DE102014219263A1 - Optical pressure measuring device - Google Patents

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Roberto Schlenker
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Druckmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie deren Verwendung Die Erfindung betrifft eine optische Druckmesseinrichtung (1) mit einem lichtemittierenden Element (5) zur Erzeugung eines Messstrahles (M1), einer Biegemembran (4), die mittels eines darauf ausgeübten Drucks verformbar ist, und einer mit der Biegemembran (4) in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl (M1) angeordneten optischen Reflexionsfläche (9), welche in Abhängigkeit der durch den auf die Biegemembran (4) ausgeübten Druck einen Teil des Messstrahles (M1) in Form eines Reflexionsstrahles (M2) in einen optischen Messdetektor (6) reflektiert und sich dadurch auszeichnet, dass die Reflexionsfläche (9) und/oder die Biegemembran (4) eine vorgegebene Oberflächenstrukturierung mit rillenförmigen Vertiefungen aufweist.The invention relates to an optical pressure measuring device (1) with a light emitting element (5) for generating a measuring beam (M1), a bending diaphragm (4), which by means of a force exerted thereon Compressive deformable, and one with the bending diaphragm (4) in operative connection and in the measuring beam (M1) arranged optical reflection surface (9), which depending on the pressure exerted on the bending diaphragm (4) pressure part of the measuring beam (M1) in Reflected shape of a reflection beam (M2) in an optical measuring detector (6) and characterized in that the reflection surface (9) and / or the bending membrane (4) has a predetermined surface structuring with groove-shaped recesses.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Druckmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie deren Verwendung.The invention relates to an optical pressure measuring device according to the preamble of patent claim 1 and their use.

Mit zunehmenden Ansprüchen an die Feinfühligkeit der Regelung von Fahrzeugbremsanlagen, insbesondere im Bereich kleinster Hydraulikdrücke, ist es erforderlich, die jeweils vorherrschenden Druckverhältnisse in diesen Fahrzeugbremsanlagen möglichst exakt zu bestimmen. Zum Bestimmen der Druckverhältnisse sind im Stand der Technik dabei 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 elektrischen Motors eines Motorpumpenaggregats. Die Verwendung von direkt messenden Drucksensoren ermöglicht dabei in der Regel eine vergleichsweise genauere Druckbestimmung, ist allerdings auch mit höherem Herstellungs- und Kostenaufwand verbunden.With increasing demands on the sensitivity of the control of vehicle brake systems, especially in the field of smallest hydraulic pressures, it is necessary to determine the prevailing pressure conditions in these vehicle brake systems as accurately as possible. Essentially, two different approaches are known in the prior art for determining the pressure conditions: On the one hand, the use of directly measuring pressure sensors, on the other hand, the indirect pressure detection, z. B. on the pre-loaded leakage behavior of the electric motor of a motor pump unit. The use of direct-measuring pressure sensors usually allows a comparatively more accurate pressure determination, but is also associated with higher manufacturing and cost.

Eine gattungsbildende optische Druckmesseinrichtung ist aus der DE 10 2011 085 329 A1 bekannt, die in einer Hydraulikeinheit eines hydraulischen Kraftfahrzeugbremssystems angeordnet ist, um den Druck innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems zu bestimmen. Hierzu ist an einem Grundkörper eines in der Hydraulikeinheit integrierten Magnetventils eine Ventilhülse aus Federstahl mit einer verformbaren Membran mittels einer Schweißverbindung angeordnet. Dieser Grundkörper weist einen Fluidzugang auf, so dass die Membran direkt von dem innerhalb des Fahrzeugbremssystems vorhandenen Druck beaufschlagt und in Abhängigkeit dieses Druckes verformt wird. Eine Leiterplatte mit einer Infrarot-Leuchtdiode und einer Infrarot-Fotodiode ist gegenüberliegend zur Membran angeordnet. Die Infrarot-Leuchtdiode erzeugt einen Messstrahl, welcher auf die Membran auftrifft und zurück in die Infrarot-Fotodiode reflektiert wird. In Abhängigkeit der Verformung der Membran wird ein Teil des von der Infrarot-Leuchtdiode erzeugten Messstrahles von der Infrarot-Fotodiode detektiert.A generic optical pressure measuring device is from the DE 10 2011 085 329 A1 known, which is arranged in a hydraulic unit of a hydraulic motor vehicle brake system to determine the pressure within the motor vehicle brake system. For this purpose, a valve sleeve made of spring steel with a deformable membrane by means of a welded connection is arranged on a base body of a hydraulic valve integrated in the hydraulic unit. This main body has a fluid access, so that the membrane is acted upon directly by the pressure present within the vehicle brake system and deformed in response to this pressure. A printed circuit board with an infrared light emitting diode and an infrared photodiode is arranged opposite to the membrane. The infrared light emitting diode generates a measuring beam which impinges on the membrane and is reflected back into the infrared photodiode. Depending on the deformation of the membrane, a part of the measurement beam generated by the infrared light emitting diode is detected by the infrared photodiode.

Bei dieser bekannten optischen Druckmesseinrichtung wird die sich ändernde Konvexität der Membran direkt als Maß für den an der Membran wirkenden Druck verwendet. Aufgrund von sich ändernden Reflexionseigenschaften der Membran, insbesondere bei über die Lebensdauer der Druckmesseinrichtung sich verändernden Materialeigenschaften ändert sich die Messgenauigkeit in nachteiliger Weise.In this known optical pressure measuring device, the changing convexity of the membrane is used directly as a measure of the pressure acting on the membrane. Due to changing reflection properties of the membrane, in particular over the life of the pressure measuring device changing material properties, the measurement accuracy changes disadvantageously.

