(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力測定セルにおいて、
セラミック材料から製作される第１のハウジング本体（１）と、
セラミック材料から製作され、前記第１のハウジング本体（１）の近傍に配置された隔膜（２）とを有しており、前記隔膜は実質的に平坦であるとともに外側縁部を有しており、前記隔膜（２）の外側縁部は第１の縁部シール材（３）によって前記第１のハウジング本体（１）と結合されており、それにより前記第１のハウジング本体（１）と前記隔膜（２）との間に基準圧力室（２５）が形成されるようになっており、前記隔膜は第１および第２の向かい合う表面を有しており、前記隔膜（２）の第１の表面は前記第１のハウジング本体（１）の方を向いており、前記第１のハウジング本体（１）は前記隔膜（２）の方を向く表面を有しており、
さらに、セラミック材料から製作され、前記隔膜（２）と向かい合って配置された第２のハウジング本体（４）を有しており、前記第２のハウジング本体（４）は第２の縁部シール材（３’）によって前記隔膜の外側縁部と結合されており、前記第２のハウジング本体（４）は前記隔膜（２）とともに測定圧力室（２６）を形成しており、前記第２のハウジング本体は測定されるべき媒体と前記圧力測定セルを接続するためのポート（５）を有しており、
前記第１のハウジング本体（１）、前記第２のハウジング本体（４）、および前記隔膜（２）は前記隔膜（２）の外側縁部のところで互いに気密に結合されており、
前記第１のハウジング本体（１）の少なくとも中央領域には前記第１のハウジング本体（１）を通過する穴（７）が形成されており、前記隔膜（２）の少なくとも中央区域でかつ前記穴（７）に向かい合うように前記隔膜（２）上に第１の光学反射面（１０）が設けられており、
前記第１の光学反射面（１０）へ光を導入およびこれから導出するために、前記第１のハウジング本体（１）の前記穴（７）に光を入出力するよう光ファイバ（１５）が配置されており、前記第１の光学反射面（１０）と光学結合するための第２の光学反射面を形成するために手段が設けられ、それにより前記手段と前記隔膜（２）上の前記第１の光学反射面（１０）との間に光学キャビティ（３０）を構成しており、前記光学キャビティは前記隔膜（２）の変形を判定するための測定区域を形成するとともに、ファブリ・ペロ干渉計検出装置の一部であり、
前記第１の光学反射面（１０）は、セラミック材料からなる前記隔膜（２）上に塗布されたガラス点の表面によって形成されている、
圧力測定セル。
【請求項２】
前記ハウジング本体（１，４）および前記隔膜（２）のうち少なくとも１つは少なくとも部分的にアルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）で製作されている、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項３】
前記ハウジング本体（１，４）および前記隔膜（２）のうち少なくとも１つは少なくとも部分的にサファイアを含むアルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）で製作されている、請求項２に記載の圧力測定セル。
【請求項４】
前記隔膜（２）は少なくとも部分的にサファイアであるアルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）で製作されている、請求項２に記載の圧力測定セル。
【請求項５】
前記光ファイバの端部の表面はその前記第２の光学反射面（１６）が前記第１のハウジング本体（１）の内面の平面に対応している、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項６】
前記第１の縁部シール材（３）および前記第２の縁部シール材（３’）のうち少なくとも１つは少なくとも最高３５０℃の温度に耐えるガラスはんだである、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項７】
前記第１の縁部シール材（３）および前記第２の縁部シール材（３’）のうち少なくとも１つは少なくとも最高６００℃の温度に耐えるガラスはんだである、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項８】
前記第１の縁部シール材（３）および前記第２の縁部シール材（３’）のうち少なくとも１つは酸化して酸化アルミニウムになるアルミニウム結合材である、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項９】
前記第１の縁部シール材（３）および前記第２の縁部シール材（３’）のうち少なくとも１つは少なくとも最高６００℃の温度に耐えるセラミック接着剤である、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１０】
前記光ファイバは、少なくとも最高３５０℃の温度に耐えるガラスはんだによって前記穴の中で封止されている、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１１】
前記光ファイバは、少なくとも最高６００℃の温度に耐えるセラミック接着剤によって前記穴の中で封止されている、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１２】
前記第１の縁部シール材（３）、前記第２の縁部シール材（３’）、および前記穴の中の前記光ファイバを封止するためのシール手段（６）のうち少なくとも１つは、前記圧力測定セルの周囲に対して露出した領域においてガラスはんだ材料からなる追加の保護シール材により覆われている、請求項９に記載の圧力測定セル。
【請求項１３】
前記光ファイバの端部面（１６）の表面および前記隔膜（２）上の前記第１の光学反射面（１０）のうち少なくとも１つに薄い膜コーティングが塗布されている、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１４】
前記隔膜（２）は１０μｍから２５０μｍの範囲内の厚みを有している、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１５】
前記隔膜は、５ｍｍから８０ｍｍの範囲内の直径を有する、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１６】
前記基準圧力室（２５）も前記測定圧力室（２６）も真空室である、請求項１に記載の圧力測定セル。
【請求項１７】
圧力測定セルを製造する方法において、
セラミック材料から製作される第１のハウジング本体（１）を設け、
セラミック材料から製作され、前記第１のハウジング本体（１）の近傍に配置された実質的に平坦な隔膜（２）を設け、前記隔膜（２）は外側縁部を有しており、前記隔膜（２）の外側縁部は第１の縁部シール材（３）によって前記第１のハウジング本体（１）と結合されており、
前記第１のハウジング本体（１）と前記隔膜（２）との間に基準圧力室（２５）を形成し、前記隔膜は第１および第２の向かい合う表面を有しており、前記隔膜（２）の第１の表面は前記第１のハウジング本体（１）の方を向いており、前記第１のハウジング本体（１）は前記隔膜（２）の方を向く表面を有しており、
