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DE102007018817A1 - Method and device for pressure measurement - Google Patents

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DE102007018817A1
DE102007018817A1 DE102007018817A DE102007018817A DE102007018817A1 DE 102007018817 A1 DE102007018817 A1 DE 102007018817A1 DE 102007018817 A DE102007018817 A DE 102007018817A DE 102007018817 A DE102007018817 A DE 102007018817A DE 102007018817 A1 DE102007018817 A1 DE 102007018817A1
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DE
Germany
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measuring
membrane
pressure
interferometric
wall
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007018817A
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German (de)
Inventor
Marc Layer
David Rychtarik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckmessung in einem Messraum, wobei zur Druckmessung die Auslenkung einer mit dem Messraum in Wirkverbindung stehenden Membran mit einer interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird. Die Erfindung sieht vor, dass die Auslenkung zumindest eines Teils der in eine Wandung des Messraums integrierten Membran mit der interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird und wobei die interferometrische Druckmesseinrichtung mit einer räumlich kohärenten, zeitlich kurzkohärenten Strahlungsquelle betrieben wird. Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik ist, dass ein Teil der Wandung des Messraums selber als Membran ausgebildet ist und keine präzise zu einer Stirnfläche der Lichtleitfaser ausgerichtete hoch reflektierende Membran verwendet werden muss, die in einem Messkopf montiert ist.The invention relates to a method for pressure measurement in a measuring chamber, wherein the deflection of a membrane in operative connection with the measuring chamber is determined by an interferometric pressure measuring device for pressure measurement. The invention provides that the deflection of at least part of the membrane integrated into a wall of the measuring space is determined with the interferometric pressure measuring device, and wherein the interferometric pressure measuring device is operated with a spatially coherent, temporally short-coherent radiation source. An advantage over the prior art is that a part of the wall of the measuring space itself is formed as a membrane and no precisely aligned to an end face of the optical fiber highly reflective membrane must be used, which is mounted in a measuring head.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckmessung in einem Messraum, wobei zur Druckmessung die Auslenkung einer mit dem Messraum in Wirkverbindung stehenden Membran mit einer interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird.The The invention relates to a method for pressure measurement in a measuring room, wherein for the pressure measurement, the deflection of a with the measuring space in Actively connected membrane with an interferometric pressure measuring device is determined.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Druckmessung in einem Messraum, wobei zur Druckmessung eine mit dem Messraum in Wirkverbindung stehende Membran und eine interferometrische Druckmesseinrichtung zur Messung einer Auslenkung der Membran vorgesehen sind.The The invention further relates to a device for measuring pressure in a measuring space, wherein for pressure measurement one with the measuring space in Actively connected membrane and an interferometric pressure measuring device are provided for measuring a deflection of the membrane.

In der Automobiltechnik werden an mehreren Stellen Drucksensoren für einen Druckbereich von einigen 100 bar bis 1000 bar eingesetzt. In einer Ausführungsform arbeiten diese Drucksensoren mit einer auf der vom Messraum abgewandten Seite angebrachten Widerstandsschicht (Dehnungsmessstreifen). Die Membran ist so ausgelegt, dass sie im Betrieb einige Mikrometer ausgelenkt wird. Die dabei am Dehnungsmessstreifen auftretende Widerstandsänderung wird mit einer Auswerteelektronik erfasst und mit einer Abtastrate von maximal 1 kHz ausgewertet. Die Ergebnisse haben dabei eine Auflösung von 1% des Maximalwerts, was einer Auflösung der Auslenkung von einigen 10 Nanometern entspricht. Nachteilig an solchen Dehnungsmessstreifen ist, dass deren Ausgangssignal auch von der Temperatur abhängt und dass die maximale Betriebstemperatur verhindert, dass die mit ihnen ausgestatteten Drucksensoren im oder am Brennraum einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden können. Weiterhin nachteilig ist die maximal mögliche Abtastfrequenz, die es verbietet, beispielhaft die dynamischen Einspritz- und Verbrennungsprozesse in dem Brennraum zeitlich aufgelöst zu erfassen.In Automotive technology is used in several places pressure sensors for used a pressure range of several 100 bar to 1000 bar. In one embodiment, these pressure sensors work with one on the side facing away from the measuring chamber side resistance layer (Strain gauges). The membrane is designed to be in the Operation is deflected a few microns. The case on the strain gauge occurring resistance change is with an evaluation detected and evaluated with a sampling rate of 1 kHz maximum. The results have a resolution of 1% of the maximum value, what a resolution of the deflection of some 10 nanometers equivalent. A disadvantage of such strain gauges is that whose output signal also depends on the temperature and that the maximum operating temperature prevents those with them equipped pressure sensors in or on the combustion chamber of an internal combustion engine can be used. Another disadvantage is the maximum possible sampling frequency that prohibits it, by way of example the dynamic injection and combustion processes in the combustion chamber to be temporally resolved.

