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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Impedanzsensor
und ein Passagierschutzsystem.
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor dient zum Detektieren eines Detektionsobjektes
unter Verwendung einer Spule oder Wicklung, das heißt einer
Suchspule. Spezieller gesagt, wenn ein Detektionsobjekt aus einem
Leiter besteht oder aus einem weichmagnetischen Material und wenn
sich das Detektionsobjekt der Suchspule oder Suchwicklung nähert, ändert sich
die Impedanz der Suchspule, sodass das Detektionsobjekt basierend
auf der Impedanzänderung
detektiert werden kann. Ein solcher Sensor ist beispielsweise in
der
JP-A-H09-175319 offenbart.
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Der
herkömmlicher
Sensor ist mit einer Schwierigkeit behaftet, dass die Detektionsempfindlichkeit
abhängig
von der Position des Detektionsobjektes in einem Detektionsraum
streuen kann, wenn der Detektionsraum in Bezug auf die Abmessungen des
Detektionsobjektes vergleichsweise groß ist. Hier kann der Sensor
das Objekt in dem Detektionsraum detektieren.
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Dies
geschieht, weil die Detektionsempfindlichkeit abhängig von
einer Beziehung zwischen den Positionen des Detektionsobjektes im
Raum und der Spulen- oder Wicklungsanordnung der Suchspule schwankt.
Die Suchspule wird relativ zum Detektionsraum so angeordnet, dass
sie dem Detektionsraum gegenüberliegt,
um ihn abzudecken. Spezifischer gesagt, da der Magnetfluss an jedem
Abschnitt des Detektionsraumes entlang einer Richtung parallel zur
Spulenoberfläche
der Spule oder Wicklung abfallen kann, schwankt die Detektionsempfindlichkeit.
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Es
ist somit erforderlich eine hohe Detektionsgenauigkeit zu realisieren.
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Die
US-Patentanmeldungsveröffentlichungen
US 2006/0125472 A1, US 2006/0113951 A1 und US 2005/0030010 A1 offenbaren
elektromagnetische Impedanzsensoren zum berührungsfreien Detektieren von
aus Leitermaterial oder weichmaterialmagnetischem Material bestehenden
Objekten relativ zu einer Detektorwicklungsanordnung. Diese bekannten
Impedanzsensoren besitzen eine Aufteilung der Detektorwicklungsanordnung
in Einzelwicklungen innerhalb der Gesamtwicklungsfläche der
Detektorwicklungsanordnung zu dem Zwecke, dass die Position eines
Objektes längs
der Erstreckung der Wicklungsfläche
oder einer hierzu parallelen Fläche im
Unterschied zu anderen möglichen
Positionen detektiert werden kann. Eine Erhöhung der Detektierungsgenauigkeit
mit Bezug auf die Annäherung
eines zu detektierenden Objektes an eine von der Detektierungswicklungsanordnung
eingenommene Wicklungsfläche
ist mit den bekannten Impedanzsensoren nicht erreichbar und durch
die Aufteilung der Detektierungswicklungsanordnung in mehrere Spulen
bei der bekannten Impedanzsensorkonstruktion auch nicht beabsichtigt.
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Ausgehend
von einem elektromagnetischen Impedanzsensor der eingangs erwähnten, bekannten
Art, welcher die Merkmale des Oberbegriffes des anliegenden Anspruches
1 verwirklicht, soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden,
die Detektierungsgenauigkeit bei einem solchen Impedanzmesser zu
erhöhen.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Passagierschutzsystem mit einem solchen Impedanzsensor zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des anliegenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten
Ansprüche.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert also ein elektromagnetischer
Impedanzsensor ein Objekt berührungsfrei. Das
Objekt ist aus einem leitenden Material oder einem weichmagnetischen
Material hergestellt. Der Sensor enthält folgendes: eine Detektionswicklung oder
Detektionsspule und einer Spulenfläche, die einem Detektionsbereich
gegenüberliegt,
in welchem das Objekt angeordnet ist; und eine Detektionsschaltung
zum Zuführen
einer Wechselstromenergie zu der Detektionsspule und zum Detektieren
des Objektes durch Messen der Änderung
einer elektromagnetischen Impedanz in der Detektionsspule. Die Detektionsspule
enthält
eine Vielzahl an Wicklungsabschnitten, die durch einen Draht vorgesehen
sind. Jeder Wicklungsabschnitt ist an der Wicklungsfläche angeordnet
und zwar in einer vorbestimmten Anordnung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist sequenziell entlang einer ersten Richtung angeordnet.
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Bei
dem oben erläuterten
Sensor kann die Schaltungskonstruktion vereinfacht werden. Ferner wird
verhindert, dass die Detektionsempfindlichkeit an jedem Abschnitt
des Detektionsbereiches Schwankungen unterliegt, sodass der Sensor
eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Passagierschutzsystem
folgendes: den elektromagnetischen Impedanzsensor gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung; ein Kollision-Bestimmungselement
zum Bestimmen einer Kollision zwischen einem Fahrzeug und einem
externen Körper
basierend auf einer Ausgangsgröße des Sensors;
und ein Passagierschutzelement zum Schützen eines Passagiers eines
Fahrzeugs. Das Passagierschutzelement funktioniert basierend auf
einer Bestimmung des Kollision-Bestimmungselements.
