DE102008025129A1

DE102008025129A1 - Vorrichtung zum Bestimmen von Messgrößen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008025129A1
Application number: DE102008025129A
Authority: DE
Inventors: Willibald Reitmeier
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Messgröße weist wenigstens eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Messstelle (2) zum Erfassen der Messgröße und eine mit der wenigstens einen Messstelle (2) in Verbindung stehende Auswertevorrichtung (4) auf, durch die ein von der wenigstens einen Messstelle (2) erzeugtes Messstellensignal in ein Messdatensignal umsetzbar ist. Das wenigstens eine Messstellensignal ist ein optisches Signal, das über einen optischen Lichtleiter (5, 6) von der Messstelle (2) zur Auswertevorrichtung (4) leitbar ist, die eine mit dem optischen Lichtleiter (5, 6) in Verbindung stehende Umsetzeinheit zum Umsetzen des Messstellensignals in das Messdatensignal aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen von unterschiedlichen Messgrößen mit Hilfe einer Vielzahl von in einem Kraftfahrzeug angeordneten Messstellen zum Erfassen der unterschiedlichen Messgrößen, mit einer mit den Messstellen in Verbindung stehenden Auswertevorrichtung, durch die von den Messstellen erzeugte Messstellensignale in Messdatensignale umsetzbar sind.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 37 30 468 A1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich um ein in einem Kraftfahrzeug angeordnetes Bordnetz das eine Vielzahl von an eine Busleitung angeschlossenen Busteilnehmerstationen aufweist, denen an die Busteilnehmerstation angeschlossene Schnittstelleneinrichtungen nachgeordnet sind. Den Schnittstelleneinrichtungen sind wiederum sternförmig an die Schnittstelleneinrichtungen angeschlossene Endeinrichtungen nachgeordnet, die beispielsweise Sensoren sein können, die dem Erfassen von unterschiedlichen Messgrößen dienen. Die von den Sensoren erzeugten Messstellensignale werden von in den Schnittstelleneinrichtungen vorhandenen Signalumsetzern in Messdatensignal umgesetzt. Die Schnittstelleneinrichtungen übernehmen insofern die Funktion einer Auswerteeinheit. Da das von der Messstelle erzeugte elektrische Messstellensignal in hohem Maße störempfindlich ist, wird bei der bekannten Vorrichtung die Auswertevorrichtung in der Nähe der Messstelle angeordnet, um elektrische Interferenzen nach Möglichkeit zu vermeiden.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Auswertvorrichtung in der Regel den gleichen Umgebungsbedingungen wie die Messstelle ausgesetzt ist. Daher kann die Auswertevorrichtung beispielsweise an der Messstelle auftretenden hohen Temperaturen und Drücken oder auch Verschmutzungen unterworfen sein, die sich negativ auf die Leistungsfähigkeit der Auswertevorrichtung auswirken können.
Weiterhin ist aus der DE 10 2005 004 806 B3 eine Messwandlereinheit bekannt, an die sich Lichtleiter anschließen lassen, mit denen die Verformung eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs erfassbar ist. Die Lichtleiter sind dabei in den Stoßfänger integriert. Da die Lichtleitereigenschaften der Lichtleiter bei einer Deformation der Lichtleiter beeinträchtigt werden, kann anhand der Änderung der Transmission der Lichtleiter die Deformation des Stoßfängers überwacht werden. An die Messwandlereinheit können schließlich auch Datenbussysteme angekoppelt sein.
