DE102004008510A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen, bei denen eine durch Krafteinwirkung verursachte Auslenkung eines freien Endes eines Wellenleiters mit einem Detektor erfasst wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in den Wellenleiter elektromagnetische Strahlung eingekoppelt wird, die am freien Ende austritt und mit dem Detektor ortsaufgelöst erfasst wird. DOLLAR A Das Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung ermöglichen eine Vermessung kleiner Kräfte mit hoher Auflösung über einen großen Messbereich auf einfache Weise.

Description

• Technisches Anwendungsgebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen, insbesondere im Bereich < 1 μN, bei denen eine durch Krafteinwirkung verursachte Auslenkung eines freien Endes eines Wellenleiters mit einem Detektor erfasst wird.
• Die Messung kleiner Kräfte spielt vor allem in der Mikro- und Nanotechnik eine wesentliche Rolle. So ist es beispielsweise auf dem chemischen, biochemischen oder biologischen Gebiet von Bedeutung, die Kräfte künstlicher oder natürlicher Aktoren, z.B. Mikromuskeln, oder die von diesen Aktoren geleistete mechanische Arbeit zu messen. Diese Kräfte liegen häufig im Bereich zwischen 1 pN und 1 μN.
• Für derartige mikro- und nanotechnische Aufgabenstellungen, beispielsweise im Bereich der Mikro- und Nanotribologie, werden häufig mechanische Verformungen an Mikrobiegebalken oder dünnen Membranen gemessen, die durch die einwirkenden Kräfte hervorgerufen werden. Neben rein elektrischen Messverfahren, beispielsweise über Widerstandsmessungen an Dehnungsmessstreifen oder Piezoresistoren, sind auch optische Messverfahren bekannt. Diese bieten ein besseres Signal-Rausch- Verhältnis und erfordern keine vollständige elektrische Isolierung bei Messungen in flüssigen Medien.
• So ist es beispielsweise aus M. Scherge et al., „Detection of Micronewton Forces in Tribology", Technisches Messen 67 (2000) 7–8, Seiten 324 bis 327, bekannt, federartige Auslenkungselemente aus Glas zu strukturieren, deren Auslenkung bei Einwirkung der zu messenden Kräfte mit faseroptischen Sensoren interferometrisch erfasst wird. Das Glasmaterial wird hierbei aufgrund seiner gut definierten elastischen Eigenschaften eingesetzt. Der faseroptische Sensor besteht aus einer Lichtleitfaser, von der an einem Ende das Licht austritt und über einen beabstandeten Spiegel in die Faser zurück reflektiert und detektiert wird. Die detektierte Lichtintensität hängt dabei vom Abstand des Spiegels zum Ende der Faser ab. Auf diese Weise kann eine Bewegung des Auslenkungselementes optisch nachgewiesen werden. Diese Technik ist allerdings aufwendig. Die Auslenkung lenkt zudem den Lichtstrahl ab und beeinträchtigt dadurch die interferometrische Messung.
• Aus T.E. Schäffer, „Force spectroscopy with a large dynamic range using small cantilevers and an array detector", Journal Of Applied Physics, Vol. 91, No. 7 (2002), Seiten 4739 bis 4745, ist eine weitere optische Messtechnik für die Bestimmung der Auslenkung eines Auslenkelementes bekannt. Das Auslenkelement besteht aus einem mikromechanisch gefertigten Biegebalken, an dessen Oberfläche ein Laserstrahl reflektiert wird. Der reflektierte Strahl wird über ein Photodiodenarray ortsaufgelöst erfasst. Mit dieser Technik können allerdings aufgrund der ansonsten zu starken Auslenkung des Laserstrahls nur relativ kleine Auslenkungen des Biegebalkens gemessen werden.