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Bei
dem oben erläuterten
System funktioniert das Passagierschutzelement basierend auf einem
Signal von dem elektromagnetischen Impedanzsensor, der die Detektionsgenauigkeit
besitzt.
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm eine elektromagnetischen Impedanzsensors;
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2 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule oder Detektionswicklung in
dem Sensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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3 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in dem Sensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in einem Sensor gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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5 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in dem Sensor gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 eine
Draufsicht, die eine Detektionsspule in ein einem Sensor gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine
Teil-Querschnittsansicht, die eine Innenseite einer Tür eines
Fahrzeugs darstellt;
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8A bis 8D Draufsichten,
welche Detektionsspulen oder Detektionswicklungen als ein Objekt
wiedergeben,
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9 einen
Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Position und einer Sensorempfindlichkeit
darstellt;
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10 ein
Blockschaltbild, welches ein Passagierschutzsystem zeigt; und
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11 eine
Draufsicht, die ein Beispiel einer Detektionsspule veranschaulicht.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 gezeigt. Der
Sensor besteht beispielsweise aus einem Wirbelstrom-Detektionssensor
zum Detektieren eines Leiters.
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1 zeigt
eine Schaltung des Sensors. Der Sensor enthält eine Detektionsschaltung 2 und
eine Detektionswicklung 4. Die Detektionsschaltung 2 erregt
die Detektionswicklung, um einen hochfrequenten Strom mit einer
hohen Frequenz in einem Bereich zwischen ein paar kHz und ein paar
MHz zuzuführen. Ferner
detektiert die Detektionsschaltung 2 eine Versorgungsstromänderung
in Einklang mit der Impedanzänderung
der Wicklung 4. Die Wicklungsfläche oder Spulenfläche, das
heißt
die Wicklungs- oder Spulen-Öffnungsfläche der
Wicklung 4 ist so angeordnet, dass sie einem Detektionsraum
(nicht gezeigt) gegenüberliegt.
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Die
Versorgungsstromänderung
wird durch Messen eines Spannungsabfalls eines Strom-Detektionswiderstandes
detektiert. Alternativ kann die Induktivität der Wicklung 4 und
die Kapazität
eines Kondensators, der an die Wicklung 4 angeschlossen ist,
eine Eigenresonanzschaltung wie beispielsweise eine Colpitts-Schaltung
bilden und es wird dann die Versorgungsstromänderung durch Messen der Frequenzänderung
der Eigenresonanzschaltung detektiert. Ein Kondensator kann parallel
oder auch in Reihe mit der Wicklung 4 geschaltet sein,
sodass die Spannungsänderung
und/oder die Stromänderung in der
Wicklung 4 zunimmt. Ferner kann eine Treiberwicklung zur
Ausbildung eines alternierenden elektromagnetischen Feldes in dem
Detektionsraum angeordnet sein und zwar zusätzlich zu der Detektionswicklung 4.
Die Detektionswicklung 4 kann eine Wechselspannung detektieren,
die durch elektromagnetische Induktion des alternierenden elektromagnetischen
Feldes erzeugt wird.
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Die
empfangene Wechselspannung wird detektiert und wird geglättet, um
die Amplitude und/oder die Frequenz der Wechselspannung abzuleiten,
sodass die Änderung
der elektromagnetischen Impedanz der Detektionswicklung 4 detektiert
wird. Wenn sich der Leiter der Detektionswicklung 4 annähert, erfährt die
elektromagnetische Impedanz eine Änderung (zum Beispiel eine
Reduzierung) und zwar aufgrund eines Wirbelstromverlustes. Wenn
das weichmagnetische Material sich der Detektionswicklung 4 annähert, wird
die elektromagnetische Impedanz ebenfalls geändert (zum Beispiel erhöht).
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Die
Detektionsschaltung 2 für
den elektromagnetischen Impedanzsensor kann aus einer herkömmlichen
Schaltung bestehen.
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Die
Detektionswicklung 4 ist in 2 gezeigt.
Die Wicklung 4 enthält
einen Leiterdraht 1 mit einer Isolationsbeschichtung, um
die Wicklung oder Spule 4 zu bilden. Der Leiterdraht 1 besitzt
ein erstes Ende als ein Anfangsanschluss oder Anfangspunkt 30 der
Wicklung 4, und besitzt ein zweites Ende als Endanschluss
oder Endpunkt 40.
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Die
Wicklung 4 enthält
longitudinale Seiten 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und
laterale Seiten 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26,
die eine Figur gemäß einer Acht
bilden. Spezifischer gesagt erstreckt sich jede longitudinale Seite 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 entlang
einer Y-Richtung, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der 8 ist. Jede laterale Seite 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 erstreckt
sich entlang einer X-Richtung, die parallel zu der Anordnungsrichtung der
Figur Acht verläuft.