Aus der DE 10 2006 036 561 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten und elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem Daten und Energie von einem Hauptgerät zu Nebengeräten mithilfe von Lichtleitern übertragen werden. Die Lichtleiter dienen ferner auch dazu, Daten von den Nebengeräten zu dem Hauptgerät zu übertragen. In die Nebengeräte können Sensoren oder Aktoren integriert sein, deren elektrische Signale mithilfe von Lichtsendern in optische Messdatensignale umgesetzt werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Messgröße zu schaffen, die in hohem Maße gegen Umwelteinflüsse resistent ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Bei der Vorrichtung ist das von der Messstelle erzeugte Messstellensignal ein optisches Signal, das über einen optischen Lichtleiter an die Auswertevorrichtung geleitet wird, um mittels einer in der Auswertevorrichtung vorhandenen Umsetzeinheit in ein elektrisches Messdatensignal umgesetzt zu werden. Dadurch kann die Auswertevorrichtung von der Messstelle entfernt angeordnet werden, so dass die Auswertevorrichtung nicht den an den Messstellen vorhandenen harten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Insofern braucht die Auswerteeinheit nur geringen Anforderungen hinsichtlich Temperatur- oder Druckbeständigkeit zu genügen. Die Auswertevorrichtung ist auch nicht der an der Messstelle herrschenden Verschmutzungsgefahr ausgesetzt. Ferner sind optische Messstellen in der Regel besonders robust gegen Temperatur- und Druckeinflüsse und können durch geeignete Abdeckungen auch gegen Verschmutzungen resistent gestaltet werden. Insgesamt ergibt sich somit eine gegen Umwelteinflüsse resistente Vorrichtung.
Die Signalübertragung zwischen der Messstelle und der Auswertevorrichtung erfolgt auf optischem Wege. Diese Art der Messdatensignalübertragung ist unempfindlich gegen elektromagnetische Interferenz, so dass die Vorrichtung für den mit Störsignalen durchsetzten Automobilbereich besonders geeignet ist. Ferner sind optische Lichtleiter im Vergleich zu für die elektrische Signalübertragung verwendeten Kupferleitungen besonders leicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung spart auch Ressourcen, da für die Auswertung mehrerer von verschiedenen Messstellen kommende Messstellensignale nur eine Auswertevorrichtung notwendig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht der optische Lichtleiter ringförmig mit der Auswertevorrichtung in Verbindung und die wenigstens eine Messstelle ist entlang des optischen Lichtleiters angeordnet. Dadurch ist der Verkabelungsaufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders klein, insbesondere wenn mehr als eine Messstelle entlang des optischen Lichtleiters angeordnet ist. Außerdem kann die Anbindung der Messstellen an den ringförmigen Lichtleiter so erfolgen, dass die Verbindung über beide mögliche Lichtpfade erfolgen kann. Beispielsweise kann Licht von der Messstelle sowohl über eine linke als auch eine rechte Teilleitung des ringförmigen Lichtleiters geschickt werden, wodurch sich eine redundante Leitungsführung ergibt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stehen mehrere optische Lichtleiter sternförmig mit der Auswertevorrichtung in Verbindung. Die Auswertevorrichtung weist ein Schaltelement auf, das die optischen Lichtleiter abwechselnd mit der in der Auswerteeinheit vorhandenen Umsetzeinheit verbindet. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders kostengünstig, da nur eine zentrale Auswertevorrichtung erforderlich ist, um mehrere von mehreren Messstellen kommenden Messstellensignale in Messdatensignale umzusetzen. Das Schaltelement ist beispielsweise als optischer Switch ausgebildet, der die Umsetzeinheit abwechselnd mit je einem optischen Lichtleiter verbindet.
Vorzugsweise weist die Auswertevorrichtung mehrere Umsetzeinheiten zum Umsetzen des Messstellensignals in das Messdatensignal auf. Die Umsetzeinheiten stehen jeweils mit wenigstens einem optischen Lichtleiter in Verbindung und setzen die über den optischen Lichtleiter geleiteten Messstellensignale in die Messdatensignale um. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Signalumwandlung mehrerer Messstellensignale in Messdatensignale, so dass eine besonders schnelle und effiziente Datenverarbeitung möglich ist. Außerdem können auch verschiedene Auswerteverfahren zum Einsatz kommen. Eine der Umsetzeinheiten kann beispielsweise der Auswertung einer Intensität dienen, während eine andere Umsetzeinheit zur Auswertung eines Spektrums eingerichtet ist.
