Die Erfindung betrifft eine Druckmeßeinrichtung, insbe¬ sondere für medizinische Druckmessungen, mit einem me¬ chanischen Drucksensor, der über einen Lichtwellenlei¬ ter an eine Auswerteelektronik angeschlossen ist, wobei dem Lichtwellenleiter ein Lichtsignal zugeführt ist und er ein dem herrschenden Druck entsprechendes Meßsignal an die Auswerteelektronik leitet.

Eine derartige Druckmeßeinrichtung ist in der DE 40 18 998 AI beschrieben. Am Drucksensor ist eine dem zu mes¬ senden Druck ausgesetzte Membran angeordnet, deren Zen¬ trum dem Lichtwellenleiter gegenübersteht. Der Licht¬ strahl aus dem Lichtwellenleiter trifft auf die reflek¬ tierende Membran und wird im Lichtwellenleiter entspre- chend dem druckanhängigen Abstand beeinflußt in dem Lichtwellenleiter zur Auswerteelektronik geführt.

Solche Druckmeßeinrichtungen haben den Vorteil, daß sie frei von einem elektrischen Potential arbeiten. Der Drucksensör ^' ist von der Auswerteelektronik galvanisch entkoppelt.

Bei medizinischen Druckmessungen werden beispielsweise Dehnungsmeßstreifenbrücken, Piezokristallaufnehmer ver- wendet, die über Drahtverbindungen mit der Auswerte¬ elektronik verbunden sind. Dabei sind elektrische Ver¬ bindungen zwischen dem jeweiligen Sensor und der Aus¬ werteelektronik notwendig. Solche sind oft unerwünscht. Durch drahtlose Verbindungen ließen sich die elektri- sehen Leitungen zwar vermeiden. Es müßte dann jedoch im Sensor eine elektrische Energieversorgung vorgesehen sein. Dies würde die Baugröße des Sensors vergrößern,

was insbesondere bei medizinischen Druckmessungen nach¬ teilig ist, bei denen der Sensor am oder im Patienten plaziert werden soll.

Bei Druckmessungen, insbesondere in der Medizintechnik, muß der Lichtwellenleiter biegbar beweglich sein, damit er flexibel an die betreffende Meßstelle geführt werden kann. Es wurde gefunden, daß solche Bewegungen des Lichtwellenleiters zu Verfälschungen des Meßergebnisses führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckmeßeinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der Ver¬ fälschungen des Meßergebnisses, die bei dem Bewegen bzw. Biegen des Lichtwellenleiters entstehen, kompen¬ siert sind.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Druckme߬ einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß parallel zum Lichtwellenleiter ein Vergleichs- Lichtwellenleiter geführt ist, der gemeinsam mit diesem biegbar beweglich ist und wie der Lichtwellenleiter ein Lichtsignal leitet, und daß das Lichtsignal des Ver¬ gleichs-Lichtwellenleiters vom Druck im Drucksensor un- beeinflußt ist und als Referenzsignal der Auswerteelek¬ tronik zugeführt ist, die mittels des Referenzsignals bewegungsbedingte Änderungen des Meßwertes kompensiert.

Der Lichtwellenleiter und der Vergleichs-Lichtwellen- leiter sind den gleichen bewegungsbedingten Störungen unterworfen. Nur im Lichtwellenleiter ist das Lichtsig¬ nal von der Meßgröße beeinflußt. Nach Art einer Me߬ brücke lassen sich die Lichtsignale des Lichtwellen¬ leiters und des Vergleichs-Lichtwellenleiters verarbei- ten, so daß" im Endergebnis der Meßwert nicht durch Be¬ wegungen bzw. Biegungen des Lichtwellenleiters ver¬ fälscht ist.

Die Druckmeßeinrichtung benötigt keine galvanische Ver¬ bindung zwischen dem Drucksensor und der Auswerteelek¬ tronik und keinen aktiven Sender im Drucksensor. Der Drucksensor ist dadurch sehr klein aufbaubar, so daß er sich auch leicht in Körperteile eines Patienten einfüh¬ ren läßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranεprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 ein Schaltbild einer Druckmeßeinrichtung schematisch, die nach dem Prinzip eines In- terferometers arbeitet,

Figur 2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführung der

Druckmeßeinrichtung, die mit Phasenmessung arbeitet,

Figur 3 ein Schaltbild einer Druckmeßeinrichtung schematisch, die mit einer Dämpf ngsmessung arbeitet,

Figur 4 eine Schnittansicht eines Drucksensors längs der Linie IV-IV nach Fig. 5, vergrößert,

Figur 5 eine Aufsicht des Drucksensors nach Fig. 4,

Figur 6 einen Drucksensor anderer Bauart im Schnitt

Die Druckmeßeinrichtung weist eine Lichtleiteranordnung (1) auf, die einen Drucksensor(2) , einen Lichtwellen- leiter(3) und einen Vergleichs-Lichtwellenleiter(4) u - faßt. Der mechanische Aufbau des Drucksensors(2) ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Der Lichtwellenlei- ter(3) und der Vergleichs-Lichtwellenleiter(4 ) weisen jeweils ein zum Drucksensor (2) hinführendes Stück und ein vom Drucksensor(2) wegführendes Stück auf. Die vier

Stücke führen an der gleichen Seite in den Drucksen- sor(2) (vgl. Fig. 4,5).