Im Automotivebereich steht zudem einem Bedarf nach Steigerung der Robustheit von Fahrzeugkomponenten gegenüber Störeinflüssen ein erheblicher Kostendruck auf jedes Bauelement gegenüber. In the automotive sector, a need to increase the robustness of vehicle components against interference influences a considerable cost pressure on each component.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optische Druckmesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine verbesserte Messgenauigkeit erzielt werden kann.The object of the invention is to provide an optical pressure measuring device of the type mentioned, with which an improved measurement accuracy can be achieved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Druckmesseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by an optical pressure measuring device having the features of patent claim 1.

Eine solche optische Druckmesseinrichtung mit einem lichtemittierenden Element zur Erzeugung eines Messstrahles, einer Biegemembran, die mittels eines darauf ausgeübten Drucks verformbar ist, und einer mit der Biegemembran in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl angeordneten optischen Reflexionsfläche, welche in Abhängigkeit der durch den auf die Biegemembran ausgeübten Druck einen Teil des Messstrahles in Form eines Reflexionsstrahles in einen optischen Messdetektor reflektiert, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Reflexionsfläche und/oder die Biegemembran eine vorgegebene Oberflächenstrukturierung aufweist. In vorteilhafter Weise kann somit ein höherer druckabhängiger Signalanstieg erzielt werden, als es beispielsweise für spiegelnde Reflexion der Fall ist. Damit ist es Möglich die Messgenauigkeit erheblich zu verbessern.Such an optical pressure measuring device with a light-emitting element for generating a measuring beam, a bending diaphragm which is deformable by means of a pressure exerted thereon, and an optical reflection surface operatively connected to the bending diaphragm and arranged in the measuring beam, which function as a function of the force exerted on the bending diaphragm Pressure reflects a part of the measurement beam in the form of a reflection beam into an optical measurement detector, is characterized according to the invention by the fact that the reflection surface and / or the bending membrane has a predetermined surface structuring. Advantageously, a higher pressure-dependent signal increase can thus be achieved than is the case, for example, for specular reflection. This makes it possible to significantly improve the measurement accuracy.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind als Oberflächenstrukturierung rillenförmige Vertiefungen vorgesehen, die im Wesentlichen senkrecht zu der von dem Mess- und Reflexionsstrahl gebildeten Ebene verlaufen. Die rillenförmigen Vertiefungen weisen bevorzugt eine gemittelte Rautiefe im Bereich von etwa 3 µm bis etwa 10 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass durch rillenförmige Vertiefungen ein besonders ausgeprägter druckabhängiger Signalanstieg erzielt wird, welcher insbesondere für Vertiefungen im genannten bevorzugten Rautiefenbereich vorliegt. According to a preferred embodiment, grooved depressions are provided as the surface structuring which extend substantially perpendicular to the plane formed by the measurement and reflection beam. The groove-shaped depressions preferably have an average roughness depth in the range from about 3 μm to about 10 μm. It has been found that groove-shaped depressions result in a particularly pronounced pressure-dependent signal increase, which is present in particular for depressions in the preferred roughness depth range mentioned.

Besonders bevorzugt ist ein weiteres lichtemittierendes Element zur Erzeugung eines Referenzstrahles und ein den an der Reflexionsfläche reflektierten Referenzstrahl detektierender optischer Referenzdetektor vorgesehen.Particular preference is given to a further light-emitting element for generating a reference beam and an optical reference detector detecting the reference beam reflected on the reflection surface.

Der Vorteil einer solchen Anordnung, die neben dem Messstrahl zusätzlich noch einen Referenzstrahl vorsieht, besteht darin, dass auftretende Toleranzen sowohl bedingt durch wechselnde Umgebungstemperaturen als auch bedingt durch mechanische Toleranzen, wie Abstandstoleranzen, Achsenabweichungen und Kippwinkel sowie Montagetoleranzen, mittels eines solchen Referenzstrahles eliminiert werden können. Zur Kompensation solcher Toleranzen wird sowohl für den Messstrahl als auch für den Referenzstrahl die gleiche auf der Biegemembran angeordnete Reflexionsfläche verwendet.The advantage of such an arrangement, which additionally provides a reference beam in addition to the measuring beam, is that occurring tolerances can be eliminated by means of such a reference beam both due to changing ambient temperatures and due to mechanical tolerances such as distance tolerances, axis deviations and tilt angles and mounting tolerances , To compensate for such tolerances, both for the measuring beam and for the reference beam uses the same reflecting surface arranged on the bending diaphragm.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das weitere lichtemittierende Element und der Referenzdetektor derart angeordnet sind, dass der Referenzstrahl und der reflektierte Referenzstrahl in einer senkrecht zu der von dem Mess- und Reflexionsstrahl gebildeten Ebene verlaufen.An advantageous embodiment of the invention provides that the further light-emitting element and the reference detector are arranged such that the reference beam and the reflected reference beam extend in a plane perpendicular to the plane formed by the measurement and reflection beam.