Falls neben den optischen Messstellensignalen auch elektrische Messstellensignale verarbeitet werden sollen, können zusätzlich zu den optischen Messstellensignalen auch elektrische Messstellensignale zu der Auswerteeinheit übertragen werden, wo das Messstellensignal von einer Umsetzeinheit in ein elektrisches Messdatensignal umsetzbar ist. Das elektrische Messdatensignal kann dann auf drahtgebundenen oder drahtlosem Wege oder nach einer Wandelung in ein optisches Messdatensignal auf optischem Wege weiter übertragen werden. Eine derartige Signalübertragung ist hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt und durch bekannte Übertragungstechniken realisierbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Auswertevorrichtung einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und einen Strahlverteiler auf, bei dem es sich um einen Strahlteiler oder einen optischen Schalter handeln kann. Das vom Lichtsender ausgesendete Licht ist dabei über den Strahlverteiler zur Messstelle lenkbar und das von der Messstelle ausgesendete Licht ist über den Strahlverteiler zu dem Lichtempfänger lenkbar. Der Lichtsender kann zum Beispiel als Leuchtdiode ausgestaltet sein und zur Energieversorgung oder zur Bereitstellung von Anregungslicht an der Messstelle dienen. Der Lichtempfänger kann beispielsweise als Photodiode ausgestaltet sein.
Vorzugsweise weist die Umsetzeinheit den Lichtempfänger auf. Der Lichtempfänger dient zum Empfangen des von der Messstelle entlang des optischen Lichtleiters gesendeten optischen Messstellensignals, das dann durch eine nachgeschaltete Umsetzschaltung, die ebenfalls Teil der Umsetzeinheit sein kann, in das Messdatensignal umgewandelt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Messstellen optische Bauelemente, mit denen sich mit einer Änderung der Messgröße verknüpfte Änderungen der Lichtintensität, der Lichtphase oder der Lichtspektralverteilung, Änderungen der optischen Dichte eines Materials oder Lichtlaufzeit erfassen lassen. Mit derartigen optischen Bauelementen lassen sich insbesondere mechanische Bewegungen sowie strömungsmechanische oder thermodynamische Messgrößen erfassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an den Messstellen als Gaszellen ausgestaltete Sensorelemente angeordnet, die zum Erfassen einer Gaskonzentration eingerichtet sind. Dadurch lassen sich beispielsweise Gaskonzentrationen oder Partikelkonzentrationen in der Umgebungsluft oder im Abgas erfassen.
Vorzugsweise sind die Sensorelemente als Polymer- und/oder Glasfasern ausgebildet. Die Sensorelemente können beispielsweise auch ein Endbereich oder ein Zwischenbereich des optischen Lichtleiters sein, wodurch besonders geringe Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedingt sind.
Zum Schutz gegen elektromagnetische Störsignale ist die Auswertevorrichtung durch ein äußeres Gehäuse gegen elektromagnetische Interferenz geschützt. Dadurch kann insbesondere derjenige Bereich der Auswertevorrichtung, der gegen elektromagnetische Störsignale besonders empfindlich ist, gegen elektromagnetische Interferenzen geschützt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die optischen Messstellensignale durch den optischen Leiter von der Messstelle bis zur Auswertevorrichtung über eine Wegstrecke in der Größenordnung der Fahrzeugabmessungen zur Auswertevorrichtung geleitet. Da die optischen Messstellensignale verhältnismäßig unempfindlich gegen äußere Störungen sind, können mit den optischen Leitern auch größere Entfernungen überbrückt werden. Unter Wegstrecken in der Größenordnung der Fahrzeugabmessungen sollen dabei insbesondere Wegstrecken größer als ein Meter verstanden werden.
