verschlechterung des Betriebs dieser Knoten besteht, müssen Schritte unternommen werden, um dieses Risiko zu vermindern, indem z. B. die Knoten hermetisch versiegelt oder in Silikagel eingepackt werden. Doch selbst dann ist noch ein Restrisiko vorhanden, daß die relative Feuchtigkeit in den Knoten auf einen unzulässigen Pegel ansteigt. Falls dies eintreten sollte, ist es vor allem erwünscht, daß die Situation unmittelbar erkannt wird, so daß Gegenaktionen unternommen werden können, bevor eine unzulässige Verschlechterung eintritt.
• Es ist selbstverständlich möglich, in jedem Knoten einen der vielen bekannten Feuchtigkeitssensoren vorzusehen und ihn von einem zentralen Überwachungspunkt mittels einer elektrischen Verdrahtung abzufragen und bei Bedarf außerdem mit Spannung zu versorgen. Dies ist jedoch aufwendig und teuer und es besteht ein Bedarf an einem Feuchtigkeitssensor, der in einem Längenstück einer Einzelmoden-Lichtleitfaser enthalten sein kann und darüber überwacht werden kann. Es sollte auch möglich sein, einen solchen Sensor derart zu konstruieren, daß unabhängig von der umgebenden Feuchtigkeit keine unzulässig große Dämpfung von Signalen, die durch die Faser geleitet werden, auftritt, so daß mehrere solche Sensoren an aufeinanderfolgenden Stellen längs derselben Faser enthalten sein können und in zufriedenstellender Weise über diese Faser überwacht werden können.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, zu ermöglichen, daß die obengenannten Forderungen eingehalten werden.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Feuchtigkeitssensor-Anordnung geschaffen, die einen Lichtwellenleiter umfaßt, der einen Kern aus einem Werkstoff, der für Lichtstrahlung mit einer gegebenen Wellenlänge durchlässig ist, und eine Hülle, die den Kern umgibt, besitzt, wobei die Hülle aus einem Werkstoff besteht, der bei der gegebenen Wellenlänge einen Brechungsindex besitzt, der kleiner als der Brechungsindex des Kerns ist, wobei die Anordnung einen hydrophilen Polymersensorwerkstoff enthält, der Wasser in sich aufnehmen kann und einen Brechungsindex besitzt, der von der Menge des aufgenommenen Wassers abhängt, wobei der hydrophile Polymersensorwerkstoff ausreichend nahe am Kern angeordnet und dennoch durch den Hüllenwerkstoff so weit vom Kern beabstandet ist, daß er wenigstens dann, wenn der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs einen ersten Wert besitzt, der der ersten Menge aufgenommenen Wassers entspricht, Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge aus dem Lichtwellenleiter auskoppeln und dadurch den Durchlaßgrad des Wellenleiters für die Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge reduzieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllenwerkstoff bei der gegebenen Wellenlänge einen Brechungsindex besitzt, der zwischen dem ersten Wert des Brechungsindex des Sensorwerkstoffs und einem zweiten Wert des Brechungsindex des Sensorwerkstoffs, der niedriger als der erste Wert ist und einer zweiten Menge aufgenommenen Wassers entspricht, liegt, wobei die zweite Wassermenge größer als die erste Wassermenge ist.
• Da der Sensorwerkstoff vom Kern durch den Hüllenwerkstoff getrennt ist, kann die Einfügungsdämpfung der Anordnung für Strahlung, die durch den Kern übertragen wird, klein sein, wenn der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs den zweiten Wert besitzt. Überdies kann die Einfügungsdämpfung dann, wenn der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs den ersten Wert besitzt, auf bestimmte Gegebenheiten eingestellt werden, indem der Abstand zwischen dem Sensorwerkstoff und dem Kern in geeigneter Weise eingestellt wird.
• Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise bei der gegebenen Wellenlänge ein Einzelmoden-Lichtwellenleiter.