Die longitudinalen Seiten 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und
die lateralen Seiten 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 sind
jeweils abwechselnd angeordnet. Der Endanschluss 40 ist
benachbart dem Anfangsan schluss 30 angeordnet. Hierbei
gibt die X-Richtung die Anordnungsrichtung an und auch die laterale
Richtung und die Y-Richtung gibt die longitudinale Richtung. In 2 repräsentiert
i einen Strom, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten
Halbwellenperiode in einer Richtung fließt.
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Somit
umfasst die Wicklung 4 erste und zweite Abschnitt 5, 6,
von denen jeder eine Zweiwindungs-Wicklung umfasst. Der erste Abschnitt 5 enthält longitudinale
Seiten 11, 19, 13, 21 und die
lateralen Seiten 12, 20, 18, 26,
und der zweite Abschnitt 6 enthält die longitudinalen Seiten 15, 23, 17, 25 und die
lateralen Seiten 16, 24, 14, 22.
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Da
der erste und der zweite Abschnitt 5, 6 benachbart
zueinander angeordnet sind, überlappen sich
die longitudinalen Seiten 13, 21, 17, 25 nahezu miteinander
oder benachbart zueinander, sodass diese Seiten 13, 21, 17, 25 parallel
zueinander angeordnet sind. Demzufolge bilden die longitudinalen Seiten 13, 21, 17, 25 auch
aufeinanderfolgende Seiten. Bei der vorliegenden Ausführungsform
bildet ein leitender Draht 1 die Detektionswicklung 4 mit
einer rechteckförmigen
Gestalt mit einer Länge
L und einer Weite oder Breite W. An dem Zentrum der rechteckförmigen Gestalt
sind vier Seiten 13, 17, 21, 25 angeordnet
und die vier Seiten 13, 17, 21, 25 verlaufen
nahezu parallel zueinander und besitzen die gleiche Stromflussrichtung.
Es wird demzufolge verhindert, dass die Empfindlichkeit an dem zentralen
Abschnitt der Detektionswicklung 4 reduziert wird und zwar
verglichen mit einer herkömmlichen
Konstruktion. Hierbei bildet der Zentrumsabschnitt der Detektionswicklung 4 einen
zentralen Abschnitt einer offenen Fläche der Wicklung 4 und
die Empfindlichkeit entlang einer Achse der Wicklung 4 wird
an einem Abfallen gehindert. Die Achse der Wicklung 4 verläuft senkrecht
zur Öffnungsfläche der
Wicklung 4. Daher schwankt die Empfindlichkeit des Sensors
nicht, sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit besitzt.
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Bei
der herkömmlichen
Konstruktion wird die Empfindlichkeit an dem zentralen Abschnitt
einer Detektionswicklung reduziert, da der magnetische Fluss an
dem Zentrumsabschnitt kleiner ist als derjenige an einem peripheren
Abschnitt. Spezifischer gesagt wird in einem präzisen Sinn das elektromagnetische
Feld, welches durch die De tektionswicklung 4 erzeugt wird,
durch eine Vektorsumme des elektromagnetischen Feldes, welches durch
jede Seite gebildet wird. Jede Seite eines Leiters erzeugt das elektromagnetische
Feld um die Seite herum. Das elektromagnetische Feld nahe dem Leiter
ist stärker
als dasjenige entfernt von dem Leiter. Eine Ebene, auf welcher ein
Detektionsobjekt angeordnet ist, ist von der Öffnungsfläche der Wicklung 4 um
eine Strecke beabstandet und zwar einer Strecke zwischen der Ebene und
der Öffnungsfläche entlang
der Wicklungsachse der Wicklung 4. Es wird daher das elektromagnetische
Feld entlang der Wicklungsachse, welches durch jede Seite erzeugt
wird, nicht reduziert und zwar verglichen mit dem elektromagnetischen
Feld entlang der Ebene parallel zu der Öffnungsfläche. Da jedoch bei der herkömmlichen
Konstruktion der Durchmesser der Wicklung zunimmt, wird die Empfindlichkeit
an dem mittleren Abschnitt stark reduziert. Diese Schwierigkeit
wird durch die Konstruktion der Detektionswicklung 4 beseitigt,
die in 2 gezeigt ist. Ferner kann die Wicklung 4 in
der Figur einer Acht einfach hergestellt werden, das heißt in einem
Wicklungsschritt zur Bildung der Wicklung 4, was in einfacher
Weise erfolgen kann.
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Obwohl
die in 2 gezeigte Wicklung 4 aus einer Zweiwindungs-Wicklung
besteht, kann die Zahl der Windungen in jeder Wicklung 4 auch
verschieden von zwei sein.
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In 2 schneiden
sich aufeinanderfolgende Seiten 13, 21 und die
anderen aufeinanderfolgenden Seiten 17, 25 miteinander
und zwar in einem vorbestimmten Winkel. Es wird daher das elektromagnetische
Feld nahe den aufeinanderfolgenden Seiten 13, 17, 21, 25,
welches durch die Stromsumme gebildet wird, die größer ist
als die Stromsumme an anderen Abschnitten, eingeschränkt.
