DE10209695A1 - Signalaufnahmesystem für ein Kfz und eine Mikrofon-Einheit zur Verwendung in einem solchen System - Google Patents

Abstract

Es wird ein Signalaufnahmesystem, insbesondere für eine Kfz-Freisprechanlage, vorgestellt, bei dem die Mikrofon-Einheit induktiv an elektrische Signalleitungen angekoppelt ist, die an eine Auswerte-Einheit angeschlossen sind. Die elektrischen Signalleitungen verlaufen bevorzugt innerhalb eines Fahrzeugsicherheitsgurtes, an dem die Mikrofon-Einheit lösbar befestigt werden kann. Bevorzugt sind die Signalleitungen zu mindestens einer geschlossenen Leiterschleife verschaltet, die eine induktive Kopplung an einem Mikrofon-Schwingkreis aus einem Kondensator-Mikrofon und einer Spule hat. Der Schwingkreis kann durch eine Wechselspannung induktiv angeregt werden, so daß das Mikrofon eine rein passive Schaltung aufweist und keine zusätzliche Energie benötigt. Die Verstimmung des Mikrofon-Schwingkreises kann in der Auswerte-Einheit auf das aufgenommene akustische Signal zurückgeführt werden. Das Mikrofon kann an beliebigen Stellen entlang des Bereichs der elektrischen Signalleitungen am Gurt angebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Signalaufnahmesystem für ein Kfz und eine Mikrofon-Einheit zur Verwendung in einem solchen System.

Im Kfz-Bereich werden Signalaufnahmesysteme zur Aufnahme von akustischen Signalen, insbesondere für Freisprechanlagen benötigt. Hierbei ist es bekannt, das Mikrofon einer solchen Freisprechanlage am Sicherheitsgurt anzubringen, um so Sprachsignale aufzuneh­ men.

In der DE-A-38 08 055 ist eine Mikrofon-Halterung beschrieben, mit der ein Mikrofon an einem Fahrzeug-Schultergurt befestigt werden kann. Das Mikrofon ist mit einer Auswerte- Einheit verbunden über ein Spiralkabel, das an eine Auswerte-Einheit angeschlossen ist.

Im Signalaufnahmesystem der DE-A-100 33 985 ist ebenfalls ein Mikrofon an einem Sicherheitsgurt befestigt. Die Verbindung mit einer Auswerte-Einheit wird hergestellt über in dem Gurt eingearbeitete Leiter. Die dem Gurt zugewandte Seite des Mikrofons ist hierbei mit elektrischen Kontakten versehen, so daß eine elektrische Verbindung des Mikrofons mit den in dem Gurt eingearbeiteten Leitern hergestellt wird.

In der DE-A-200 17 823 ist ein an einem Fahrzeugsicherheitsgurt angebrachtes Mikrofon beschrieben, das an im Gurt verlaufende elektrischen Signalleitungen über Schneid- Klemm-Verbindungen angeschlossen ist.

In der Praxis begegnen die bekannten Systeme jedoch verschiedenen Nachteilen. So sind separate Kabel wie in der DE 38 08 055 häufig störend. Bei im Gurtgewebe verlaufenden Signalleitungen stellt sich die Frage der Kontaktierung. Beispielsweise mit einer Schneid- Klemm-Verbindung ist eine solche Kontaktierung fest, d. h. das Mikrofon kann auf dem Gurt nicht verschoben werden. Die in der DE-A-100 33 985 vorgeschlagene schleifende Kontaktierung kann insbesondere nach längerer Nutzung zu Problemen durch Verschmut­ zung oder Korrosion führen.

