DE102011085329A1 - Optical pressure sensor for use in motor vehicle brake system, has bulged membrane which reflects optical radiation, where increased membrane bulging increases reflection bulging - Google Patents

Optical pressure sensor for use in motor vehicle brake system, has bulged membrane which reflects optical radiation, where increased membrane bulging increases reflection bulging Download PDF

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Roberto Schlenker
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    • B60T8/36—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration having a fluid pressure regulator responsive to a speed condition including a pilot valve responding to an electromagnetic force
    • B60T8/3615—Electromagnetic valves specially adapted for anti-lock brake and traction control systems
    • B60T8/3675—Electromagnetic valves specially adapted for anti-lock brake and traction control systems integrated in modulator units

Abstract

The optical pressure sensor has a bulged membrane (4) which reflects optical radiation, where an increased membrane bulging increases reflection bulging. An optical transmitter is provided which irradiates the membrane with a light intensity. An optical sensor senses the light intensity reflected from the membrane on the optical sensor. The optical transmitter is an illuminating diode. The optical sensor is a photosensitive semiconductor device, particularly a phototransistor or a photodiode. An independent claim is included for a method for optically sensing a pressure.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Druckfühler gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zum optischen Erfühlen eines Drucks gemäß Oberbegriff von Anspruch 8 und eine Verwendung des optischen Druckfühlers.The invention relates to an optical pressure sensor according to the preamble of claim 1, a method for optically sensing a pressure according to the preamble of claim 8 and a use of the optical pressure sensor.

Mit zunehmenden Komfortansprüchen an alle Aspekte des Fahrerlebnisses in einem Kraftfahrzeug werden unter anderem immer höhere Anforderungen an Kraftfahrzeugbremsanlagen hinsichtlich ihrer Geräuschentwicklung gestellt. Diese Geräuschentwicklung ist dabei in der Regel die Folge einer nicht angepassten oder nicht ausreichend angepassten Ansteuerung der Hydraulikkomponenten. Für eine weitestgehend optimal angepasste Ansteuerung der einzelnen Hydraulikkomponenten wiederum ist es notwendig, die in der Kraftfahrzeugbremsanlage vorherrschenden Druckverhältnisse möglichst genau zu kennen. Zum Bestimmen der Druckverhältnisse sind im Stand der Technik im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ansätze bekannt: Zum einen die Verwendung von direkt messenden Drucksensoren, zum anderen die indirekte Druckerfassung, z.B. über das vordruckbelastete Auslaufverhalten des Motors eines Motor-Pumpen-Aggregats. Die Verwendung von direkt messenden Drucksensoren ermöglicht dabei in der Regel die vergleichsweise genauere Druckbestimmung, ist allerdings auch mit höherem Herstellungs- und Kostenaufwand verbunden.With increasing comfort demands on all aspects of the driving experience in a motor vehicle, among other things, ever higher demands are placed on motor vehicle brake systems with regard to their noise development. This noise development is usually the result of an unmatched or insufficiently adapted control of the hydraulic components. For a largely optimally adapted control of the individual hydraulic components, in turn, it is necessary to know the pressure conditions prevailing in the motor vehicle brake system as accurately as possible. Essentially, two different approaches are known in the prior art for determining the pressure ratios: first, the use of direct-measuring pressure sensors and, second, indirect pressure detection, e.g. About the pre-loaded leakage behavior of the motor of a motor-pump unit. The use of direct-measuring pressure sensors usually allows the comparatively more accurate pressure determination, but is also associated with higher manufacturing and cost.

In diesem Zusammenhang offenbart die DE 199 63 786 A1 einen Drucksensor, der grundsätzlich zur Druckbestimmung einer Hydraulikflüssigkeit in einem elektronisch geregelten Bremssystem geeignet ist. Der Sensor besteht dabei im Wesentlichen aus einer Halbleiterschicht, auf welche ein Borsilikatglas aufgebracht ist. Wird der Sensor mit Druck beaufschlagt, entsteht zwischen den Schichten eine mechanische Spannung im Material, welche aufgrund des piezoelektrischen Effekts durch geeignet angebrachte elektrische Elektroden gemessen werden kann. Aufgrund der verwendeten Materialien ist der aus der obigen Schrift bekannte Drucksensor jedoch in aggressiven Medien nicht ohne eine zusätzliche Schutzmaßnahme, wie z.B. eine Einbettung in Silikon, verwendbar.In this context, the DE 199 63 786 A1 a pressure sensor which is basically suitable for determining the pressure of a hydraulic fluid in an electronically controlled braking system. The sensor consists essentially of a semiconductor layer, on which a borosilicate glass is applied. If the sensor is subjected to pressure, a mechanical stress is created in the material between the layers, which due to the piezoelectric effect can be measured by suitably mounted electrical electrodes. Due to the materials used, however, the pressure sensor known from the above document can not be used in aggressive media without an additional protective measure, such as embedding in silicone.