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(Zweite Ausführungsform)
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3 zeigt
eine andere Detektionswicklung 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Wicklung 4 enthält ferner
dritte bis sechste Abschnitte 7 bis 10. Der dritte
Abschnitt 7 befindet sich benachbart zu dem zweiten Ab schnitt 6 in
der X-Richtung. Der vierte Abschnitt 8 befindet sich benachbart
zu dem ersten Abschnitt 5 in der Y-Richtung. Hierbei bildet
die X-Richtung eine erste Anordnungsrichtung, und die Y-Richtung
bildet eine zweite Anordnungsrichtung. Der fünfte Abschnitt 9 befindet
sich benachbart zu dem zweiten Abschnitt 6 in der Y-Richtung,
und der sechste Abschnitt 10 ist benachbart dem dritten
Abschnitt 7 in der Y-Richtung angeordnet. Die vierten bis
sechsten Abschnitte 8 bis 10 sind linien-symmetrisch
zu den ersten bis dritten Abschnitten 5 bis 8 angeordnet.
Die Wicklung 4 ist aus den ersten bis sechsten Abschnitten 5 bis 10 zusammengesetzt
und ist aus einem Draht 1 gebildet.
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Die
Wicklung 4 ist in solcher Weise ausgebildet, dass der erste
bis dritte Abschnitt 5 bis 7 in der X-Richtung
angeordnet ist und dann der vierte bis sechste Abschnitt 8 bis 10 in
der X-Richtung angeordnet wird, die benachbart zu den ersten bis
dritten Abschnitten 5 bis 7 entlang der Y-Richtung
liegen. Es wird somit eine Detektionswicklung 4 mit einer
nahezu rechteckförmigen
Gestalt und mit einer Länge
L und einer Weite oder Breite von 2W ausgebildet. In den sechs Abschnitten 5 bis 10 der
Wicklung 4 besitzen die zwei aufeinanderfolgenden Seiten
die gleiche Stromflussrichtung und befinden sich benachbart zueinander.
Die Empfindlichkeitsreduzierung am Zentrum der Wicklung 4 wird
somit stark eingeschränkt. Daher
schwankt die Empfindlichkeit des Sensors nicht, sodass der Sensor
eine hohe Detektionsgenauigkeit aufweist.
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(Dritte Ausführungsform)
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4 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Wicklung 4 ist aus einem
Draht 1 gebildet. Spezifischer gesagt ist die Drahtanordnung,
das heißt
die Wicklungsanordnung in 4 verschieden von
derjenigen in 3. Jedoch besitzt die Wicklung 4 eine ähnliche
Anordnung der Abschnitte 5 bis 10. Somit wird
die Empfindlichkeitsreduktion am Zentrum der Wicklung 4 stark
eingeschränkt.
Somit schwankt die Empfindlichkeit des Sensors nicht, sodass der Sensor
eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.
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(Vierte Ausführungsform)
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5 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Wicklung 4 ist in solcher
Weise ausgebildet, dass ein erster Abschnitt 5 durch Wickeln
des Drahtes 1 gemäß vielen
Windungen ausgebildet wird, um eine Vielfachwindungs-Wicklung zu
bilden, und indem dann der zweite Abschnitt 6 durch Wickeln des
Drahtes 1 gemäß vielfachen
Windungen und so weiter ausgebildet wird. Wenn ein Abschnitt beendet worden
ist, wird der Draht 1 in einem rechten Winkel umgebogen
und es wird dann der nächste
Abschnitt ausgebildet. Somit besitzen zwei aufeinanderfolgende Seiten
in zwei Abschnitten die gleiche Stromflussrichtung und sind auch
benachbart zueinander gelegen. Daher schwankt die Empfindlichkeit
des Sensors nicht, sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit
erreicht.
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(Fünfte
Ausführungsform)
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6 zeigt
die Detektionswicklung 4 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Wicklung 4 besitzt viele Abschnitte, von denen
jeder eine dreieckförmige
Wicklungsöffnungsfläche aufweist.
Die Wicklung 4 ist durch einen Draht 1 gebildet
und zwei aufeinanderfolgende Seiten in zwei Abschnitten besitzen
die gleiche Stromflussrichtung. Somit wird die Empfindlichkeit des
Sensors keiner Schwankung unterworfen, sodass der Sensor eine hohe
Detektionsgenauigkeit aufweist.
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(Modifizierte Ausführungsformen)
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In 2 kann
zur Reduzierung des Magnetfeldes, welches durch die aufeinanderfolgenden
Seiten 13, 21, 17, 25 erzeugt
wird, ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seiten erhöht werden. Spezifischer
gesagt können
die aufeinanderfolgenden Seiten 13, 21, 17, 25 so
angeordnet werden, dass der Abstand dazwischen in der X-Richtung verbreitert
wird. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seiten wird
in geeigneter Weise festgelegt.