Die DE 10312491 beschreibt einen Drucksensor mit einer Sensormembran zur Messung des Druckes in Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen, wobei die Auslenkung der Sensormembran mit einer optischen Abtastung erfasst wird. Ein Lichtstrahl wird über einen Lichtwellenleiter, bevorzugt einen Glasfaserleiter, zu der reflektierend ausgestalteten Rückseite der Sensormembran geleitet. Mit einem zweiten Lichtwellenleiter wird das von der Sensormembran reflektierte Licht einem Lichtempfänger zugeleitet. Aus der Intensität des reflektierten Lichts, die von der Durchbiegung der Sensormembran abhängt, wird auf den Druck an der Sensormembran geschlossen. Nachteilig an einer solchen Anordnung ist es, dass die Intensität des in den zweiten Lichtwellenleiter eintretenden Lichts sich nur unwesentlich bei einer Druckbeaufschlagung der Sensormembran ändert, so dass nur große Druckänderungen einigermaßen genau erfassbar sind. Des weiteren wird die Messgenauigkeit des faseroptischen Drucksensors durch die fehlende Streckenneutralität des konstruktiven Aufbaus vermindert. Die Intensität des Lichts ist in nachteiliger Art und Weise auf seiner optischen Übertragungsstrecke von der Lichtquelle zum optoelektronischen Detektor Schwankungen unterworfen, die einerseits durch ein Verbiegen des Lichtwellenleiters, andererseits durch mangelhafte Verbindungen der Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle bzw. dem optoelektronischen Detektor zustande kommen.The DE 10312491 describes a pressure sensor with a sensor membrane for measuring the pressure in combustion chambers of internal combustion engines, wherein the deflection of the sensor membrane is detected with an optical scan. A light beam is passed via an optical waveguide, preferably an optical fiber, to the reflective configured back of the sensor membrane. With a second optical waveguide, the light reflected from the sensor membrane is fed to a light receiver. From the intensity of the reflected light, which depends on the deflection of the sensor membrane, the pressure at the sensor membrane is closed. A disadvantage of such an arrangement is that the intensity of the light entering the second optical waveguide changes only insignificantly when the sensor membrane is pressurized, so that only large pressure changes can be detected to a certain extent with precision. Furthermore, the measurement accuracy of the fiber optic pressure sensor is reduced by the lack of path neutrality of the structural design. The intensity of the light is disadvantageously subject to fluctuations on its optical transmission path from the light source to the optoelectronic detector, which on the one hand come about through bending of the optical waveguide, on the other hand due to defective connections between the optical waveguides and the light source or the optoelectronic detector.

Die DE 4018998 beschreibt einen faseroptischen Drucksensor mit einer Membran, die auf der vom Messraum abgewandten Seite mit einer hoch reflektierenden Verspiegelung versehen ist, wobei der Membran Licht über einen Lichtleiter zugeführt ist, dessen Stirnfläche teilreflektierend beschichtet ist. Durch die teilreflektierende Beschichtung der Stirnfläche und die hochreflektierende Membran wird ein Fabry-Perot-Resonator ausgebildet, mit dem die Position der Membran und damit auch indirekt deren Druckbeaufschlagung bestimmt werden kann. Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, dass die Geometrie zwischen der Stirnfläche und der Stirnfläche der Lichtleitfaser sehr genau eingehalten werden muss, da beispielhaft thermische Einflüsse das Messergebnis verfälschen können. Daher ist es erforderlich, einen solchen Drucksensor in einem eigenen Druckmess-Kopf zu montieren.The DE 4018998 describes a fiber-optic pressure sensor with a membrane which is provided on the side facing away from the measuring space with a highly reflective coating, wherein the membrane light is fed via an optical fiber whose end face is coated partially reflective. Due to the partially reflective coating of the end face and the highly reflective membrane, a Fabry-Perot resonator is formed, with which the position of the membrane and thus indirectly their pressurization can be determined. A disadvantage of such an arrangement is that the geometry between the end face and the end face of the optical fiber must be maintained very accurately, as example thermal influences can falsify the measurement result. Therefore, it is necessary to mount such a pressure sensor in its own pressure measuring head.

