专利名称：测量传感器的光波导到构件中的结合的制作方法
技术领域：
本发明指向一种用于将温度测量传感器和/或应力测量传感器的光波导 (Lichtwellenleiter)结合到由带有施加在其上的覆层(Beschichtung)的基本材料 (Grundwerkstoff)制成的温度测量构件和/或应力测量构件中的方法，其中，光波导布置在所设置的测量平面中并且接下来涂覆有覆盖的覆层。此外，本发明涉及一种带有温度测量传感器和/或应力测量传感器的所结合的光波导的测量构件，其由带有施加在其上的覆层的基本材料制成，其中，光波导布置在所设置的测量平面中并且由覆层覆盖。
背景技术：
已知的是，为了温度测量应用光波导并安装到温度测量构件中。这种温度构件可以是为了温度测量待添置到机器元件和设备元件处的具有置入的传感器的构件如温度测量探针，但是也可为容纳热的流体的容腔或容器，例如热交换器或炉。为了识别运行状态和 /或磨损，在构件处测量温度，必要时在多个部位。对于温度的测量，已知作为传感器和测量值接收器的光波导和相应的评价单元。同样已知的是，这种光波导还用于测量机械应力和机械应力状态。此外，光波导作为探测机械应力的应力测量传感器的组成部分被安装到其机械应力应被确定的应力测量构件中。在该意义上接下来使用“应力测量构件”的概念。玻璃纤维导体或光波导也被用于机械应力的测量。对此，相应的光波导纤维、尤其玻璃纤维或者在纤维处的束(Buendel) 必须被固定地结合到相应的阵列、尤其相应地围绕它的材料阵列中。为了温度测量，光波导例如以玻璃纤维的形式经常被放入保护的金属管中，金属管布置在构件或介质的温度应被测量的位置处。为了可执行精确的测量，金属管必须尽可能紧密和密封地并且尽可能无空隙或空气间隙地放置在其温度应被测量的构件或材料或介质的表面上。为了使之成为可能，在构件的面中存在铣削的槽或孔，金属管处于其中或其上。由于通常的尺寸偏差和公差，而在此不确保，金属管在各种情况中紧密地和直接地贴靠在表面处并因此贴靠在构件的材料处。此外，光波导的该类型的安装根据构件的几何成形或者可能的机械加工来限定。由根据这种类型的文件US 5，996，219 A已知一种将传感器的电的或光学的部件封装到高抗热的金属中的方法。在此，光波导被施加到由基本材料和覆层构成的基层的覆层上，并且被置入另外的在其上多层地施加的还包括金属的覆层中。通过该封装或置入，实现保护免于有害的环境影响。但是，这样制造的温度测量探针或应力测量探针或类似的部件不直接为其温度或机械应力等应被测量的构件。它大可开放地才还紧固在这种构件处。 封装或置入利用不同的层来实现并且相应昂贵。文件US 6，944，360 B2公布了一种温度传感器/压力传感器，其被置入高抗热的金属中。这里，该置入也是多层的并且相应昂贵的。由文件WO 2004/015349 A2已知一种熔炉，其运行状态借助于光波导来监控。光波导布置在防火的层(其围绕热源)与熔炉的外壁之间。光波导例如紧固在柔软的垫子上。 因为温度通过辐射传递到光波导处，所测量的温度与狭窄限定的测量位置的精确的关联是不可能的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决方案，其使能够实现将光波导精确地和紧密地结合和连结到温度测量构件和/或应力测量构件的主体中和主体处。对于之前详细提及的类型的方法，该目的根据本发明由此实现，即光波导布置在温度测量构件和/或应力测量构件的限定温度测量构件的基本材料的并且构造所设置的测量平面的平面中、布置在其上或布置在其处，并且接下来覆层材料在覆层的将光波导或围绕光波导的管材料接合地连结到基本材料和/或邻近的覆层区域处的构造下，被涂覆到温度测量构件和/或应力测量构件的由基本材料形成的该平面上。对于之前详细提及的类型的测量构件，该目的根据本发明由此实现，即光波导布置在温度测量构件和/或应力测量构件的限定温度测量构件和/或应力测量构件的基本材料的并且构造所设置的测量平面的平面中、布置在其上或布置在其处，并且借助于将光波导或围绕光波导的管材料接合地连结到基本材料和/或邻近的覆层区域处的覆层被固定在温度测量构件和/或应力测量构件的由基本材料形成的该平面中。相应的从属权利要求涉及本发明的有利的设计方案和改进方案。