Vorzugsweise ist die Auswertevorrichtung aktiv und/oder passiv kühlbar, so dass einer eventuellen betriebsbedingten oder durch die Umgebungstemperatur bewirkten Erwärmung der Auswertevorrichtung begegnet wird. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Auswertevorrichtung erhöht.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer optischen Vorrichtung zur Erfassung von Messgrößen;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Auswertevorrichtung der in 1 gezeigten Vorrichtung, und
4 eine Darstellung der der Anordnung der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Erfassen einer Messgröße gezeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist an den Messorten 2 angeordnete optische Sensorelemente 3 auf, die zum Erfassen einer Messgröße dienen. Die von den Sensorelementen 3 erzeugten Messstellensignale werden zu einer zentralen Auswertevorrichtung 4 geleitet. Dazu sind vier der optischen Sensorelemente 3 über jeweils einen einzelnen optischen Lichtleiter 5 mit der Auswertevorrichtung 4 verbunden, so dass die optischen Lichtleiter 5 ein sternförmiges Netzwerk bilden. Die sechs anderen optischen Sensorelemente 3 sind ringförmig über einen weiteren optischen Lichtleiter 6 mit der zentralen Auswertevorrichtung 4 verbunden. Die Anbindung der Sensorelemente 3 an den ringförmigen Lichtleiter 6 kann derart erfolgen, dass die Übermittlung von Information und Energie über beide mögliche Lichtpfade erfolgen kann. Beispielsweise kann Licht von den Sensorelementen 3 sowohl über eine linke als auch eine rechte Teilleitung des ringförmigen Lichtleiters 6 geschickt werden, wodurch sich eine redundante Leitungsführung ergibt. Schließlich sind in dem ringförmigen Lichtleiter 6 auch Laufzeitmessungen möglich. Insofern kann der ringförmige Lichtleiter selbst zur Durchführung von Messungen dienen.
Die Auswertevorrichtung 4 erzeugt aus den Messstellensignalen ein oder mehrere Messdatensignale, die auf den eingehenden Messstellensignalen basieren und charakteristisch für die zu messende Messgröße sind. Die in der Auswertevorrichtung 4 erzeugten Messdatensignale können elektrische Messdatensignale oder auch optische Messdatensignale sein, die beispielsweise dazu verwendet werden, Steuergrößen für Aktoren zu erzeugen.
Es sei angemerkt, dass unter Licht im Rahmen dieser Anmeldung nicht nur sichtbares Licht, sondern elektromagnetische Strahlung im gesamten Spektralbereich verstanden werden soll.
Die optischen Lichtleiter sind beispielsweise als biegeflexible Glasfasern oder Polymerfasern ausgebildet, die besonders leicht und kostengünstig sind. Dabei können für Niedertemperaturanwendungen insbesondere Polymerfasern und für Hochtemperaturanwendungen insbesondere Glasfasern verwendet werden. Polymerfasern haben darüber hinaus den Vorteil einer geringen Empfindlichkeit gegen Vibrationen. Falls elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich verwendet wird kann der Lichtleiter auch von einem Hohlleiter gebildet sein.
Die Lichtleiter können auch in Strukturteile aus Kunststoff eingespritzt werden. Die Einspritzung ist auch bei metallischen Strukturteilen anwendbar. Dazu wird der Lichtleiter mithilfe eines Klebers oder einer anderweitigen Beschichtung angebracht. Auch ein Hohlraumversiegelungswachs kann dazu verwendet werden, einen Lichtleiter in einem Sensorelement 3 zu halten. Insofern ist es möglich, komplett umspritzte Sensorelement 3 zu schaffen, in die auch der Lichtleiter einge spritzt ist. Insofern entfällt die Notwendigkeit, ein separates Sensorgehäuse für die Sensorelemente 3 vorzusehen.
In 2 ist eine weitere Vorrichtung 7 dargestellt, deren Ausgestaltung auf der Ausgestaltung der Vorrichtung 1 in 1 basiert. Die Vorrichtung 7 weist zusätzlich an weiteren Messorten 8 elektrische Sensorelemente 9 auf. In den Sensorelementen 9 werden elektrische Messstellensignale in optische Messdatensignale umgesetzt. Drei der elektrischen Sensorelemente 9 sind jeweils einzeln über einen optischen Lichtleiter 10 mit der Auswertevorrichtung 4 verbunden. Vier weitere der elektrischen Sensorelemente 9 sind ringförmig über einen optischen Lichtleiter 11 mit der Auswertevorrichtung 4 verbunden. Die Auswertevorrichtung 4 ist ferner über eine leitungslose oder leitungsgebundene optische oder elektrische Busanbindung 12 mit beispielsweise einer Motorsteuerung oder Bordcomputer verbunden. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Auswerteeinheit 4 daher nicht die Funktion einer zentralen Steuereinheit auf. Diese Funktion wird vielmehr von der Motorsteuerung oder dem zentralen Bordcomputer übernommen, mit dem die Auswertevorrichtung 4 über die Busanbindung 12 verbunden ist. Die Auswertevorrichtung 4 kann aber auch Teil einer zentralen Steuereinheit oder einer Untereinheit der zentralen Steuereinheit sein.