Der Verzicht auf Signalleitungen, d. h. eine drahtlose Übertragung der vom Mikrofon aufgenommenen Signale führt hingegen zu relativ aufwendigen Systemen und erfordert üblicherweise eine aktive Mikrofon-Einheit mit eigener Energieversorgung. Zwar wird in der WO 00/42813 ein passives Mikrofon vorgeschlagen, das die für Telefon-Anwendungen aufgenommenen Sprachsignale als Funksignal weiterleitet. Diese Schaltung ist jedoch aufgrund der verwendeten Komponenten relativ aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Signalaufnahmesystem und ein Mikrofon hierfür vorzuschlagen, bei der auf einfache Weise eine sichere Verbindung zur Übertragung der aufgenommenen akustischen Signale von einem Mikrofon zu einer Auswerte-Einheit ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Signalaufnahmesystem nach Anspruch 1 und ein Mikrofon nach Anspruch 8. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird die Mikrofon-Einheit induktiv an elektrische Signalleitungen des Fahrzeugsicherheitsgurtes angekoppelt. Die induktive Ankoppelung hat den Vorteil, daß der Gurt für die Herstellung der Verbindung nicht beschädigt werden muß, wie bei einer Verbindung mittels Schneid-Klemm-Technik. Sie ist auch gegenüber Verschmutzungen unanfällig. Ein induktiv angekoppeltes Mikrofon ist nicht auf eine spezielle Kontaktstelle am Gurt festgelegt, sondern kann an verschiedenen Stellen angebracht werden und - bei entsprechendem Verlauf der Signalleitungen - auch entlang des Gurtes verschoben wer­ den. Es besteht keine direkte galvanische Verbindung der Mikrofon-Einheit mit der Auswerte-Einheit.

Bevorzugt verlaufen die elektrischen Signalleitungen entlang des Gurtes innerhalb des Gurtgewebes. Sie können mit dem Gurtgewebe verwoben sein. Ebenso ist es aber möglich, daß Signalleitungen auf der Oberfläche des Gurtes verlaufen.

Der Schallaufnehmer ist bevorzugt ein Kondensator-Mikrofon, dessen Kapazitätswert abhängig vom aufgenommenen akustischen Signal variiert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Mikrofon-Einheit einen Schwingkreis mit mindestens einer durch Schallwellen veränderlichen Kapazität und mindestens einer Spule. Die induktive Ankopp­ lung erfolgt bevorzugt im Bereich der Spule.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die im oder am Gurt verlaufenden elektri­ schen Signalleitungen zu mindestens einer geschlossenen Leiterschleife geschaltet. Hierzu können zwei parallel verlaufende Signalleitungen an einem Ende miteinander verbunden sein, so daß eine Schleife entsteht. Ebenso sind mehrere geschlossene Leiterschleifen möglich. Die Leiterschleife bzw. die Leiterschleifen sind mit der Auswerte-Einheit gekop­ pelt, bevorzugt direkt an die Auswerte-Einheit angeschlossen. Hierfür kann die Auswerte- Einheit nahe an einem Verankerungspunkt des Gurtes angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, daß von einem Verankerungspunkt weitere Signalkabel zur Auswerte-Einheit führen.

Die Auswerte-Einheit erhält und verarbeitet die vom Mikrofon aufgenommenen Signale. Sie kann als separate Baugruppe oder als Teil eines Telefonsystems ausgeführt sein.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß an die elektrischen Signallei­ tungen eine Wechselspannung angelegt wird, deren Frequenz der Resonanzfrequenz des Mikrofon-Schwingkreises entspricht. Aufgrund der induktiven Kopplung des Mikrofon- Schwingkreises mit den elektrischen Signalleitungen wird der Schwingkreis durch diese Wechselspannung angeregt.

Bei Aufnahme eines akustischen Signals variiert die Resonanzfrequenz des Mikrofon- Schwingkreises infolge der durch Luftdruckwellen hervorgerufenen Änderung des Wertes der veränderlichen Kapazität. Durch eine solche Verschiebung der Resonanzfrequenz entsteht eine Verstimmung des durch die Wechselspannung angeregten Resonanzkreises, d. h. eine Differenz zwischen der Anregungsfrequenz und der aktuellen Resonanzfrequenz. Die Auswerte-Einheit weist bevorzugt eine Schaltung zur Detektion einer solchen Verstim­ mung auf. Aus der so detektierten Verstimmung kann auf das vom Mikrofon aufgenomme­ ne akustische Signal zurückgeschlossen werden. Bevorzugt wird die Frequenz der Wech­ selspannung nachgeregelt, so daß der Mikrofon-Schwingkreis stets mit aktueller Reso­ nanzfrequenz angeregt wird. Ein solches Nachregeln ist durch eine dem Fachmann an sich bekannte PLL-Schaltung möglich.

Bevorzugt wird hierbei, daß die Mikrofon-Einheit rein passiv ist. So ist keine separate Energieversorgung nötig.