In der DE 10 2006 039 422 A1 wird ein Drucksensor beschrieben, der insbesondere zur Messung von Druckwerten größer als 100 bar geeignet ist. Dazu weist der Drucksensor eine bei Druckbeaufschlagung auslenkbare und/oder verformbare Membran auf, unter welcher sich ein abgeschlossenes erstes Hohlvolumen befindet. Die Membran liegt auf einem Auflagerahmen auf, welcher den Randbereich der Membran gegenüber einem Grundkörper dicht abschließt. Der Drucksensor weist außerdem einen Druckmesswandler, welcher die Auslenkung und/oder Verformung der Membran nach einem kapazitiven oder piezoresistiven Prinzip oder mit Hilfe mindestens eines Dehnungsmessstreifens in mindestens eine elektrische Größe umwandelt, auf. Der Drucksensor ist allseitig dicht gekapselt und weist keine nach außen geführten elektrischen Kontakte oder Leitungen auf, womit auch unter rauen und feuchten Umgebungsbedingungen, insbesondere in aggressiven Flüssigkeiten, eine lange Lebensdauer des Sensors erreicht wird. Zum Übermitteln der erfassten Druckinformation weist der beschriebene Drucksensor eine integrierte Sendeeinheit auf, welche die Druckinformationen drahtlos überträgt. In the DE 10 2006 039 422 A1 a pressure sensor is described, which is particularly suitable for measuring pressure values greater than 100 bar. For this purpose, the pressure sensor has a diaphragm which can be deflected and / or deformed when pressure is applied, below which there is a closed first hollow volume. The membrane rests on a support frame which tightly seals the edge region of the membrane with respect to a base body. The pressure sensor also has a pressure transducer, which converts the deflection and / or deformation of the membrane according to a capacitive or piezoresistive principle or with the aid of at least one strain gauge in at least one electrical variable. The pressure sensor is tightly encapsulated on all sides and has no electrical contacts or lines led to the outside, so that even under harsh and humid ambient conditions, especially in aggressive liquids, a long service life of the sensor is achieved. To transmit the detected pressure information, the described pressure sensor has an integrated transmission unit which transmits the pressure information wirelessly.

Die DE 10 2004 055 701.2 B4 schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines von einer Bodenaufstandsfläche eines Reifens auf eine Fahrbahnoberfläche wirkenden Drucks vor. Der Druck wird dabei mittels einer Vielzahl von einzelnen Drucksensoren gemessen, die in einer Platte im Fahrbahnbelag angeordnet sind. Diese Drucksensoren sind faseroptische Drucksensoren, welche aus einem zylindrischen Gehäuse bestehen, einem in das Gehäuse hineinragenden Lichtwellenleiter und einem konvexen Spiegel am dem Lichtwellenleiter gegenüberliegenden Gehäuseende. Über den Lichtwellenleiter wird das Licht einer Lichtquelle, z.B. einer Infrarot-LED, in das Gehäuse geführt. Das aus dem Lichtwellenleiter austretende Licht fällt auf den dem Lichtwellenleiter gegenüberliegenden Spiegel und bildet dort einen Lichtfleck. Das Licht wird am Spiegel reflektiert und im Wesentlichen nur das Licht aus dem inneren Bereich des Lichtflecks wird wieder derart auf den Wellenleiter zurückgeworfen, dass es in den Wellenleiter eintritt. Das in den äußeren Bereichen des Lichtflecks reflektierte Licht wird hingegen in das Gehäuse gestreut. Ein auf die Oberseite des Gehäuses wirkender Druck verändert nun den Abstand des mit der Oberseite des Gehäuses gekoppelten Spiegels zum Lichtwellenleiter, was wiederum dazu führt, dass ein größerer Lichtanteil in den Lichtwellenleiter zurückreflektiert wird. Anhand einer Auswertung der in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtintensität wird nun von einer Auswerteeinheit der auf das Gehäuse wirkende Druck bestimmt. Die beschriebenen Drucksensoren eignen sich für Druckwerte in einem Bereich bis zu 50 bar.The DE 10 2004 055 701.2 B4 proposes a method and apparatus for detecting a pressure acting on a road surface from a ground contact patch of a tire. The pressure is measured by means of a plurality of individual pressure sensors, which are arranged in a plate in the road surface. These pressure sensors are fiber-optic pressure sensors which consist of a cylindrical housing, an optical waveguide projecting into the housing and a convex mirror on the housing end opposite the optical waveguide. The light from a light source, for example an infrared LED, is guided into the housing via the optical waveguide. The light emerging from the optical waveguide falls onto the mirror opposite the optical waveguide and forms a light spot there. The light is reflected at the mirror and essentially only the light from the inner region of the light spot is reflected back onto the waveguide so that it enters the waveguide. The reflected light in the outer areas of the light spot, however, is scattered into the housing. A pressure acting on the upper side of the housing now changes the distance between the mirror coupled to the upper side of the housing and the optical waveguide, which in turn leads to a greater proportion of light being reflected back into the optical waveguide. Based on an evaluation of the light intensity reflected back into the optical waveguide, the pressure acting on the housing is now determined by an evaluation unit. The pressure sensors described are suitable for pressure values in a range of up to 50 bar.