Es sei angemerkt, dass die in den 1 und 2 dargestellten Auswerteeinheit 4 auch mit herkömmlichen elektrischen Sensoren verbunden sein kann, die die Auswerteeinheit 4 über elektrische Leitungen mit Messdatensignalen beaufschlagen.
Die optischen Sensorelemente 3 können optische Bauelemente umfassen, mit denen sich mit einer Änderung der Messgröße verknüpfte Änderungen der Lichtintensität, der Lichtphase oder der Lichtspektralverteilung, Änderungen der optischen Dichte eines Materials oder die Laufzeit von Lichtsignalen erfassen lassen. Mit derartigen optischen Bauelementen lassen sich insbesondere Abstände und mechanische Bewegungen sowie strömungsmechanische oder thermodynamische Messgrößen erfassen. Bewegungen lassen sich beispielsweise anhand der Änderung von Interferenzmustern erfassen. Da sich Temperatur- oder Druckänderungen in mechanische Bewegungen umsetzen lassen, können auf diese Weise auch Temperatur- und Druckänderungen erfasst werden.
Daneben können auch Messprinzipien zum Einsatz kommen, bei denen Fluoreszenz- oder Lumineszenzeffekte verwendet werden. Beispielsweise kann die Konzentration von Sauerstoff anhand der durch Sauerstoff bewirkten Fluoreszenzlöschung bestimmt werden. Insofern können mit den Sensorelementen chemische Vorgänge erfasst kommen, sofern mit diesen ein optischer Effekt verknüpft ist.
Weiterhin können auch Messprinzipien verwendet werden, bei denen Triangulationsverfahren zum Einsatz kommen oder bei denen ein Schattenwurf oder ein Moiré-Effekt ausgewertet werden.
Daneben können die optischen Bauelemente auch Teil eines Spektrometers bilden. Zum Beispiel können die Sensorelemente 3 als Gaszellen ausgebildet sein, um eine Konzentration eines Gases mit Hilfe der Absorptionsspektroskopie im infraroten Wellenlängenbereich zu messen. Optische Bauelemente, mit denen sich infrarotes Licht erfassen lässt, können weiterhin der Erfassung von Temperaturen dienen.
Mithilfe eines Spektrometers lassen Zusammensetzungen und Zustände von Fluiden und Feststoffen auf organischer und teilweise anorganischer Basis erfassen. Beispielsweise lässt sich mithilfe eines Spektrometers die Vereisung von Straßen erkennen oder die genaue Zusammensetzung von Treibstoffen, Treibstoffzusätzen, Schmiermitteln oder Stoffen zur Abgasreinigung, zum Beispiel die Zusammensetzung einer zur Abgasreinigung verwendeten Harnstofflösung bestimmen.
Die Sensorelemente können schließlich auch von präparierten Stellen der Lichtleiter 5 oder 6 gebildet sein. Beispielsweise ändern sich optische Eigenschaften von Lichtleitern unter mechanischer Beanspruchung, was insbesondere zur Erfassung mechanischer Bewegungen, eines Drucks, einer Kraft oder einer mechanischen Spannung verwendet werden kann.