通过本发明，温度测量构件和/或应力测量构件如此设计和装备，即在其中、和/ 或在其处存在的温度或应力借助于这样结合到温度测量构件和/或应力测量构件的主体中的或者连结到温度测量构件和/或应力测量构件的主体处的至少一个光波导能够被精确地测量并被精确地局部地关联。由于本发明，以光波导的形式构造的或包括光波导的温度传感器或应力传感器或压力传感器密封地且紧密贴靠地直接地安装并结合到结构件的或者设备技术的或机器技术的或方法技术的工具或设备或机械构件的主体中。必要时由保护的管围绕的光波导通过覆层固定地和均勻地被包围或覆盖，并且因此固定在所设置的测量平面上或固定在其中。不再必须的是，之前单独的、具有光波导的传感器本身必须被制造，带有随之而来的并且上面所描述的问题该传感器那么必须紧固在工具或设备构件处。 光波导置入覆层中并且因此完全地由覆层覆盖，并且由此被保护免于机械的和/或化学的影响。当待利用光波导进行的温度测量和应力测量的地点位于接近温度测量构件和/ 或应力测量构件的热感应的和温度感应的和/或应力感应的表面处、并且/或者它具有复杂的和/或繁复的形状、并且同时光波导的紧密的均勻的结合是所希望的时，温度测量构件和/或应力测量构件的根据本发明的构造那么尤其是有利的。当首先制造温度测量构件和/或应力测量构件的具有测量平面并由带有所施加的覆层的基本材料构成的部分、接下来部分地除去覆层直至测量平面、在该区域中布置有至少一个光波导或带有所围绕的管的光波导并且最后再次构建覆层时，对于光波导的有利的结合和连结的制造，根据本发明的设计方案是适宜的。在此，光波导根据所选择的覆层方法直接地在没有围绕的管的情况下或以结合到围绕的管中的方式放置并固定在所提出的测量平面上，并且然后在再次构建覆层。
为了将光波导的精确地定位在温度测量构件和/或应力测量构件中，本发明此外设置成，在测量平面中，槽被铣削到或者孔被钻孔到基本材料中，并且光波导或围绕光波导的管至少局部地或部分地插入到相应的槽或相应的孔中，并且涂覆有覆层。以这种方式，光波导可精确地固定和定位。优选地，将带有对应于大致100至150 μ m的数量级的光波导的直径的直径的槽引入到测量平面中，然后光波导无保护管地被插入到槽中并且然后被覆层。但是也可能对于布置在管中的光波导构造这种槽。作为覆层物质或覆层材料可涂覆有与基本材料相同的或与基本材料不同的物质， 本发明同样设置为此。已知的覆层方法适于涂覆覆层。当覆层借助于热喷涂方法或电镀的或化学的覆层方法来涂覆时，根据本发明的另外的设计方案这是适宜的。作为热的喷涂方法例如丝焰喷涂(Drahtflammspritzen)、等离子喷涂、硝烟喷涂 (Pulverdampfspritzen)、高速火焰喷涂或冷气体喷涂适合用于覆层的涂覆和构建。因为热覆层方法将高的动能施加到温度测量构件和/或应力测量构件的待覆层的表面和光波导上，所以在这种情况中光波导应位于围绕并保护它的由金属制成的管中，由此它在覆层过程中不被损伤。与此不同，电镀的覆层涉及到化学的反应方法，其不损伤相应的由玻璃纤维制成的光波导。当覆层以200 μ m-5mm的、尤其200-250 μ m的强度来涂覆时，那么根据本发明的改进方案获得了特别有利的层厚度。也可能的是，覆层以大于250 μ m直至几厘米的强度来涂覆。在另一替换方案中，覆层具有至少光波导的直径的1.5倍的强度。由此，光波导可靠地并完全地被覆层所覆盖，其中，覆层的一定的磨损也是允许的。为了还可制造重工业的设备构件以及获取良好的温度传导性，根据本发明的另一设计方案有利的是，基本材料和覆层材料为金属或者至少基本上由金属构成。当光波导布置在为容纳和/或围绕热的流体的构件的组成部分的温度测量构件和/或应力测量构件中、布置在其上或布置在其处时，特别有利地本发明可在这些情况中应用。特别有利地，本发明可应用到用来浇铸钢的铸型(Kokille)、铸型板或管铸型处。 此外，本发明因此由此突出，即光波导布置在温度测量构件和/或应力测量构件中、布置在其上或布置在其处，温度测量构件和/或应力测量构件为铸型，铸型板或管铸型的组成部分或者构造这种事物。