Die DE 102 44 553 offenbart eine interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauheit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes mit einem Modulationsinterferometer, dem von einer Strahlungsquelle kurzkohärente Strahlung zugeführt wird und das einen ersten Strahlteiler zum Aufteilen der zugeführten Strahlung in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahl und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahl aufweist, von denen der eine gegenüber dem anderen mittels einer Modulationseinrichtung in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben wird und eine Verzögerungsstrecke durchläuft, und die anschließend an einem weiteren Strahlteiler des Modulationsinterferometers vereinigt werden, mit einer von dem Modulationsinterferometer räumlich getrennten und mit dieser über eine Lichtleitfaseranordnung gekoppelten oder koppelbaren Messsonde, in der die vereinigten Teilstrahlen in einen durch eine Sonden-Lichtleitfasereinheit zu der Oberfläche geführten Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt und in der der an der Oberfläche reflektierte Messstrahl und der an einer Referenzebene reflektierte Referenzstrahl überlagert werden, und mit einer Empfängervorrichtung und einer Auswerteeinheit zum Umwandeln der ihr zugeleiteten Strahlung in elektrische Signale und zum Auswerten der Signale auf der Grundlage einer Phasendifferenz.The DE 102 44 553 discloses an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measuring object with a modulation interferometer, which is supplied by a radiation source short-coherent radiation and a first beam splitter for dividing the supplied radiation in a guided over a first arm first partial beam and a guided over a second arm second partial beam, one of which is shifted relative to the other by means of a modulation device in its light phase or light frequency and passes through a delay line, and which are then combined at another beam splitter of the modulation interferometer, with one of the Modulation interferometer spatially separated and coupled to this via an optical fiber array or couplable probe, in which the combined partial beams in a ge through a probe optical fiber unit to the surface ge split measuring beam and a reference beam and in which the superimposed on the surface of the reflected measuring beam and the reference plane reflected reference beam are superimposed, and with a receiver device and an evaluation unit for converting their radiation into electrical signals and for evaluating the signals based on a phase difference.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckmessung anzugeben, die auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen, wie sie beispielhaft in oder an Brennräumen von Brennkraftmaschinen vorkommen, geeignet sind und die eine ausreichend schnelle Messwerterfassung ermöglichen.It Object of the invention, a method and an apparatus for Indicate pressure measurement, which is also suitable for use at high Temperatures, as exemplified in or on combustion chambers of internal combustion engines, are suitable and the one sufficient enable fast measured value acquisition.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aufgabe der Erfindung betreffend des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass die Auslenkung zumindest eines Teils der in eine Wandung des Messraums integrierten Membran mit der interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird und wobei die interferometrische Druckmesseinrichtung mit einer räumlich kohärenten, zeitlich kurzkohärenten Strahlungsquelle betrieben wird. Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, wie er beispielhaft in der DE 4018998 dargestellt ist, ist, dass ein Teil der Wandung des Messraums selber als Membran ausgebildet ist und keine präzise zu einer Stirnfläche der Lichtleitfaser ausgerichtete hoch reflektierende Membran verwendet werden muss, die in einem Messkopf montiert ist. Weiterhin ist nach dem Stand der Technik monochromatisches Licht mit langer Kohärenzlänge erforderlich, um eine Interferenz der Wellenpakete zu erzielen, da der Abstand der Stirnfläche der Lichtleitfaser von der Membranfläche dies erfordert. In der erfindungsgemäßen Anordnung beeinträchtigt eine Wölbung der Membran, wie sie bei einer Druckbeaufschlagung zwangsweise auftritt, die Messung nicht, während sie beim Stand der Technik die Interferenzbedingung stört. Der beim Stand der Technik daher erforderliche zusätzliche, mit der vom Messraum abgewandten Seite der Membran verbundene, Planspiegel kann somit entfallen. Die erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung ist in der Lage, Abstandsänderungen in einer Größenordnung von 1 Nanometer aufzulösen und ist daher Druckmesseinrichtungen überlegen, die auf Dehnungsmessstreifen beruhen und eine Auflösung von einigen 10 Nanometern aufweisen. Die Membranen können bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei gleicher Auflösung des Druckes daher robuster ausgelegt werden oder eine höhere Druckauflösung aufweisen.The object of the invention relating to the method is achieved by determining the deflection of at least part of the membrane integrated in a wall of the measuring space with the interferometric pressure measuring device and wherein the interferometric pressure measuring device is operated with a spatially coherent, temporally short-coherent radiation source. Advantageous over the prior art, as exemplified in the DE 4018998 is shown, that a part of the wall of the measuring space itself is formed as a membrane and no precisely aligned to an end face of the optical fiber highly reflective membrane must be used, which is mounted in a measuring head. Furthermore, the prior art requires long coherence length monochromatic light to achieve interference of the wave packets, as the distance of the face of the optical fiber from the membrane surface requires it. In the arrangement according to the invention, a curvature of the membrane, as it inevitably occurs when pressurized, does not affect the measurement, while in the prior art it interferes with the interference condition. The therefore required in the prior art additional, with the side facing away from the measuring chamber side of the membrane, plane mirror can thus be omitted. The pressure measuring device according to the invention is able to resolve distance changes of the order of magnitude of 1 nanometer and is therefore superior to pressure measuring devices which are based on strain gauges and have a resolution of a few tens of nanometers. The membranes can therefore be designed to be more robust when using the method according to the invention with the same resolution of the pressure or have a higher printing resolution.