In diesem Sinne kann die Vorrichtung 1 beispielsweise als Regensensor, Sonnenstandsensor oder als sicherheitsrelevanter Sensor für Airbags oder als Abstandssensor eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Auswertevorrichtung 4. Die Auswertevorrichtung 4 weist einen optischen Schalter 13, eine erste Umsetzeinheit 14 oder alternativ eine zweite Umsetzeinheit 15 auf. Der optische Schalter 13 ist als optischer Switch ausgebildet, der die verschiedenen Messstellensignale über verschiedene Anschlüsse 16 der Auswertevorrichtung 4 der ersten Umsetzeinheit 14 sequentiell zuführt. Dazu enthält der Schalter 13 wenigstens ein Schaltelement 17, das die eingehenden optischen Signale entsprechend weiterleiten kann. Das Schaltelement 17 kann beispielsweise vor einer Spiegelanordnung gebildet sein.
Die Auswertevorrichtung 4 enthält ferner einen Lichtsender 18, der vorzugsweise von einer LED gebildet ist. Vom Lichtsender 18 kann das Licht erzeugt werden, das von den Sensorelementen 3 benötigt wird. Ferner kann das vom Lichtsender 18 verwendete Licht auch dazu verwendet werden, die elektrischen Sensorelemente 9 zu steuern oder mit Energie zu beaufschlagen, sofern die elektrischen Sensorelemente 9 über die optischen Leiter 10 mit der Auswertevorrichtung 4 verbunden sind. Das von dem Lichtsender 18 ausgesandte Licht wird über einen Strahlteiler 19 an den Schalter 13 gesandt, der das eingehende Lichtsignal dann den verschiedenen Anschlüssen 16 und damit den optischen Leitern 5, 6, 10 und 11 zuordnet. Die von den Messstellen gesendeten optischen Messstellensignale werden über den Schalter 13 und den Strahlteiler 19 zu der Umsetzeinheit 14, die an einem Ausgang 20 ein Messdatensignal bereitstellt, geleitet.
In der Auswertevorrichtung 4 ist auch eine Referenzeinheit 21 aufgenommen, die am Ende eines geradlinigen Strahlwegs der vom Lichtsender 18 ausgesendeten Lichtstrahlen angeordnet ist. Die Referenzeinheit 21 dient einer Referenzmessung der von dem Lichtsender 18 ausgesendeten Lichtstärke, um beispielsweise die Stärke des den Sensoren 3 oder 9 zugeführten optischen Signals zu regeln.
Falls die Sensorelemente 3 oder 9 nicht mit einem vom Lichtsender 18 erzeugten Lichtsignal beaufschlagt werden müssen, kann alternativ eine Umsetzeinheit 15 ohne Lichtsender 18 vorgesehen sein. Der Umsetzeinheit 15 kann ebenso wie der Umsetzeinheit 14 ein Mikrocontroller 22 nachgeschaltet sein, der die von der zweiten Umsetzeinheit 15 erzeugten Messdatensignale geeignet weiterverarbeitet und einem Auswertevorrichtungsausgang 23 zuführt. Das von dem Auswertevorrichtungsausgang 23 ausgegebene Signal kann entweder optisch oder elektrisch sein.
Um die Störsicherheit der Auswertevorrichtung 4 zu gewährleisten, ist die Auswertevorrichtung 4 vorzugsweise mit einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Gehäuse umgeben. Da die Messdatensignal digitale Signals sind, die mit Fehler korrigierenden Verfahren übertragen werden können und da die optischen Messstellensignal als solche unempfindlich gegen elektromagnetische Interferenz sind, genügt es, die Auswertevorrichtung mit besonderen Maßnahmen gegen elektromagnetische Interferenz zu schützen, da nur im Bereich der Auswertevorrichtung analoge elektrische Signale vorhanden sind, die durch elektromagnetische Interferenz gestört werden können.
Um eine betriebsbedingte Erwärmung der Auswertevorrichtung 4 zu verhindern, ist die Auswertevorrichtung 4 ebenfalls aktiv oder passiv kühlbar. Dazu ist beispielsweise in oder an der Auswertevorrichtung 4 ein nicht dargestellter Kühlkörper vorhanden, der die Wärme der Auswertevorrichtung 4 aufnimmt und effizient an die Umgebung ableitet.