• Um die Konstruktion zu vereinfachen, kann der Lichtwellenleiter eine Lichtleitfaser sein, die in einen Block aus einem Werkstoff eingebettet ist, der eine flache Oberfläche besitzt, wobei die Oberfläche eines verdünnten Abschnitts der Hülle einen Teil der flachen Oberfläche bildet und der Sensorwerkstoff als eine Lage auf der flachen Oberfläche vorhanden ist.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Erfassen einer Feuchtigkeitsänderung in einem oder mehreren Knoten eines Kommunikationsnetzes, wobei das Verfahren das Überwachen eines Lichtdurchlaßweges umfaßt, wobei der Lichtdurchlaßweg mit einer oder mehreren Feuchtigkeitssensoranordnungen, die oben beschrieben wurden, optisch gekoppelt ist, wobei sich in jedem Knoten des Kommunikationsnetzes, für den die Erfassung der Feuchtigkeit gewünscht ist, eine Feuchtigkeitssensoranordnung befindet. Vorzugsweise wird ein optisches Zeitbereichs-Reflektometer verwendet, um den Lichtdurchlaßweg zu überwachen.
• Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung beschrieben, worin:
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform zeigt;
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform zeigt;
• Fig. 3 eine Draufsicht eines Teils der Ausführungsform von Fig. 2 zeigt, und
• Fig. 4 mehrere Sensoranordnungen zeigt, die nacheinander in einem einzelnen Lichtdurchlaßweg enthalten sind.
• Fig. 1 ist ein Schnitt in Längsrichtung durch einen Lichtwellenleiter in Form einer Lichtleitfaser mit einem Kern 1, der von einer Hülle 2 umgeben ist. Der Kern 1 kann z. B. Lichtsignale von einem (nicht gezeigten) Zeitbereichs-Reflektometer übertragen. Üblicherweise ist der Brechungsindex N&sub1; des Kerns 1 bei der Wellenlänge (den Wellenlängen) der Lichtsignale größer als der Brechungsindex N&sub2; der Hülle 2, so daß die Signale durch den Kern 1 geleitet werden. Der Kern 1 kann einen kreisförmigen Querschnitt besitzen und sein Durchmesser d ist vorzugsweise ausreichend klein, damit der Wellenleiter bei der Wellenlänge (den Wellenlängen) der Lichtsignale ein Einzelmoden-Lichtwellenleiter ist.
• Der gezeigte Abschnitt des Wellenleiters arbeitet als Feuchtigkeitssensor. Zu diesem Zweck erstreckt sich ein Sensorwerkstoff 3 in der herkömmlichen Hülle 2 bis zum Kern 1. Der Sensorwerkstoff 3 kann Wasserdampf in sich aufnehmen und sein Brechungsindex N&sub3; ist wenigstens bei der Wellenlänge (den Wellenlängen) der durch den Kern 1 übertragenen Signale von der Menge des aufgenommenen Wasserdampfs abhängig. Insbesondere dann, wenn die Konzentration des Wassers im Werkstoff 3 ansteigt, ändert sich der Brechungsindex N&sub3; über einen Wertebereich, der den Brechungsindex N&sub2; des Hüllenwerkstoffs enthält, so daß bei einer bestimmten Konzentration gilt N&sub3; = N&sub2;.
• Der Werkstoff 3 erstreckt sich von außen zum Kern 1 hin, ist jedoch vom Werkstoff des Kerns durch eine dünne Schicht 4 des Hüllenwerkstoffs 2 beabstandet. Die Dicke t dieser Schicht, d. h. der Abstand zwischen dem Werkstoff 3 und dem Kern 1, ist ausreichend klein, so daß der neben dem Kern befindliche Abschnitt des Werkstoffs 3 in den Dämpfungswellen liegt, die in der Hülle 2 von den Lichtsignalen erzeugt werden, die durch den Kern 1 übertragen werden. Bei Wasserkonzentrationen im Werkstoff 3, bei denen sein Brechungsindex N&sub3; gleich oder kleiner als der Brechungsindex N&sub2; des Hüllenwerkstoffs 2 ist, verhält sich der Werkstoff 3 in gleicher Weise wie der Hüllenwerkstoff 2 in bezug auf die Signale, die durch den Kern 1 übertragen werden. Jedoch bei Wasserkonzentrationen, bei denen N&sub3; größer ist als N&sub2;, koppelt der Werkstoff 3 einen Teil der Signalenergie vom Kern 1 aus, und reduziert somit den Durchlaßgrad des Wellenleiters. Diese Reduzierung kann erfaßt werden, z. B. mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Lichtstrahlungsdetektors, der an einem Ende des Wellenleiters angeordnet ist, um Lichtstrahlung zu empfangen, die durch den Wellenleiter von einer (ebenfalls nicht gezeigten) Quelle, die am anderen Ende angeordnet ist, übertragen wird, oder mit Hilfe eines optischen Zeitbereichs-Reflektometers, das an einem Ende des Wellenleiter angeordnet ist, um Lichtstrahlungsimpulse im Wellenleiter zu übertragen und die Rückstreuung der Strahlung zu erfassen, die durch die Auskopplung von Energie durch den Werkstoff 3 verursacht wird.
