DE19721341C2

DE19721341C2 - Drucksensor mit Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE19721341C2
Application number: DE1997121341
Authority: DE
Inventors: Georg Kodl; Martin Hofbeck; Johann Siegl
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: LEONI BORDNETZ-SYSTEME GMBH, 90402 NUERNBERG, DE
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: DE19721341A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor, bei dem ein rohrförmiges Lichtwellenleiter- Gebilde einerends an einen Sender und anderenends an einen Empfänger angeschlossen ist und eine Druckbelastung des rohrförmigen Gebildes vom Empfänger als optische Zu satzdämpfung wahrgenommen wird, bei dem der Lichtwellenleiter ein Leitermaterial einer Brechzahl n1 aufweist und bei dem der Lichtwellenleiter das rohrförmige Gebilde darstellt, das einen axialen Innenbereich-Kompressionsraum aufweist.

Bei einem bekannten (DE-OS 39 12 141) Drucksensor dieser Art ist das rohrförmige Ge bilde eine Wendel, die aus einem Lichtwellenleiter in Draht- beziehungsweise Fadenform gewunden ist. Der Krümmungsradius des draht- beziehungsweise fadenförmigen, gewendel ten Lichtwellenleiters ist an den einzelnen gekrümmten Stellen so gewählt, daß eine weitere Verkleinerung desselben zu einem starken Anstieg der Dämpfung für das übertragene Licht führt. Die Wendel muß stets einen relativ großen Durchmesser haben, da man die Wendel nicht mit allzu kleinen Krümmungsradien wickeln darf, da sonst die angegebene Wirkung des bekannten Drucksensors nicht machbar ist. Für den praktischen Einsatz des Druck sensors der eingangs genannten Art besteht der Wunsch, das rohrförmige Gebilde auch mit einem sehr kleinen Durchmesser vorsehen zu können.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen rohrförmiges Lichtwellenleiter-Gebilde unabhängig von einem Wendel- Krümmungsradius auch mit kleineren Durchmessern herstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmalskom bination des Patentanspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor liegt das Lichtwellenleiter-Leitermaterial nicht in Form eines Drahtes beziehungsweise Fadens vor, sondern als, in der Regel hohler, Schlauch. Die Lichtwellenleitung erfolgt also in der Schlauchhülle. Der Leitermaterial-Schlauch ist auch mit kleineren Durchmessern herstellbar, ohne daß die Druckempfindlichkeit bei kleineren Durchmessern gestört ist. Der Schlauch umgibt nicht einen Kern mit besserer Lichtleitfähigkeit, sondern den Kompressionsraum. Dieser von dem Leitermaterial in Schlauchform umgebene Kompressionsraum ist für die Funk tionsfähigkeit des den festzustellenden Druck aufnehmenden rohrartigen Gebildes we sentlich. Das Gas in dem vom Schlauch umgebenen Kompressionsraum ist in der Regel Luft. Der Schlauch ist flexibel und weist eine optische Dämpfung auf, die von einer lokal verursachten Deformation des Schlauchs abhängt. Der Schlauch ist einfach zu fertigen; er kann kleinere Durchmesser, zum Beispiel 1-3 mm, aufweisen; seine elastische Deformier barkeit und seine Druckempfindlichkeit sind groß.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Leitermaterial-Schlauch an der Außenseite und/oder der Innenseite mit einer lichtreflektierenden Beschichtung versehen ist. Dies verbessert die Lichtleitfähigkeit des Schlauchs und verhindert den Austritt von Licht in den Außenbereich und in den Innenbereich-Kompressionsraum.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Radius der Außenkontur des Schlauchs das 2-8 fache der Wanddicke des Schlauchs ist. Bei dieser Dimensionierung ist der beschichtete Schlauch im Drucksensor praktisch brauchbar.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn der Schlauch von außen von einer Mehrzahl von beieinander und mit Abstand voneinander angeordneten Druckvor sprüngen beaufschlagt ist. Der festzustellende Druck wirkt also auf den Schlauch nicht nur an einer einzigen Stelle, sondern an der Mehrzahl von Stellen ein. Der festzustellende Druck führt an der Mehrzahl von Stellen zu einer Verformung des Schlauchs um eine entsprechend größere Dämpfung für das übertragene Licht zu verursachen; diese größere Dämpfung läßt sich im Empfänger besser feststellen.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Drucksensors erfolgt in dem sonstigen Anwen dungsbereich von Drucksensoren. Hierzu gehören der Einklemmschutz im Kfz-Bereich, im Maschinenbau und bei Aufzügen, die Wahrnehmung von Tritten von Menschen, die Wahr nehmung der Anwesenheit von Gegenständen, zum Beispiel von Menschen in Autositzen, die Wahrnehmung des Aufpralls eines fallenden Gegenstands oder die Wahrnehmung des Entstehens eines sonstigen Drucks.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 einen Drucksensor mit Lichtwellenleiter, schematisch und teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Linie II-II in Fig. 1, in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maß stab,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1, in einem gegenüber Fig. 1 ver größerten Maßstab,

Fig. 4 einen Längsschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 3 und

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teils des Drucksensors gemäß Fig. 1 mit mehreren Druck vorsprüngen, in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab.