Die zugehörigen Elemente zur Erzeugung des Referenzstrahls und zur Detektion des reflektierten Referenzstrahls einerseits und zur Erzeugung des Mess- und Reflexionsstrahls anderseits sind vorzugsweise kreuzartig angeordnet, so dass der Referenzstrahl und der reflektierte Referenzstrahl in einer senkrecht zu der von dem Mess- und Reflexionsstrahl gebildeten Ebene verlaufen. The associated elements for generating the reference beam and for detecting the reflected reference beam on the one hand and for generating the measurement and reflection beam on the other hand are preferably arranged like a cross, so that the reference beam and the reflected reference beam in a plane perpendicular to the plane formed by the measurement and reflection beam ,

Dies führt dazu, dass der Referenzstrahl eine geringere Abhängigkeit gegenüber dem an der Biegemembran wirkenden Druck aufweist, da die rillenförmigen Vertiefungen aufgrund der Kreuzanordnung im Wesentlichen parallel zu der durch den Referenzstrahl und den reflektierten Referenzstrahl gebildeten Ebene verlaufen und somit hauptsächlich spiegelnde Reflexion mit geringerem druckabhängigen Signalanstieg vorliegt. This results in that the reference beam has a lower dependence on the pressure acting on the bending diaphragm, since the groove-shaped recesses due to the cross arrangement substantially parallel to the plane formed by the reference beam and the reflected reference beam and thus mainly reflective reflection with less pressure-dependent signal rise is present.

Ferner ist in vorteilhafter Weise nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Biegemembran an einem Grundkörper angeordnet, welcher zur Druckbeaufschlagung der Biegemembran mit einem Fluidzugang ausgebildet ist.Furthermore, the bending membrane is advantageously arranged according to an embodiment of the invention on a base body, which is designed for pressurizing the bending membrane with a fluid access.

Weiterhin sind nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung das lichtemittierende Element, das weitere lichtemittierende Element, der optische Messdetektor und der optische Referenzdetektor auf einer Leiterplatte angeordnet.Furthermore, according to a preferred development of the invention, the light-emitting element, the further light-emitting element, the optical measuring detector and the optical reference detector are arranged on a printed circuit board.

Vorzugsweise ist zur Aufnahme der Leiterplatte ein quaderförmiges Gehäuse vorgesehen, in welchem an einer inneren Seitenwand die Leiterplatte angeordnet oder die Seitenwand durch die Leiterplatte gebildet ist und an einer gegenüberliegenden Seitenwand eine insbesondere an die Kontur der Reflexionsfläche angepasste Durchtrittsöffnung ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Innere eines solchen Gehäuses mit einer lichtabsorbierenden Beschichtung ausgebildet ist. Mit dem solchen Gehäuse können nur jene Lichtstrahlen die Detektoren erreichen, die an der Reflexionsfläche wieder zurück durch die Durchtrittsöffnung in das Gehäuse reflektiert werden. Störungen durch seitliche Reflexionen können daher vermieden werden.Preferably, a cuboidal housing is provided for receiving the printed circuit board, in which arranged on an inner side wall of the circuit board or the side wall is formed by the circuit board and on an opposite side wall, in particular adapted to the contour of the reflection surface passage opening is formed. It is particularly advantageous if the interior of such a housing is formed with a light-absorbing coating. With such a housing, only those light beams can reach the detectors, which are reflected back to the reflection surface through the passage opening in the housing. Disturbances due to lateral reflections can therefore be avoided.

Zur Vermeidung von Toleranzabweichungen durch bauteilbedingte Parameter werden die lichtemittierenden Elemente als auch die Detektoren bei der Halbleiterherstellung aus demselben Wafer hergestellt, wodurch sichergestellt wird, dass diese verwendeten Bauteile hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nahezu identisch sind. Auch die elektronischen Auswerteschaltungen von Messdetektor und Referenzdetektor sind aus identischen Bauteilen hergestellt, damit die Störeinflüsse auf den Messdetektor identisch durch den Referenzdetektor erfasst werden. Widerstände werden im Array, als Paar hergestellt, Transistoren und Operationsverstärker in einem Gehäuse geliefert, also in einem Chip. Die Übereinstimmung beider Detektoren kann noch erhöht werden, wenn diese als ein Chip komplett hergestellt werden, anstatt sie aus Einzelbauteilen bestehend zu nutzen. Hierdurch werden sowohl für den Messekanal als auch für den Referenzkanal identische Eigenschaften erzielt, wodurch eine sehr hohe Messgenauigkeit sichergestellt wird.In order to avoid tolerance deviations due to component-related parameters, the light-emitting elements as well as the detectors in semiconductor manufacturing are produced from the same wafer, which ensures that these components are almost identical in their electrical properties. The electronic evaluation circuits of the measuring detector and the reference detector are also made of identical components, so that the interference effects on the measuring detector are identically detected by the reference detector. Resistors are produced in the array, as a pair, transistors and operational amplifiers in a housing, so in a chip. The agreement between the two detectors can be increased even more if they are completely manufactured as one chip instead of being made up of individual components. As a result, identical properties are achieved both for the measuring channel and for the reference channel, whereby a very high measuring accuracy is ensured.

Diese erfindungsgemäße optische Druckmesseinrichtung wird vorteilhaft in einem Fahrzeugbremssystem eingesetzt, indem die Biegemembran als Teil einer Ventilhülse eines in einer Hydraulikeinheit eines solchen Fahrzeugbremssystems angeordneten Magnetventils ausgebildet ist. Versuchsweise wird dabei die Reflektorhülse derart angeordnet, dass sie der Ventilhülse überstülpt wird.This optical pressure measuring device according to the invention is advantageously used in a vehicle brake system in that the bending diaphragm is formed as part of a valve sleeve of a solenoid valve arranged in a hydraulic unit of such a vehicle brake system. For experimental purposes, the reflector sleeve is arranged such that it is slipped over the valve sleeve.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung in einem Fahrzeugbremssystem.Furthermore, the invention relates to the use of the optical pressure measuring device according to the invention in a vehicle brake system.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße optische Druckmesseinrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:In the following, the optical pressure measuring device according to the invention will be explained and described in more detail with reference to the attached figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung mit einer Biegemembran mit Druckbeaufschlagung in einer Schnittansicht gemäß Schnitt I-I nach 2, 1 a schematic representation of an optical pressure measuring device according to the invention with a bending diaphragm with pressurization in a sectional view according to section II 2 .