Die erfindungsgemäße Mikrofon-Einheit ist zur Verwendung im vorbeschriebenen Signal­ aufnahmesystem geeignet. Beim Anbringen der Mikrofon-Einheit an einem Gurt ist die Spule des Mikrofon-Schwingkreises nahe einer flachen Seite des Gurtes angeordnet, so daß eine induktive Ankopplung an elektrische Signalleitungen am Gurt entsteht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Ankopplung durch ferromagnetische Kerne verbessert werden. So kann im Bereich der Spule ein erstes Kernelement angeordnet sein. Ebenso kann auf der gegenüberliegenden flachen Seite des Gurtes ein Kernelement angeordnet werden. Entsprechende Kernelemente sorgen für eine Verringerung des magnetischen Streuflusses und verbessern die elektromagnetische Kopplung mit den Signalleitungen.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf Elemente eines Signalaufnahme­ systems;

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Elemente aus Fig. 1;

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Querschnittsansicht durch einen Gurt mit aufgesetzter Mikrofon-Einheit;

Fig. 4 in schematischer Darstellung Ansicht eines Querschnitts durch eine Gurt mit aufgesetzter Mikrofon-Einheit und einer ersten Variante eines Kerns;

Fig. 5 in schematischer Darstellung Ansicht eines Querschnitts durch eine Gurt mit aufgesetzter Mikrofon-Einheit und einer zweiten Variante eines Kerns;

Fig. 6 in schematischer Darstellung Ansicht eines Querschnitts durch eine Gurt mit aufgesetzter Mikrofon-Einheit und einer dritten Variante eines Kerns.

In Fig. 1 sind in einer Draufsicht die Elemente eines Signalaufnahmesystems 10 schema­ tisch dargestellt. An einem Gurt 12 ist eine Mikrofon-Einheit 14 befestigt. Der Gurt weist Leiterschleifen 16, 18 auf, die an eine Auswerte-Einheit 20 angeschlossen sind.

Bei dem Gurt 12 handelt es sich um einen üblichen Fahrzeugsicherheitsgurt aus einem dem Fachmann für diesen Verwendungszweck bekannten hochreißfesten Gurtgewebe. Bevor­ zugt handelt es sich um den Schultergurt auf der Fahrerseite eines Kfz. In das Gurtgewebe eingewebt sind vier elektrische Leiter, die in Längsrichtung entlang des Gurtes 12 verlaufen. Die vier elektrischen Leiter sind an ihren Enden an einer Stelle 22 des Gurts 12 so mitein­ ander verbunden, daß zwei geschlossene Leiterschleifen 16, 18 entstehen. Die beiden Leiter jeder Leiterschleife 16, 18 verlaufen jeweils parallel zueinander im Abstand von einigen Millimetern, bspw. 2-10 mm. Es handelt sich um Cu-Adern eines Außendurchmessers von 0,6-0,8 mm, die in das Gewebe des Gurtes 12 eingewoben sind.

Die Leiterschleifen 16, 18 verlassen an einem Gurtende 24 den Gurt 12 und sind mit ihren freien Enden direkt an die Auswerte-Einheit 20 angeschlossen.

Die Mikrofon-Einheit 14 ist ebenfalls lediglich symbolisch dargestellt. Sie umfaßt ein Gehäuse 26 mit Mitteln zur Anbringung auf dem Gurt (nicht dargestellt), z. B. einer entsprechenden Klammer, Klemme etc. Zur Befestigung kann die Einheit 14 auch mit einem Gegenstück auf der anderen Gurtseite verbunden, z. B. verschraubt oder verklemmt sein. Das Gehäuse 26 liegt mit der Unterseite flach auf der Oberseite 38 des Gurtes 12. Im Inneren des Gehäuses 26 befindet sich ein mit einer Kupferspule 32 zu einem Mikrofon- Schwingkreis 28 verschaltetes Kondensator-Mikrofon 30. Das Kondensator-Mikrofon 30 ändert bei akustischer Anregung in bekannter Weise seinen Kapazitätswert. Die Spule 32 ist flach auf der Unterseite des Gehäuses 26 angeordnet, so daß sie mit möglichst guter elektromagnetischer Kopplung nahe an den Leiterschleifen 16, 18 positioniert ist.