• Die Energiemenge, die durch den Werkstoff 3 bei relativen Feuchtigkeiten ausgekoppelt wird, bei denen sein Brechungsindex größer ist als der des Hüllenwerkstoffs 2, ist stark abhängig von der Dicke t der Schicht 4. Somit kann die bei diesen Konzentrationen auftretende Reduzierung des Durchlaßgrads des Wellenleiters 1, 2 gewählt werden, um bestimmten Bedingungen zu entsprechen, indem die Dicke t in geeigneter Weise gewählt wird. Wenn z. B., wie in Fig. 1 gezeigt ist, lediglich ein einzelner Sensor längs einer Lichtleitfaser vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, für die Reduzierung des Durchlaßgrads einen großen Wert zu wählen, d. h. einen sehr kleinen Wert von t zu wählen, um eine maximale Empfindlichkeit zu erreichen. Wenn andererseits mehrere derartige Sensoren an aufeinanderfolgenden Stellen längs derselben Faser vorgesehen sind, ist es wahrscheinlich, daß eine große Reduzierung des Durchlaßgrads, die durch einen Sensor verursacht wird, die Überwachung der anderen Sensoren über die Faser behindert. In einer derartigen Situation kann es vorteilhaft sein, eine relativ kleine Reduzierung des Durchlaßgrads, d. h. einen relativ großen Wert von t zu wählen.
• Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Hülle 2 in dem Bereich, in dem sie am Kern 1 anliegt, über die Länge des Wellenleiters oder der Faser ununterbrochen ist. Dies ermöglicht, daß die Dämpfung, die durch das Vorhandensein des Sensorwerkstoffs 3 verursacht wird, in Situationen, bei denen der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs 3 gleich oder kleiner als der des Hüllenwerkstoffs 2 ist, sehr gering gehalten werden kann.
• Die in Fig. 1 gezeigte Konfiguration ist in der Herstellung etwas unpraktisch und es wird nun mit Bezug auf Fig. 2 und 3 der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. In Fig. 2 und 3 sind Gegenstände, die Gegenstücke in Fig. 1 besitzen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die Sensoranordnung von Fig. 2 und 3 ist ähnlich zur Fig. 1 in Fig. 2 im Längsschnitt gezeigt. Diese Sensoranordnung umfaßt wiederum eine Lichtleitfaser mit einem Kern 1 und einer Hülle 2. Die Faser 1, 2 wird nun mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs 5, z. B. warmaushärtendes Epoxidharz, in einer Nut gehalten, die in die obere Oberfläche eines Quarzblocks 6 geschnitten ist; siehe außerdem die Draufsicht der Anordnung ohne Sensorwerkstoff 3, die in Fig. 3 gezeigt ist. Vom Zentrum des Blocks 6 zu seinen Kanten vertieft sich die Nut weiter, so daß die Faser 1, 2 in dieser Ausführungsform nicht gerade sondern gekrümmt ist. (Die Krümmung ist in Fig. 2 stark übertrieben.) Die obere Oberfläche der Baueinheit des Blocks 6, des Klebstoffs 5 und der eingebetteten Faser 1, 2 ist poliert, so daß ein Abschnitt 7 der Hülle 2 der Faser 1, 2 im Zentrum des Blocks 6 entfernt wurde, damit in diesem Bereich eine viel dünnere Schicht 4 der Hülle stehenbleibt. Das Polieren wurde fortgesetzt, bis die Schicht 4 die erforderliche Dicke aufweist; vergleiche die oben mit Bezug auf Fig. 1 gegebene Erläuterung der Abhängigkeit der ausgekoppelten Energie von der Schichtdicke t. (Es wird an diesem Punkt angemerkt, daß eine sogenannte D-Faser, d. h. eine Faser, die mit einem nicht kreisförmigen symmetrischen D-förmigen Profil hergestellt ist, wobei ihr Kern sehr nahe an der flachen Oberfläche angeordnet ist, an Stelle dieser "polierten" Faser verwendet werden kann.) Wenn die gewünschte Dicke des Schicht 4 erreicht ist, wird eine Schicht des Sensorwerkstoffs 3 über die gesamte obere Oberfläche der Baueinheit aus Block 6, Faser 1, 2 und Klebstoff 5 aufgebracht. Der Werkstoff 3 erstreckt sich somit in den Raum, den der Hüllenwerkstoff 2 ohne "Polieren" zum Kern 1 hin einnehmen würde, ist jedoch wiederum vom Kern 1 durch den Hüllenwerkstoff 2 getrennt.