Wird eine in ein Modulationsinterferometer und eine mit dieser über eine Lichtleitfaseranordnung verbundene Mess-Sonde aufgeteilte interferometrische Druckmesseinrichtung verwendet, können Standard-Messgeräte verwendet werden und insbesondere die Druckmesseinrichtung in eine robuste an die jeweilige Messaufgabe angepasste Mess-Sonde und ein von dieser getrenntes unter kontrollierten Umweltbedingungen aufgestelltes hoch präzises Modulationsinterferometer aufgeteilt werden. Durch die Verwendung eines Modulationsinterferometers kann der Arbeitsabstand der Mess-Sonde in einem weiten Bereich der Messaufgabe angepasst werden.Becomes one in a modulation interferometer and one with this over an optical fiber array connected measuring probe split interferometric Pressure gauges used may be standard gauges be used and in particular the pressure measuring device in a robust measuring probe adapted to the respective measuring task and a from this separate set up under controlled environmental conditions high-precision modulation interferometer be split. By using a modulation interferometer, the working distance the measuring probe is adapted to a wide range of the measuring task become.

Dadurch, dass die interferometrische Druckmesseinrichtung mit einer Messfrequenz von mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 100 kHz, betrieben wird, können auch schnelle Vorgänge, wie sie beispielhaft bei Einspritz- und Verbrennungsprozessen im Brennraum einer Brennkraftmaschine stattfinden, erfasst und ausgewertet werden. Die hier auf Zeitskalen von einigen zehn bis 100 Mikrosekunden stattfindenden Prozesse lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren erfassen.Thereby, that the interferometric pressure measuring device with a measuring frequency of more than 1 kHz, preferably more than 100 kHz, is operated, can also be fast processes, as exemplified in injection and combustion processes in the combustion chamber of an internal combustion engine take place, recorded and evaluated. The here on time scales from tens to 100 microseconds to be detected by the method according to the invention.

Die Aufgabe der Erfindung betreffend die Vorrichtung wird dadurch gelöst, dass die Membran in eine Wandung des Messraums integriert ist und dass als Strahlungsquelle der interferometrischen Druckmesseinrichtung eine räumlich kohärente, zeitlich kurzkohärente Strahlungsquelle vorgesehen ist. Durch die Verwendung eines Teils der Wandung des Messraums als Membran kann dessen Innenfläche unverändert erhalten bleiben und insbesondere Dichtflächen können entfallen. Durch die Wahl der restlichen Wanddicke und der Querschnittsfläche der Ausnehmung in der Wandung des Messraums kann die Druckmesseinrichtung an die Messaufgabe angepasst werden.The The object of the invention concerning the device is solved by that the membrane is integrated in a wall of the measuring space and that as a radiation source of the interferometric pressure measuring device a spatially coherent, temporally short-coherent Radiation source is provided. By using a part the wall of the measuring space as a membrane can its inner surface unchanged preserved and in particular sealing surfaces can omitted. By choosing the remaining wall thickness and the cross-sectional area the recess in the wall of the measuring space, the pressure measuring device adapted to the measuring task.