Die im Stand der Technik bekannten Drucksensoren sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass sie zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugbremsanlage stets eine vergleichsweise aufwändige Anpassung an die dort herrschenden aggressiven Umgebungsbedingungen benötigen. Zudem verfügen sie über einen komplexen elektrischen Innenaufbau, der in der Regel nach dem Verschließen des Sensors auch nicht mehr zugänglich ist. Aufgrund ihres Aufbaus und insbesondere aufgrund der notwenigen Schutzmaßnahmen sind derartige Sensoren mit vergleichsweise hohem Herstellungs- und Kostenaufwand verbunden. Sofern der Stand der Technik optische Drucksensoren beschreibt, sind diese nicht für hohe Druckwerte von über 100 bar geeignet, welche jedoch in einer Kraftfahrzeugbremsanlage vorherrschen. Hinzu kommt, dass das Anbringen eines Spiegels an der Innenseite des Drucksensorgehäuses aufwändig ist, ebenso wie das exakte Ausrichten und Fixieren des Lichtwellenleiters. Insbesondere das exakte Ausrichten des Lichtwellenleiters ist ein vergleichsweise langwieriger Vorgang, welcher jedoch unvermeidbar ist, um eine ausreichende Lichtintensität sowohl des in den Sensor eingestrahlten Lichts als auch des aus dem Sensor zurückreflektierten Lichts in den Lichtwellenleiter einzukoppeln. Somit ist auch der Herstellungsaufwand von im Stand der Technik bekannten optischen Drucksensoren vergleichsweise groß.However, the pressure sensors known in the prior art are disadvantageous in that they always require a comparatively complex adaptation to the prevailing aggressive environmental conditions for use in a motor vehicle brake system. In addition, they have a complex electrical internal structure, which is usually no longer accessible after closing the sensor. Due to their structure and in particular due to the necessary protective measures are such sensors with relatively high manufacturing and Cost associated. If the prior art describes optical pressure sensors, these are not suitable for high pressure values of more than 100 bar, which however prevail in a motor vehicle brake system. In addition, the attachment of a mirror to the inside of the pressure sensor housing is complex, as well as the exact alignment and fixing of the optical waveguide. In particular, the exact alignment of the optical waveguide is a comparatively lengthy process, which, however, is unavoidable in order to couple sufficient light intensity of both the light irradiated into the sensor and the light reflected back from the sensor into the optical waveguide. Thus, the manufacturing cost of known in the art optical pressure sensors is comparatively large.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen optischen Druckfühler vorzuschlagen, welcher einfach aufgebaut und ohne besondere Schutzmaßnahmen an die aggressiven Umgebungsbedingungen in einer Kraftfahrzeugbremsanlage angepasst ist.The object of the invention is therefore to propose an optical pressure sensor, which is simple and adapted without special protective measures to the aggressive environmental conditions in a motor vehicle brake system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den optischen Druckfühler gemäß Anspruch 1 und das Verfahren zum optischen Erfühlen eines Drucks gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by the optical pressure sensor according to claim 1 and the method for optically sensing a pressure according to claim 8.

Die Erfindung betrifft einen optischer Druckfühler, welcher eine sich nach Maßgabe eines wirkenden Drucks reversibel verwölbende Membran aufweist, wobei die Membran optische Strahlung reflektiert und wobei eine zunehmende Membranverwölbung eine zunehmende Reflektionsverwölbung bewirkt. Der optische Druckfühler zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckfühler einen optischen Sender, welcher die Membran mit einer ersten Lichtintensität bestrahlt und einen optischen Sensor, welcher eine von der Membran auf den optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität sensiert, umfasst. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die auf den optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität aufgrund der durch eine Membranverwölbung verursachten Reflektionsverwölbung druckabhängig ist. Der Begriff Reflektionsverwölbung bezeichnet die zunehmende Aufspreizung des reflektierten Lichtstrahls durch das zunehmend konvexe Reflektionsverhalten der Membran gegenüber der ersten Lichtintensität. Die auf den optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität nimmt daher mit zunehmender Membranverwölbung ab. Der optische Sensor erfasst also eine bereits mechanisch vergleichsweise hoch verstärkte Information über den auf die Membran einwirkenden Druck. Dies wiederum erlaubt eine vergleichsweise präzise Druckbestimmung über einen weiten Druckbereich und vereinfacht eine ggf. folgende elektrische Verstärkung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die reflektierte zweite Lichtintensität eine vergleichsweise hohe Stabilität gegenüber sensorexternen elektrischen Störungen besitzt. Hinzu kommt, dass der gesamte Druckfühler sehr kompakt und raumsparend ausgeführt werden kann. Da der Druckfühler außerdem einen optischen Sender umfasst, kann die erste Lichtintensität direkt dort, nämlich im Druckfühler, erzeugt werden, wo sie zur Erzeugung der zweiten Lichtintensität verwendet wird. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass auf optische Transmitter, wie z.B. ein Glasfaserkabel, zur Zuführung der ersten Lichtintensität in den Druckfühler verzichtet werden kann. Da die über ein Glasfaserkabel übertragene Lichtintensität gegenüber externen Störeinflüssen vergleichsweise anfällig ist, wird somit eine potentielle Fehlerquelle vermieden. Eine elektrische Ansteuerung des optischen Senders hingegen ist vergleichsweise robust. Somit steht eine vergleichsweise konstante erste Lichtintensität zur Verfügung. Hinzu kommt, dass eine vergleichsweise aufwändige Justage eines Glasfaserkabels, welche zum Einkoppeln einer ausreichenden Lichtintensität in das Glasfaserkabel in der Regel unvermeidbar ist, vorteilhaft entfällt.The invention relates to an optical pressure sensor, which has a reversibly cambering membrane in accordance with an effective pressure, wherein the membrane reflects optical radiation and wherein an increasing Membranverwölbung causes an increasing Reflektionsverwölbung. The optical pressure sensor is characterized in that the pressure sensor comprises an optical transmitter which irradiates the membrane with a first light intensity and an optical sensor which senses a second light intensity reflected by the membrane onto the optical sensor. This results in the advantage that the second light intensity reflected on the optical sensor is pressure-dependent due to the reflection curvature caused by membrane warping. The term reflection curvature refers to the increasing spread of the reflected light beam due to the increasingly convex reflection behavior of the membrane in relation to the first light intensity. The second light intensity reflected on the optical sensor therefore decreases with increasing membrane warpage. The optical sensor thus detects an already mechanically comparatively highly amplified information about the pressure acting on the membrane. This in turn allows a comparatively precise pressure determination over a wide pressure range and simplifies any subsequent electrical amplification. A further advantage is that the reflected second light intensity has a comparatively high stability with respect to sensor-external electrical disturbances. In addition, the entire pressure sensor can be made very compact and space-saving. Since the pressure sensor also comprises an optical transmitter, the first light intensity can be generated directly there, namely in the pressure sensor, where it is used to generate the second light intensity. This has the added advantage of relying on optical transmitters, such as, e.g. a fiber optic cable, can be dispensed to supply the first light intensity in the pressure sensor. Since the transmitted via a fiber optic cable light intensity is relatively susceptible to external interference, thus a potential source of error is avoided. An electrical control of the optical transmitter, however, is relatively robust. Thus, a comparatively constant first light intensity is available. In addition, a relatively complex adjustment of a fiber optic cable, which is usually unavoidable for coupling a sufficient light intensity in the fiber optic cable, advantageously eliminated.

Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Ausdruck optischer Sender eine elektromagnetische Strahlungsquelle, deren Emissionsspektrum zum überwiegenden Teil im infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich liegt. Der Ausdruck optischer Sensor bezeichnet entsprechend einen Sensor für elektromagnetische Strahlung, dessen Detektionsspektrum zum überwiegenden Teil im infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich liegt.For the purposes of the invention, the term optical transmitter means an electromagnetic radiation source whose emission spectrum is predominantly in the infrared to ultraviolet wavelength range. The term optical sensor accordingly designates a sensor for electromagnetic radiation whose detection spectrum lies predominantly in the infrared to ultraviolet wavelength range.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der optische Sender eine Leuchtdiode ist. Leuchtdioden sind vergleichsweise günstig in ihrer Herstellung, haben nur einen vergleichsweise geringen Energiebedarf und weisen eine vergleichsweise lange Lebensdauer auf. Da sie in der Regel außerdem über eine vergleichsweise kompakte und raumsparende Bauform verfügen, eignen sie sich vorteilhaft als optischer Sender für den erfindungsgemäßen Druckfühler. It is preferably provided that the optical transmitter is a light-emitting diode. Light-emitting diodes are comparatively inexpensive to manufacture, have only a comparatively low energy requirement and have a comparatively long service life. Since they usually also have a comparatively compact and space-saving design, they are advantageous as optical transmitter for the pressure sensor according to the invention.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der optische Sensor ein photosensitives Halbleiterbauelement, insbesondere ein Phototransistor oder eine Photodiode, ist, welches die zweite Lichtintensität in ein elektrisches Signal wandelt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die von der Mabran auf den optischen Sensor reflektierte zweite optische Lichtintensität direkt in ein vergleichsweise einfach übermittelbares und weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgewandelt wird. Derartige Halbleiterbauelemente sind zudem vergleichsweise kostengünstig und raumsparend. Je nachdem, ob z.B. ein Phototransistor oder eine Photodiode verwendet wird, muss die mit dem Halbleiterbauelement verbundene Ansteuer- bzw. Ausleseelektronik entsprechend ausgebildet und angepasst sein.In a further preferred embodiment, it is provided that the optical sensor is a photosensitive semiconductor component, in particular a phototransistor or a photodiode, which converts the second light intensity into an electrical signal. This results in the advantage that the second optical light intensity reflected by the Mabran on the optical sensor is converted directly into a comparatively easily transmitted and further processable electrical signal. Such semiconductor components are also relatively inexpensive and space-saving. Depending on whether e.g. a phototransistor or a photodiode is used, the driving or read-out electronics connected to the semiconductor component must be designed and adapted accordingly.

Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass die Membran aus Stahl ausgebildet ist. Die unterschiedlichen Arten von Stählen sind allgemein aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften, ihrer gegenüber anderen Materialien und Werkstoffen vergleichsweise guten Korrosionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit – selbst gegen aggressive Umgebungsmedien – vorteilhaft zur Ausbildung der Membran geeignet. Insbesondere Federstahl verbindet dabei eine selbst für Stähle hohe Elastizitätsgrenze mit der von Stählen bekannten Widerstandsfähigkeit. Ebenso sind unterschiedliche Arten von gehärteten unlegierten Stählen (sog. Kohlenstoffstähle oder Carbonstähle) aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften besonders vorteilhaft zur Ausbildung der Membran geeignet. Appropriately, it is provided that the membrane is formed of steel. The different types of steels are generally suitable because of their elastic properties, compared to other materials and materials comparatively good corrosion resistance and resistance - even against aggressive ambient media - advantageous for the formation of the membrane. Spring steel, in particular, combines a high elastic limit, even for steels, with the resistance known from steels. Likewise, different types of hardened unalloyed steels (so-called carbon steels or carbon steels) are particularly advantageous for forming the membrane due to their special properties.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass der optische Sender und der optische Sensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die gemeinsame Leiterplatte in einer Einhausung des Druckfühlers der Membran im Wesentlichen parallel gegenüberliegend ausgerichtet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die gemeinsame Anordnung sowohl des optischen Senders als auch des optischen Sensors vergleichsweise kompakt ist, da auf Leiterbahnen der gemeinsamen Leiterplatte zurückgegriffen werden kann. Indem die gemeinsame Leiterplatte der Membran im Wesentlichen parallel gegenüberliegend ausgerichtet ist, ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass die Membran im Wesentlichen optimal vom optischen Sender bestrahlt werden kann und die reflektierte zweite Lichtintensität im wesentlichen optimal von der Membran auf den optischen Sensor reflektiert wird. Um zu verhindern, dass eine an die seitlichen Innenwände der Einhausung reflektierte Lichtintensität dort weiterreflektiert wird und somit über mehrere Reflektionsvorgänge letztendlich doch auf den optischen Sensor trifft, kann die Einhausung an ihren seitlichen Innenwänden nicht-reflektierend ausgeführt sein. Je nach verwendeter Wellenlänge gibt es hierfür unterschiedliche Möglichkeiten. Im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts wäre etwa eine mattierte Schwarzfärbung der seitlichen Innenwände denkbar. Die gemeinsame Leiterplatte kann zudem auch weitere Elemente, wie z.B. eine Ansteuer- bzw. Ausleseelektronik aufweisen.Moreover, it is advantageous that the optical transmitter and the optical sensor are arranged on a common printed circuit board, wherein the common printed circuit board is aligned in a housing of the pressure sensor of the membrane substantially parallel opposite. This results in the advantage that the common arrangement of both the optical transmitter and the optical sensor is comparatively compact, as can be used on tracks of the common circuit board. By the common printed circuit board of the membrane is aligned substantially parallel opposite one another, there is the further advantage that the membrane can be irradiated substantially optimally by the optical transmitter and the reflected second light intensity is reflected substantially optimally from the membrane to the optical sensor. In order to prevent that a light intensity reflected on the lateral inner walls of the housing is further reflected there and thus ultimately hits the optical sensor over several reflection processes, the housing can be made non-reflective on its lateral inner walls. Depending on the wavelength used, there are different possibilities for this. In the wavelength range of visible light, for example, a matt blackening of the lateral inner walls would be conceivable. The common circuit board may also include other elements such as e.g. have a drive or readout electronics.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Einhausung des Druckfühlers nicht allseitig dicht gekapselt ist und keine allseitigen Schutzvorkehrungen gegen aggressive Umgebungsmedien aufweist. Da der Druckfühler erfindungsgemäß derart mit dem zu erfühlenden Druck in Verbindung gebracht werden kann, dass ausschließlich die Membran in direkten Kontakt mit dem Druckmedium gebracht wird und somit nur die Membran mit Druck beaufschlagt wird, erübrigen sich besondere Druckfestigkeitsmaßnahmen der vollständigen Einhausung oder Schutzvorkehrungen gegen aggressive Umgebungsmedien. Daraus ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass der Sensor gewartet werden kann, da er nicht einmalig fest verschlossen werden muss. So kann die Einhausung z.B. verschraubbar oder zusammensteckbar ausgeführt sein, wodurch der optische Sender, der optische Sensor und ggf. vorhandene Elektronikelemente innerhalb der Einhausung für Wartungspersonal zugänglich sind. Furthermore, it is advantageous that the housing of the pressure sensor is not tightly encapsulated on all sides and has no all-round protection against aggressive ambient media. Since the pressure sensor according to the invention can be brought in such a way with the pressure to be sensed that only the membrane is brought into direct contact with the pressure medium and thus only the membrane is pressurized, special pressure resistance measures of the complete enclosure or protective measures against aggressive ambient media is unnecessary , This also results in the advantage that the sensor can be serviced, since it does not have to be closed once. Thus, the enclosure can e.g. screwed or be plugged together, whereby the optical transmitter, the optical sensor and possibly existing electronic elements within the enclosure for maintenance personnel are accessible.

Die Membran ist in der Regel, sofern sie aus Federstahl oder einem vergleichbaren Material ausgeführt ist, wartungsfrei. As a rule, the diaphragm is maintenance-free, provided it is made of spring steel or a comparable material.