4 zeigt eine Aufsicht auf ein Kraftfahrzeug 24, von dem in 4 der Umriss einer Karosserie 25 sowie die Umrisse einer Frontscheibe 26, eine Heckscheibe 27 und von Seitenfenstern 28 dargestellt ist. In einem Motorraum 29 des Kraftfahrzeugs 24 befindet sich beispielsweise die Auswertevorrichtung 4, die entsprechend 1 und 2 mit optischen Sensorelementen 3 verbunden ist. Die optischen Sensorelemente können beispielsweise ein Abgassensorelement 30, ein Regensensorelement 31 oder ein Temperatursensorelement 32 sein. Daneben kann die Auswertevorrichtung 4 an Motorsensorelement 33 und 34 angeschlossen sein. Die Auswertevorrichtung 4 kann auch in einem anderen im Vergleich zum Motorraum 29 kühleren Innenraum des Kraftfahrzeugs 24 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Auswertevorrichtung 4 auch in einem Kofferraum des Kraftfahrzeugs 24 oder in einer an den Kofferraum angrenzenden Aufnahme ausgebildet sein. Umgekehrt kann die Auswertevorrichtung 4 auch im Motorraum 29 angeordnet oder mit zur Kühlung des Motors verwendetem Kühlwasser gekühlt sein.
Gegenüber herkömmlichen Bussystemen, bei denen die Umsetzung der Messstellensignale in Messdatensignale in der Nähe der Sensorelemente erfolgt, weisen die hier beschriebenen Anordnungen den Vorteil auf, dass die Sensorelement 3 flexibler, teilweise kostengünstiger und auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können und keine Eigenerwärmung aufweisen. Außerdem sind die hier beschriebenen Anordnungen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich weniger empfindlich gegen Störungen. Die große räumliche Trennung zwischen Messort und Auswerteort ermöglicht es, den Auswerteort an einem zum Betrieb der Auswertevorrichtung 4 günstigen Ort zu wählen. Insbesondere braucht die Auswertevorrichtung 4 nicht gegen den Einfluss hoher Temperaturen, hoher Drücke oder Schmutz gesichert zu werden.
Es sei angemerkt, dass der in der Auswertevorrichtung 4 enthaltene Lichtsender eine Lichtquelle hoher Leistung sein kann, die zur optischen Zündung eines Reaktionsgases, zur Auflösung von Russ oder für photoakustische Zwecke verwendet werden kann. Beispielsweise kann das Geräusch, das beim Verdampfen von Partikeln mithilfe eines Laserstrahls entsteht, mit Hilfe eines Mikrofons erfasst und ausgewertet werden. Auf diese Weise kann man die Konzentration von Partikeln in einem Gas, insbesondere die Russkonzentration im Abgas, bestimmen.
Ferner sei angemerkt, dass die optischen Lichtleiter 5 und 6 sowohl für die Übermittlung von Energie und Information von der Auswerteeinheit 4 zu den optischen Sensorelementen 3 als auch für die Übertragung von Energie und Information von den optischen Sensorelementen 3 zu der Auswerteeinheit 4 verwendet werden können. Für die Übertragung von Information können die üblichen Verfahren für die serielle Übertragung von Information und zum Multiplexen verwendet werden.
Falls die Lichtleiter 5 und 6 auch zum Übertragen von Energie an die optischen Sensorelemente 3 verwendet werden, können die Sensorelemente 3 auch mit Vorrichtungen versehen sein, um aus dem eingestrahlten Licht die für den Betrieb der optischen Sensorelemente 3 erforderliche Energie zu gewinnen.
Die Übertragung von Information von der Auswerteeinheit 4 zu den optischen Sensorelementen 3 kann schließlich dazu verwendet werden, die Funktion der Sensorelemente 3 zu steuern.
Außerdem können die optischen Sensorelemente 3 auch die Möglichkeit zu Referenzmessungen bieten. Jedes optisches Sensorelement 3 kann dabei mit einem Referenzspiegel versehen sein, der in den Strahlengang einbringbar und zu Referenzmessungen verwendbar ist. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Funktion der Lichtleiter 5 und 6 überprüfen.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.