• In einem Beispiel einer Sensoranordnung, die so aufgebaut und konfiguriert ist, wie in Fig. 2 und 3 beschrieben ist, war der Werkstoff des Kerns 1 mit Germanium dotiertes geschmolzenes Siliciumoxid, so daß sein Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 435 nm um etwa 0,3% größer war als der der Hülle 3. Sein Durchmesser betrug 8 um. Der Werkstoff der Hülle 2 war geschmolzenes reines Silicium mit einem Brechungsindex von 1,433 bei einer Wellenlänge von 435 nm. Seine radiale Dicke betrug 58,5 um. Die Dicke des Sensorwerkstoffs 3 war wenigstens ausreichend, um die ursprüngliche Hüllendicke im Bereich 7 wiederherzustellen; eine Dicke von 100 um hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Eine derartige Filmdicke, die in der Größenordnung von einigen hundert Mikrometern liegt, bedeutet, daß in der Sensorwerkstoffschicht, in die der fundamentale Fasermodus koppeln kann, eine fast kontinuierliche Menge von Moden vorhanden ist.
• Der Krümmungsradius der Faser 1, 2 betrug 25 cm. Die Abmessungen des Quarzblocks 6 betrugen 10 · 10 · 30 nm.
• Der verwendete Sensorwerkstoff 3 war Polyethylenoxid (PEO), das stark hydrophil und außerdem in seinem Verhalten gegenüber Wasserdampf reversibel ist. Er wurde auf der oberen Oberfläche der Baueinheit aus Block 6, Faser 1, 2 und Klebstoff 5 in gelöster Form aufgestrichen und getrocknet. Dieser Werkstoff dehnt sich aus, wenn er Wasserdampf aufnimmt, und zieht sich zusammen, wenn er Wasserdampf abgibt, wodurch bewirkt wird, daß sein Brechungsindex ansteigt bzw. abfällt. Ein typischer Bereich des Brechungsindex, den der Polyethylenoxidwerkstoff durchläuft, wenn sich die relative Feuchtigkeit von typischerweise 40% auf 90% ändert, bewegt sich von n = 1,5 bis n = 1,4. Es ist deswegen für einen erfahrenen Leser klar, daß die Vorrichtung beim Ansteigen der relativen Feuchtigkeit von einem Regime, in dem der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs größer als der des Hüllenwerkstoffs ist, so daß Licht aus der Faser in den Hüllenwerkstoff ausgekoppelt wird, zu einem Regime übergeht, in dem der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs geringer ist als der des Hüllenwerkstoffs, so daß aus der Faser kein Licht ausgekoppelt wird. Die relative Feuchtigkeit, bei der sein Brechungsindex gleich dem des Hüllenwerkstoffs 2 wird, beträgt bei Raumtemperatur etwa 80%. (Dieser Wert kann bei Bedarf durch Dotieren des PEO mit einem geeigneten Dotierstoff geändert werden. Diese geeigneten Dotierstoffe könnten ionische Salze wie Colbaltchlorid enthalten, obwohl sich herausgestellt hat, dieses zu Problemen des Filmabbaus führt.)
