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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung spart auch Ressourcen,
da für die Auswertung mehrerer von verschiedenen Messstellen
kommende Messstellensignale nur eine Auswertevorrichtung notwendig
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer optischen Vorrichtung zur Erfassung von Messgrößen;
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2 eine
schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung einer Auswertevorrichtung der in 1 gezeigten
Vorrichtung, und
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4 eine
Darstellung der der Anordnung der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
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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.
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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.
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Es
sei angemerkt, dass unter Licht im Rahmen dieser Anmeldung nicht
nur sichtbares Licht, sondern elektromagnetische Strahlung im gesamten Spektralbereich
verstanden werden soll.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin
können auch Messprinzipien verwendet werden, bei denen
Triangulationsverfahren zum Einsatz kommen oder bei denen ein Schattenwurf
oder ein Moiré-Effekt ausgewertet werden.
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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.
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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.
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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.
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In
diesem Sinne kann die Vorrichtung 1 beispielsweise als
Regensensor, Sonnenstandsensor oder als sicherheitsrelevanter Sensor
für Airbags oder als Abstandssensor eines Kraftfahrzeugs
verwendet werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3730468
A1 [0002]
- - DE 102005004806 B3 [0004]
- - DE 102006036561 A1 [0005]