1: Vorrichtung
2: Messort
3: optisches Sensorelement
4: Auswertevorrichtung
5: optischer Lichtleiter
6: optischer Lichtleiter
7: Vorrichtung
8: Messort
9: elektrisches Sensorelement
10: optischer Lichtleiter
11: optischer Lichtleiter
12: Busanbindung
13: Schalter
14: Umsetzeinheit
15: Umsetzeinheit
16: Anschluss
17: Schaltelement
18: Lichtsender
19: Strahlteiler
20: Ausgang
21: Referenzeinheit
22: Mikrocontroller
23: Ausgang
24: Kraftfahrzeug
25: Karosserie
26: Frontscheibe
27: Heckscheibe
28: Seitenfenster
29: Motorraum
30: Abgassensorelement
31: Regensensorelement
32: Temperatursensorelement
33: Motorsensorelement
34: Motorsensorelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3730468 A1 [0002]
- DE 102005004806 B3 [0004]
- DE 102006036561 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen von unterschiedlichen Messgrößen mit Hilfe einer Vielzahl von in einem Kraftfahrzeug angeordneten Messstellen (3, 9) zum Erfassen der unterschiedlichen Messgrößen, mit einer mit den Messstellen (3, 9) in Verbindung stehenden Auswertevorrichtung (4), durch die von den Messstellen (3, 9) erzeugte Messstellensignale in Messdatensignale umsetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen (3) jeweils von wenigstens einem optischen Bauelement gebildet ist und dass das jeweilige Messstellensignal ein optisches Signal ist, das jeweils durch einen optischen Leiter (5, 6) von der Messstelle (3) zur Auswertevorrichtung leitbar ist, die wenigsten eine mit dem optischen Leiter (5, 6) in Verbindung stehende Umsetzeinheit (14, 15) zum Umsetzen der Messstellensignale in Messdatensignale aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der optische Leiter (5) ringförmig mit der Auswertevorrichtung (4) in Verbindung steht und die wenigstens eine Messstelle (3) entlang des optischen Lichtleiters (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Leiter (6) sternförmig mit der Auswertevorrichtung (4) in Verbindung stehen, die einen optischen Schalter (13) aufweist, der die optischen Leiter (6) abwechselnd mit der Umsetzeinheit (14, 15) verbindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (4) mehrere Umsetzeinheiten (14, 15) zum Umsetzen des Messstellensignals in das Messdatensignal aufweist, die jeweils mit wenigstens einem optischen Leiter (5, 6) in Verbindung stehen und die über den optischen Leiter (5, 6) geleiteten Messstellensignale in die Messdatensignale umsetzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Messstellensignal ein von einer Messstelle (9) erzeugtes elektrisches Signal ist, das mit Hilfe einer Umsetzeinheit in ein elektrisches Messdatensignal umsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (4) einen Lichtsender (18), einen Lichtempfänger und einen Strahlverteiler (19) aufweist, und dass das vom Lichtsender (18) ausgesendete Licht über den Strahlverteiler (19) zur Messstelle lenkbar und das von der Messstelle ausgesendete Licht über den Strahlverteiler (19) zu dem Lichtempfänger lenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzeinheit (14) den Lichtempfänger aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen (3) wenigstens ein optisches Bauelement umfasst, mit dem eine Änderung der Lichtintensität, der Lichtphase, der Lichtspektralverteilung, einer optischen Dichte oder der Laufzeit erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Messstellen als Gaszellen ausgestaltete Sensorelemente (3) angeordnet sind, die zum Erfassen einer Gaskonzentration eingerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3, 9) Polymer- und/oder Glasfasern aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (4) durch ein äußeres Gehäuse gegen elektromagnetische Interferenz geschützt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (4) aktiv und/oder passiv kühlbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass da optische Messstellensignal durch den optischen Leiter (5, 6) von der Messstelle (3) bis zur Auswertevorrichtung (4) über eine Wegstrecke in der Größenordnung der Fahrzeugabmessungen zur Auswertevorrichtung (4) leitbar ist.