• Die Dicke der Schicht 4 wurde so gewählt, daß etwa 50% der Einzelmoden-Lichtstrahlung einer gegebenen Wellenlänge, die durch die Faser 1, 2 übertragen wird, durch den Sensorwerkstoff 3 in Situationen (bei relativen Feuchtigkeiten) ausgekoppelt wird, in denen der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs 3 größer war als der des Hüllenwerkstoffs 2. (Diese Zahl von 50% trat bei einer Wellenlänge von 1,3 um auf und vergrößerte sich mit ansteigender Wellenlänge infolge der entsprechenden Vergrößerung des Modenfelddurchmessers des Lichts in der Faser.) Diese Dicke der Schicht 4 wurde erreicht, indem das Polieren der Baueinheit aus Block 6, Faser 1, 2 und Klebstoff 5 stufenweise ausgeführt wurde und die Eigenschaften der Baueinheit nach jeder Stufe geprüft wurden. Das verwendete Prüfverfahren war das sogenannte "Flüssigkeitstropfen"-Verfahren, für dessen Einzelheiten auf einen Artikel "Measurement of the Core Proximity in Polished Fibre Substrates and Couplers" von Digonnet u. a. in Optics Letters, 10 (1985), S. 463 bis 465 Bezug genommen werden kann. Dieses Verfahren enthält im wesentlichen das Messen der Durchlaßdämpfung in der Faser 1, 2, wenn eine Flüssigkeit mit einem geeigneten Brechungsindex (größer als der der Hülle) auf die freiliegende Faser aufgebracht wird.
• Verschiedene Sensoranordnungen, jeweils in der Weise, die mit Bezug auf Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, können in einem einzelnen Lichtleitfaser-Übertragungsweg seriell enthalten sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 sind die Sensoranordnungen 8 in einem einzigen Übertragungsweg, der durch eine Einzelmoden-Lichtleitfaser 9 gebildet ist, seriell enthalten. Die Faser 9 wird an jeder Stelle, an der eine Sensoranordnung 8 erforderlich ist, unterbrochen und die beiden auf diese Weise erzeugten Faserenden werden an jeder Stelle mit entsprechenden Enden der Faser 1, 2 dieser Sensoranordnung verspleißt. Die Anordnungen 8 können mit Hilfe eines optischen Zeitbereichs-Reflektometers 10 abgefragt werden, das an einem Ende der Faser 9 angeordnet ist, um optische Prüfsignale in die Faser 9 einzuleiten und Signale zu analysieren, die als Antwort darauf von der Faser 9 empfangen werden.
• Es wird angemerkt, daß diese Anordnung und insbesondere die Verwendung eines Sensorwerkstoffs wie Polyethylenoxid den Vorteil besitzen, daß das System in bezug auf das Leistungsbudget im ungünstigsten Fall arbeitet, wenn alle Sensoren in ihrem "sicheren" oder besser "trockenen" Zustand arbeiten. Alle Änderungen dieses Zustands, wie etwa dann, wenn wenigstens ein Sensor den geeigneten Schwellenwertpegel der relativen Feuchtigkeit erfaßt, bewirken, daß die Gesamtlichtdämpfung der Faser abgesenkt wird. Dies eliminiert das Risiko der "Abdunklung" von Sensoren am Ende einer seriellen Anordnung.
• Es ist offensichtlich, daß an den beschriebenen Ausführungsformen viele Modifikationen ausgeführt werden können, während sie im Umfang der Erfindung bleiben, die durch die Ansprüche definiert ist. Der Sensorwerkstoff 3 kann z. B. ein anderer als Polyethylen sein, z. B. Gelatine oder Polyvinylalkohol. Tatsächlich können Sensoranordnungen gemäß der Erfindung verwendet werden, um andere Substanzen als Wasserdampf zu erfassen, wenn der Sensorwerkstoff 3 in geeigneter Weise gewählt wird. Bei dieser letzten Verbindung kann z. B. auf ein Dokument von Ronot u. a. "Detection of chemical vapours with a specifically coated optical-fibre sensor" in Sensors and Actuators B, II (1993) S. 375 bis 381 für eine Erläuterung von Sensorwerkstoffen Bezug genommen werden, deren Brechungsindex sich beim Vorhandensein von Dampf einer oder mehrerer gegebener Chemikalien ändert. "
• Als eine Modifikation der beschriebenen Ausführungsformen kann eine dünne Schicht eines weiteren Werkstoffs zwischen der dünnen Schicht 4 des Hüllenwerkstoffs und dem Sensorwerkstoff 3 vorgesehen werden. In einem solchen Fall sollte die Änderung des Brechungsindex des Werkstoffs 3 bei der Aufnahme der zu erfassenden Substanz(en) einen Bereich umfassen können, der den "effektiven" Brechungsindex des neuen "effektiven" Hüllenwerkstoffs, der aus der Kombination aus dem weiteren Werkstoff und dem "alten" Hüllenwerkstoff gebildet wird, und nicht nur den Brechungsindex des "alten" Hüllenwerkstoffs enthält.