Die Spule 32 und die Leiterschleifen 16, 18 sind induktiv gekoppelt. Im Betrieb des Mikro­ fons wird an eine der Leiterschleifen 16, 18 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt. Die Frequenz dieser Wechselspannung entspricht der Resonanzfrequenz des Schwingkrei­ ses 28, der hierdurch angeregt wird.

Die Auswerte-Einheit 20 umfaßt hierfür einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der in einer unter der Bezeichnung phase-locked loop (PLL) bekannten Schaltungsanordnung so verschaltet ist, daß die Frequenz der an der Leiterschleife 16 anliegenden Wechselspan­ nung stets der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 28 entspricht. Fängt das Kondensa­ tor-Mikrofon 30 ein akustisches Signal auf, so ändert sich sein Kapazitätswert. Hierdurch wird die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 28 beeinflußt. Die Kapazitätsänderung verursacht eine Verstimmung des Schwingkreises 28, der nun kurzzeitig nicht mit der exakt auf seiner Resonanzfrequenz angeregt wird. Die Verstimmung wird jedoch von der PLL- Schaltung der Auswerte-Einheit 20 sofort durch Anpassung der vom VCO gelieferten Anregungsfrequenz ausgeregelt. Hierbei ist die Nachregelspannung proportional zu der Kapazitätsänderung und damit zur Schalldruckänderung, also dem gesuchten akustischen Signal.

Auf diese Weise wird das am Kondensator-Mikrofon 30 auftretende akustische Signal in die Auswerte-Einheit 20 übertragen. Das akustische Signal liegt in Form der Nachre­ gelspannung am VCO als elektrisches Signal vor und kann in geeigneter Weise weiter verarbeitet werden. Da der Mikrofon-Schwingkreis 28 stets im Resonanzpunkt schwingt, wird ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht.

Wie erläutert kann das System 10 mit lediglich einer Leiterschleife 16 arbeiten. Diese sollte möglichst gute magnetische Kopplung mit der Spule 32 aufweisen. Die in Fig. 1 gezeigte längliche Form der Leiterschleifen wird bevorzugt, da das Mikrofon 14 an jedem Ort auf der Oberfläche des Gurtes 12 positioniert werden kann, an dem sich ein Teil der jeweiligen Leiterschleife 16, 18 befindet. Die vier in Fig. 1 dargestellten Leiter können jedoch auch zu einer Spule mit zwei Windungen verbunden werden, was die magnetische Kopplung noch weiter verbessert.

In einer alternativ vorgeschlagenen Ausführungsform dient die erste Leiterschleife 16 zur Anregung mit einer Wechselspannung. Diese liegt bei einer mittleren Resonanzfrequenz des Schwingkreises 28. Bei Verstimmung des Kreises 28 durch ein akustisches Signal kommt es zu einer Modulation. Hierdurch tritt eine in der zweiten Leiterschleife 18 indu­ zierte, modulierte Spannung auf, die von der Auswerte-Einheit ausgewertet und auf das akustische Signal zurückgeführt wird.

In Fig. 2 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Systems 10 dargestellt. Anhand der für eine praktische Anwendung vorliegenden Daten für den Kapazitätsbereich des Schallauf­ nehmers 30, die Induktivität der Spule 32 und die übrigen Parameter, kann der Fachmann leicht die jeweils benötigten elektrischen Größen und Bauteilwerte, bspw. Frequenz, Amplitude etc. bestimmen.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht wie die Mikrofon-Einheit 14 auf der Oberfläche 38 des Gurtes 12 aufgesetzt ist. Die im Inneren des Gurtes 12 verlaufenden Leiterschleifen 16, 18 stehen mit den Windungen der Kupferspule 32 in magnetischer Kopplung, wie durch die gestrichelt gezeichneten magnetischen Feldlinien dargestellt ist.

Die Kopplungseigenschaften können durch Hinzufügung eines Kerns, bevorzugt aus Ferritmaterial, deutlich verbessert werden, da die magnetischen Feldlinien gebündelt werden.

In der Ausführung nach Fig. 4 ist ein Ferrit-Stabkern 34 in das Innere der Spule 32 eingesetzt.