在此，光波导不仅可布置在铸型的热侧面上而且在具有冷却通道的侧面上(冷却侧)，使得本发明在改进方案中不仅设置成，至少一个光波导或至少一个围绕光波导的管布置在铸型、铸型板或管铸型的热的侧面上，而且设置成，至少一个光波导或至少一个围绕光波导的管布置铸型、铸型板或管铸型的在冷却通道中背向热侧面的侧面上。在此，冷却通道可为槽的特别的形式或设计方案。温度测量构件和/或应力测量构件有利地根据权利要求1-11中任一项来制造。当光波导或围绕光波导的管置入覆层中时，在此那么这是有利的，其中此外，光波导或围绕光波导的管放入构造在基本材料中的槽中，本发明同样设置为此。根据本发明，覆层适宜的强度为200-250 μ m。在此，以至少光波导的直径的1. 5倍的强度的覆层是有利的，这是因为由此光波导可靠地并完全地由覆层所覆盖，以及覆层的
6一定的磨损是允许的。根据本发明的改进方案，温度测量构件和/或应力测量构件可为容纳和/或围绕热的流体的构件的优选地集成的组成部分，其中此外，根据本发明那么可设置成，温度测量构件和/或应力测量构件为铸型、铸型板或管铸型的组成部分或者构造这种事物。最后，本发明也还设置成，至少一个光波导或至少一个围绕光波导的管布置在铸型、铸型板或管铸型的热侧面上，并且/或者至少一个光波导或至少一个围绕光波导的管布置在铸型、铸型板或管铸型的在冷却通道中背向热侧面的侧面上。即可能将多于一个光波导布置在温度测量构件和/或应力测量构件处，并且可能例如铸型的不仅热侧面而且具有冷却通道的侧面设有至少一个光波导。
下面根据附图示例性地详细阐述本发明。其中图1以示意性的图示扼要地显示了带有三个光波导的根据本发明的温度测量构件的一部分的横截面，图2以示意性的图示扼要地显示了带有三个光波导的根据本发明的温度测量构件的一部分的横截面，其中，光波导布置在槽中，以及图3以示意性的图示显示了一件式或多件式管铸型的横截面。
具体实施例方式从图1中作为第一实施例显而易见温度测量构件1的主体的一部分，其包括由基本材料2构成的基体加。在基体加的预先确定的和固定的以及限定或隔绝基本材料2的范围的表面(其为测量表面)上布置有三个光波导3，其中的一个由保护管或管4包围。在此应注意的是，温度构件1通常仅包括相似的光波导3，这意味着，或者这些带有围绕的管 4的或者这些不带有围绕的管4的。光波导3密封地放置在基体加的基本材料2上，并且借助于由覆层材料5a、优选地金属形成的覆层5固定在其位置中，并且紧密地、密封地、均勻地由覆层5包围。覆层5的厚度或强度对应于大约200-250 μ m且因此大致对应于通常的大约100至150 μ m的光波导3的两倍的直径，其中，在此不考虑必要时存在的保护管4。 但是层强度或层厚度也可显著更厚直至几个厘米。这里基体加根据用途由合适的金属制成。覆层5由金属或还高抗热的金属、例如镍构成，并且借助于热喷涂或者电镀地或化学地来涂覆。对于热喷涂方法，光波导3有利地被保护管4围绕。根据温度测量构件1的用途，覆层5具有高的硬度和/或耐磨性。覆层的厚度或强度通常为200至250 μ m，但也可实施成明显更大。光波导3为带有大约100至150 μ m的直径的玻璃纤维。保护管4由合适的金属制成。为了制造构件1，基体加首先被制成。带有或不带有保护管4的光波导3暂时这样紧固在基体加的预先确定的表面上，即可实现在预定的位置处的温度测量。接下来，通过它借助于例如丝焰喷涂、等离子喷涂、硝烟喷涂被喷涂或电镀地或化学地被涂覆，预先确定的表面被设以覆层5。根据图2的第二实施例通过放入到基体加的表面中的槽6而不同于之前的实施
7例，使得对于其它的相似的或相同的零件或元件使用与在根据图1的实施例中相同的参考标识。这里槽6具有半圆形的横截面，其中半圆的直径至少对应于插入其中的光波导3或保护管4的直径，使得光波导3或相应的管4没有间隙地或任何情况下以小间隙地在所属的槽6中导向地布置在相应所设置的测量平面中。在图3中所示出的第三实施例(在其中相似的或相同的零件或元件同样再次设有与图1和2相同的参考标识)涉及带有矩形的横截面的一件式或多件式管铸型7。管铸型 7的由基本材料2构成的基体加优选地由铜制成，并且在外侧(所谓的冷却侧)具有分布的冷却通道8。这里仅示意性地示出两个冷却通道8 (其具有矩形的、在希望情况中而还半圆形的横截面)。