Ist die interferometrische Druckmesseinrichtung in ein Modulationsinterferometer und eine mit diesem über eine Lichtleitfaseranordnung verbundene Mess-Sonde aufgeteilt, kann die Mess-Sonde betreffend Messabstand und Sondenquerschnitt der Messaufgabe individuell angepasst werden. Die Lichtleitfaseranordnung erlaubt es, das Modulationsinterferometer unter kontrollierten Umweltbedingungen entfernt vom Messort anzubringen. Bei Verwendung von handelsüblichen Modulationsinterferometern kann der Messabstand der Mess-Sonde zwischen einigen Mikrometern und 25 cm variiert und damit praktisch allen Messaufgaben angepasst werden.is the interferometric pressure measuring device in a modulation interferometer and one connected thereto via an optical fiber array Split measuring probe, the measuring probe can regarding measuring distance and probe cross-section of the measurement task can be customized. The optical fiber array allows the modulation interferometer under controlled environmental conditions away from the measuring location. When using commercially available modulation interferometers the measuring distance of the measuring probe can be between a few micrometers and 25 cm varies and thus adapted to virtually all measurement tasks become.

Ist die Membran als ein Teilbereich der Wandung des Messraums mit verringerter Wanddicke ausgebildet, kann die Druckmessung verwirklicht werden, ohne die Wandung des Messraums zu unterbrechen und damit ohne zusätzliche Dichtflächen erforderlich zu machen. Eine Vergrößerung des Volumens des Messraums, wie dies beispielhaft durch in Bohrungen eingebrachte Mess-Köpfe von Drucksensoren geschehen würde, wird vermieden und die Druckbedingungen bei dynamischen Vorgängen, wie beispielhaft im Brennraum einer Brennkraftmaschine, werden realitätsnäher wiedergegeben.is the membrane as a portion of the wall of the measuring chamber with reduced Wall thickness formed, the pressure measurement can be realized without interrupting the wall of the measuring room and thus without additional To make sealing surfaces required. An enlargement the volume of the measuring space, as exemplified by in drilling introduced measuring heads would happen from pressure sensors is avoided and the pressure conditions in dynamic processes, as an example in the combustion chamber of an internal combustion engine, become closer to reality played.

Ist die Membran als ein mit der Wandung des Messraums fest verbundenes Bauteil ausgebildet, kann die Wanddicke der Membran besonders gut kontrolliert gewählt werden. Weiterhin ist es möglich, Materialien für die Membran zu verwenden, die eine verbesserte Druckmessung ermöglichen.If the membrane is designed as a component firmly connected to the wall of the measuring space, the wall thickness of the membrane can be chosen particularly well controlled. Furthermore, it is possible to use materials for the membrane, which allow an improved pressure measurement.

Eine einfach zu realisierende Ausführungsvariante sieht vor, dass in der Wandung des Messraums eine Ausnehmung vorgesehen ist, die messraumseitig durch die Membran abgeschlossen ist und dass die Mess-Sonde in der Ausnehmung gehalten ist. Die Membran kann dabei als Restwanddicke einer Sacklochbohrung ausgeführt sein, die von außen in die Wandung des Messraums eingebracht ist. Hierbei kann es erforderlich sein, die Druckmesseinrichtung wegen der unzureichend genau bestimmbaren Restwanddicke zu kalibrieren.A easy to implement variant provides, a recess is provided in the wall of the measuring space, the measuring chamber side is completed by the membrane and that the measuring probe is held in the recess. The membrane can thereby executed as a residual wall thickness of a blind hole be introduced into the wall of the measuring room from the outside is. This may require the pressure measuring device because of the insufficiently determinable residual wall thickness to calibrate.