In Fig. 5 ist ein Halbschalenkern 40 dargestellt, der die Rundspule 32 einseitig umgreift.

Um noch bessere Kopplungseigenschaften zu erzielen, kann wie in Fig. 6 dargestellt an der gegenüberliegenden Seite 42 des Gurtes 12 ein weiterer Ferrit-Kern 44 angeordnet werden.

Die Erfindung läßt sich dahingehend zusammenfassen, daß ein Signalaufnahmesystem, insbesondere für eine Kfz-Freisprechanlage, vorgestellt wird, bei dem die Mikrofon-Einheit induktiv an elektrische Signalleitungen angekoppelt ist, die an eine Auswerte-Einheit angeschlossen sind. Die elektrischen Signalleitung verlaufen bevorzugt innerhalb eines Fahrzeugsicherheitsgurtes, an dem die Mikrofon-Einheit lösbar befestigt werden kann. Bevorzugt sind die Signalleitungen zu mindestens einer geschlossenen Leiterschleife verschaltet, die eine induktive Kopplung an einen Mikrofon-Schwingkreis aus einem Kondensator-Mikrofon und einer Spule hat. Der Schwingkreis kann durch eine Wech­ selspannung induktiv angeregt werden, so daß das Mikrofon eine rein passive Schaltung aufweist und keine zusätzliche Energie benötigt. Die Verstimmung des Mikrofon- Schwingkreises kann in der Auswerte-Einheit auf das aufgenommene akustische Signal zurückgeführt werden. Das Mikrofon kann an beliebigen Stellen entlang des Bereichs der elektrischen Signalleitungen am Gurt angebracht werden.

Claims (10)

1. Signalaufnahmesystem für ein Kfz, mit
mindestens einer Mikrofon-Einheit (14),
und einer Auswerte-Einheit (20),
wobei die Mikrofon-Einheit (14) an einem Fahrzeug-Sicherheitsgurt (12) ange­ bracht ist, der elektrische Signalleitungen (16, 18) umfaßt, die an die Auswerte- Einheit (20) angeschlossen sind,
und wobei die Mikrofon-Einheit (14) induktiv an die elektrischen Signalleitun­ gen (16, 18) angekoppelt ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Mikrofon-Einheit (14) einen Schwingkreis (28) mit mindestens einer durch Schallwellen veränderlichen Kapazität (30) und mit mindestens einer Spule (32) aufweist.

3. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die elektrischen Signalleitungen als mindestens eine geschlossene Leiterschlei­ fe, (16, 15) geschaltet sind.

4. System nach Anspruch 3, bei dem mindestens vier elektrische Signalleitungen vorgesehen sind, die zu mindestens zwei geschlossenen Leiterschleifen (16, 18) geschaltet sind.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
an die elektrischen Signalleitungen (16, 18) eine Wechselspannung angelegt wird,
deren Frequenz im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Mikrofon- Schwingkreises (28) entspricht.

6. System nach Anspruch 5, bei dem die Auswerte-Einheit (20) eine Schaltung zur Detektion einer Verstimmung des Resonanzkreises (28) aufweist.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
die elektrischen Signalleitungen (16, 18) in dem Gurt (12) verlaufen,
bevorzugt in das Gurtgewebe eingewebt sind.

8. Mikrofon-Einheit zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit
einem zum Anbringen an einem Gurt (12) geeigneten Gehäuse (26),
und einem Schwingkreis (28) mit mindestens einer durch Schallwellen verän­ derlichen Kapazität (30) und mit mindestens einer Spule (32),
wobei die Spule (32) im Gehäuse (26) so angeordnet ist, daß sie wenn das Ge­ häuse (26) an dem Gurt (12) angebracht ist, nahe an einer flachen Seite (38) des Gurtes (12) positioniert ist, so daß eine induktive Kopplung mit elektrischen Signalleitungen (16, 18) im Gurt (12) möglich ist.

9. Mikrofon-Einheit nach Anspruch 8, bei dem im Bereich der Spule (32) mindestens ein ferromagnetisches Kernelement (34, 40, 44) angeordnet ist.

10. Mikrofon-Einheit nach Anspruch 8 oder 9, bei dem auf der gegenüberliegenden Gurtseite (42) ein ferromagnetisches Kernelement (44) angeordnet ist.