在至少一个、这里在每个冷却通道8中，在其基部，也就是内侧(所谓的热侧)、冷却通道8的相邻于管铸型7的侧面上相应布置有至少一个光波导3。这如对于第一实施例所描述的那样借助于覆层5被紧固和包围。替代地和/或附加地，在管铸型7的热侧上的基体加的内侧的内壁处同样布置有由覆层5覆盖的光波导3。这里覆层5整个遮盖内壁，并且可具有对于管铸型通常的厚度或强度。铸型优选地涉及连续浇铸设备。因为连续浇铸设备的铸型板或铸型管或管铸型7在其热侧面上经常电镀地覆层有镍，在管铸型 7的热侧面上的覆层5在实施例中也由镍制成，并且覆层材料fe镍被电镀地涂覆在基本材料2、例如钢上。此外，这些实施形式适用于其它的实施例。对于所有的实施例，光波导3联接在相应的评价单元处。即使上面描述了带有根据本发明置入的光波导3的温度测量构件1，但代替温度测量构件1，未详细示出的应力测量构件如此可以以类似的和优选地相同的方式也设有用于测量机械应力的光波导，并且因此构造成应力测量传感器或者这种事物的组成部分。
权利要求
1.一种用于将温度测量传感器和应力测量传感器的光波导⑶结合到由带有施加在其上的覆层(5)的基本材料(2)构成的温度测量构件和/或应力测量构件(1)中的方法， 其中，所述光波导C3)布置在所设置的测量平面中并且接下来覆盖的覆层( 被涂覆，其特征在于，所述光波导(3)布置在所述温度测量构件和/或应力测量构件(1)的限定所述温度测量构件和/或应力测量构件(1)的基本材料O)的并且构造所设置的测量平面的平面中、布置在所述平面上或布置在所述平面处，并且接下来覆层材料(5a)在所述覆层(5)的将所述光波导( 或围绕所述光波导( 的管(4)材料接合地连结到所述基本材料(2)和 /或邻近的覆层区域处的构造下，被涂覆到所述温度测量构件和/或应力测量构件⑴的由所述基本材料( 形成的该平面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先制造所述温度测量构件和/或应力测量构件(1)的具有所述测量平面的和由带有所施加的覆层( 的所述基本材料( 制成的部分，接下来部分地除去所述覆层( 直至所述测量平面，在该区域中布置有至少一个所述光波导C3)或带有围绕的管的光波导(3)，并且接下来再次建立所述覆层(5)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述测量平面中，槽(6)被铣削到或者孔被钻孔到所述基本材料O)中，并且所述光波导C3)或者围绕所述光波导(3)的所述管(4)至少局部地或者部分地被插入到相应的槽(6)或相应的孔中，并且所述覆层(5) 被涂覆。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，与所述基本材料( 相同的或者与所述基本材料( 不同的材料作为覆层材料(5a)被涂覆。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述覆层(5)借助于热喷涂方法或电镀的或化学的覆层方法来涂覆。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，覆层(5)以200ym-5mm的、尤其200-250 μ m的强度来涂覆。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，覆层(5)以大于250μπι直至几厘米的强度来涂覆。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基本材料( 和所述覆层材料(5a)为金属或者至少基本上由金属构成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光波导C3)布置在温度测量构件和/或应力测量构件(1)中、布置在其上或布置在其处，所述温度测量构件和/或应力测量构件(1)为容纳和/或围绕热的流体的构件的组成部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光波导C3)布置在温度测量构件和/或应力测量构件(1)中、布置在其上或布置在其处，所述温度测量构件和/或应力测量构件(1)为铸型、铸型板或管铸型(7)的组成部分或者构造这种事物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述光波导(3)或至少一个围绕所述光波导(3)的所述管(4)布置在铸型、铸型板或管铸型(7)的热侧面上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个所述光波导(3)或至少一个围绕所述光波导(3)的所述管(4)布置在铸型、铸型板或管铸型(7)的在冷却通道(8)中背向所述热侧面的侧面上。