Eine besonders kleine Ausführung der Mess-Sonde ist realisierbar, indem die Mess-Sonde als eine Lichtleitfaser mit einer angeformten Fokussierungsoptik ausgebildet ist. Der Durchmesser der Mess-Sonde kann dann in der Größenordnung der Faserdicke von einigen 10 Mikrometern gewählt werden. Auch die Membranfläche kann ab einer solchen Größenordnung gewählt werden, wodurch die Membran besonders robust gewählt werden kann und an praktisch jeder gewünschten Position angebracht werden kann. Insbesondere für kleine Messräume ist eine solche Ausführung geeignet.A particularly small version of the measuring probe can be realized, by the measuring probe as an optical fiber with an integrally formed Focusing optics is formed. The diameter of the measuring probe can then be of the order of the fiber thickness be chosen by some 10 microns. Also the membrane surface can be chosen from such an order of magnitude which makes the membrane particularly robust can be installed and in virtually any desired position can. Especially for small measuring rooms is one such execution suitable.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Druckmessung eine Referenz-Sonde zur Temperaturkompensation aufweist. Mittels einer nahe an der Mess-Sonde angebrachten Referenz-Sonde können die auf der Wärmedehnung der Wandung des Messraums und der weiteren Komponenten beruhenden Messeffekte berücksichtigt werden.In an embodiment, it is provided that the device For pressure measurement, a reference probe for temperature compensation having. By means of a reference probe mounted close to the measuring probe can on the thermal expansion of the wall of the Measuring room and the other components based measurement effects are taken into account.

Eine besonders gute Berücksichtigung der temperaturabhängigen Effekte lässt sich verwirklichen, indem die Referenzsonde nahe an der Mess-Sonde angebracht ist und indem ein Referenz-Strahl der Referenz-Sonde auf eine von der Membran mechanisch entkoppelte Oberfläche gerichtet ist. Hierbei kann es sich um einen Referenz-Spiegel handeln, der von der Rückseite der Membran soweit beabstandet ist, dass er auch bei deren Maximalauslenkung nicht bewegt wird.A especially good consideration of the temperature-dependent Effects can be realized by the reference probe is attached close to the measuring probe and adding a reference beam the reference probe on a mechanically decoupled from the membrane Surface is directed. This can be a Reference mirror acting from the back of the membrane as far as it is spaced so that it is at their maximum deflection is not moved.

Werden das beschriebene Verfahren und/oder die Vorrichtung zur Bestimmung eines Drucks und eines Druckverlaufs in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet, können die schnellen Vorgänge bei der Einspritzung und bei der Verbrennung verfolgt werden und es ist eine Optimierung der Vorgänge, beispielsweise mit dem Ziel einer Verminderung des Kraftstoffverbrauchs oder der Abgabe unerwünschter Abgasbeimischungen, möglich.Become the described method and / or the device for determining a pressure and a pressure curve in a combustion chamber of an internal combustion engine used, the fast processes in the Injection and combustion are tracked and it is an optimization of the processes, for example with the goal a reduction in fuel consumption or the discharge of undesirable Exhaust admixtures, possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures shown in the figures Embodiments explained in more detail. Show it:

1 in schematischer Darstellung eine interferometrische Druckmesseinrichtung, 1 a schematic representation of an interferometric pressure measuring device,

2 die Druckmesseinrichtung mit einer Temperaturkompensation, 2 the pressure measuring device with a temperature compensation,

3 eine miniaturisierte Druckmesseinrichtung. 3 a miniaturized pressure measuring device.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt schematisch eine Ausführung der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung in ihrem technischen Umfeld. Ein Messraum 10, dessen Innendruck bestimmt werden soll, ist von einer Wandung 11 abgeschlossen, in der eine Aussparung 15 vorgesehen ist. Die Aussparung 15 bildet mit einer Rest-Wanddicke eine Membran 12 zum Messraum 10 hin aus. In der Aussparung 15 ist eine Mess-Sonde 14 angebracht, die interferometrisch eine Bewegung der Membran 12 mittels eines Mess-Strahls 13 bestimmen kann. Der Mess-Sonde 14 wird Strahlung eines hier nicht dargestellten Modulationsinterferometers über ein erstes Lichtleitkabel 16 zugeführt. An der vom Messraum 10 abgewandten Seite der Membran 12 reflektierte Strahlung wird über das erste Lichtleitkabel 16 einer hier nicht dargestellten Auswerte-Einrichtung zugeführt. 1 schematically shows an embodiment of the pressure measuring device according to the invention in its technical environment. A measuring room 10 whose internal pressure is to be determined is from a wall 11 completed, in which a recess 15 is provided. The recess 15 forms a membrane with a residual wall thickness 12 to the measuring room 10 out. In the recess 15 is a measuring probe 14 attached, the interferometric movement of the membrane 12 by means of a measuring beam 13 can determine. The measuring probe 14 is radiation of a modulation interferometer, not shown here via a first optical fiber cable 16 fed. At the from the measuring room 10 opposite side of the membrane 12 reflected radiation is transmitted through the first fiber optic cable 16 supplied to an evaluation device, not shown here.