セラミック材料から製作され、前記隔膜（２）と向かい合って配置された第２のハウジング本体（４）を設け、前記第２のハウジング本体（４）は第２の縁部シール材（３’）によって前記隔膜の外側縁部と結合されており、前記第２のハウジング本体（４）は前記隔膜（２）とともに測定圧力室（２６）を形成しており、前記第２のハウジング本体は測定されるべき媒体と前記圧力測定セルを接続するためのポート（５）を有しており、
前記第１のハウジング本体（１）、前記第２のハウジング本体（４）、および前記隔膜（２）を前記隔膜（２）の外側縁部のところで互いに気密に結合し、
前記第１のハウジング本体（１）の少なくとも中央領域に前記第１のハウジング本体（１）を通過する穴（７）を設け、
前記隔膜（２）の少なくとも中央区域で前記穴（７）に向かい合うように前記隔膜（２）上に第１の光学反射面（１０）を設け、
前記第１の光学反射面（１０）へ光を導入およびこれから導出するために、前記第１のハウジング本体（１）の前記穴（７）に光を入出力するよう光ファイバ（１５）を設け、前記第１の光学反射面（１０）と光学結合するための第２の光学反射面を形成するために手段が設けられ、それにより前記手段と前記隔膜（２）上の前記第１の光学反射面（１０）との間に光学キャビティ（３０）を構成しており、前記光学キャビティは前記隔膜（２）の変形を判定するための測定区域を形成するとともに、ファブリ・ペロ干渉計検出装置の一部であり、
セラミック材料からなる前記隔膜（２）の表面を少なくとも前記穴（７）と向かい合う領域で拡大された平坦なガラス点により覆い、該ガラス点の表面が前記第１の光学反射面（１０）を形成する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の構成要件に基づく光学式の隔膜圧力測定セル、および請求項１８の構成要件に基づく隔膜圧力測定セルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄い隔膜に圧力が作用し、その撓みが計測されることによって、圧力または圧力差を測定することが知られている。このような隔膜の撓みを測定する１つの公知の適切な手法の要諦は、可変な電気的キャパシタンスとして隔膜構造が構成され、圧力の変化と相関関係にあるキャパシタンス変化が、測定電子装置を通じて公知の仕方で評価されることにある。薄い可撓の隔膜面が別の面に対してわずかな間隔で配置されており、互いに向き合う両方の表面が導電性皮膜でコーティングされているか、または導電性材料でできていることによって、キャパシタンスが形成される。隔膜に圧力が作用すると、両方の電極の間隔が撓みによって変化し、このことが評価可能な構造のキャパシタンス変化につながる。このような種類のセンサはシリコンで大量の個数が製造されている。平坦な本体と隔膜とはいずれも全面的にシリコン材料でできている場合が多い。たとえばシリコンとガラス基板のように、複合型の材料組成を有する実施形態も存在する。このような種類のセンサは、非常に低コストに製造することができる。真空の用途については、このような種類の圧力センサは通常、約１０−１ｍｂａｒから数ｂａｒの領域の比較的高い圧力範囲についてしか利用可能でない。約１０−１ｍｂａｒよりも低い圧力での高い解像度は、シリコンの素材ではもはや実現可能ではない。その原因は、特に、シリコンが表面で周囲と反応し、そのために感度の高いセンサ特性が妨げられることにある。通常の大気中に含まれている水蒸気でさえ、表面での相応の反応につながってしまう。化学的に攻撃性のある雰囲気や、特に摂氏数百度の高い温度でセンサが使用されるとき、問題はいっそう深刻となる。したがって、このようなシリコンセンサを表面のパッシベーションによって、攻撃性のある外部要因に対して防護することが試みられている。化学的に攻撃性のある環境に対する耐久性と抵抗性を高めるために、表面に保護皮膜を設けることも試みられており、このことは、たとえばＵＳ５，３１８，９２８に記載されている。このような方策は高いコストがかかり、隔膜のような機械的に変形可能な部品では限定的にしか成果につながらず、特に、真空エッチング法で用いられるフッ素、ホウ酸、これらの化合物のような特別に攻撃性のある媒体の場合にはそうである。
【０００３】
そこで、真空用途向けの圧力測定セルをＡｌ２Ｏ３のような耐食性材料で全面的に製作することが試みられている。このような種類の公知の構造は、その総体において本発明の不可欠な構成要素であるＵＳ６，５９１，６８７に開示されている。
【０００４】
このような容量式の真空測定セル（ＣＤＧ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ  Ｇａｕｇｅ）は、特にＡｌ２Ｏ３のようなセラミックで全面的に製作されている。それにより、非常に高い耐食性と長期間の再現性とが実現される。密閉されなくてはならない領域、またはブッシングが設けられる領域でのみ、Ａｌ２Ｏ３が他材料の添加なしでは溶接されない場合に限って、Ａｌ２Ｏ３とは異なる材料が少量だけ設けられる。セルは第１のプレート状のハウジング本体でできており、その上に隔膜が縁部領域で封止をするように配置されており、それによってこの隔膜が基準真空室を取り囲む。基準真空室と向かい合う側では、第２のハウジング本体が同じく縁部領域で封止をして閉じるように間隔をおいて配置されており、それにより、そこに測定真空室が形成される。この測定真空室は、測定されるべき媒体を引き込むための接続部を備えている。第１のハウジング本体の表面と、基準真空室を形成する隔膜の表面とは、たとえば金で導電性のコーティングが施されており、キャパシタンス測定セルの電極を形成する。さらに各電極は、たとえば第１のハウジング本体から、または縁部区域の封止領域から導出されている。実質的に平行に配置された各電極面は、２μｍから５０μｍの範囲内の間隔を有している。両方のハウジングに対する縁部領域での隔膜の封止は、たとえばレーザ溶接等の溶接によって行われるのが好ましい。あるいは、同じく耐食性であるガラスはんだも非常に好適であり、適用が簡単である。封止をする結合のさらに別の選択肢は、Ａｌ２Ｏ３とは異なる材料が全面的に回避されるべき場合に、ハウジングの各部分をたとえば未加工段階で拡散結合することにある。
【０００５】
測定セルの構造は、基本的に、ハウジングのいかなる歪みも回避する、左右対称で好ましくは円板状の構造を可能にする。このことが特別に重要なのは、高い測定感度を実現し、低い測定圧力を高い精度と再現性で実現するためである。それにより、測定セルが１００ｍｂａｒよりも低い真空圧力を、特に１０ｍｂａｒよりも低い真空圧力を、容量式の全面セラミックの測定セルによって高い信頼度で検出するべき場合に、セラミックからなる非常に薄い隔膜を使用することがさらに可能となる。そのためには１０μｍから２５０μｍの隔膜厚が必要であり、非常に優れた解像度を実現するためには１０μｍから１２０μｍの隔膜厚が好ましい。典型的な隔膜厚範囲はたとえば次のとおりである：
−  １０００トル：  隔膜厚：  ７６０μｍ±１０μｍ
−  １００トル：  隔膜厚：  ３４５μｍ±１０μｍ
−  １０トル：  隔膜厚：  １５０μｍ±１０μｍ
−  １トル：  隔膜厚：  １００μｍ±１０μｍ
−  ０．１トル：  隔膜厚：  ６０μｍ±１０μｍ
−  ０．０１トル：  隔膜厚：  ４０μｍ±１０μｍ
さらに別の好適な技術分野は、液体・気体用途における腐食性の液体について、たとえば数百℃の高い温度で最大１０００ｂａｒの高い圧力を測定するためのセンサの使用である。このような液体・気体用途の一例は、油井やボーリング用途における耐食性の圧力・真空センサである。高圧用途の場合、隔膜厚は７６０μｍ以上になることもあり、たとえば最大で数ミリメートルになることもある。容量式の隔膜を備える公知の真空測定セルは、最高２００℃の温度で作動する。