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Obwohl
jeder Abschnitt 5 bis 10 der Wicklung 4 eine
quadratische Gestalt oder eine dreieckförmige Gestalt aufweist, kann
auch jeder Abschnitt eine andere Gestalt aufweisen wie beispielsweise
eine trapezförmige
Gestalt, eine polygonale Gestalt und auch eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt. Wenn
beispielsweise jeder Abschnitt eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt
aufweist, können
sich benachbarte zwei Abschnitte teilweise überlappen oder sich auch teilweise überschneiden.
Ferner kann jeder Abschnitt vollständig benachbart zu jedem anderen
angeordnet sein oder kann sich mit jedem anderen überlappen.
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(Sechste Ausführungsform)
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Ein
elektromagnetischer Impedanzsensor kann für einen lateralen Kollisionsdetektor
für ein Fahrzeug
verwendet werden. 7 zeigt eine Innenseite einer
Tür 100 eines
Fahrzeugs. Die Tür 100 enthält eine
Außenplatte 101 und
eine Innenplatte 102. Die Außenplatte 101 ist
an einer Außenseite
des Fahrzeugs angeordnet, und die Innenplatte 102 ist an einer
Innenseite des Fahrzeugs angeordnet. Die Innenplatte 102 liegt
der Außenplatte 101 gegenüber und
ist von der Außenplatte 101 beabstandet.
Die Detektionswicklung 4 ist an einer Seite der Innenplatte 102 montiert
und zwar der Seite, die der Außenplatte 101 gegenüberliegt.
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Ein
Pfahl oder Stange kollidiert seitlich mit der Tür 100. Bei einer lateralen
Kollisionsbedingung, die in US FMVSS214 definiert ist, bildet ein
Pfahl oder Säule
eine zylinderförmige
Säule mit
einem Durchmesser von 10 Inch (entsprechend 255 mm). Der Pfahl schlägt auf die
Tür 100 auf
und zwar mit einer Kollisionsgeschwindigkeit von 20 mph entsprechend
(32 km/Stunde). Nach zehn Millisekunden von der Kollision an gerechnet
wird die Rate der Impedanzänderung
der Detektionswicklung 4 analysiert. Hierbei ist es erforderlich,
dass der Sensor die Kollision innerhalb von 10 Millisekunden im
Hinblick auf einen Passagierschutz detektiert. Wenn der Pfahl mit der
Kollisionsgeschwindigkeit von 20 mph kollidiert, wird die Außenplatte 101 deformiert
und zwar in eine Gestalt, die in 7 mit gestrichelter
Linie dargestellt ist und zwar nach 10 Millisekunden von der Kollision an
gerechnet. Es wird somit die Außenplatte 101 deformiert und
zwar in eine kreisförmige
Gestalt entsprechend dem Pfahl. Eine Weite W1 eines konkaven Hohlraumes
entspricht der Deformation der Außenplatte 101 und
liegt bei 240 mm.
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Hierbei
besteht die Detektionswicklung 4 aus einer von vier Typen,
die in den 8A bis 8D gezeigt
sind. Die erste Wicklung 121, die in 8A gezeigt
ist, besitzt eine rechteckförmige
Gestalt mit einer longitudinalen Seite von 1440 mm, die parallel zur
Fahrzeuglängsrichtung
verläuft,
das heißt
einer Fahrzeug-Horizontalrichtung. Die erste Wicklung 121 besitzt
keine Teilwicklung. Die zweite Wicklung 122, die in 8B gezeigt
ist, besitzt eine longitudinale Seite der zweiten Wicklung 122 mit
1440 mm, und die Wicklung 122 umfasst zwei Teilwicklungen 122a, 122b.
Somit entspricht die zweite Wicklung 122 der in 2 gezeigten
Wicklung. Die Länge
von jeder Teilwicklung 122a, 122b in der Fahrzeuglängsrichtung beträgt 720 mm.
Die dritte Wicklung 123, die in 8C gezeigt
ist, hat eine Länge
einer longitudinalen Seite von 1440 mm, und die Wicklung 123 umfasst
vier Teilwicklungen 123a bis 123d. Die Länge von
jeder Teilwicklung 123a bis 123d verläuft in der Fahrzeuglängsrichtung
und liegt bei 360 mm. Die vierte Wicklung 124, die in 8D gezeigt
ist, hat eine Länge
der longitudinalen Seite von 1440 mm und die Wicklung 124 umfasst
sechs Teilwicklungen 124a bis 124f. Die Länge von
jeder Teilwicklung 124a bis 124f in der Fahrzeuglängsrichtung
beträgt
240 mm.
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Jede
Wicklung 121 bis 124 wird unter einer Bedingung
getestet, dass eine Kollisionsposition des Pfahles oder der Säule an der
Tür 100 verschoben wird.
Spezifischer gesagt wird das Zentrum der Kollisionsposition von
dem Zentrum der Wicklung 121 bis 124 zu einem
Ende der Detektionswicklung 4 hin verschoben.