Außerdem ist es bevorzugt, dass die Einhausung ein vibrationsdämpfendes Medium einschließt. Das vibrationsdämpfende Medium kann z.B. eine elektrisch nicht-leitende Flüssigkeit sein, welche kurzfristige Schwingungen und Vibrationen des optischen Senders und des optischen Sensors auf der einen Seite und der optischen Membran auf der anderen Seite dämpft. Das vom optischen Sensor erzeugte Drucksignal weist dadurch ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis auf und ist bereits ohne zusätzliche Filterung vergleichsweise „glatt“. Ggf. kann eine zusätzliche elektronische Filterung somit vorteilhaft unterbleiben.In addition, it is preferred that the enclosure includes a vibration damping medium. The vibration damping medium may e.g. an electrically non-conductive liquid which damps short-term vibration and vibration of the optical transmitter and the optical sensor on one side and the optical membrane on the other side. The pressure signal generated by the optical sensor thus has a better signal-to-noise ratio and is comparatively "smooth" even without additional filtering. Possibly. An additional electronic filtering can thus advantageously be omitted.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum optischen Erfühlen eines Drucks, bei welchem eine Membran nach Maßgabe eines wirkenden Drucks reversibel verwölbt wird. Die Membran reflektiert optische Strahlung und bewirkt mit zunehmender Membranverwölbung eine zunehmende Reflektionsverwölbung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Membran von einem optischen Sender mit einer ersten Lichtintensität bestrahlt wird und eine von der Membran auf den einen optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität von dem optischen Sensor sensiert wird. Der auf die Membran wirkende Druck wird mittels der zweiten Lichtintensität und/oder mittels eines Verhältnisses aus der ersten Lichtintensität und der zweiten Lichtintensität bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Durchführung in einen erfindungsgemäßen optischen Druckfühler ausgelegt und führt zu den im Zusammenhang mit dem optischen Druckfühler bereits beschriebenen Vorteilen.The invention also relates to a method for optically sensing a pressure in which a membrane is reversibly warped in accordance with an effective pressure. The membrane reflects optical radiation and causes with increasing membrane Verwölbung an increasing Reflexionwürölbung. The method is characterized in that the membrane is irradiated by an optical transmitter with a first light intensity and a second light intensity reflected from the membrane onto the one optical sensor is sensed by the optical sensor. The pressure acting on the membrane is determined by means of the second light intensity and / or by means of a ratio of the first light intensity and the second light intensity. The inventive method is thus designed for implementation in an optical pressure sensor according to the invention and leads to the advantages already described in connection with the optical pressure sensor.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die erste Lichtintensität anhand einer elektrischen Ansteuergröße des optischen Senders ermittelt wird und die zweite Lichtintensität mittels des optischen Sensors in eine elektrische Größe gewandelt wird. Elektrische Größen haben den Vorteil, dass sie von den allgemein verwendeten elektronischen Schaltungen und elektronischen Ansteuerbzw. Auswerteeinheiten direkt verarbeitet werden können. Die Bestimmung der ersten Lichtintensität ist anhand der bekannten und vorgegebenen elektrischen Ansteuergröße, z.B. eines Ansteuerstroms, aus einer Kennlinie auslesbar. Die zweite Lichtintensität hingegen wird aufgrund der physikalischen Wirkprinzipien des optischen Sensors direkt in eine der zweiten Lichtintensität entsprechende elektrische Größe, z.B. einen Photostrom, umgewandelt. Anhand des Photostroms können die elektrische Größe und die zweite Lichtintensität mittels einer Kennlinie einander zugeordnet werden.It is preferably provided that the first light intensity is determined on the basis of an electrical control variable of the optical transmitter and the second light intensity is converted into an electrical quantity by means of the optical sensor. Electric sizes have the advantage that they are of the commonly used electronic circuits and electronic Ansteuerbzw. Evaluation units can be processed directly. The determination of the first light intensity can be read from a characteristic curve on the basis of the known and predetermined electrical control variable, for example a drive current. By contrast, the second light intensity is converted directly into an electrical quantity corresponding to the second light intensity, for example a photocurrent, on account of the physical principles of action of the optical sensor. Based on the photocurrent, the electrical quantity and the second light intensity can be assigned to one another by means of a characteristic curve.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Druckfühlers in einem Kraftfahrzeugbremssystem.The invention further relates to a use of the optical pressure sensor according to the invention in a motor vehicle brake system.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.Further preferred embodiments will become apparent from the subclaims and the following description of an embodiment with reference to figures.

Es zeigtIt shows

1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Druckfühlers ohne Druckbeaufschlagung und 1 the schematic representation of an optical pressure sensor according to the invention without pressurization and

2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Druckfühlers unter Druckbeaufschlagung. 2 the schematic representation of an optical pressure sensor according to the invention under pressurization.