【０００６】
このような種類の隔膜測定セルを読み取るためのさらに別の取組みは、その総体において本発明の不可欠な構成要素であるＷａｌｃｈｌｉらのＵＳ７，３０５，８８８Ｂ２に記載されているように、隔膜の撓みを測定するために、容量式の原理に代えて、光学式の読み取りテクノロジーを適用することにある。光学式の隔膜測定セル（ＯＤＧ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ  Ｇａｕｇｅ）のコンセプトは、ＣＤＧコンセプトのいくつかの欠点を解消する。その場合、隔膜の圧力依存的な撓みは光学システムを用いてセンサで測定され、測定された信号が光ファイバで光学信号処理ユニットへ送られ、次いで、この光学信号処理ユニットが光学信号を電気信号に変換する。このような光学信号は長い距離（キロメートル単位でも可能）を送ることができ、さほどの減衰を生じることがなく、また、主として電磁的な外乱、振動、周囲温度の変化といった周囲の外乱による狂いを生じることもない。
【０００７】
このような種類の真空測定セルは、それぞれＡｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアでできた第１のハウジング本体および隔膜を有している。隔膜はその外側縁部で平坦かつ真空気密に、第１のシール材を介して第１のハウジング本体と結合されており、それによって基準真空室を形成する。Ａｌ２Ｏ３セラミックまたはサファイアからなり隔膜と向かい合って配置された第２のハウジング本体は、同じく外側縁部で真空気密に、第２のシール材を介して隔膜と結合されており、隔膜とともに測定真空室を形成する。接続管が真空測定セルと測定されるべき媒体とをつないでいる。第１のハウジング本体の少なくとも中央領域には透明な光学窓が構成されており、隔膜の少なくとも中央区域は反射性の光学表面を有している。基準真空室の外部には、隔膜表面に光を導入したりこれから導出したりするために、窓と向かい合いながら間隔をおく光ファイバが配置されている。弾性的な隔膜の両方の異なる側の間の圧力差が隔膜の撓みを引き起こし、それにより、光学キャビティの長さも相応に変化する。光はサファイアハウジングによって、または窓によって、半反射性の隔膜表面に集束され、そこから両方のミラーの間で複数回の反射を経て、これと結びついた干渉現象を与えられてから集められ、適用可能な複数の方法を適用したうえで分析され（たとえばフィゾー干渉計（ＦＩＳＯ  Ｉｎｃ．）、白色光偏光干渉計（ＯＰＳＥＮＳ  Ｉｎｃ．）、マイケルソン干渉計、分光計、．．．）、光学キャビティの長さおよびこれに伴う隔膜上の圧力差が判定される。このようにセル構造は、ファブリ・ペロ干渉計の検出構造もしくは分析構造の一部である。自由な直径および希望される最大の撓みを含めた隔膜の厚みが、利用可能な圧力範囲を定義する。隔膜直径はたとえば１１ｍｍであってよく、厚みは３００μｍであってよい。隔膜直径の好ましい範囲は５．０ｍｍから８０ｍｍ、好ましくは５．０ｍｍから４０ｍｍであり、隔膜厚は１０μｍから１０ｍｍの範囲内、特に真空用途について好ましくは１０μｍから１００μｍの範囲内であり、高圧用途について好ましくは６００μｍから９ｍｍの範囲内である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に説明したセンサセルは、たとえば球体レンズによる外部での光学式の読み取りを可能にするために、単結晶のサファイア窓またはサファイア隔膜を備える単結晶のサファイア体を有している。これに引き続いて、設置場所から評価ユニットへ信号を伝送するために、光ファイバを利用することができる。センサセルで純粋なサファイアを使用する１つの欠点はその価格にあり、加工された単結晶サファイアは非常に高い費用がかかる。２番目に、サファイアとセラミックＡｌ２Ｏ３との組み合わせは、熱膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）の低い一致につながり、このことは、たとえば温度ドリフト挙動で問題を引き起こす可能性がある。こうした現象を低減するには正確な結晶配向が必要であり、すなわち、高い費用と時間コストのかかるプロセスが必要である。３番目に、セラミック本体と結合された結晶窓が使用される場合、光学キャビティの平行性について機械的な公差の要求事項が高くなる。
【０００９】
これまでの従来技術に基づく具体化形態では、光を隔膜へ集束させるために、たとえば球体レンズのような外部の光学装置が用いられる。使用される材料の異なる熱膨張係数に基づき、隔膜上の測定点がずれたり、光線が斜めに傾いてしまう可能性がある。それに応じて、システムが不安定な挙動を示す恐れがある。これに加えて多数のコンポーネントが必要であり、そのために、このような種類のセンサセルの製造には高いコストがかかる。
【００１０】
本発明の目標設定は、これまでの従来技術に基づく干渉方式の隔膜圧力測定セルの上述した欠点を解消することにある。
【００１１】
本発明の目標設定は、信頼度が高く経済的に製造することができる、高い精度と高い安定性とを有する光ファイバ式隔膜圧力測定セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
高い温度で高い圧力を測定することができる本発明のセンサは、ＷａｌｃｈｌｉらのＵＳ７，３０５，８８８Ｂ２に記載されている光学式隔膜測定セルの構造を基本としている。
【００１３】
本発明では、圧力測定をするための光学式の隔膜測定セルセンサ（ＯＤＧセンサ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍｅ  Ｇａｕｇｅ−Ｓｅｎｓｏｒ）は主としてセラミック材料で製作されており、光ファイバは第１のハウジング本体と直接結合されている。ファイバとセラミック材料との結合、セラミック・セラミック結合、および適当なファブリ・ペロ・キャビティの構成は、特別な真空気密の接着プロセスによって行われる。こうして得られた測定セルでは、圧力を表す隔膜の運動が白色光干渉法またはショートコヒーレンス干渉法（ＷＬＩ：Ｗｈｉｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。
【００１４】
この圧力測定セルは、
セラミック材料から製作される第１のハウジング本体と、
セラミック材料から製作され、第１のハウジング本体の近傍に配置された隔膜と、を有しており、隔膜は実質的に平坦であるとともに外側の縁部を有しており、隔膜の外側の縁部は第１のシール手段によって好ましくは真空気密に第１のハウジング本体と結合されており、それにより第１のハウジング本体と隔膜との間に基準真空室が形成されるようになっており、隔膜は第１および第２の向かい合う表面を有しており、隔膜の第１の表面は第１のハウジング本体の方を向いており、第１のハウジング本体は隔膜の方を向く表面を有しており、
さらに、セラミック材料から製作され、隔膜と向かい合って配置された第２のハウジング本体を有しており、第２のハウジング本体は第２のシール手段によって好ましくは真空気密に隔膜の外側縁部と結合されており、第２のハウジングは隔膜とともに圧力測定室を形成しており、第２のハウジング本体は測定されるべき媒体と圧力測定セルを接続するための接続管を有しており、
第１のハウジング本体、第２のハウジング本体、および隔膜は、隔膜の外側縁部のところで互いに気密に結合されており、第１のハウジング本体の少なくとも中央領域には第１のハウジング本体を通過する穴が形成されており、隔膜の少なくとも中央区域では穴に向かい合うように隔膜の表面が第１の光学反射面として構成されており、