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Die
Testergebnisse sind in 9 gezeigt. Dabei repräsentiert
VIIIA das Ergebnis der ersten Wicklung 121, VIIIB repräsentiert
das Ergebnis der zweiten Wicklung 122, VIIIC repräsentiert
das Ergebnis der dritten Wicklung 123 und VIIID repräsentiert das
Ergebnis der vierten Wicklung 124. Null in der horizontalen
Achse zeigt eine Position an und zwar von dem Kollisionszentrum
aus und bedeutet, dass die Zentrumsposition des Pfahles oder der
Säule am Zentrum
der Wicklung 121 bis 124 angeordnet ist, das heißt einem
Krümmungszentrum
der deformierten Außenplatte 101,
welches am Zentrum der Wicklung 121 bis 124 angeordnet
ist. Die vertikale Achse zeigt die Sensordetektionsempfindlichkeit
an, das heißt
die Rate der Impedanzänderung
der Detektionswicklung 4. Minus bedeutet, dass die Impedanz reduziert
wird. Die Änderungsrate
der Impedanz wird dadurch berechnet, indem die Impedanz nach der Kollision
durch die Impedanz vor der Kollision geteilt wird.
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Wie
in 9 gezeigt ist, liegt dann, wenn die Detektionswicklung 4 aus
der ersten Wicklung 121 besteht, die aus einer großen einen
Wicklung besteht, der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung
bei circa 0,046 in einem Bereich zwischen Null und 550 mm.
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Wenn
die Detektionswicklung 4 aus der zweiten Wicklung 122 besteht,
wird der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung maximiert, wenn das
Kollisionszentrum sich nahe bei dem Zentrum der Detektionswicklung 122 befindet,
sodass die Empfindlichkeit der Wicklung 122 hoch ist. Wenn
jedoch das Kollisionszentrum von dem Zentrum der Detektionswicklung 122 aus
versetzt wird, wird die Detektionsempfindlichkeit reduziert.
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Wenn
die Wicklungswicklung 4 aus der dritten Wicklung 123 besteht, ändert sich
der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung mit einem Wellenmuster.
An einer bestimmten Position ist der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung
in der Kurve VIIIC größer als
derjenige in der Kurve VIIIA entsprechend der ersten Wicklung 121.
An einer anderen bestimmten Position ist der Absolutwert der Rate der
Impedanzänderung
in der Kurve VIIIC kleiner als in der Kurve VIIIA. Somit wird die
Detektionsempfindlichkeit verschoben und es entsteht ein gewisser
Bereich, in welchem die Empfindlichkeit kleiner ist als diejenige
der ersten Wicklung 121.
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Wenn
die Detektionswicklung 4 aus der vierten Wicklung 124 besteht,
bleibt der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung nahezu konstant, das heißt es liegt
bei 0,055. Spezifischer gesagt wird der Absolutwert der Rate der
Impedanzänderung
stabilisiert ohne dabei von der Position des Kollisionszentrums
abhängig
zu sein. Ferner ist der Absolutwert der Rate der Impedanzänderung
in der Kurve VIIID immer höher
als derjenige in der Kurve VIIIA.
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Somit
wird die Weite der Teilwicklung in der horizontalen Richtung des
Fahrzeugs so eingestellt, dass sie kleiner ist als die Weite der
Deformation der Außenplatte 101,
die durch eine Kollision mit dem Pfahl oder Säule verursacht wird, sodass
die Detektionsempfindlichkeit erhöht wird. Ferner wird die Abweichung
der Empfindlichkeit in Bezug auf die Kollisionsposition reduziert.
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Wenn
somit die Weite der Teilwicklung in der horizontalen Richtung des
Fahrzeugs so eingestellt wird, dass sie kleiner ist als 240 mm,
kann das System die Kollision mit dem Pfahl innerhalb von 10 Millisekunden
detektieren. Wenn ferner die Weite der Teilwicklung in der horizontalen
Richtung des Fahrzeugs so eingestellt wird, dass sie kleiner ist
als 200 mm, kann das System die Kollision mit dem Pfahl innerhalb
von 6 Millisekunden detektieren.
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(Siebente Ausführungsform)
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Durch
die Verwendung des oben erläuterten elektromagnetischen
Impedanzsensors kann ein Passagierschutzsystem für ein Fahrzeug ausgebildet werden. 10 zeigt
das Passagierschutzsystem.
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Das
System enthält
einen elektromagnetischen Impedanzsensor 200, eine Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300 und
eine Passagierschutzvorrichtung 400. Der Sensor 200 enthält einen
von Sensoren, die in den 1 bis 9 gezeigt
sind. Die Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300 bestimmt eine
Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt auf der Grundlage
der Ausgangsgröße des Sensors 200.
Wenn Beispielsweise der Sensor 200 an der Tür 1 montiert
ist, bestimmt die Kollision-Bestimmungsvorrichtung 300,
ob das Objekt mit der Tür 1 kollidiert.
Diese Bestimmung wird basie rend auf einer Impedanzänderung
durchgeführt.
Die Schutzvorrichtung 4 besteht beispielsweise aus einem
Airbagsystem. Basierend auf der Bestimmung der Bestimmungsvorrichtung 300 arbeitet
dann die Schutzvorrichtung 400.