2 zeigt die Druckmesseinrichtung mit einer Zusatzeinrichtung zur Temperaturkompensation. Die bereits in 1 beschriebenen Komponenten sind mit den gleichen Bezeichnern versehenen. In der Wandung 11 des Messraums 10 ist eine weitere Ausnehmung 25 eingebracht, in der eine Referenz-Sonde 24 montiert ist. Ein Referenz-Strahl 23 der Referenz-Sonde 24 ist auf eine mechanisch entkoppelte Oberfläche 22 gerichtet, die von einer Rest-Wandung 20 in der Wandung 11 mittels eines Spalts 21 mechanisch entkoppelt ist. Die Referenz-Sonde 24 ist über ein zweites Lichtleitkabel 26 mit dem hier nicht dargestellten Modulationsinterferometer und der Auswerte-Einrichtung verbunden. Die Referenz-Sonde 24 ist bevorzugt baugleich zu der Mess-Sonde 14 ausgeführt, so dass beispielhaft Temperatureinflüsse beide Sonden gleich betreffen, Bewegungen der Membran 12 aber nur von der Mess-Sonde 14 erfasst werden. 2 shows the pressure measuring device with an accessory for temperature compensation. The already in 1 Components described are provided with the same identifiers. In the wall 11 of the measuring room 10 is another recess 25 introduced, in which a reference probe 24 is mounted. A reference beam 23 the reference probe 24 is on a mechanically decoupled surface 22 directed by a rest wall 20 in the wall 11 by means of a gap 21 is mechanically decoupled. The reference probe 24 is via a second fiber optic cable 26 connected to the modulation interferometer, not shown here, and the evaluation device. The reference probe 24 is preferably identical to the measuring probe 14 carried out, so that by way of example temperature influences both probes equal affect, movements of the membrane 12 but only from the measuring probe 14 be recorded.

Eine besonders klein ausführbare Ausführungsform der Mess-Sonde 14 ist in der 3 dargestellt. Die Mess-Sonde 14 besteht hier lediglich aus dem ersten Lichtleitkabel 16, dem ein konvexes Faserende 17 angeformt ist. In dieser Ausführung wird der Mess-Strahl 13 durch die Form des konvexen Faserendes 17 auf die vom Messraum 10 abgewandte Seite der Membran 12 fokussiert. Das konvexe Faserende 17 kann auch als zusätzliches Bauteil angebracht sein. In einer Fortbildung der Ausführungsform kann das konvexe Faserende 17 so ausgebildet sein, dass die Strahlung von der optischen Achse des ersten Lichtleitkabels weggebrochen wird, so dass die Achse der Ausnehmung 15 nicht senkrecht zur Oberfläche der Rückseite der Membran 12 liegen muss.A particularly small executable embodiment of the measuring probe 14 is in the 3 shown. The measuring probe 14 consists here only of the first light guide cable 16 , which has a convex fiber end 17 is formed. In this version will the measuring beam 13 by the shape of the convex fiber end 17 on the from the measuring room 10 opposite side of the membrane 12 focused. The convex fiber end 17 can also be attached as an additional component. In one embodiment of the embodiment, the convex fiber end 17 be formed so that the radiation is broken away from the optical axis of the first optical fiber cable, so that the axis of the recess 15 not perpendicular to the surface of the back of the membrane 12 must lie.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (12)