2 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte der optischen Druckmesseinrichtung nach 1, 2 a plan view of a circuit board of the optical pressure measuring device according to 1 .

3 Messresultate eines Signalanstiegs in Abhängigkeit einer Oberflächenbeschaffenheit von Reflexionsfläche 9 und 3 Measurement results of a signal increase as a function of a surface condition of reflection surface 9 and

4 eine schematische Darstellung eines Gehäuses der erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung nach 1 und 2. 4 a schematic representation of a housing of the optical pressure measuring device according to the invention 1 and 2 ,

Um eine kurze und einfache Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen, werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.To provide a brief and simple description of the embodiments, like elements are given the same reference numerals.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckmesseinrichtung 1 eines Fahrzeugbremssystems mit einer Biegemembran mit Druckbeaufschlagung in einer Schnittansicht gemäß Schnitt I-I nach 2. Druckmesseinrichtung 1 umfasst dabei Biegemembran 4 und Grundkörper 2, welche mittels einer mediendichten Verbindung 3 mit Hydraulikeinheit 8 eines elektrohydraulischen Steuergeräts des Fahrzeugbremssystems verbunden sind. Biegemembran 4 besteht bevorzugt aus Federstahl und ist mittels Schweißverbindung 12 mit Grundkörper 2 mechanisch verbunden. Durch den in Grundkörper 2 vorgesehenen Fluidzugang 11 wirkt ein innerhalb des Fahrzeugbremssystems vorhandener Druck 10 direkt auf Biegemembran 4. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist Biegemembran 4 druckbeaufschlagt, weshalb diese einer druckabhängigen Verwölbung unterliegt. Leiterplatte 7 ist Biegemembran 4 gegenüberliegend angeordnet. Leiterplatte 7 umfasst Infrarot-Leuchtdiode 5 und Infrarot-Fotodiode 6, wobei Infrarot-Leuchtdiode 5 als optischer Sender und Infrarot-Fotodiode 6 als optischer Sensor verwendet wird. Infrarot-Leuchtdiode 5 erzeugt Messstrahl M1, der an Reflexionsfläche 9 auf der der Infrarot-Leuchtdiode 5 zugewandten Seite von Biegemembran 4 als Messstrahl M2 auf Infrarot-Fotodiode 6 reflektiert wird. Wenigstens ein Teil der von Infrarot-Leuchtdiode 5 emittierten Strahlungsleistung trifft somit auf Infrarot-Fotodiode 6. Infrarot-Fotodiode 6 erzeugt in Folge dessen einen zur empfangenen Strahlungsleistung proportionalen Fotostrom. Es können sich jedoch auch andere Verhältnisse ergeben. Anhand des mittels einer nicht dargestellten Auswerteelektronik ausgewerteten Fotostroms wird somit auf den Druck 10 innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems geschlossen. Aufgrund der druckabhängigen Verwölbung von Biegemembran 4 verlagert sich das reflektierte Intensitätsprofil ebenfalls druckabhängig, was mittels Infrarot-Fotodiode 6 erfasst und durch entsprechende Kalibrierung einem Wert des Drucks 10 zugeordnet werden kann. Reflexionsfläche 9 bzw. Biegemembran 4 weist zudem eine gerichtete Oberflächenstruktur in Form von rillenförmigen Vertiefungen auf, worauf in den Beschreibungen zu den 2 und 3 näher eingegangen wird. The 1 shows a schematic representation of an embodiment of the pressure measuring device according to the invention 1 of a vehicle brake system with a bending membrane with pressurization in a sectional view according to section II 2 , Pressure measuring device 1 includes bending membrane 4 and basic body 2 , which by means of a media-tight connection 3 with hydraulic unit 8th an electro-hydraulic control unit of the vehicle brake system are connected. bending membrane 4 is preferably made of spring steel and is by means of welding 12 with basic body 2 mechanically connected. By in basic body 2 provided fluid access 11 acts an existing within the vehicle braking system pressure 10 directly on bending membrane 4 , According to the in 1 illustrated embodiment is bending diaphragm 4 pressurized, which is why it is subject to a pressure-dependent warping. circuit board 7 is bending membrane 4 arranged opposite. circuit board 7 includes infrared light emitting diode 5 and infrared photodiode 6 , wherein infrared light emitting diode 5 as optical transmitter and infrared photodiode 6 is used as an optical sensor. Infrared light-emitting diode 5 generates measuring beam M1, the reflection surface 9 on the infrared light emitting diode 5 facing side of bending diaphragm 4 as measurement beam M2 on infrared photodiode 6 is reflected. At least part of the infrared light emitting diode 5 emitted radiation power thus meets infrared photodiode 6 , Infrared photodiode 6 generated as a result, a proportional to the received radiation power photocurrent. However, other conditions may arise. Based on the evaluated by means of an evaluation, not shown photoelectric current is thus on the pressure 10 closed within the automotive brake system. Due to the pressure-dependent warping of the bending membrane 4 The reflected intensity profile also shifts depending on the pressure, using an infrared photodiode 6 recorded and by appropriate calibration a value of the pressure 10 can be assigned. reflecting surface 9 or bending membrane 4 also has a directed surface structure in the form of groove-shaped depressions, which in the descriptions of the 2 and 3 will be discussed in more detail.