• Aus E. Meyhöfer et al., „The force generated by a single kinesin molecule against an elastic load", Proc. Natl. Acad. Sci., Vol. 92 (1995), Seiten 574–578, ist eine weitere Technik zur Erfassung der Auslenkung eines Auslenkelementes bekannt. Bei dieser Technik wird aufgrund der gut definierten elastischen Eigenschaften eine Glasfaser als Auslenkelement verwendet. Die Auslenkung der Spitze der Glasfaser wird über einen mikroskopisch vergrößerten Schattenwurf mit einem dualen Photodiodendetektor erfasst. Auch hierbei ist die Messung auf sehr kleine Auslenkungen beschränkt.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein weiteres Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, das die Messung kleiner mechanischer Kräfte, vorzugsweise < 1 μN, in flüssigen und gasförmigen Medien sowie im Vakuum mit hoher Auflösung über einen relativ großen Messbereich auf einfache Weise ermöglicht.
• Darstellung der Erfindung
• Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
• Bei dem vorliegenden Verfahren zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen wird eine durch Krafteinwirkung verursachte Auslenkung eines freien Endes eines Wellenleiters mit einem Detektor erfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in den Wellenleiter elektromagnetische Strahlung eingekoppelt wird, die am freien Ende austritt und mit dem Detektor ortsaufgelöst erfasst wird. Unter Wellenleiter ist hierbei nicht jegliches beliebig geformte wellenleitende Medium, sondern vielmehr ein gerichteter Wellenleiter, d.h. ein die Strahlung führendes Element, zu verstehen.
• Bei dem vorliegenden Verfahren ist somit das Auslenkelement, auf das die zu messende Kraft einwirkt, als Wellenleiter für elektromagnetische Strahlung ausgebildet, der vollständig oder zumindest in einem Abschnitt zwischen einem Einspannbereich und dem freien Ende des Wellenleiters biegsam ausgebildet ist. Durch Einkopplung elektromagnetischer Strahlung in den Wellenleiter kann eine Auslenkung des freien Endes aufgrund einer Krafteinwirkung direkt anhand der Verschiebung eines Strahlungsmusters erfasst werden, das der aus dem freien Ende austretende Strahl auf einem ortsauflösenden Detektor für die elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die Größe dieses Detektors gibt dabei zusammen mit einer gegebenenfalls zwischen dem freien Ende und dem Detektor angeordneten Abbildungsoptik, den maximalen Auslenkungsbereich des freien Endes des Wellenleiters an, der erfassbar ist.
• Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen somit einen direkten optischen Nachweis der Auslenkung auf einfache Weise und lassen sich auch für Messungen in Flüssigkeiten problemlos einsetzen. Die sich aufgrund der Auslenkung des Wellenleiters verschiebende Intensitätsverteilung einschließlich des Intensitätsschwerpunktes und gegebenenfalls Intensitätsmaximums des Strahlflecks der aus dem Wellenleiter austretenden und auf den Detektor auftreffenden Strahlung lassen sich mit hoher Genauigkeit detektieren.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst somit einen Wellenleiter für elektromagnetische Strahlung, der an einer von einem ersten Ende des Wellenleiters beabstandeten Einspannstelle eingespannt ist und zwischen der Einspannstelle und dem ersten Ende zumindest einen biegsamen Abschnitt aufweist, so dass das erste Ende des Wellenleiters durch Krafteinwirkung frei auslenkbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Strahlquelle für elektromagnetische Strahlung zur Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung an einem zweiten Ende des Wellenleiters und einen Detektor, der zur ortsaufgelösten Erfassung der am ersten Ende aus dem Wellenleiter austretenden elektromagnetischen Strahlung ausgebildet und angeordnet ist. Zwischen der Strahlquelle und dem zweiten Ende kann auch zusätzlich ein optischer Koppler für die Einkopplung der Strahlung angeordnet sein.
• Bei dem vorliegenden Verfahren sowie der zugehörigen Vorrichtung werden vorzugsweise Wellenleiter für optische Strahlung, d.h. für den ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 190 nm und 3000 nm Wellenlänge, eingesetzt. Die Strahlquelle ist hierbei zur Emission derartiger Strahlung ausgebildet und kann beispielsweise ein Laser, eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode sein. Selbstverständlich lässt sich das vorliegende Verfahren auch mit elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlängenbereiche durchführen.