Verfahren zur Druckmessung in einem Messraum, wobei zur Druckmessung die Auslenkung einer mit dem Messraum (10) in Wirkverbindung stehenden Membran (12) mit einer interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung zumindest eines Teils der in eine Wandung (11) des Messraums (10) integrierten Membran (12) mit der interferometrischen Druckmesseinrichtung bestimmt wird und wobei die interferometrische Druckmesseinrichtung mit einer räumlich kohärenten, zeitlich kurzkohärenten Strahlungsquelle betrieben wirdMethod for measuring pressure in a measuring chamber, wherein for the pressure measurement the deflection of a measuring chamber ( 10 ) in actively connected membrane ( 12 ) is determined with an interferometric pressure measuring device, characterized in that the deflection of at least a part of the in a wall ( 11 ) of the measuring room ( 10 ) integrated membrane ( 12 ) is determined with the interferometric pressure measuring device and wherein the interferometric pressure measuring device is operated with a spatially coherent, temporally short-coherent radiation source Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in ein Modulationsinterferometer und eine mit dieser über eine Lichtleitfaseranordnung verbundene Mess-Sonde (14) aufgeteilte interferometrische Druckmesseinrichtung verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that in a modulation interferometer and a connected thereto via an optical fiber array measuring probe ( 14 ) split interferometric pressure measuring device is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die interferometrische Druckmesseinrichtung mit einer Messfrequenz von mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 100 kHz, betrieben wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the interferometric pressure measuring device with a measuring frequency of more than 1 kHz, preferably more than 100 kHz. Vorrichtung zur Druckmessung in einem Messraum, wobei zur Druckmessung eine mit dem Messraum (10) in Wirkverbindung stehende Membran (12) und eine interferometrische Druckmesseinrichtung zur Messung einer Auslenkung der Membran (12) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) in eine Wandung (11) des Messraums (10) integriert ist und dass als Strahlungsquelle der interferometrischen Druckmesseinrichtung eine räumlich kohärente, zeitlich kurzkohärente Strahlungsquelle vorgesehen ist.Device for pressure measurement in a measuring chamber, wherein for pressure measurement, one with the measuring chamber ( 10 ) operatively connected membrane ( 12 ) and an interferometric pressure measuring device for measuring a deflection of the membrane ( 12 ), characterized in that the membrane ( 12 ) in a wall ( 11 ) of the measuring room ( 10 ) is integrated and that a spatially coherent, temporally short-coherent radiation source is provided as the radiation source of the interferometric pressure measuring device. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die interferometrische Druckmesseinrichtung in ein Modulationsinterferometer und eine mit dieser über eine Lichtleitfaseranordnung verbundene Mess-Sonde (14) aufgeteilt ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the interferometric pressure measuring device in a modulation interferometer and connected thereto via an optical fiber array measuring probe ( 14 ) is divided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) als ein Teilbereich der Wandung (11) des Messraums (10) mit verringerter Wanddicke ausgebildet ist.Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the membrane ( 12 ) as a portion of the wall ( 11 ) of the measuring room ( 10 ) is formed with reduced wall thickness. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) als ein mit der Wandung (11) des Messraums (10) fest verbundenes Bauteil ausgebildet ist.Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the membrane ( 12 ) as one with the wall ( 11 ) of the measuring room ( 10 ) firmly connected component is formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung (11) des Messraums (10) eine Ausnehmung (15) vorgesehen ist, die messraumseitig durch die Membran (12) abgeschlossen ist und dass die Mess-Sonde (14) in der Ausnehmung (15) gehalten ist.Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that in the wall ( 11 ) of the measuring room ( 10 ) a recess ( 15 ) is provided, the measuring chamber side through the membrane ( 12 ) and that the measuring probe ( 14 ) in the recess ( 15 ) is held. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde (14) als eine Lichtleitfaser mit einer angeformten Fokussierungsoptik ausgebildet ist.Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the measuring probe ( 14 ) is formed as an optical fiber with an integrating focusing optics. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die interferometrische Druckmesseinrichtung eine Referenz-Sonde (23) zur Temperaturkompensation aufweist.Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that the interferometric pressure measuring device is a reference probe ( 23 ) for temperature compensation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenz-Strahl (22) der Referenz-Sonde (23) auf eine von der Membran (12) mechanisch entkoppelte Oberfläche (21) gerichtet ist.Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that a reference beam ( 22 ) of the reference probe ( 23 ) on one of the membrane ( 12 ) mechanically decoupled surface ( 21 ). Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung eines Drucks und eines Druckverlaufs in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine.Use of the method and / or the device according to any one of the preceding claims for determination a pressure and a pressure curve in a combustion chamber of an internal combustion engine.
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