第１のハウジング本体の穴には隔膜表面へ光を導入およびこれから導出するためにファイバシール手段により穴へ気密に取り付けられた光ファイバが配置されており、ファイバの端部は好ましくは少なくとも第１のハウジング本体の表面に達しており、当該ファイバ端部は隔膜の表面と光学結合するための第２の光学反射面として構成されており、それによりこの構造はファイバ端部と隔膜の反射面との間に光学キャビティを構成しており、該キャビティは隔膜の変形を判定するための測定区域を形成するとともに、ファブリ・ペロ干渉計検出装置の一部である。
【００１５】
隔膜で反射される光学信号を読み取るために、第１のハウジング本体に１つを超える光ファイバを配置することも可能である。
【００１６】
たとえば石英ガラスやサファイアで製作され、たとえば金や銅のような防護層でコーティングされた高温光ファイバは、ガラスはんだまたはセラミック接着剤によりスリーブ（好ましくはＡｌ２Ｏ３からなる）と結合されるか、またはセンサセルのセラミック本体にある穴と直接結合され、それによりファイバ端部が構造を通過するようになっている。スリーブが使用される場合、スリーブはファイバ接続後に同様の仕方でセラミック本体の穴と結合される。セラミック接着剤ないしガラスはんだ結合部が硬化してから、ファイバ端部が研削および／または研磨され、それにより、測定されるべき光学キャビティの他方の部分反射ミラーを形成する。この研磨されたファイバ端部は光学的なコーティングなしで存在していてよく、または、光学的な反射能を向上させるために、好ましくはたとえばＴａ２Ｏ５のような誘電性材料の単一の層でコーティングされていてよい。
【００１７】
セラミック材料に必要な穴は、機械式の穿孔、レーザ穿孔、または超音波穿孔により形成することができ、または、セラミック本体の鋳造段階で形成することができる。
【００１８】
直接的に結合された構造は、外部の光学系を備える構造に比べて機械的に非常に安定しており、また、外部の光学系に比べて温度依存的な変形歪みを受けることが少ない。全体の部品数の低減はコスト削減につながる。ＯＤＧ製造コストはＣＤＧの製造コストと同等であり、直線性、反復可能性、相対解像度などの点で性能は改善されている。
【００１９】
物理的なファイバ特性の結果としてもたらされる大きい開口数により、外部の光学系のためのスペースを追加的に必要とすることなく、光学キャビティ（キャビティ）の部分反射性ないし反射性の鏡面の平行性に関わる要求事項が低くなり、それと同時に、最大限測定可能な間隔は、ＷＬＩ法の分析の制約による約５μｍの事実上の最小値で、約１００〜２００μｍである。
【００２０】
約３５０℃を超える温度ではガラスはんだが軟化し始め、対称でない力がセンサに作用すると、隔膜位置が変わり始める可能性がある。この問題は、機械的安定性を失うことなく６００℃あるいは１０００℃以上までの温度に耐える接着剤によってガラスはんだが置き換えられ、好ましくは、セラミックＡｌ２Ｏ３本体のＣＴＥと同一の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するセラミック接着剤によって置き換えられる解決法によって解決される。必要な真空気密性を実現するために、結合部は、標準型の高温ガラスはんだによりセンサセルの外側の端壁に沿って、および好ましくはセラミック本体の外部でもファイバシール手段に沿って、追加的に密封されるのが好ましい。
【００２１】
本発明の１つの重要な構成要件は、適当なスクリーン印刷法と加工により、セラミック隔膜の表面にミラーを形成することである。このことは、たとえばサファイアに代えて、低コストな公知の酸化アルミニウムコンポーネントを使用することを可能にする。接着剤によって隔膜へ追加のミラーを取り付けるのは面倒であり、たとえばエポキシ樹脂などは最大６００℃の温度に耐えることができない。ガラス被覆をミラーとして利用できるようにするには、その最終的な表面粗さが５０ｎｍを超えてはならない。セラミック基材は、簡単かつ後処理なしでミラーに類似する仕上りを表面で得るためには、粗さと起伏が大きすぎる。使用する材料や製造方法に応じて、基材の平均の表面粗さは２５μｍ×２５μｍの面にわたり４０ｎｍから３００ｎｍであってよい。隔膜中央部のガラスはんだの小さな面（たとえば直径１〜３ｍｍ）のスクリーン印刷により、平滑な光学的表面を製作することができる。ガラスはんだをまず焼結し、次いで約７５０〜８００℃で焼きつける。ガラスはんだが液状に流れ、それにより平坦な表面を有する拡大された点を自動的に形成し、固まったミラーをあらためて冷却しても表面はわずかしか変化しない。得られるミラー厚は１〜６μｍであるのが好ましい。原子間力顕微鏡測定（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）が示すところでは、ミラー表面は実際に平滑であり、５〜１０ｎｍの平均粗さを有している。ミラー表面の品質のいっそうの改善が望ましい場合には、このガラス被覆されたプレートを軽く研磨することができる。反射能を向上させるための光学コーティングを塗布することもできるが、必ずしも必要ではない。ミラーをコーティングするためのＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ物理蒸着）やＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ化学蒸着）の適用は高いコストがかかり、また、隔膜への蒸着もしくはこれに匹敵する方法によって塗布されたコーティングは、セラミックの場合には基材の表面構造が粗いために良好なミラーをもたらさない。
【００２２】
こうして構成された平滑なミラーの下の平滑でない基材表面の存在は、プラスの効果も有している。ミラーを形成するときのガラス被覆の粘性により、ミラーを非常に薄く製作するのは難しい。ガラス被覆の屈折率は約１．７であり、このことは、たとえば厚さ６μｍのミラーが、関心の対象となる光学的な間隔に加えて、さらに広い光学的な間隔を生起することを意味しており、このような間隔は、平滑な基材であれば計算上の白色光干渉図形において明らかな障害を生成する。「凹凸のある」基材が存在していれば、すなわち光学的に拡散をする表面がミラーの下に存在していれば、こうした現象が最低限に抑えられる。
【００２３】
しかし、基材ができる限り拡散性でなく（すなわち平滑に）製作され、ミラーが適当な厚みを有しており、それにより、ガラス被覆ミラー層によって生成される干渉信号が、圧力測定キャビティによって生成される干渉図形に悪影響を与えることがなければ、センサセルの温度をミラー厚の測定によって測定することができる（圧力に対してではなく温度に対する反応を利用して）。それと同時に、圧力を表す光学キャビティの間隔変化が測定される。１７μｍの厚さと０．１ｎｍの間隔測定の解像度とを有するミラーの場合、温度解像度としてたとえば約０．４℃が得られる。このような種類のセンサを単独の温度センサとして最適化することもできるであろう。ガラスはんだからのミラーの製作は、表面でわずか約７％の反射しかもたらさない（ファイバの場合とほぼ等しい）。短い時間間隔（数ミリセカンド）で多数の白色光を利用することが不可能な高速の用途では、反射を強めるために、ミラーの表面を光学的にコーティングすることができる（好ましくはたとえばＴａ２Ｏ５のような誘電性材料の単一の層によって）。
【００２４】