• In der bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung ist der Wellenleiter als Lichtleitfaser mit Glas- oder Kunststoffummantelung oder Metallbeschichtung oder als Kapillare mit Flüssigkeitskern ausgebildet.
• Der orts- bzw. positionsauflösende Detektor arbeitet vorzugsweise nach einem photoelektrischen Messprinzip. Dieser Detektor kann beispielsweise als in Sperrrichtung betriebene ein- oder zweidimensional auslesbare positionsauflösende Photodiode, als CCD (Charged Coupled Device)-Detektor mit einfacher Auswertung oder Auswertung über die Grauwertkorrelation, als Photodiodenarray oder jede andere segmentierte Anordnung mehrerer Photodioden oder anderer für die elektromagnetische Strahlung sensitiver Sensoren ausgebildet sein.
• Bei dem optischen Nachweis der Auslenkung wird der aus dem freien Ende des Wellenleiters austretende Strahl vorzugsweise über eine Abbildungsoptik auf den Detektor abgebildet. In einer Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung ist diese Abbildungsoptik als Mikroskopoptik ausgebildet, die eine vergrößerte Darstellung der Austrittsebene des Strahls aus dem freien Ende auf den Detektor abbildet. Die elektromagnetische Strahlung kann von der Strahlquelle entweder direkt oder vorzugsweise über einen optischen Koppler in das dem freien, ersten Ende gegenüber liegende zweite Ende des Wellenleiters eingekoppelt werden. Hierbei findet vorzugsweise eine Fokussierung dieses Strahls auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters statt.
• Die Messung selbst wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die zu messende Kraft senkrecht zur Längsachse des Wellenleiters auf diesen einwirkt. Die Erzeugung dieser Kraft hängt von der jeweiligen Anwendung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung ab. Hierbei kann es sich zum einen um Beschleunigungs- oder Gravitationskräfte und zum anderen auch um durch Aktoren hervorgerufene Kräfte handeln, wie dies beispielsweise bei Anwendungen im Bereich der Chemie, Biochemie oder Biologie der Fall sein kann. Bei Messungen von Kräften auf der Grundlage von chemischen, biochemischen oder biologischen Reaktionen besteht eine Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens darin, den Wellenleiter in einem Bereich zwischen der Einspannstelle und dem freien Ende mit Stoffen zu beschichten oder zu modifizieren, die eine Fixierung der an der zu vermessenden Reaktion teilnehmenden Substanzen ermöglichen. So sieht eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung vor, dass ein mit Gold, Silber oder einem anderen geeigneten Metall beschichteter Wellenleiter durch selbst organisierende Schichten, vorzugsweise unter Anwendung bifunktioneller Mercapto-Verbindungen so modifiziert ist bzw. wird, dass funktionelle Gruppen, wie z.B. Amino-, Hydroxy-, Aldehyd-, Carboxylat- oder Mercaptogruppen, über eine kovalente chemische Bindung die Ankopplung von Proteinen, Proteinkomplexen, Ribonukleinsäuren, Desoxyribonukleinsäuren und Kohlenhydraten sowie anderer polymerer Substanzen ermöglichen.
• Eine weitergehende Ausführungsform sieht vor, polymere Substanzen, vorzugsweise Proteine, Proteinaggregate, Polynukleinsäuren und Polynukleinsäureaggregate, die in der Lage sind, chemische Reaktionsenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln, kovalent oder adsorptiv in einem definierten endlichen Abstand von der Einspannstelle am Wellenleiter zu fixieren. In dieser Ausgestaltung ist weiterhin ein Stator in geringem Abstand zum Wellenleiter vorgesehen, an dem die gegenüberliegenden Abschnitte dieser Substanzen fixiert werden. Auf diese Weise wird ein Aktor gebildet, durch dessen Reaktionen eine Kraft auf den Wellenleiter ausgeübt wird. So kann die durch den Aktor ausgeübte Kraft beispielsweise durch chemische Reaktionen, wie z.B. die Komplexierung von Metallionen, Phosphorylierungen, pH-Wert-Änderungen oder Änderungen des elektrischen oder magnetischen Feldes, hervorgerufen werden. Die durch einen biologischen, biochemischen oder chemischen Prozess erzeugte Kraft dieses vorzugsweise polymeren oder aggregierten Aktors wird dann über die Auslenkung des Wellenleiters gemessen.