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Hierbei
kann eine Teilwicklung aus einer kreisförmigen Wicklung bestehen, die
in 11 gezeigt ist. Die Wicklung 4 enthält einen
mittleren Abschnitt 50, der nahezu den mittleren Punkt
der Wicklungs- oder Spulenlänge
darstellt. Die Wicklung 4 enthält eine äußere Wicklung 51 als
erste Wicklung und eine innere oder Heim-Wicklung 52 als
zweite Wicklung. Die äußere Wicklung 51 ist
von dem Startanschluss 30 des mittleren Abschnitts 50 aus
angeordnet und die innere oder Heim-Wicklung 52 ist von dem
mittleren Abschnitt 50 zum Endanschluss 40 hin angeordnet.
Somit bildet ein Teil der äußeren Wicklung 51 und
ein Teil der Heimwicklung 52 eine Teilwicklung und der
andere Teil der äußeren Wicklung 51 und
der andere Teil der Heimwicklung 52 bilden eine andere
Teilwicklung. Die äußere Wicklung 51 umfasst
zwei Halbweg-Windungen, die miteinander verbunden sind. Die Heim-
oder Heimwärtswicklung 52 umfasst
ebenfalls zwei Halbweg-Windungen, die miteinander verbunden sind.
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Die
obige Erläuterung
umfasst die folgenden Aspekte.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert ein elektromagnetischer
Impedanzsensor ein Objekt berührungsfrei.
Das Objekt besteht aus einem leitenden Material oder einem weichmagnetischen
Material. Der Sensor enthält
folgendes: eine Detektionswicklung mit einer Wicklungs- oder Spulenfläche, die
einem Detektionsbereich gegenüberliegt,
in welchem das Objekt angeordnet ist; und eine Detektionsschaltung
zum Zuführen
einer Wechselstromenergie zu der Detektionswicklung und zum Detektieren
des Objektes durch Messen der Änderung
in der elektromagnetischen Impedanz in der Detektionswicklung. Die
Detektionswicklung enthält
eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten, die durch einen Draht vorgesehen
sind. Jeder Wicklungsabschnitt ist an der Wicklungsfläche angeordnet
und besitzt eine vorbestimmte Anordnung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist sequenziell entlang einer ersten Richtung angeordnet.
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Da
bei dem oben erläuterten
Sensor die Wicklungsabschnitte in Reihe miteinander gekoppelt sind,
führt die
Detektionswicklung gemeinsam Elektrizität zu und misst gemeinsam die
Impedanzänderung
der Detektionswicklung. Somit kann die Schaltungskonstruktion vereinfacht.
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Ferner
bildet ein Draht eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten, sodass
eine Schwankung der Magnetflussdichte reduziert wird und die Detektionsgenauigkeit
des Sensors verbessert wird.
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Alternativ
können
eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten einen Wicklungsabschnitt
enthalten, der benachbart zu einem anderen Wicklungsabschnitt angeordnet
ist. Der eine Wicklungsabschnitt besitzt eine Seite, die benachbart
zu einer entsprechenden Seite des anderen Wicklungsabschnitts gelegen
ist. Die Seite des einen Wicklungsabschnitts erstreckt sich entlang
einer vorbestimmten Richtung und die entsprechende Seite des anderen
Wicklungsabschnitts erstreckt sich ebenfalls entlang der vorbestimmten
Richtung. Die Seite des einen Wicklungsabschnitts weist eine Stromflussrichtung
auf, welche die gleiche ist wie die Stromflussrichtung der entsprechenden
Seite des anderen Wicklungsabschnitts. Die Stromflussrichtung der
einen Seite des einen Wicklungsabschnitts ist parallel zu der entsprechenden
Seite des anderen Wicklungsabschnitts. Daher verstärken sich
der Magnetfluss, der durch die eine Seite erzeugt wird, und der
Magnetfluss, der durch die entsprechende Seite erzeugt wird, gegenseitig.
Daher wird verhindert, dass die Detektionsempfindlichkeit an jedem
Abschnitt des Detektionsbereiches Schwankungen unterworfen wird,
sodass der Sensor eine hohe Detektionsgenauigkeit aufweist.
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Alternativ
verläuft
die erste Richtung verläuft senkrecht
zu der zweiten Richtung. Jeder Wicklungsabschnitt enthält eine
erste Seite und eine zweite Seite. Die erste Seite erstreckt sich
entlang der ersten Richtung und die zweite Seite erstreckt sich
entlang der zweiten Richtung. Die Vielzahl der Wicklungsabschnitte
ist entlang der ersten Richtung angeordnet. Ferner kann die Detektionswicklung
eine äußere Wicklung
und eine innere Wicklung oder Heimwicklung enthalten. Die äußere Wicklung
liefert eine Vielzahl von ersten Halbweg-Windungen, die sequenziell miteinander
verbunden sind. Die Heimwicklung umfasst eine Vielzahl von zweiten
Halbweg-Windungen, die sequenziell miteinander verbunden sind. Eine
der Vielzahl der ersten Halbweg-Windungen (halfway turns) und eine
entsprechende eine der Vielzahl der zweiten Halbweg-Windungen liefern
einen der Wicklungsabschnitte.