上に挙げた各点の組み合わせは、材料費と製造費とを低減し、機械的な公差の要求事項を大幅に下げながら、すでに公知の製造方法によって、セラミックからなる光学式の隔膜測定セル（ＯＤＧ）センサを製造することを可能にする。これは好ましい解決法ではないが、ファイバの取付けとガラスはんだ法は、サファイアコンポーネントから製造されたセンサでも機能する。
【００２５】
本発明を特徴付けるさまざまな新規の構成要件は、特に、本件開示の構成要素である添付の特許請求の範囲に記載されている。本発明とその動作上の利点、およびその適用によって得られる特別な対象物のより良い理解のために、本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面およびその説明を援用する。
【００２６】
次に、実施例を用いて図面と模式的に関連付けながら本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】セルの第１のハウジング本体の穴に全面的に取り付けられたファイバを備える、本発明による光学式の隔膜測定セルを示す模式的な断面図である。
【図２】図１の光学式の隔膜測定セルを示す模式的な断面図であり、隔膜の外側縁部にある封止個所とファイバの封止個所とを防護シール材が覆っている。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
隔膜２を中心として実質的に対称な構造を備える、Ａｌ２Ｏ３から製作されるＯＤＧ測定セル（光学式の隔膜測定セル）の本発明による好ましい構造が、図１に示す断面図によって図示されている。第１のハウジング本体１は、Ａｌ２Ｏ３から製作されたセラミックプレートでできており、このセラミックプレートはその縁部に沿って気密に、かつセラミック隔膜２に対して相対的に５μｍから８０μｍの間隔をおきながら、封止をするように結合されており、好ましくは真空室である基準圧力室２５を取り囲んでいる。両方の面の間隔は、通常、隔膜縁部とハウジングとの間に配置されるシール手段としてのシール材料３，３’を用いて組立中に、好ましくは真空気密に直接調整される。このようにして、全面的に平坦なハウジングプレート１を使用することができる。同様の仕方で第２のハウジング本体４を用いて、向かい合う隔膜側で測定圧力室２６が構成される。この圧力室は接続管５を介して、第２のハウジング本体４の開口部を通って測定されるべき媒体によりアクセス可能である。このセル構造は、圧力の高いガス媒体の測定や、特に真空用としても格別に適している。
【００２９】
隔膜２の両側にあるシール手段３，３’は、上に説明したように、両方のハウジング本体１および４の間隔を定義する。このシール材は、一例として好ましくは、簡単に取り扱うことができ、たとえばスクリーン印刷によって塗布することができるガラスはんだである。このようなガラスはんだの溶融温度または焼結温度は特に６３０℃から８００℃の範囲内であり、使用温度は特に１５０℃から６３０℃の範囲内である。
【００３０】
３８（好ましい範囲は５〜８０、特別に好ましくは５〜４０）ｍｍの外径と、３０（好ましい範囲は４〜７５）ｍｍの自由な隔膜内径とを有する典型的な測定セルでは、隔膜２と第１のガラス本体１との間隔３０は約５μｍから２００μｍであり、好ましくは５μｍから８０μｍであり、１０μｍから２５μｍの範囲が特別に好ましい。この好ましい実施例では、第１のハウジング本体１は２ｍｍから１０ｍｍの厚みを有している。第２のハウジング本体４も、たとえばこれと同じ範囲の厚みである。第１のハウジング本体１と第２のハウジング本体４は、使用する隔膜材料と類似する膨張係数を有する材料で製作されていなくてはならない。非常に好適な組み合わせは、高純度の酸化アルミニウムセラミック（純度＞９６％、好ましくは＞９９．５％）、Ｓａｐｐｈａｌセラミック（純度が９９．９％を超える酸化アルミニウム）、サファイア（単結晶の高純度酸化アルミニウム、合成コランダム）である。
【００３１】
第２のハウジング本体４は内部領域で、図１に示すように、たとえば深さ約０．５ｍｍの切欠きを備えているのが好ましく、それにより測定圧力室２６を広くする。
【００３２】
隔膜２の表面の基準圧力側には、好ましくは少なくとも隔膜２の中央領域に、第１の光学反射面が構成されている。この面は、ミラー層１０を形成する反射膜によるコーティングとして構成されていてよい。ファブリ・ペロ干渉計を構成するために、隔膜および窓または第１のハウジングをコーティングするには２通りの選択肢がある。ファブリ・ペロで利用することができるコーティングの基本的思想については、文献に優れた記載がある（Ｖａｕｇｈａｎ  ＪＭ著「Ｔｈｅ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（ファブリ・ペロ干渉計）」Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ  Ｂｒｉｓｔｏｌ  ａｎｄ  Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，  ２００２参照）。この文献の図９には、これら両方の基本的な選択肢が模式的に図示されている。基本的に、金属のシステムか、誘電性のシステムかのいずれかが選択される。金属のコーティングは、二次加工をいっそう容易にするために、誘電性層によって防護することができる。金属のミラーは全反射膜として施工されるのが好ましい。このような膜１０は、たとえば、塗装、印刷、スプレー、または真空法で塗布することができる。この膜は主に金でできており、印刷によって塗布され、その厚みは０．１μｍから１．０μｍの範囲内であるのが好ましい。
【００３３】
コーティングに代えて、この面にガラスはんだ点を配置し、これをたとえば７００℃から８００℃の範囲内の高温で焼きつけて、このガラス被覆された面を、所望のミラーを構成する反射面１０として形成するのも好ましい。このようにガラス点によってミラーを形成するコンセプトが特別に好ましい理由は、ミラーが簡単に形成ができるとともに高い温度に耐えることができ、このようにして構成されたミラー面が有する、所要の高い反射品質の劣化が引き起こされることがないからである。
【００３４】
特に、測定セル構造のコンセプトが真空測定セルとして適用される場合には、測定セルの長期の使用期間にわたって良好な真空品質を確保するために、基準真空室２５と連通するように接続されたゲッター室１３を追加するのが好ましい。排気配管１４が第１のハウジング本体１を通っており、基準真空室２５と、図１には図示しないゲッター部材が中に配置されたゲッター室１３とをつないでいる。ゲッター室１３は、たとえばシール材料９’により好ましくは真空気密にカバー８で閉じられており、たとえば焼きつけられたガラスはんだで閉止される。この室はシール手段９によって、たとえば焼きつけられたガラスはんだによって、好ましくは真空気密に密閉可能なように、第１のハウジング本体１に取り付けられていてもよい。
【００３５】
光ファイバ１５が第１のハウジング本体１の少なくとも中央領域に配置されてハウジング本体１を通過しており、それにより、ファイバの端部が基準圧力室２５に達するようになっている。この目的のために、第１のハウジング本体１を通り、隔膜２の表面１０が少なくとも中央領域で第１の光学反射面１０を構成しているところで当該隔膜２に向かい合って構成された取付穴７が、ハウジング本体に構成されている。光ファイバ１５は第１のハウジング本体１の穴７の中に配置されており、ファイバシール手段６により穴７の中で気密に固定されている。ファイバ１５は隔膜２の表面１０へ光を導入するとともに、これから光を導出し、ファイバ１５の端部は第１のハウジング本体１の少なくとも表面に達しており、ファイバ端部１６は、隔膜２の表面１０と光学結合するための第２の光学反射面１６として構成されており、それにより、この構造ではファイバ端部１６と隔膜２の反射面１０との間に、隔膜２の変形の程度を判定するための測定領域を形成し、ファブリ・ペロ干渉計の評価構造の一部をなす光学キャビティ（キャビティ）３０が存在するようになっている。