13.一种带有所结合的温度测量传感器和/或应力测量传感器的光波导⑶的测量构件，其由带有施加在其上的覆层(5)的基本材料( 制成，其中，所述光波导C3)布置在所设置的测量平面中并且由覆层( 覆盖，其特征在于，所述光波导C3)布置在所述温度测量构件和/或应力测量构件⑴的限定所述温度测量构件和/或应力测量构件⑴的所述基本材料O)的并且构造所设置的测量平面的平面中、布置在其上或布置在其处，并且借助于将所述光波导( 或围绕所述光波导(3)的管(4)材料接合地连结到所述基本材料(2) 和/或邻近的覆层区域处的覆层(5)被固定在所述温度测量构件和/或应力测量构件⑴ 的由所述基本材料( 形成的该平面上。
14.根据权利要求12所述的测量构件，其特征在于，它根据权利要求1-11中任一项来制造。
15.根据权利要求12或13所述的测量构件，其特征在于，所述光波导C3)或围绕所述光波导(3)的所述管(4)被置入所述覆层(5)中。
16.根据权利要求12-14中任一项所述的测量构件，其特征在于，所述光波导(3)或围绕所述光波导(3)的所述管(4)被放入构造在所述基本材料O)中的槽(6)中。
17.根据权利要求12-15中任一项所述的测量构件，其特征在于，所述覆层(5)具有 200 μ m-5mm 的、尤其 200-250 μ m 的强度。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其特征在于，所属覆层(5)具有大于 250 μ m直至几厘米的强度。
19.根据权利要求12-16中任一项所述的测量构件，其特征在于，所述温度测量构件和 /或应力测量构件(1)为容纳和/或围绕热的流体的构件的优选地集成的组成部分。
20.根据权利要求12-17中任一项所述的测量构件，其特征在于，所述温度测量构件和 /或应力测量构件(1)为铸型、铸型板或管铸型(7)的组成部分或者构造这种事物。
21.根据权利要求12-18中任一项所述的测量构件，其特征在于，至少一个所述光波导 (3)或至少一个围绕所述光波导( 的所述管(4)布置在铸型、铸型板或管铸型(7)的热侧面上。
22.根据权利要求12-19中任一项所述的测量构件，其特征在于，至少一个所述光波导 (3)或至少一个围绕所述光波导⑶的所述管⑷布置在铸型、铸型板或管铸型(7)的在冷却通道(8)中背向所述热侧面的侧面上。
全文摘要
在一种用于将温度测量传感器和/或应力测量传感器的光波导(3)结合到由带有施加在其上的覆层(5)的基本材料(2)构成的温度测量构件和/或应力测量构件(1)中的方法中，其中，光波导(3)布置在所设置的测量平面中并且接着覆盖的覆层(5)被涂覆，应提供一种解决方案，其使能够实现将光波导(3)精确地和紧密地结合或连结到温度测量构件和/或应力测量构件(1)的主体中和主体处。这由此来实现，即光波导(3)布置在温度测量构件和/或应力测量构件(1)的限定温度测量构件和/或应力测量构件(1)的基本材料(2)的并且构造所设置的测量平面的平面中、布置在其上或布置在其处，并且接着覆层材料(5a)在覆层(5)的将光波导(3)或围绕光波导(3)的管(4)材料接合地连结到基本材料(2)和/或邻近的覆层区域处的构造下，被涂覆到温度测量构件和/或应力测量构件(1)的由基本材料(2)形成的该平面上。
文档编号G01L11/02GK102405396SQ201080011798
公开日2012年4月4日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者G·费勒曼 申请人:Sms西马格股份公司