• Grundsätzlich lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren sowie der zugehörigen Vorrichtung statische Kräfte, Gewichtskräfte, Oszillationen mechanischer Kräfte, Kraftänderungen, Massen und mechanische Arbeit über die geometrische Auslenkung des freien Endes des Wellenleiters vermessen. Bei schwingenden Wellenleitern können auch Frequenzverschiebungen oder Schwingungsdämpfungen gemessen werden. Dies erfordert neben den ortsaufgelösten auch zeitlich aufgelöste Messungen. Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung ermöglichen dabei Messungen von Kräften, die insbesondere im Bereich von pN bis μN liegen. Aus der gemessenen Auslenkung und dem bekannten Elastizitätsmodul des biegsamen Abschnitts des Wellenleiters lassen sich diese Kräfte aus der Auslenkung berechnen.
• Vorzugsweise wird vor der Durchführung der Messungen eine Kalibrierung der Vorrichtung durchgeführt, bei der über piezoelektrische, thermomechanische, hydraulische oder chemomechanische Mikro-Aktoren Zug oder Druck mit definierten Werten auf den Wellenleiter ausgeübt und die zugehörigen Auslenkungen erfasst werden. Eine Ableitung der bei der späteren Messung ausgeübten Kraft kann dabei durch Vergleiche mit einer aus dieser Kalibrierung generierten Tabelle erfolgen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung zur Vermessung einer kleinen Kraft in Luft;
• 2 ein Beispiel für die Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung zur Vermessung einer kleinen Kraft in einer Flüssigkeit; und
• 3 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung.
• Wege zur Ausführung der Erfindung
• Die in der 1 dargestellte beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung weist eine Strahlquelle 1 auf, von der über eine Linse 2 die ausgehende elektromagnetische Strahlung 12 in einen Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt wird. Der Lichtwellenleiter 3 ist an einer vom Ausgangsende 6 des Lichtwellenleiters beabstandeten Einspannstelle 5 über eine Wellenleiterfassung 4 eingespannt. Der Abstand zwischen der Einspannstelle 5 und dem freien Ende 6 des Wellenleiters wird in Abhängigkeit von der Größe der zu vermessenden Kräfte, dem Elastizitätsmodul des Wellenleiters sowie der gewünschten maximalen Auslenkung gewählt.
• Im vorliegenden Beispiel wird eine über einen Piezosteller 15 auf den Wellenleiter 3 einwirkende Kraft gemessen. Der Piezosteller 15 lenkt hierbei den biegsamen Wellenleiter 3 aus der Ruhestellung, die durch die angedeutete Längsachse 14 gegeben ist, nach unten aus. Das durch den Lichtwellenleiter hindurch tretende Licht wird über ein Objektiv 7 auf einen positionsempfindlichen Detektor 8 abgebildet. Durch die Auslenkung verschiebt sich der Auftreffpunkt der Strahlung auf dem Detektor 8 im vorliegenden Beispiel nach unten. Das Objektiv 7 vergrößert hierbei die Auslenkung des freien Endes 6, so dass eine erhöhte Auflösung bei der Messung erreicht wird. Ein bestimmter sichtbarer Wellenlängenbereich wird über einen in der Figur dargestellten dichroitischen Spiegel 9 reflektiert und über ein Okular 10 für das Auge 11 eines Betrachters aufbereitet. Dieser kann die Verschiebung somit auch visuell beobachten. Über die in zwei Dimensionen mit dem positionsauflösenden Detektor 8 erfassbare Verschiebung des Strahlauftreffpunktes bzw. des abgebildeten Lichtpunktes wird die Auslenkung und Verbiegung des aus der Wellenleiterfassung 4 herausragenden Wellenleiters bestimmt. Über die Biegegleichung mit der Federkonstanten k, die proportional zum Elastizitätsmodul ist, und der am freien Ende 6 senkrecht zur Wellenleiterachse 14 gemessenen Auslenkung Δx kann die durch den Piezosteller 15 auf den Wellenleiter ausgeübte Kraft F berechnet werden: ΔF=k·Δx