【００３６】
ファイバ１５を穴に取り付けるために、その端部は、好ましくは第１のハウジング本体１の内面から１０分の数センチの間隔をおいて、基準圧力室２５の中まで延びることができると好ましい。この間隔は、ファイバ端部を研削および／または研磨して、第２の光学反射面１６を形成するファイバ１５の直径全体にわたってまっすぐで平坦な表面が得られるようにすることが可能である程度に、十分広くなくてはならない。ファイバ１５は、第１のハウジング本体１の内面と同じレベルまで研磨されるのが好ましい。ファイバ端部１５の第２の反射面１６と、隔膜の第１の反射面との間隔は、キャビティ３０を含めて５μｍから２００μｍの範囲内であり、好ましくは５μｍから８０μｍの範囲内である。このような構造は、ファブリ・ペロ干渉計を可動の隔膜の反射面に結合して、測定されるべき圧力に依存する隔膜２の変形を測定できるようにすることを可能にする。入射する光は少なくとも１つの光ファイバ１５によって測定セルと結合され、生じた反射光学信号が少なくとも１つのファイバ１５により検出される。ファイバ１５の終端面１６を基準圧力室２５の内部で部分的に透明な膜によりコーティングし、好ましくは半透明の膜でコーティングすることも可能である。このようなコーティングは、組立手順について上で説明したように測定セルが組み立てられて焼成されるときに、数百℃の焼成温度に耐えられなくてはならない。
【００３７】
第１のハウジング本体１としてサファイアを使用することも可能である。ただし、この素材はＡｌ２Ｏ３セラミックよりも高価である。
【００３８】
第１のハウジング本体１の取付穴７へファイバ１５を取り付けるとき、ファイバ１５の位置は、隔膜２の第１の反射面１０に対してすでに事前に規定されている。重要なのは、ファイバ１５の平坦な終端面１６が、隔膜の第１の反射面１０に対して高い精度で平行に向いていることである。平行性から外れる傾き角が１．０ｍｒａｄを超えてはならない。
【００３９】
隔膜２およびハウジング本体１，４を好ましくは真空気密に組み立てるため、およびファイバ１５を組み付けるためのシール手段３，３’，６としては、さまざまなガラスはんだが非常に適している。測定セルが作動するべき適用温度に応じて、さまざまな型式を選択することができる。セルの１つの好ましい動作範囲は、１５０℃以上３５０℃以下である。さらに別の好ましい範囲は１５０℃から６００℃である。
【００４０】
ガラスはんだに代わる非常に適したシール手段は、少なくとも最高６５０℃の温度または好ましくは少なくとも最高６００℃の温度に耐えるセラミック接着剤を使用することにある。このような種類のセラミック接着剤は、たとえばＡｒｅｍｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．社（バレー・コテージ、ニューヨーク１０９８９、アメリカ）により製造されている。
【００４１】
隔膜２とＶａｌｌｅｙ  Ｃｏｔｔａｇｅとを結合して密封するさらに別の好適な方法はアルミニウムボンディングであり、この場合、小さいアルミニウムフィルム片またはアルミニウムシートが高い温度で各部分の間で圧縮され、それによって拡散が起こり、アルミニウムが酸化して酸化アルミニウムになる。
【００４２】
上に述べた方法はすべて組み合わせることができ、別々の封止個所で採用することができる。
【００４３】
シール手段３，３’，６，９，９’の密封性を向上させるために、追加の保護シール材を準備しておくことができ、それにより図２の図面のように、これらのシール手段をそれぞれの表面で測定セル外部から覆う。このような保護シール材を構成するために、ペーストの焼成後にガラス化した保護シール材１１，１２を形成するガラスはんだを準備するのが好ましい。ファイバのシール手段６か、またはハウジング本体１，４と結合された隔膜２の外側縁部のシール手段３，３’かのいずれかを覆うことができ、もしくは、これら両方のシール手段構造にこれを適用することができる。保護シール材１１，１２は、シール手段３，３’，６としてセラミック接着剤が用いられる場合に使用されるのが好ましい。このような追加の保護シール材１１，１２は、真空測定センサセルの用途のために使用されるのが好ましい。
【００４４】
本発明による測定セルは、加熱装置で全面的に取り囲まれていてよい。このような加熱装置により、特に、測定されるべきプロセスの含有物質の凝縮温度を通じて真空プロセスで真空圧力を測定するときに、セルを加熱することができる。このときセルの温度は、凝縮温度より少なくとも１０℃高いのが好ましい。好ましい実際の温度値は１００℃から６００℃の範囲内である。このような種類のプロセスで使用される化学物質はしばしば非常に攻撃性があり、加熱は、測定セルの敏感な部品がこのような物質から影響を受けないようにするための効果的な措置である。このような措置により、測定セルが長期間のあいだ高い精度と高い再現性で、上述したプロセスで確実に作動することが保証される。
【００４５】
このような種類の測定セルの１つの好ましい実施形態は次のものを有している：
セラミック材料から製作される第１のハウジング本体１；
セラミック材料から製作され、第１のハウジング本体１の近傍に配置された隔膜２。隔膜は実質的に平坦であるとともに外側の縁部を有しており、隔膜２の外側の縁部は第１のシール手段３によって第１のハウジング本体１と結合されており、それにより第１のハウジング本体１と隔膜２との間に基準真空室が形成されるようになっており、隔膜は第１および第２の向かい合う表面を有しており、隔膜２の第１の表面は第１のハウジング本体１と向かい合っており、第１のハウジング本体１は隔膜２と向かい合う表面を有している；
セラミック材料から製作され、隔膜２と向かい合う第２のハウジング本体４。第２のハウジング本体４は第２のシール手段３’によって隔膜の外側縁部と結合されており、第２のハウジング４は隔膜２とともに圧力測定室２６を形成しており、第２のハウジング本体は測定されるべき媒体と圧力測定セルを接続するための接続管５を有している。
【００４６】
第１のハウジング本体１、第２のハウジング本体４、および隔膜２は、隔膜２の外側縁部のところで互いに気密に結合されており、第１のハウジング本体１の少なくとも中央領域には第１のハウジング本体１を通過する穴７が形成されており、隔膜２の少なくとも中央区域では穴７に向かい合うように隔膜２の表面１０が第１の光学反射面１０として構成されている。
【００４７】
第１のハウジング本体１の穴７には、隔膜２の表面１０へ光を導入およびこれから導出するためにファイバシール手段６により穴７へ気密に取り付けられた光ファイバ１５が配置されており、ファイバ１５の端部は好ましくは少なくとも第１のハウジング本体１の表面に達しており、当該ファイバ端部１６は隔膜２の表面１０と光学結合するための第２の光学反射面１６として構成されており、それによりこの構造にはファイバ端部１６と隔膜２の反射面１０との間に光学キャビティ３０が存在しており、該キャビティは隔膜２の変形を判定するための測定区域を形成するとともに、ファブリ・ペロ干渉計検出装置の一部である。
【００４８】