1 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau eines erfindungsgemäßen optischen Druckfühlers ohne Druckbeaufschlagung. Der optische Druckfühler ist fest mit Hydraulikblock 1 eines hydraulischen Kraftfahrzeugbremssystems verbunden, um den Druck innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems zu bestimmen. Dazu weist Verbindungsstück 2 geeignete Nasen 3 auf, welche in entsprechende Aussparungen von Hydraulikblock 1 greifen. Die so geschaffene Verbindung ist zuverlässig druckdicht und äußerst robust. Membran 4 besteht aus Federstahl und ist mittels einer Schweißverbindung fest mit Verbindungsstück 2 verbunden. Durch in Verbindungsstück 2 dargestellte Aussparung 11 wirkt ein innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems vorhandener Druck direkt auf Membran 4. Da beispielsgemäß momentan jedoch kein wesentlicher Druck im Kraftfahrzeugbremssystem vorherrscht, weist Membran 4 entsprechend keine Verwölbung auf. Leiterplatte 7 ist Membran 4 parallel gegenüberliegend ausgerichtet. Auf Leiterplatte 7 sind Infrarot-Leuchtdiode 5 und Infrarot-Photodiode 6 angeordnet. Infrarot-Leuchtdiode 5 wird als optischer Sender genutzt und Infrarot-Photodiode 6 wird als optischer Sensor verwendet. Membran 4, Leiterplatte 7, Infrarot-Leuchtdiode 5 und Infrarot-Photodiode 6 sind von einer nicht dargestellten Einhausung umgeben. Infrarot-Leuchtdiode 5 bestrahlt Membran 4 mit einer ersten Lichtintensität. Randstrahlen 8 eines sich aufweitenden, die erste Lichtintensität darstellenden Strahlenbündels sind in 1 dargestellt. Die Aufweitung des Strahlenbündels ist unvermeidbar und liegt in der Natur von Infrarot-Leuchtdiode 5. Beim Auftreffen auf Membran 4 findet ein optischer Reflektionsvorgang statt und ein Teil der ersten Lichtintensität trifft als reflektierte zweite Lichtintensität auf Infrarot-Photodiode 6. Das die gesamte reflektierte Lichtintensität darstellende Strahlenbündel wird durch Randstrahlen 9 dargestellt. Die erste Lichtintensität wird von Infrarot-Leuchtdiode 5 nach Maßgabe eines Ansteuerstroms emittiert und ist über die Höhe des Ansteuerstroms verstellbar. Infrarot-Photodiode 6 erzeugt einen Photostrom, dessen Größe von der auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierten zweiten Lichtintensität abhängt. Je höher die auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierte zweite Lichtintensität ist, desto höher ist der resultierende Photostrom. Der Photostrom wird von einer nicht dargestellten Auswerteelektronik ausgewertet und anhand seiner Größe wird auf den auf Membran 4 wirkenden Druck geschlossen. 1 schematically shows a possible structure of an optical pressure sensor according to the invention without pressurization. The optical pressure sensor is fixed with hydraulic block 1 a hydraulic motor vehicle braking system connected to determine the pressure within the motor vehicle brake system. This has connector 2 suitable noses 3 on which into corresponding recesses of hydraulic block 1 to grab. The connection thus created is reliable pressure-tight and extremely robust. membrane 4 consists of spring steel and is by means of a welded joint fixed with connector 2 connected. Through in connector 2 illustrated recess 11 a pressure within the automotive brake system acts directly on the diaphragm 4 , However, since, according to the present example, no substantial pressure prevails in the motor vehicle brake system, membrane has 4 accordingly no warping. circuit board 7 is membrane 4 aligned parallel opposite. On circuit board 7 are infrared light emitting diode 5 and infrared photodiode 6 arranged. Infrared light-emitting diode 5 is used as an optical transmitter and infrared photodiode 6 is used as an optical sensor. membrane 4 , Circuit board 7 , Infrared light emitting diode 5 and infrared photodiode 6 are surrounded by an enclosure, not shown. Infrared light-emitting diode 5 irradiated membrane 4 with a first light intensity. marginal rays 8th an expanding, the first light intensity representing beam are in 1 shown. The expansion of the beam is unavoidable and is in the nature of infrared light emitting diode 5 , When hitting the membrane 4 an optical reflection process takes place and a part of the first light intensity strikes the infrared photodiode as a reflected second light intensity 6 , The ray bundle representing the entire reflected light intensity is made by marginal rays 9 shown. The first light intensity is from infrared light emitting diode 5 emitted in accordance with a drive current and is adjustable over the height of the drive current. Infrared photodiode 6 produces a photocurrent whose size varies from that to infrared photodiode 6 reflected second light intensity depends. The higher the on infrared photodiode 6 reflected second light intensity, the higher the resulting photocurrent. The photocurrent is evaluated by an evaluation, not shown, and its size is based on the on 4 acting pressure closed.

2 zeigt schematisch nochmals den bereits in 1 dargestellten Aufbau des optischen Druckfühlers. Beispielsgemäß unterliegt Membran 4 nun jedoch Druckbeaufschlagung 10, welche durch einen Pfeil dargestellt ist. Wie zu sehen, verwölbt sich Membran 4 unter einwirkendem Druck 10, so dass die Reflektionseigenschaften gegenüber der von Infrarot-Leuchtdiode 5 emittierten ersten Lichtintensität zunehmend konvex werden, was wiederum eine zunehmende Reflektionsverwölbung in Form einer stärkeren Strahlenaufweitung der reflektierten Lichtintensität bewirkt. Da Randstrahlen 9‘ des reflektierten Strahlenbündels in 2 einen größeren Aufweitungswinkel aufweisen als Randstrahlen 9 in 1, ist die auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierte zweite Lichtintensität in 2 entsprechend geringer als die auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierte zweite Lichtintensität in 1. Dementsprechend ist auch der von Infrarot-Photodiode 6 erzeugte Photostrom geringer. Dass die auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierte zweite Lichtintensität in 2 vergleichsweise geringer ist, lässt sich auch daran erkennen, dass von Randstrahlen 9‘ eine größere Fläche auf Leiterplatte 7 umrahmt wird als von Randstrahlen 9 in 1. Da Infrarot-Photodiode 5 jedoch in 1 und in 2 jeweils die gleiche optische Leistung abstrahlt, ist die auf Infrarot-Photodiode 6 reflektierte zweite Lichtintensität in 2 geringer als in 1. 2 schematically shows the already in 1 shown construction of the optical pressure sensor. By way of example, membrane is subject 4 but now pressurization 10 , which is represented by an arrow. As you can see, membrane warps 4 under pressure 10 , so that the reflection characteristics over that of infrared light emitting diode 5 emitted first light intensity become increasingly convex, which in turn causes an increasing reflection curvature in the form of a stronger beam expansion of the reflected light intensity. Because marginal rays 9 ' of the reflected beam in 2 have a larger expansion angle than marginal rays 9 in 1 , is the on infrared photodiode 6 reflected second light intensity in 2 correspondingly lower than that on the infrared photodiode 6 reflected second light intensity in 1 , Accordingly, also the infrared photodiode 6 generated photocurrent lower. That's on infrared photodiode 6 reflected second light intensity in 2 is relatively lower, can also be seen from that of marginal rays 9 ' a larger area on the circuit board 7 is framed as by marginal rays 9 in 1 , Because infrared photodiode 5 however in 1 and in 2 each emits the same optical power is the on infrared photodiode 6 reflected second light intensity in 2 less than in 1 ,