Der Vergleichs-Lichtwellenleiter(4 ) und der Lichtwel- lenleiter(3) sind parallel nebeneinander verlegt. Sie sind biegbar beweglich und verlaufen in einem gemeinsa¬ men Schutzschlauch(5) .

Der Drucksensor(2) weist einen Grundkörper(6 ) auf, wel- eher eine druckempfindliche Membran(7) trägt. Bei Druckbeaufschlagung in Richtung des Pfeiles(D) wird die Membran(7) ausgelenkt. Die Rückseite(8) der Membran(7 ) ist verspiegelt. Der Lichtwellenleiter(3) endet mit seinen beiden parallelen Stücken im Drucksensor(2) vor einer verspiegelten Umlenkflache(9) , die das aus dem einen Stück des Lichtwellenleiters(3) austretende Licht auf die verspiegelte Rückseite(8) der Membran(7) lenkt, welche Licht über die Umlenkflache(9) zurück in das ab¬ gehende Stück des Lichtwellenleiters(3) führt. Je nach der druckabhängigen Durchbiegung der Membran(7) wird das abgehende Licht gegenüber dem ankommenden Licht be¬ einflußt.

Der Vergleichs-Lichtwellenleiter(4) ist ebenfalls in den Drucksensor(2) geführt. Seine beiden parallelen Stücke sind dort jedoch so durchverbunden, daß sie durch die Membran(7) nicht beeinflußt werden.

Die Umlenkfläche (9) kann entsprechend der Darstellung in Figur 5 integrierter Bestand des Grundkörpers (6) sein. Sie kann alternativ auch ein getrenntes Prismen- Bauteil sein, welches in den Grundkörper (6) an der be¬ stimmten Position eingeführt und befestigt ist. Die Um¬ lenkfläche (9) verläuft jeweils unter einem Winkel von 45°.

Die Lichtleiteranordnung(1) ist über nicht näher darge¬ stellte Stecker mit einer Auswerteelektroni (10) ver¬ bunden.

Bei der Auswerteelektronik(10) nach Figur 1 wird den beiden Lichtwellenleitern( 3,4.) von einer Laserdiode(11) übe--- einen halbdurchlässigen Spiegel(12) ein Lichtsig- na_ zugeführt. Im Zuge des Vergleichs-Lichtwellenlei- ters(4) ist ein Stellglied(13) angeordnet, das in sei¬ ner Funktion der Membran(7) des Drucksensors(2) ähnlich ist und mit dem sich die optische Länge des Vergleichs- Lichtwellenleiters(4) entsprechend verstellen läßt. Beispielsweise ist das Stellglied(13) ein motorisch verstellbarer Spiegel oder ein magnetostriktiv verlän¬ gerbarer Lichtwellenleiter.

Die Lichtsignale des Lichtwellenleiters(3) und des Ver¬ gleichs-Lichtwellenleiters(4) werden über einen halb- durchlässigen Spiegel(14) einem Lichtempfänger(15) zu¬ geführt. Das empfangene Signal wird in einem Verstärker (16) verstärkt und an einen Regler(17) geleitet. Der Regler(17) stellt das Stellglied(13) so ein, daß die AusgangsSpannung am Verstärker(16 ) ein Minimum wird. Dies ist der Fall, wenn die optische Länge in der Strecke des Lichtwellenleiters(3) gleich der optischen Länge in der Strecke des Vergleichs-Lichtwellenlei¬ ters(4) ist. Die hierfür nötige Verstellung des Stell¬ gliedes(13) wird angezeigt. Sie stellt den Druck-Meß- wert dar. In dem Meßwert sind Störungen, beispielsweise biegungsbedingte Störungen, die die beiden Licht¬ wellenleiter(3,4) in gleicher Weise betreffen, nicht enthalten.

Bei dieser Einrichtung wird entsprechend der jeweiligen druckabhängigen optischen Längenänderung(d3) im Licht¬ wellenleiter^) im Vergleichs-Lichtwellenleiter(4) eine entsprechende Längenänderung(d4 ) eingestellt und diese zur Anzeige gebracht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird das den Lichtwellenleitern(3,4) über Laserdioden(11,11' ) zu¬ geführte Lichtsignal UHF-moduliert, wobei die Frequenz (fl) im Bereich von beispielsweise 100 MHz bis 1 GHz liegt und um etwa 30 kHz im Modulator(18) von einem

Regle (19) regelbar ist. Dem Vergleichs-Lichtwellenlei¬ ter (4) ist eine optische Strecke(20) der Länge lamda/4 von fl vorgeschaltet.

Lichtempfänger(15,15' ) der Auswerteelektronik(10) füh¬ ren die Lichtsignale der Lichtwellenleiter(3,4) einem Phasendetektor(21) zu, der den Regler(19) steuert. Der Regler(19) regelt die Frequenz(fl) so, daß eine Phasen¬ verschiebung von 90° besteht. Die Abweichung hiervon ist der druckabhängigen Auslenkung(d3) proportional. Diese kann an einem Display(22) dargestellt werden. Auch in diesem Fall sind im Meßergebnis Verfälschungen, die auf Biegungen der Lichtwellenleiter (3,4) beruhen, kompensiert.