ハウジング本体１，４および／または隔膜２の少なくとも１つのコンポーネントは、少なくとも部分的に酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ２Ｏ３）で製作されている。いくつかのケースでは、ハウジング本体１，４および／または隔膜２の少なくとも１つのコンポーネントは、少なくとも部分的に、サファイアタイプの酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ２Ｏ３）で製作されていると好ましい。さらにいくつかのケースでは、隔膜２だけが、少なくとも部分的にサファイアタイプである酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ２Ｏ３）で製作されているのが好ましい。
【００４９】
最高３５０℃のセルのセル構造のための好ましい圧力測定セル構造を製造するために、次のステップが準備される：
１．たとえば３００μｍの直径を有する貫通孔７を、好ましくはパルス化された高出力ＣＯ２レーザを用いて、平坦な円板状のＡｌ２Ｏ３ハウジング本体１に穿設する。
【００５０】
２．高温ガラスペーストを穴７に入れ、それによって穴を完全に充填する。
３．適当な長さの光ファイバ１５、たとえば約１０ｃｍの溶融した金めっきの石英ガラスファイバ（たとえば分布屈折率マルチモードタイプ、６２．５μｍのコア直径）、またはサファイア光ファイバ１５を断裁して、穴７へ挿入する。ファイバ１５は、ファイバ挿入側と向かい合うハウジング側の表面を超えて延びているのが好ましい。
【００５１】
４．ハウジング／ファイバ複合体を７００℃から８００℃の間の典型的な燃焼温度の炉で燃焼／焼成し、相互に結合させる。これはファイバとハウジングの堅固な結合を成立させ、この結合は同時にヘリウム気密である。
【００５２】
５．ハウジング１の前面から、ファイバを硬化したガラス被覆６とともにハウジング１の前側表面側のレベルまで研磨し、それによってファイバ端部に光学的品質の表面１６を生じさせる。
【００５３】
６．任意選択：たとえば薄層用のＰＶＤ／ＣＶＤ塗布法を適用して、ファイバ端部１６を誘電性の単一層（たとえばＴａ２Ｏ５）で、または誘電性のマルチレイヤで、または半透明の金属コーティングで、光学的にコーティングすることができる。
【００５４】
７．高温ガラスペースト１０を、たとえばスクリーン印刷により、セラミックＡｌ２Ｏ３隔膜２の上に好ましくは中央領域で塗布して、厚さ１．０μｍから１０μｍの拡大されたガラス被覆点を生成するとともに、たとえば厚さ１．０μｍから１０μｍの弱反射性のミラー１０を生成する。
【００５５】
８．任意選択：隔膜を高温ガラスはんだ１０とともに別個のステップで燃焼／焼成して、たとえば厚さ１．０μｍから６μｍの弱反射性のミラー１０を生成する。
【００５６】
９．任意選択：隔膜２が十分に厚い場合にはミラー表面１０を研磨することができ、それにより剛性の高い基材として機能させる。
【００５７】
１０．任意選択：ファイバ端部１６および／またはミラー表面１０をたとえば誘電性の単一層で、または誘電性のマルチレイヤで、または半透明の金属コーティングで、光学的にコーティングすることができる。
【００５８】
１１．異なる部品を組み合わせ、高温ガラス被覆の溶融温度よりも低い温度で、すなわち典型的には５５０℃から６５０℃で、真空炉の中で燃焼し、それによりミラー１０とファイバ構造６がいずれも損なわれないようにする。
【００５９】
１２．たとえばスクリーン印刷によって、中温ガラスペーストをハウジングおよび／または隔膜２のエッジのところへ添加し、ならびにゲッター室を使用する場合にはゲッター室部分１３，８，９のＡｌ２Ｏ３へ塗布して、ゲッター室１３の取付けと閉止をする。
【００６０】
１３．任意選択でゲッター室が使用される場合：低温ガラスペースト９’をたとえばスクリーン印刷によってゲッター室部分へ添加する。
【００６１】
１４．ＯＤＧセンサで標準的なＣＤＧ排気プロセスを実施する。
１５．接続管５としての適当な金属配管の溶接は、従来式の仕方で行う。
【００６２】
１６．次いで、回りを取り囲むセンサ構造の組立を行い、たとえば絶縁されて加熱された被覆の中にセンサを配置する。これには、光ファイバを挿通するために、被覆の絶縁部と壁部に小さい穴をあけることも含まれる。
【００６３】
１７．最後に、通常の公知のＦＣ／ＰＣ接続またはＳＣ／ＰＣ接続により、ファイバのための標準接続部を準備することができる。
【００６４】
最高６００℃のセル用途向けの圧力セル構造を製造するために、次のステップが準備される：
１．たとえば３００μｍの直径を有する貫通孔７を、好ましくはパルス化された高出力ＣＯ２レーザを用いて、平坦な円板状のＡｌ２Ｏ３ハウジング本体１に穿設する。
【００６５】
２．たとえばＡｒｅｍｃｏ  ５０３  ＶＦＧのようなセラミック接着剤６を穴７に入れ、それによって穴を完全に充填する。
【００６６】
３．適当な長さの光ファイバ１５、たとえば約１０ｃｍの溶融した金めっきの石英ガラスファイバ（たとえば分布屈折率マルチモードタイプ、６２．５μｍのコア直径）、またはサファイア光ファイバ１５を断裁して、穴７へ挿入する。ファイバ１５は、ファイバ挿入側と向かい合うハウジング側の表面を超えて延びているのが好ましい。
【００６７】
４．セラミック接着剤をそのスペックに応じて、たとえば９３℃、２６０℃、３７２℃で硬化させる。
【００６８】
５．ハウジングの裏側に高温ガラスペースト１１を添加して、セラミック結合部６を密封する。
【００６９】
６．ガラスペースト１１を７００℃から８００℃の間の典型的な燃焼温度の炉で燃焼／焼成する。これはファイバ１５と第１のハウジング本体１との堅固な結合を成立させ、この結合部はヘリウム気密の保護シール材１１を形成する。
【００７０】
７．ハウジング１の前面から、ファイバ１５を硬化したセラミック接着剤とともに前面のレベルまで研磨し、それによってファイバ端部に光学品質の表面が生じる。
【００７１】
８．高温ガラスペースト１０を、たとえばスクリーン印刷により、セラミックＡｌ２Ｏ３隔膜２の上に好ましくは中央領域で塗布して、拡大されたガラス被覆点を生成するとともに、たとえば厚さ１．０μｍから６μｍの弱反射性のミラー１０を生成する。
【００７２】
９．任意選択：隔膜２が十分に厚い場合にはミラー表面１０を研磨することができ、それにより剛性の高い基材として機能させる。
【００７３】
１０．任意選択：ファイバ端部１６および／またはミラー表面１０をたとえば誘電性の単一層またはマルチレイヤで、または半透明の金属コーティングで、光学的にコーティングすることができる。
【００７４】
１１．セラミック接着剤の環状の領域をハウジングおよび／または隔膜２に添加する。
１２．異なる部品を組み合わせ、セラミック接着剤をそのスペックに応じて、たとえば９３℃、２６０℃、３７２℃で硬化させる。
【００７５】
１３．中温ガラスペーストをハウジング１，４の外部で結合個所に添加して、セラミック結合部３，３’を覆って密封する。
【００７６】
１４．任意選択でゲッター室が使用される場合：低温ガラスペースト９，９’をたとえばスクリーン印刷によってゲッター室部分へ添加する。
【００７７】
１５．ガラスペーストを高温ガラス被覆の溶融温度よりも低い温度で、すなわち典型的には５５０℃から６５０℃で燃焼／焼成し、それによりミラーとファイバ構造がいずれも損なわれないようにする。
【００７８】
１６．ＯＤＧセンサで標準的なＣＤＧ排気プロセスを実施し、接続管５としての適当な金属配管の溶接も従来式の仕方で行う。