Die auf der Leiterplatte 7 angeordneten optischen Bauelemente zeigt die 2 in einer Draufsicht und umfasst Infrarot-Leuchtdiode 5 zur Erzeugung des Messstrahles M1, der an Reflexionsfläche 9 als Reflexionsstrahl M2 auf Infrarot-Fotodiode 6 reflektiert wird. Weiterhin umfasst Leiterplatte 7 Infrarot-Leuchtdiode 5.1 zur Erzeugung eines Referenzstrahles R1, der ebenso an Reflexionsfläche 9 als reflektierter Referenzstrahl R2 in einen Referenzdetektor 6.1 reflektiert wird.The on the circuit board 7 arranged optical components shows the 2 in a plan view and includes infrared light emitting diode 5 for generating the measuring beam M1, the reflection surface 9 as reflection beam M2 on infrared photodiode 6 is reflected. Furthermore includes printed circuit board 7 Infrared light-emitting diode 5.1 for generating a reference beam R1, which also at reflection surface 9 as a reflected reference beam R2 into a reference detector 6.1 is reflected.

Die beiden Infrarot-Leuchtdioden 5 und 5.1 sind jeweils zusammen mit den Infrarot-Fotodioden 6 und 6.1 paarweise in einer Kreuzanordnung auf der Leiterplatte 7 angeordnet, so dass Infrarot-Leuchtdiode 5 und Infrarot-Fotodiode 6 zusammen mit dem Mess- und Reflexionsstrahl M1 und M2 eine der x-z-Ebene entsprechende Ebene E1 bilden und die von dem weiteren Infrarot-Leuchtdiode 5.1 und der zugeordneten Infrarot-Fotodiode 6.1 zusammen mit dem Referenzstrahl R1 und dem reflektierten Referenzstrahl R2 eine hierzu senkrechte Ebene E2 bilden, die der y-z-Ebene entspricht. Mit Infrarot-Leuchtdiode 5 und Infrarot-Fotodiode 6 wird der an der Biegemembran 4 wirkende Druck 10 des Bremssystems detektiert und diese bilden somit einen Messkanal, während Infrarot-Leuchtdiode 5.1 zusammen mit Infrarot-Fotodiode 6.1 einen Referenzkanal bilden, mittels welchem veränderte Reflexionseigenschaften (bspw. aufgrund von Alterungserscheinungen) von Reflexionsfläche 9, Temperaturänderungen, Montagetoleranzen (bspw. zwischen der Leiterplatte 7 und der Hydraulikeinheit 8) sowie mechanische Toleranzen (wie Abstandstoleranzen, Achsenabweichungen, Kippwinkel usw.) der optischen Druckmesseinrichtung 1 kompensiert werden.The two infrared light emitting diodes 5 and 5.1 are each together with the infrared photodiodes 6 and 6.1 in pairs in a cross arrangement on the circuit board 7 arranged so that infrared light emitting diode 5 and infrared photodiode 6 together with the measurement and reflection beam M1 and M2 form a level E1 corresponding to the xz plane and that of the further infrared light emitting diode 5.1 and the associated infrared photodiode 6.1 together with the reference beam R1 and the reflected reference beam R2 form a plane E2 perpendicular thereto, which corresponds to the yz plane. With infrared light emitting diode 5 and infrared photodiode 6 becomes the at the bending membrane 4 acting pressure 10 the braking system detected and these thus form a measuring channel, while infrared light emitting diode 5.1 together with infrared photodiode 6.1 form a reference channel, by means of which changed reflection properties (eg due to aging phenomena) of reflection surface 9 , Temperature changes, mounting tolerances (eg. Between the circuit board 7 and the hydraulic unit 8th ) as well as mechanical tolerances (such as distance tolerances, axis deviations, tilt angle, etc.) of the optical pressure measuring device 1 be compensated.

Die Oberflächenstruktur von Reflexionsfläche 9 ist beispielsgemäß als gerichtete und spezifizierte Rauheit in Form vom Rillen oder Riefen ausgebildet, welche senkrecht zum Messkanal der Ebene E1 bzw. parallel zum Referenzkanal der Ebene E2 ausgerichtet sind. Eine solche Oberflächenstruktur kann beispielsweise mittels Schleifen in entsprechender Richtung erzeugt werden. In 2 ist eine Schar derartiger rillenförmiger Vertiefungen mittels Linien repräsentativ dargestellt. In Folge der gerichteten Rauheit von Reflexionsfläche 9 wird Messstrahl M1 des Messkanals zusätzlich zur spiegelnden Reflexion auch diffus reflektiert, wie in Unterabbildung a) von 2 gezeigt. Da die rillenförmigen Vertiefungen von Reflexionsfläche 9 im Wesentlichen parallel zu Referenzstrahl R1 bzw. Ebene E2 ausgerichtet sind, liegt entlang von Ebene E2 eine geringere Rauheit vor, weshalb Referenzstrahl R1 somit hauptsächlich spiegelnd reflektiert wird, wie in Unterabbildung b) der 2 dargestellt. The surface structure of reflection surface 9 is designed, for example, as directed and specified roughness in the form of grooves or grooves, which are aligned perpendicular to the measuring channel of the plane E1 or parallel to the reference channel of the plane E2. Such a surface structure can be generated for example by means of loops in the corresponding direction. In 2 For example, a family of such groove-shaped depressions is representatively represented by lines. As a result of the directed roughness of reflection surface 9 In addition, the measuring beam M1 of the measuring channel is diffusely reflected in addition to the specular reflection, as in subfigure a) of FIG 2 shown. Since the groove-shaped depressions of reflection surface 9 Aligned substantially parallel to the reference beam R1 and E2 plane, there is less roughness along plane E2, which is why reference beam R1 is thus reflected mainly mirror-like, as in sub-figure b) 2 shown.