Claims (10)

1. Feuchtigkeitssensor-Anordnung, die einen Lichtwellenleiter umfaßt, der einen Kern aus einem Werkstoff, der für Lichtstrahlung mit einer gegebenen Wellenlänge durchlässig ist, und eine Hülle, die den Kern umgibt, besitzt, wobei die Hülle aus einem Werkstoff besteht, der bei der gegebenen Wellenlänge einen Brechungsindex besitzt, der kleiner als der Brechungsindex des Kerns ist, wobei die Anordnung einen hydrophilen Polymersensorwerkstoff enthält, der Wasser in sich aufnehmen kann und einen Brechungsindex besitzt, der von der Menge des aufgenommenen Wassers abhängt, wobei der hydrophile Polymersensorwerkstoff ausreichend nahe am Kern angeordnet und dennoch durch den Hüllenwerkstoff so weit vom Kern beabstandet ist, daß er wenigstens dann, wenn der Brechungsindex des Sensorwerkstoffs einen ersten Wert besitzt, der der ersten Menge aufgenommenen Wassers entspricht, Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge aus dem Lichtwellenleiter auskoppeln und dadurch den Durchlaßgrad des Wellenleiters für die Strahlung mit der gegebenen Wellenlänge reduzieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllenwerkstoff bei der gegebenen Wellenlänge einen Brechungsindex besitzt, der zwischen dem ersten Wert des Brechungsindex des Sensorwerkstoffs und einem zweiten Wert des Brechungsindex des Sensorwerkstoffs, der niedriger als der erste Wert ist und einer zweiten Menge aufgenommenen Wassers entspricht, liegt, wobei die zweite Wassermenge größer als die erste Wassermenge ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Lichtwellenleiter bei der gegebenen Wellenlänge ein Einzelmoden-Lichtwellenleiter ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das hydrophile Polymer Polyethylenoxid ist.

4. Anordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Lichtwellenleiter eine Lichtleitfaser ist, die in einen Block aus einem Werkstoff eingebettet ist, der eine flache Oberfläche besitzt, wobei die Oberfläche eines verdünnten Abschnitts der Hülle einen Teil der flachen Oberfläche bildet und der Sensorwerkstoff als eine Lage auf der flachen Oberfläche vorhanden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Lage aus Sensorwerkstoff eine Dicke von wenigstens 100 um besitzt.

6. Anordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, die mit einem optischen Zeitbereichs-Reflektometer versehen ist, der mit dem Wellenleiter gekoppelt ist, um die Lichtstrahlung der gegebenen Wellenlänge in den Wellenleiter zu leiten und die Rückstreuung dieser Strahlung vom Wellenleiter zu empfangen.

7. Mehrfache Feuchtigkeitssensoranordnung, die mehrere Feuchtigkeitssensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfaßt, wobei ihre Lichtwellenleiter nacheinander in einem einzigen Durchlaßweg für die Lichtstrahlung der gegebenen Wellenlänge enthalten sind.

8. Mehrfache Feuchtigkeitssensoranordnung nach Anspruch 7, die mit einem optischen Zeitbereichs-Reflektometer versehen ist, der mit dem Durchlaßweg gekoppelt ist, um Lichtstrahlung der gegebenen Wellenlänge in den Durchlaßweg zu leiten und die Rückstreuung dieser Strahlung vom Durchlaßweg zu empfangen.

9. Verfahren zum Erfassen einer Feuchtigkeitsänderung in einem oder mehreren Knoten eines Kommunikationsnetzes, wobei das Verfahren das Überwachen eines Lichtdurchlaßweges umfaßt, wobei der Lichtdurchlaßweg mit einer oder mehreren Feuchtigkeitssensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 optisch gekoppelt ist, wobei sich in jedem Knoten des Kommunikationsnetzes, für den die Erfassung der Feuchtigkeit gewünscht ist, eine Feuchtigkeitssensoranordnung befindet.

10. Verfahren zum Erfassen einer Feuchtigkeitsänderung in einem oder mehreren Knoten eines Kommunikationsnetzes nach Anspruch 9, bei dem ein optisches Zeitbereichs-Reflektometer verwendet wird, um den Lichtdurchlaßweg zu überwachen.