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Obwohl
bei den oben erläuterten
Fällen
die Detektionswicklung eine Vielzahl von Wicklungsabschnitten enthält, die
entlang der ersten Richtung angeordnet sind, wird der Herstellungsprozess
für die Detektionswicklung
oder Detektionsspule vereinfacht. Ferner wird auch die Zahl der
Verbindungen der Detektionswicklung reduziert. Somit wird die Zuverlässigkeit
des Sensors ebenfalls verbessert.
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Ferner
kann die Detektionswicklung eine Doppelwindungsfigur gemäß der Gestalt
einer Acht aufweisen und die zweite Seite des einen Wicklungsabschnitts
schneidet sich mit der zweiten Seite des anderen Wicklungsabschnitts.
Ferner kann die Vielzahl der Wicklungsabschnitte erste bis sechste
Wicklungsabschnitte enthalten. Die ersten bis dritten Wicklungsabschnitte
sind entlang der ersten Richtung angeordnet, und die vierten bis
sechsten Wicklungsabschnitte sind entlang der ersten Richtung angeordnet,
und die ersten bis dritten Wicklungsabschnitte und die vierten bis
sechsten Wicklungsabschnitte sind entlang der zweiten Richtung angeordnet.
Jeder Wicklungsabschnitt bildet wenigstens eine Zweiwindungs-Wicklung.
Ferner kann jeder Wicklungsabschnitt auch eine Vielfachwindungs-Wicklung aufweisen.
Der eine Draht besitzt ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das
erste Ende ist benachbart dem zweiten Ende gelegen. Der eine Wicklungsabschnitt
und der andere Wicklungsabschnitt sind mit dem einen Draht in einer
solchen Weise verbunden, dass der eine Draht in einem geraden Winkel
oder rechten Winkel an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem einen
Wicklungsabschnitt und dem anderen Wicklungsabschnitt umgebogen
werden kann. Ferner kann jeder Wicklungsabschnitt eine quadratische
Gestalt aufweisen. Der zweite Wicklungsabschnitt ist benachbart
dem ersten Wicklungsabschnitt gelegen und zwar entlang der ersten
Richtung, sodass die zweite Seite des ersten Wicklungsabschnitts
benachbart zur zweiten Seite des zweiten Wicklungsabschnittes ist.
Die zweite Seite des ersten Wicklungsabschnitts besitzt eine Stromflussrichtung, welche
die gleiche ist wie die Stromflussrichtung der zweiten Seite des
zweiten Wicklungsabschnitts, wobei die Stromflussrichtung parallel
zu der zweiten Richtung verläuft.
Der vierte Wicklungsabschnitt ist benachbart zu dem ersten Wicklungsabschnitt
entlang der zweiten Richtung angeordnet, sodass die erste Seite
des ersten Wicklungsabschnitts benachbart zur ersten Seite des vierten
Wicklungsabschnitts liegt. Die erste Seite des ersten Wicklungsabschnitts besitzt
eine andere Stromflussrichtung, welche die gleiche ist wie die Stromflussrichtung
der ersten Seite des vierten Wicklungsabschnitts, wobei die andere Stromflussrichtung
parallel zur ersten Richtung verläuft.
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Alternativ
kann das Objekt eine Außenplatte einer
Tür eines
Fahrzeugs sein. Die Detektionswicklung ist an einer Seite der Innenplatte
der Tür
angeordnet, wobei die Seitenfläche
zur Außenplatte
hinweist. Die Innenplatte ist von der Außenplatte beabstandet. Jeder
Wicklungsabschnitt besitzt eine Weite in einer horizontalen Richtung
des Fahrzeugs. Die Weite ist gleich mit oder kleiner als 240 mm.
In diesem Fall wird die Detektionsempfindlichkeit erhöht. Ferner
wird auch die Abweichung der Empfindlichkeit in Bezug auf die Kollisionsposition
reduziert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Passagierschutzsystem
folgendes: den elektromagnetischen Impedanzsensor gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung; ein Kollision-Bestimmungselement
zum Bestimmen einer Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem externen
Körper
basierend auf einer Ausgangsgröße des Sensors;
und ein Passagierschutzelement zum Schützen eines Passagiers eines
Fahrzeugs. Das Passagierschutzelement funktioniert basierend auf
der Bestimmung des Kollision-Bestimmungselements.
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Bei
dem oben erläuterten
System funktioniert das Passagierschutzelement basierend auf dem Signal
von dem elektromagnetischen Impedanzsensor, der die angegebene Detektionsgenauigkeit
besitzt.
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Obwohl
die Erfindung unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde,
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten
Ausführungsformen
und Konstruktionen beschränkt
ist. Durch die Erfindung sollen vielfältige Modifikationen und äquivalente
Anordnungen mit erfasst werden. Obwohl darüber hinaus vielfältige Kombinationen
und Konfigurationen angegeben wurden, die bevorzugt werden, können auch
andere Kombinationen und Konfigurationen mehr oder weniger oder
lediglich ein einzelnes Element realisiert werden, ohne jedoch dadurch
in den Rahmen der Erfindung zu verlassen.