• Die 2 zeigt eine gleichartige Vorrichtung, mit der auf den Lichtwellenleiter 3 einwirkende Kräfte in einer Flüssigkeit vermessen werden können. Die gleichen Bezugszeichen entsprechen hierbei den gleichen Komponenten, die bereits in Verbindung mit der 1 erläutert wurden, wobei zusätzlich eine Verstelleinrichtung 19 zur Justage des Objektivs 7 dargestellt ist. Im vorliegenden Beispiel wird der für die Messung relevante Teil des Wellenleiters 3 in ein Behältnis mit einer Messflüssigkeit 16 eingebracht. In dem Behältnis befindet sich auch ein Stator 17. Zwischen dem Stator 17 und dem Wellenleiter 3 wird, wie in der 2 schematisch dargestellt, ein Proteinaggregat 18 fixiert, das als Mikromuskel wirkt. Die Techniken zur Fixierung derartiger Aggregate an Festkörperoberflächen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Chemie, Biochemie oder Biologie bekannt. Dieses Proteinaggregat 12 zieht sich bei entsprechender Aktivierung zusammen, so dass das freie Ende 6 des Wellenleiters 3 mit einer Kraft nach unten gezogen wird, die mit der vorliegenden Vorrichtung bestimmt werden kann.
• 3 zeigt schließlich ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, bei der die Verschiebung des aus dem Wellenleiter austretenden Strahls nicht gleichzeitig, sondern über einen Drehspiegel 13 abwechselnd zur Messung mit dem Auge 11 visuell beobachtet werden kann. Der in ein Objektiv 2 eintretende elektromagnetische Strahl 12 eines Lasers wird durch das Objektiv 2 auf das Eintrittsende des Lichtwellenleiters 3 fokussiert, der in einer Wellenleiterfassung 4 fixiert ist. Die Wellenleiterfassung 4 ist Teil eines Behältnisses, in dem eine Messflüssigkeit 16 eingebracht ist. Der in diesem Beispiel ebenfalls vorhandene Stator und das zur Vermessung gelangende Proteinaggregat sind in der Figur nicht zu erkennen. Die Lichtquelle 20 dient der Beleuchtung des freien Endes 6 des Lichtwellenleiters 3 für eine zusätzliche Betrachtung mit einem Mikroskop, dessen Objektiv 21 in der Figur ebenfalls dargestellt ist.
• Der aus dem freien Ende 6 des Wellenleiters 3 austretende Lichtstrahl wird durch das Objektiv 7 fokussiert und durch Umschaltung mit einem Strahlteiler, der z.B. als Drehspiegel 13 ausgebildet sein kann, wahlweise jeweils über eine Tubuslinse 7a zum Okular 10 für eine visuelle Beobachtung und/oder auf eine zweidimensional arbeitende positionsempfindliche Photodiode 8 geleitet. Über die beiden orthogonal zueinander auf der positionsempfindlichen Photodiode 8 gemessenen Photoströme werden die Koordinaten des Lichtpunktes des auftreffenden Strahls und damit die Auslenkung des Lichtwellenleiters bestimmt. Die am Lichtwellenleiter angreifende Kraft kann hierbei wiederum über die vorangehend angeführte Gleichung berechnet werden.