Der Drucksensor gemäß Zeichnung besitzt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einen Licht-Sender 1, der eine Signalquelle umfaßt, die als lichtemittierende Diode ausgebildet ist, und einen Licht-Empfänger 2, der ein lichtempfindliches Element umfaßt, das als PIN-Diode ausge bildet ist. Zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 befindet sich ein rohrförmiges Lichtwellenleiter-Gebilde 3, das mit an sich bekannten Techniken an den Sender und den Empfänger angeschlossen beziehungsweise angekoppelt ist. Das rohrförmige Gebilde 3 wird an einer Stelle von einem Druckvorsprung 4 beaufschlagt und dadurch im Quer schnitt elastisch verformt, wodurch die Lichtleitung des rohrförmigen Gebildes gedämpft wird. Das rohrförmige Gebilde 3 ist ein Schlauch, der durch den Druckvorsprung 4 breitgequetscht wird, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. Der Druckvorsprung 4 ist ein quer zum rohrförmigen Gebilde 3 längliches Stück, das das Gebilde 3 auch im breitgequetschten Zustand beiderseits überragt und sich im Querschnitt zum Gebilde 3 hin verjüngt.

Das rohrförmige Gebilde 3 ist gemäß Fig. 3 und 4 im Querschnitt kreisrund und als Schlauch ausgebildet. Der Schlauch 3 ist ein hohlzylindrisches Gebilde und besteht im we sentlichen aus zylindermantelförmigem Licht-Leitermaterial 5 und einer äußeren lichtre flektierenden Beschichtung 6 sowie einer inneren lichtreflektierenden Beschichtung 7. Die beiden lichtreflektierenden Beschichtungen 6, 7 bestehen aus einem Kunststoff. Das Leiter material 5 ist ein Silikongummi oder ein Acrylat. Das rohrförmige Gebilde 3 trägt außen eine lichtabsorbierende Beschichtung 8 und innen eine lichtabsorbierende Beschichtung 9 und umschließt einen Innenbereich-Kompressionsraum 10, der mit Luft gefüllt ist, und nicht mit einem Materialkern.

Das Leitermaterial 5 hat die Brechzahl n1 und die lichtreflektierenden Beschichtungen 6, 7 haben die Brechzahl n2, wobei n1 < n2 ist. Im normalen Zustand des Schlauchs 3 kommt es an der Grenze zwischen n1 und n2 zu einer Totalreflexion des Lichts. Die Eindringtiefe des optischen Strahls in die Beschichtungen 6, 7 ist gering. Bei einer örtlich begrenzten Krümmung durch den Druckvorsprung 4 erhöht sich die Eindringtiefe des optischen Strahls in die lichtreflektierenden Beschichtungen 6, 7; das Licht wird in den lichtabsor bierenden Beschichtungen teilweise absorbiert; das hat einen starken Anstieg der optischen Dämpfung zur Folge.

Fig. 5 verdeutlicht eine Verbesserung des Wirksamwerdens des Drucksensors durch ein Druckmittel, das in einer Reihe mehrerer Druckvorsprünge 4 aufweist, die an einem Träger 11 befestigt sind. Es ist auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des rohrför migen Gebildes 3 je ein Druckmittel 12, 13 angeordnet und die Druckvorsprünge der beiden Druckmittel 12, 13 sind gegeneinander axial versetzt. Diese Art der stellenweisen beziehungsweise verteilten Druckausübung verbessert bei dem vorliegenden Drucksensor die Ansprechempfindlichkeit auf Druck.

Claims

1. Drucksensor bestehend aus einem schlauchförmigen Lichtwellenleiter- Gebilde, das einen von einer Schlauchhülle umgebenen axialen Innenbereich-Kompressionsraum (10) aufweist, wobei einerends an dem Schlauch (3) ein Lichtsender (1) und andernends an dem Schlauch (3) ein Lichtempfänger (2) angeschlossen ist und wobei durch die Schlauchhülle des schlauchförmigen Lichtwellenleiter-Gebildes Licht in axialer Richtung geleitet wird, das durch Deformation des Schlauches (3) infolge von Druckbeaufschlagung eine optische Zusatzdämpfung erfährt.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchhülle des Schlauchs (3) an der Außenseite und/oder der Innenseite eine lichtreflektierende Beschichtung (6, 7) aufweist.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Außenkontur des Schlauchs (3) das 2-8 fache der Wanddicke des Schlauchs ist.

4. Drucksensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (3) von außen von einer Mehrzahl von beieinander und mit Abstand voneinander angeordneten Druckvorsprüngen (4) beaufschlagt ist.

5. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchhülle des Schlauchs (3) nach außen hin und/oder nach innen hin eine lichtabsorbierende Beschichtung (8, 9) aufweist.

6. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere und/oder äußere Beschichtung sowohl lichtreflektierend als auch lichtabsorbierend ist.