【００７９】
１７．次いで、回りを取り囲むセンサ構造の組立を行い、たとえば絶縁されて加熱された被覆の中にセンサを配置する。これには、光ファイバを挿通するために、被覆の絶縁部と壁部に小さい穴をあけることも含まれる。
【００８０】
１８．最後に、通常の公知のＦＣ／ＰＣ接続またはＳＣ／ＰＣ接続により、ファイバのための標準接続部を準備することができる。
【００８１】
別案として、最高６００℃のセル用途向けの好ましい圧力セル構造を製造するために、次のステップが準備される：
１．たとえば３００μｍの直径を有する貫通孔７を、好ましくはパルス化された高出力ＣＯ２レーザを用いて、平坦な円板状の第１のＡｌ２Ｏ３ハウジング本体１に穿設する。
【００８２】
２．超高温ガラスペーストを穴７に入れ、それによって穴を完全に充填する。
３．適当な長さの光ファイバ１５、たとえば約１０ｃｍのサファイア光ファイバを断裁して、穴７へ挿入する。ファイバ１５は、ファイバ挿入側と向かい合うハウジング側の表面を超えて延びているのが好ましい。
【００８３】
４．ハウジング／ファイバ複合体を１３００℃前後の典型的な燃焼温度の炉で燃焼／焼成し、相互に結合させる。これはファイバ１５とハウジングの堅固な結合を成立させ、この結合は同時にヘリウム気密である。
【００８４】
５．ハウジング１の前面から、ファイバ１５を硬化したガラス被覆とともに前面のレベルまで研磨し、それによってファイバ端部に光学的品質の表面１６を生じさせる。
【００８５】
６．任意選択：たとえば薄層用のＰＶＤ／ＣＶＤ塗布法を適用して、ファイバ端部１６を誘電性の単一層（たとえばＴａ２Ｏ５）で、または誘電性のマルチレイヤで、または半透明の金属コーティングで、光学的にコーティングする。
【００８６】
７．超高温ガラスペーストを、たとえばスクリーン印刷により、セラミックＡｌ２Ｏ３隔膜２の上に好ましくは中央領域で塗布して、拡大されたガラス被覆点を生成するとともに、たとえば厚さ１．０μｍから６μｍの弱反射性のミラー１０を生成する。
【００８７】
８．任意選択：隔膜２が十分に厚い場合にはミラー表面１０を研磨することができ、それにより剛性の高い基材として機能させる。
【００８８】
９．任意選択：ファイバ端部１６および／またはミラー表面１０をたとえば誘電性の単一層で、または誘電性のマルチレイヤで、または半透明の金属コーティングで、光学的にコーティングすることができる。
【００８９】
１０．たとえばスクリーン印刷によって、超高温ガラスペーストをハウジングおよび／または隔膜２のエッジのところへ添加し、ならびにゲッター室を使用する場合にはゲッター室部分１３，８，９のＡｌ２Ｏ３へ塗布して、ゲッター室１３の取付けと閉止をする。
【００９０】
１１．異なる部品を組み合わせ、約１３００℃で燃焼する。ガラス被覆材料の低い粘性に基づき、すでに研磨済みのファイバ１５がプロセス中にその当初の位置からさほど動くことはない。
【００９１】
１２．任意選択でゲッター室が使用される場合：低温ガラスペースト９，９’をたとえばスクリーン印刷によってゲッター室部分へ添加する。
【００９２】
１３．高温ガラスペーストだけを用いて、ＯＤＧセンサで標準的なＣＤＧ排気プロセスを実施し、接続管５としての適当な金属配管の溶接も従来式の仕方で行う。
【００９３】
１４．次いで、回りを取り囲むセンサ構造の組立を行い、たとえば絶縁されて加熱された被覆の中にセンサを配置する。これには、光ファイバを挿通するために、被覆の絶縁部と壁部に小さい穴をあけることも含まれる。
【００９４】
１５．最後に、通常の公知のＦＣ／ＰＣ接続またはＳＣ／ＰＣ接続により、ファイバのための標準接続部を準備することができる。
【００９５】
次に、上述した本発明の圧力測定セルの設計と製造方法の定義にあたって参考になるいくつかの数値を、好ましい例として掲げておく。以下の設計値は、適切で好ましい設計および／または製造方法の例として掲げるものである。
【００９６】
１．ファイバ１５の選択：
・６２．５／１２５μｍ分布屈折率マルチモード石英ガラスファイバ
・コア直径：６２．５μｍ±３μｍ
・外套直径：１２５μｍ±３μｍ
・コーティングと外径：金１５５μｍ±１５μｍ
・温度限界値：７００℃
【００９７】
２．少なくとも必要な出力信号に関わる研削品質および／または研磨品質の定義（数字は選択した分析装置のテクノロジーに依存して決まる）：
ａ）干渉計に基づくシステム
・好ましくは３０％、少なくとも１５％の干渉図形のコントラストが必要。コントラストは（最大−最小）平均値として定義される。
・上記の値を実現するために、ファイバ研磨は次の仕様を満たさなければならない：
−ファイバ中心の上／下における中心・縁部：≦５０ｎｍ
−ファイバ端部平面１６の傾き角：≦１ｍｒａｄ
−ファイバ端部平面の粗さ：≦１０ｎｍ（ｒｍｓ）
ｂ）分光計に基づくシステム
・好ましくは５％、少なくとも１％の干渉図形のコントラストが必要。
・上記の値は、光学コネクタの標準仕様に基づく標準の研磨仕様もしくはこれ以下の研磨仕様でも実現することができる：
−ファイバ中心の上／下における中心・縁部：≦２５０ｎｍ
−ファイバ端部平面１６の傾き角：≦２ｍｒａｄ
−ファイバ端部平面の粗さ：≦５０ｎｍ（ｒｍｓ）
【００９８】
３．ミラー１０として隔膜２に配置される拡大されたガラス点１０の、能動光学面、平坦領域、反射率、表面品質、直径、厚みに関する定義：
・能動面（ガラス点）の最低厚み：反射性の隔膜上で６．０μｍ以下、拡散性の隔膜表面の限界値なし。
・スクリーン印刷の場合の能動面の適当な厚み（非研磨）：１．０μｍ−１０．０μｍ
・ガラスタイプ：高温（７００℃から８００℃）
・平坦な能動領域の最小直径：１００μｍ
・製造公差（センタリング）を含めた平坦な能動領域の最小直径：１ｍｍ
・総面積（ガラス点の直径）に対する利用可能な面積（直径）の典型的な割合：少なくとも５０％
・一例：点直径３．８ｍｍ、能動面の直径１．９ｍｍ
・ガラス点の好ましい外径：３〜４ｍｍ
・屈折率：１．７２３（＠４０５ｎｍ）から１．６５３（＠１５５１ｎｍ）
・真空における反射率（性能）：７％（＠４０５ｎｍ）から６％（＠１５５１ｎｍ）
・最善の反射率：ファイバ端部１６とガラス点１０の反射率が同じ場合には約３０％（追加のコーティングの添加によって実現される）
・最低反射率：約６％
・表面品質：
粗さ≦５０ｎｍ（ＲＭＳ）、スクラッチ／ディグ設定は少なくとも６０／４０
【００９９】
４．ファイバ端部１６とガラス点１０の表面の両方の光学的な反射面／反射領域の平行性の角度差としての傾き角（数字は選択する分析装置のテクノロジーに依存して決まる）：
ａ）干渉計に基づくシステム
・好ましくは３０％、少なくとも１５％のコントラストが必要。
・前掲の値を実現するには、最大の傾き角は１ｍｒａｄを超えてはならない。
ｂ）分光計に基づくシステム
・好ましくは５％、少なくとも１％のコントラストが必要。
・前掲の値を実現するには、最大の傾き角は２ｍｒａｄを超えてはならない。
【０１００】
５．ファイバ端部１６とガラス点１０の表面との間の光学的な間隔３０（キャビティ）：
・間隔の動作範囲：５μｍから２００μｍ、好ましくは５μｍから８０μｍ（信号出力の高い特別に良好な結果は、１０μｍから２５μｍの間のいずれかの構造によって実現される）
本発明の思想の適用方法を明示するために、本発明の特別な実施形態を掲げて詳細に説明してきたが、こうした思想から逸脱することなく、これ以外の実施形態を本発明が有することができることは自明である。
【図１】
0005586595.tif 000002
【図２】
0005586595.tif 000003