Die Auswerteelektronik(10) nach Figur 3 arbeitet mit einem 20 kHz-Generator(23) , der über ein Stellglied(24) und einen LED-Treiber(25) an IR-Dioden(11,11' ) ange¬ schlossen ist, welche an die Lichtleiter(3,4) angekop- pelt sind. Lichtempfänger(15,15' ) sind an elektrische Verstärker(26,26 ' ) angeschlossen, an denen entsprechend der Lichtdämpfung im Lichtwellenleiter(3) mit der je¬ weiligen Meßstrecke(d3) und dem Vergleichs- Lichtwel¬ lenleiter(4) die Spannungen(Ul bzw. U2) anliegen. Die Spannungen(Ul,U2) werden über vom Generator(23) gesteu¬ erte Phasengleichrichter(27,27 ^"" ) und gegebenenfalls weiterer Verstärker an einen Mikro-Controler(28) ge¬ legt. An diesen ist ein Regler(29) angeschlossen, wel¬ cher das Stellglied(24) so steuert, daß die Span- nung(U2), die vom Vergleichs-Lichtwellenleiter(4) abge¬ leitet ist, konstant bleibt. Dadurch werden Störungen des Meßergebnisses, die auf biegungsbedingten Dämpfun¬ gen in den Lichtwellenleitern(3,4) beruhen, aus¬ geregelt, so daß im Display(22) ein dem jeweiligen Druck bzw. der Auslenkung (d3) entsprechendes Meßergeb¬ nis angezeigt wird.

Bei einer industriell wirtschaftlichen Fertigung von Lichtleiteranordnungen(1 ) , die einen Drucksensor(2) und

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die Lichtwellenleiter(3,4) aufweisen, sind weite Tole¬ ranzen in Kauf zu nehmen, die nicht ohne weiteres von der Auswerteelektronik(10) ausgeglichen werden können. Ein Abgleich jeder Lichtleiteranordnung in einem engen Toleranzrahmen wäre aufwendig. Um abwendige Ab¬ gleichmaßnahmen im optisch wirksamen Bereich zu vermei¬ den, werden die Lichtleiteranordnungen(1) in einem in der Massenfertigung leicht einhaltbaren Toleranzbereich gefertigt. Bei der Endkontrolle jeder Lichtleiteranord- nung(l) wird in einem Meßcomputer die Druckkennlinie der jeweiligen Lichtleiteranordnung(1) durchfahren. Der Meßcomputer errechnet aus dem Vergleich der tatsächli¬ chen Kennlinie mit einer Normkennlinie Anpassungswerte für die Steilheit und den Nullpunkt, die durch ohmsche Widerstände(X,Y) verkörpert werden. Diese Wider¬ stände(X,Y) werden in die Stecker der Lichtlei¬ teranordnung(1) eingesetzt. Bei größeren Fertigungsse¬ rien läßt sich ein vorgesehenes Widerstandspaar(X,Y) auch mittels Laserabgleich abgleichen oder es ist eine Balkenkodierung einsetzbar.

Wird die Lichtleiteranordnung(1) dann an die Auswerte¬ elektronik(10) angeschlossen, übernimmt der Mikro-Con- troler(28) die Widerstandswerte(X,Y) und erzeugt Steu- ergrößen(x,y), mit denen Spannungsanpassungsglieder (30,31) (vgl. Fig. 3) entsprechend voreingestellt wer¬ den. Für diese Eichung der Brückenschaltung ist ein Um¬ schalter (32) vorgesehen, der zum Eichen in seine Stel¬ lung^) und für das Messen in seine Stellung(b) ge- bracht wird.Die Stellung (a) entspricht bei einem drucklosen Sensor der Nullpunktstellung.

In Figur 6 ist der Drucksensor (2) in einer gegenüber der Figur 4 abgewandelten Bauart gezeichnet. In einer Bohrung (33) des Grundkörpers (6) ist ein Teflon¬ schlauch (34) eingesetzt, der stirnseitig an einer Ringschulter (35) der Bohrung (33) entdet. In dem Te¬ flonschlauch (34) von etwa 1,0 Millimeter Innendurch¬ messer befindet sich zentral ein Innenkeil (36), der vorne aus dem Teflonschlauch (34) herausgeführt ist und

vor der Membran (7) endet. Oberhalb des Innenkeils (36) ist das erste Paar des Lichtwellenleiters (3) angeord¬ net, dessen Stirnaustritte bis zur Membran (7) reichen. An der Unterseite sind die zwei Stücke des zweiten, sog. Vergleichslichtwellenleiters (4) vorgesehen, die im Abstand zu einer Schulter (37) des Innenkeils (36) enden. Die Lichtwellenleiterpaare (3,4) sind mit dem Innenkeil fest verbunden, was beispielsweise durch Schrumpfen erfolgen kann, um ihre Position präzise bei- zubehalten.