Die 3 zeigt eine für den Messkanal erfasste, beispielsgemäße Abhängigkeit eines druckabhängigen Signalanstiegs in mV/bar (Ordinate) für unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten von Reflexionsfläche 9 (Abszisse), um den oben beschriebenen und der Erfindung zugrundeliegenden Effekt zu verdeutlichen. Dabei entspricht:

  • A einer glatten Oberfläche bzw. Vertiefungen entlang des Messkanals mit im Wesentlichen spiegelnder Reflexion,
  • B senkrecht zum Messkanal verlaufenden Walzriefen mit einer gemittelten Rautiefe RZ von etwa 3 bis 5 µm,
  • C senkrecht zum Messkanal verlaufenden Schleifriefen mit einer gemittelten Rautiefe RZ von etwa 5 bis 10 µm und
  • D einer matten Oberfläche mit im Wesentlichen diffuser Reflexion. Zwischen den erfassten Messpunkten S1 bis S4 wurde jeweils linear interpoliert; reale Verläufe können davon abweichen. Wie aus 3 hervorgeht, ergeben sich für die Messpunkte S2 und S3 der Oberflächen B und C mit etwa 10 mV/bar größere Signalanstiege als für die Messpunkte S1 mit Oberfläche A und etwa 2 mV/bar sowie S4 mit Oberfläche D und etwa 1 mV/bar. Die aufgeführten Signalanstiege sind dabei lediglich beispielhaft.
The 3 shows a recorded for the measuring channel, exemplary dependence of a pressure-dependent signal rise in mV / bar (ordinate) for different surface properties of reflective surface 9 (Abscissa) to illustrate the effect described above and the invention. Where:
  • A a smooth surface or depressions along the measuring channel with substantially specular reflection,
  • B running perpendicular to the measuring channel rolling marks with an average roughness R Z of about 3 to 5 microns,
  • C running perpendicular to the measuring channel grinding marks with an average roughness R Z of about 5 to 10 microns and
  • D a matt surface with substantially diffuse reflection. Between the detected measuring points S1 to S4 was respectively linearly interpolated; Real processes may differ. How out 3 shows that for the measuring points S2 and S3 of the surfaces B and C with about 10 mV / bar larger signal increases than for the measuring points S1 with surface A and about 2 mV / bar and S4 with surface D and about 1 mV / bar. The listed signal increases are merely exemplary.

Wie bereits oben ausgeführt, ändert sich in Abhängigkeit der Druckbeaufschlagung an Biegemembran 4 die durch Infrarot-Fotodiode 6 erfasste Intensität des Reflexionsstrahles M2. Für die Oberflächen B und C ergibt sich für den senkrecht zur Richtung der Vertiefungen verlaufenden Messkanal damit eine höhere Empfindlichkeit gegenüber der druckabhängigen Verwölbung von Biegemembran 4 als für den Referenzkanal, in dessen Ebene eine Oberfläche entsprechend A vorliegt. Aufgrund der im Vergleich zum Messkanal vergleichsweise geringen Abhängigkeit des Referenzkanals vom im Bremssystem vorherrschenden Druck 10, kann der Referenzkanal dazu herangezogen werden, Alterungserscheinungen der Reflexionsfläche 9, thermische Einflüsse, Montagetoleranzen sowie mechanische Toleranzen im Messergebnis zu eliminieren. So wird bspw. als Messsignal, welches den auf die Biegemembran 4 wirkenden Druck anzeigt, das Differenzsignal aus dem Messkanal und dem Referenzkanal verwendet. Da für beide Kanäle die gleiche Reflexionsfläche 9 verwendet wird, wirken sich alle Veränderungen an der Reflexionsfläche 9, auch thermische Einflüsse und Toleranzen, in beiden Kanälen identisch aus und werden aufgrund der Differenzbildung eliminiert.As already stated above, bending membrane changes depending on the pressure applied 4 by infrared photodiode 6 detected intensity of the reflection beam M2. For the surfaces B and C results for the perpendicular to the direction of the wells extending measuring channel thus a higher sensitivity to the pressure-dependent warping of the bending membrane 4 as for the reference channel, in whose plane there is a surface corresponding to A. Due to the comparatively low dependence of the reference channel on the pressure prevailing in the brake system compared to the measuring channel 10 , The reference channel can be used to aging phenomena of the reflection surface 9 to eliminate thermal influences, assembly tolerances and mechanical tolerances in the measurement result. For example, as a measurement signal, which on the bending membrane 4 indicates acting pressure, the difference signal from the measuring channel and the reference channel used. As for both channels the same reflection surface 9 is used, all changes affect the reflection surface 9 , also thermal influences and tolerances, identical in both channels and are eliminated due to the difference formation.

Ein solches derart gebildetes Messsignal weist eine hohe Stabilität gegenüber elektrischen Störungen von außen auf, wobei die gesamte Anordnung zur Bildung der optischen Messvorrichtung sehr kompakt ausgelegt werden kann.Such a measurement signal formed in this way has a high stability against electrical interference from the outside, wherein the entire arrangement for forming the optical measuring device can be made very compact.

Die durch bauteilbedingte Parameter entstehenden Toleranzabweichungen der optischen Bauelemente 5 und 5.1 sowie 6 und 6.1 können dadurch reduziert werden, dass diese optischen Bauteile aus dem selben Wafer hergestellt werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass solche Bauteile im Wesentlichen die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen.The tolerances of the optical components due to component-related parameters 5 and 5.1 such as 6 and 6.1 can be reduced by making these optical components from the same wafer. This ensures that such components have substantially the same electrical properties.