• BEZUGSZEICHENLISTE

  

Claims (14)

1. Verfahren zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen, bei dem eine durch Krafteinwirkung verursachte Auslenkung eines freien Endes (6) eines Wellenleiters (3) mit einem Detektor (8) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wellenleiter (3) elektromagnetische Strahlung (12) eingekoppelt wird, die am freien Ende (6) austritt und mit dem Detektor (8) ortsaufgelöst erfasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wellenleiter (3) Lichtleitfasern mit Glas- oder Kunststoffmantel oder Metallbeschichtung oder Kapillaren mit Flüssigkeitskern eingesetzt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) in einem Bereich zwischen einer Einspannstelle (5) und dem freien Ende (6) des Wellenleiters mit Stoffen beschichtet und/oder modifiziert wird, die eine Ankopplung einer biologischen, biochemischen oder chemischen Substanz ermöglichen, über die eine Kraft auf den Wellenleiter ausgeübt werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Gold, Silber oder einem anderen geeigneten Material beschichteter Wellenleiter eingesetzt wird, der so modifiziert wird, dass funktionelle Gruppen eine kovalente chemische Bindung mit Proteinen, Proteinkomplexen, Ribonukleinsäuren, Desoxyribonukleinsäuren und/oder Kohlenhydrate sowie anderen polymeren Substanzen ermöglichen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Stator (17) oder einem anderen Fixpunkt und dem Wellenleiter (3) in einem Abstand von der Einspannstelle (5) polymere Substanzen, insbesondere kovalent oder adsorptiv, fixiert werden, die in der Lage sind, chemische Reaktionsenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem freien Ende (6) des Wellenleiters (3) und dem Detektor (8) eine vergrößernde Abbildungsoptik eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Wellenleiter (3) einwirkende statische Kräfte, Gewichtskräfte, Kraftänderungen, Massen oder mechanische Arbeit über die geometrische Auslenkung des freien Endes (6) des Wellenleiters (3) gemessen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Wellenleiter (3) einwirkende Oszillationen mechanischer Kräfte über Frequenzverschiebungen oder Schwingungsdämpfungen durch zeitaufgelöste Messung der geometrischen Auslenkung des freien Endes (6) des durch die Oszillationen schwingenden Wellenleiters (3) gemessen werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) so angeordnet wird, dass die zu messende Kraft zumindest annähernd senkrecht zur Achse (14) des Wellenleiters (3) angreift.
10. Vorrichtung zur Messung kleiner Kräfte und/oder Kraftwirkungen mit einem Wellenleiter (3) für elektromagnetische Strahlung (12), der an einer von einem ersten Ende (6) des Wellenleiters (3) beabstandeten Einspannstelle (5) eingespannt ist und zwischen der Einspannstelle (5) und dem ersten Ende (6) zumindest einen biegsamen Abschnitt aufweist, so dass das erste Ende (6) des Wellenleiters (3) durch Krafteinwirkung frei auslenkbar ist, und einem Detektor (8) zur Erfassung der Auslenkung des ersten Endes (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlquelle (1) für elektromagnetische Strahlung (12) zur Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung (12) an einem zweiten Ende des Wellenleiters (3) angeordnet und der Detektor (8) zur ortsaufgelösten Erfassung der am ersten Ende (6) aus dem Wellenleiter (3) austretenden elektromagnetischen Strahlung (12) ausgebildet und angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (6) eine in Sperrichtung betriebene positionsauflösende Photodiode, ein CCD-Detektor oder ein Photodiodenarray ist, die ein- oder zweidimensional auslesbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) eine Lichtleitfaser mit Glas- oder Kunststoffmantel oder einer Metallbeschichtung oder eine Kapillare mit Flüssigkeitskern ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) in einem Bereich zwischen der Einspannstelle (5) und dem freien Ende (6) des Wellenleiters mit Stoffen beschichtet und/oder modifiziert ist, die eine Ankopplung einer biologischen, biochemischen oder chemischen Substanz ermöglichen, über die eine Kraft auf den Wellenleiter ausgeübt werden kann.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlquelle (1) und dem zweiten Ende des Wellenleiters (3) ein optischer Koppler (2) zur Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung (12) in den Wellenleiter (3) angeordnet ist.