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Claims (10)

Optischer Druckfühler, welcher eine sich nach Maßgabe eines wirkenden Drucks reversibel verwölbende Membran aufweist, wobei die Membran optische Strahlung reflektiert und wobei eine zunehmende Membranverwölbung eine zunehmende Reflektionsverwölbung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfühler einen optischen Sender, welcher die Membran mit einer ersten Lichtintensität bestrahlt und einen optischen Sensor, welcher eine von der Membran auf den optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität sensiert, umfasst.An optical pressure sensor which has a reversibly cambering membrane in accordance with an effective pressure, wherein the membrane reflects optical radiation and wherein increasing membrane camber causes an increasing reflection curvature, characterized in that the pressure sensor comprises an optical transmitter which irradiates the membrane with a first light intensity and an optical sensor which senses a second light intensity reflected from the diaphragm onto the optical sensor. Druckfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender eine Leuchtdiode ist.Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the optical transmitter is a light-emitting diode. Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor ein photosensitives Halbleiterbauelement, insbesondere ein Phototransistor oder eine Photodiode, ist, welches die zweite Lichtintensität in ein elektrisches Signal wandelt.Pressure sensor according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the optical sensor is a photosensitive semiconductor component, in particular a phototransistor or a photodiode, which converts the second light intensity into an electrical signal. Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Stahl ausgebildet ist.Pressure sensor according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the membrane is formed of steel. Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender und der optische Sensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die gemeinsame Leiterplatte in einer Einhausung des Druckfühlers der Membran im Wesentlichen parallel gegenüberliegend ausgerichtet ist.Pressure sensor according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the optical transmitter and the optical sensor are arranged on a common printed circuit board, wherein the common printed circuit board is aligned in a housing of the pressure sensor of the membrane substantially parallel opposite. Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung des Druckfühlers nicht allseitig dicht gekapselt ist und keine allseitigen Schutzvorkehrungen gegen aggressive Umgebungsmedien aufweist.Pressure sensor according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the housing of the pressure sensor is not tightly encapsulated on all sides and has no all-round protection against aggressive ambient media. Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung ein vibrationsdämpfendes Medium einschließt. Pressure sensor according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the housing includes a vibration-damping medium. Verfahren zum optischen Erfühlen eines Drucks, insbesondere zur Ausführung in einem Druckfühler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, – bei welchem eine Membran nach Maßgabe eines wirkenden Drucks reversibel verwölbt wird, – wobei die Membran optische Strahlung reflektiert und – wobei eine zunehmende Membranverwölbung eine zunehmende Reflektionsverwölbung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Membran von einem optischen Sender mit einer ersten Lichtintensität bestrahlt wird und – eine von der Membran auf den einen optischen Sensor reflektierte zweite Lichtintensität von dem optischen Sensor sensiert wird, – wobei der auf die Membran wirkende Druck mittels der zweiten Lichtintensität und/oder mittels eines Verhältnisses aus der ersten Lichtintensität und der zweiten Lichtintensität bestimmt wird.Method for optically sensing a pressure, in particular for implementation in a pressure sensor according to at least one of claims 1 to 7, In which a membrane is reversibly warped in accordance with an effective pressure, - The membrane reflects optical radiation and Wherein an increasing membrane warpage causes an increasing reflection curvature, characterized, - That the membrane is irradiated by an optical transmitter with a first light intensity and A second light intensity reflected from the membrane onto the one optical sensor is sensed by the optical sensor, - Wherein the pressure acting on the membrane pressure by means of the second light intensity and / or by means of a ratio of the first light intensity and the second light intensity is determined. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtintensität anhand einer elektrischen Ansteuergröße des optischen Senders ermittelt wird und die zweite Lichtintensität mittels des optischen Sensors in eine elektrische Größe gewandelt wird.A method according to claim 8, characterized in that the first light intensity is determined based on an electrical control variable of the optical transmitter and the second light intensity is converted by means of the optical sensor into an electrical quantity. Verwendung des Druckfühlers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Kraftfahrzeugbremssystem.Use of the pressure sensor according to at least one of claims 1 to 7 in a motor vehicle brake system.
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