Die elektronischen Schaltungen von Infrarot-Fotodiode 6 des Messkanals und Infrarot-Fotodiode 6.1 des Referenzkanals werden aus den identischen Bauteilen hergestellt, damit Störeinflüsse auf die Infrarot-Fotodiode 6 identisch durch die Infrarot-Fotodiode 6.1 erfasst werden. Widerstände werden im Array, als Paar hergestellt, Transistoren und Operationsverstärker in einem Gehäuse geliefert, also in einem Chip. Die Übereinstimmung beider Detektoren kann noch erhöht werden, wenn diese in einem einzigen Chip komplett hergestellt werden, anstatt sie aus Einzelbauteilen bestehend aufzubauen.The electronic circuits of infrared photodiode 6 of the measuring channel and infrared photodiode 6.1 of the reference channel are made of the identical components, thus interfering with the infrared photodiode 6 identical by the infrared photodiode 6.1 be recorded. Resistors are produced in the array, as a pair, transistors and operational amplifiers in a housing, so in a chip. The agreement of both detectors can be increased even more if they are completely manufactured in a single chip instead of being made up of individual components.

Die optische Messeinrichtung 1 wird in einem in 4 dargestellten quaderförmigen Gehäuse 13 eingesetzt. Dieses Gehäuse 13 weist sechs Seitenwände auf, wobei an einer inneren Oberfläche einer Seitenwand 13.1 die Leiterplatte 7 der optischen Messeinrichtung 1 angeordnet oder durch diese gebildet ist. Auf diese Leiterplatte 7 ist die kreuzartige Anordnung von Infrarot-Leuchtdiode 5 und der zugeordneten Infrarot-Fotodiode 6 einerseits und der weiteren Infrarot-Leuchtdiode 5.1 und der zugehörigen Infrarot-Fotodiode 6.1 zu erkennen. In der zur Leiterplatte 7 gegenüberliegenden Seitenwand 13.2 ist eine Durchtrittsöffnung 14 vorgesehen, so dass diese Durchgangsöffnung 14 der auf Biegemembran 4 (lediglich ausschnittsweise dargestellt) angeordneten Reflexionsfläche 9 gegenüberliegt. Die Durchtrittsöffnung 14 übernimmt damit die Funktion einer optischen Blende und entspricht in seiner Position und seiner relativen Maßen derjenigen von Reflexionsfläche 9, wobei die absoluten Maße den Strahlenverlauf vorgeben und entsprechend variabel gestaltet werden können. Ferner ist der gesamte Innenraum von Gehäuse 13 mit einer lichtabsorbierenden Beschichtung verkleidet, so dass dadurch unerwünschte Reflexionen unterdrückt werden können.The optical measuring device 1 will be in an in 4 illustrated cuboid housing 13 used. This case 13 has six side walls, wherein on an inner surface of a side wall 13.1 the circuit board 7 the optical measuring device 1 is arranged or formed by these. On this circuit board 7 is the cross-type arrangement of infrared light emitting diode 5 and the associated infrared photodiode 6 on the one hand and the other infrared light emitting diode 5.1 and the associated infrared photodiode 6.1 to recognize. In the to the circuit board 7 opposite side wall 13.2 is a passage opening 14 provided so that this passage opening 14 the on bending membrane 4 (only partially shown) arranged reflection surface 9 opposite. The passage opening 14 thus assumes the function of an optical aperture and corresponds in its position and its relative dimensions of that of reflection surface 9 , where the absolute dimensions dictate the course of the beam and can be made variable accordingly. Furthermore, the entire interior of housing 13 clad with a light-absorbing coating, thereby undesirable reflections can be suppressed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
optische Messeinrichtung optical measuring device
22
Grundkörper der Druckmesseinrichtung Basic body of the pressure measuring device
33
mediendichte Verbindung Grundkörper 2 mit Hydraulikeinheit media-dense compound body 2 with hydraulic unit
88th
eines Bremssystems a braking system
44
Biegemembran der Ventilhülse 4.1 Bend membrane of the valve sleeve 4.1
4.14.1
Ventilhülse valve sleeve
55
Infrarot-Leuchtdiode des Messkanals Infrared LED of the measuring channel
5.15.1
Infrarot-Leuchtdiode des Referenzkanals Infrared LED of the reference channel
66
Infrarot-Fotodiode des Messkanals Infrared photodiode of the measuring channel
6.16.1
Infrarot-Fotodiode des Referenzkanals Infrared photodiode of the reference channel
77
Leiterplatte der optischen Messeinrichtung 1 Printed circuit board of the optical measuring device 1
88th
Hydraulikeinheit eines Bremssystems Hydraulic unit of a brake system
99
Reflexionsfläche reflecting surface
1010
Druck innerhalb eines Bremssystems Pressure within a brake system
11 11
Fluidzugang der Hydraulikeinheit 8 Fluid access of the hydraulic unit 8th
1212
Schweißverbindungen welds
1313
Gehäuse der optischen Messeinrichtung 1 Housing of the optical measuring device 1
13.1, 13.213.1, 13.2
Seitenwände von Gehäuse 13 Side walls of housing 13
1414
Durchtrittsöffnung in Gehäuse 13 Passage opening in housing 13
E1E1
Ebene des Messkanals Level of the measuring channel
E2E2
Ebene des Referenzkanals Level of the reference channel
M1M1
Messstrahl measuring beam
M2M2
Reflexionsstrahl reflection beam
R1R1
Referenzstrahl reference beam
R2R2
reflektierte Referenzstrahl reflected reference beam
AA
spiegelnd reflektierende Oberfläche  mirroring reflective surface
BB
Oberfläche mit senkrecht zum Messkanal verlaufenden Walzriefen Surface with rolling grooves running perpendicular to the measuring channel
CC
Oberfläche mit senkrecht zum Messkanal verlaufenden Schleifriefen Surface with grinding marks running perpendicular to the measuring channel
DD
diffus reflektierende Oberfläche diffuse reflecting surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011085329 A1 [0003] DE 102011085329 A1 [0003]

Claims (10)

Optische Druckmesseinrichtung (1) mit – einem lichtemittierenden Element (5) zur Erzeugung eines Messstrahles (M1), – einer Biegemembran (4), die mittels eines darauf ausgeübten Drucks verformbar ist, und – einer mit der Biegemembran (4) in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl (M1) angeordneten optischen Reflexionsfläche (9), welche in Abhängigkeit der durch den auf die Biegemembran (4) ausgeübten Druck einen Teil des Messstrahles (M1) in Form eines Reflexionsstrahles (M2) in einen optischen Messdetektor (6) reflektiert, dadurch gekennzeichnet dass die Reflexionsfläche (9) eine vorgegebene Oberflächenstrukturierung aufweist.Optical pressure measuring device ( 1 ) with a light-emitting element ( 5 ) for generating a measuring beam (M1), - a bending membrane ( 4 ) which is deformable by means of a pressure exerted thereon, and - one with the bending membrane ( 4 ) in operative connection and in the measuring beam (M1) arranged optical reflection surface ( 9 ), which depending on the on the bending membrane ( 4 ) a part of the measuring beam (M1) in the form of a reflection beam (M2) in an optical measuring detector ( 6 ), characterized in that the reflection surface ( 9 ) has a given surface structuring. Optische Druckmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenstrukturierung rillenförmige Vertiefungen vorgesehen sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der von dem Mess- und Reflexionsstrahl (M1, M2) gebildeten Ebene (E1) verlaufen.Optical pressure measuring device according to claim 1, characterized in that groove-shaped depressions are provided as surface structuring, which extend substantially perpendicular to the plane formed by the measuring and reflection beam (M1, M2) (E1). Optische Druckmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rillenförmigen Vertiefungen eine gemittelte Rautiefe im Bereich von etwa 3 µm bis etwa 10 µm aufweisen. Optical pressure measuring device according to claim 2, characterized in that the groove-shaped depressions have an average roughness in the range of about 3 microns to about 10 microns. Optische Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres lichtemittierendes Element (5.1) zur Erzeugung eines Referenzstrahles (R1) und ein den an der Reflexionsfläche (9) reflektierten Referenzstrahl (R2) detektierender optischer Referenzdetektor (6.1) vorgesehen ist. Optical pressure measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a further light-emitting element ( 5.1 ) for generating a reference beam (R1) and the one at the reflection surface ( 9 ) Reflected reference beam (R2) detecting optical reference detector ( 6.1 ) is provided. Optische Druckmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere lichtemittierende Element (5.1) und der Referenzdetektor (6.1) derart angeordnet sind, dass der Referenzstrahl (R1) und der reflektierte Referenzstrahl (R2) in einer Ebene (E2) verlaufen, die sich senkrecht zu der von dem Mess- und Reflexionsstrahl (M1, M2) gebildeten Ebene (E1) befindet.Optical pressure measuring device according to claim 4, characterized in that the further light-emitting element ( 5.1 ) and the reference detector ( 6.1 ) are arranged such that the reference beam (R1) and the reflected reference beam (R2) extend in a plane (E2) which is perpendicular to the plane (E1) formed by the measurement and reflection beam (M1, M2). Optische Druckmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Element (5), das weitere lichtemittierende Element (5.1), der optische Messdetektor (6) und der optische Referenzdetektor (6.1) auf einer Leiterplatte (7) angeordnet sind.Optical pressure measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting element ( 5 ), the further light-emitting element ( 5.1 ), the optical measuring detector ( 6 ) and the optical reference detector ( 6.1 ) on a printed circuit board ( 7 ) are arranged. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Leiterplatte (7) ein quaderförmiges Gehäuse (13) vorgesehen ist, in welchem an einer inneren Seitenwand (13.1) die Leiterplatte (7) angeordnet oder die Seitenwand (13.1) durch die Leiterplatte (7) gebildet ist und an einer gegenüberliegenden Seitenwand (13.2) eine insbesondere an die Kontur der Reflexionsfläche (9) angepasste Durchtrittsöffnung (14) ausgebildet ist.Optical pressure measuring device ( 1 ) according to claim 6, characterized in that for receiving the printed circuit board ( 7 ) a cuboid housing ( 13 ) is provided, in which on an inner side wall ( 13.1 ) the printed circuit board ( 7 ) or the side wall ( 13.1 ) through the printed circuit board ( 7 ) is formed and on an opposite side wall ( 13.2 ) one in particular to the contour of the reflection surface ( 9 ) adapted passage opening ( 14 ) is trained. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Gehäuses (13) mit einer lichtabsorbierenden Beschichtung ausgebildet ist.Optical pressure measuring device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the interior of the housing ( 13 ) is formed with a light-absorbing coating. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegemembran (4) als Teil einer Ventilhülse (4.1) eines in einer Hydraulikeinheit (8) eines Fahrzeugbremssystems angeordneten Magnetventils ausgebildet ist. Optical pressure measuring device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bending membrane ( 4 ) as part of a valve sleeve ( 4.1 ) one in a hydraulic unit ( 8th ) is arranged a vehicle brake system arranged solenoid valve. Verwendung der optischen Druckmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Fahrzeugbremssystem. Use of the optical pressure measuring device according to one of claims 1 to 9 in a vehicle brake system.
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