DE3622174C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Beschleunigungssensoren werden in Kraftfahr­ zeugen, insbesondere Personenkraftwagen, verwendet, um eine zu starke Verzögerung feststellen und daraus auf einen Unfall schließen zu können. Bei Ansprechen des Sensors kann beispielsweise ein Druckluftkissen aufgeblasen oder ein Sicherheitsgurt gestrafft werden. Der Sensor mit einer angeschlossenen Auswerteelektronik muß sicher z.B. zwischen dem Durchfahren von Schlag­ löchern und einem Aufprall unterscheiden können.

Aus der US-PS 36 02 037 ist bereits ein Beschleuni­ gungssensor der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem das von der Lichtquelle abgewandte, frei beweg­ liche Ende eines Lichtwellenleiters verspiegelt ist und das reflektierte Licht mittels eines im Strahlengang liegenden, als Strahlenteiler wirkenden halbdurch­ lässigen Spiegels auf einen Sekundärelektronenverviel­ facher gegeben wird. Die Intensität des reflektierten Lichtes ist hierbei von der Auslenkung des Lichtwel­ lenleiters abhängig. Bei dieser Anordnung vermindert sich der vom Sekundärelektronenvervielfacher empfangene Anteil des reflektierten Lichtes etwa kontinuierlich mit der Auslenkung des Lichtwellenleiters, so daß es schwierig ist, kleine bzw. ungefährliche Verzögerungen von einem gefährlichen Aufprall sicher zu unter­ scheiden, was aber für eine zuverlässige Arbeitsweise eines für Kraftfahrzeuge bestimmten Beschleunigungs­ sensors unbedingt notwendig ist.

Aus der DE-OS 29 34 859 ist ein mit einer Beschleuni­ gungsmasse und einem druckempfindlichen Modulator ar­ beitender Beschleunigungssensor bekannt, bei welchem Licht über einen als Y-Koppler ausgebildeten Lichtwel­ lenleiter im Modulator und nach Reflexion innerhalb des Modulators von diesem einem Photosensor zugeleitet wird. Bei dieser Anordnung wird die Veränderung der Lichttransmissionsstärke innerhalb des Modulators in Abhängigkeit von der Druckbeeinflussung ausgenutzt, um auf Beschleunigungen rückschließen zu können. Die Aus­ wertung des Meßwertes, der in Form einer amplitudenmo­ dulierten Schwingung vorliegt, macht eine relativ auf­ wendige Demodulationsschaltung erforderlich, wobei auch in diesem Fall eine sichere Unterscheidung zwischen kleinen ungefährlichen und großen gefährlichen Be­ schleunigungswerten schwierig oder nicht eindeutig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Beschleunigungssensor der im Oberbegriff angegebe­ nen Art so auszubilden, daß zwischen kleinen und großen Beschleunigungswerten eindeutig unterschieden werden kann, d.h. daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Be­ schleunigungswertes das Signal sich sprungartig verän­ dert, wobei der Beschleunigungssensor einfach und kom­ pakt ausgebildet sein soll und nur eine einfache Aus­ werteelektronik erforderlich macht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Be­ schleunigungssenors der eingangs genannten Art durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch Verwendung des an sich bekannten Y-Kopplers als Lichtwellenleiter wird ein problemloser, kompakter Auf­ bau des Beschleunigungssensors erreicht.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Lichtreflektors, bestehend aus einer punktförmigen bzw. kreisförmigen Reflektorfläche und einer diese im Abstand umgebenden ringförmigen Reflektorfläche, gewährleistet, daß bei Auslenkung des Stabes in beliebiger Richtung ein genau definierter Anteil des Lichtes reflektiert und zum Y-Koppler zurückgeleitet wird. Diese Anordnung ermög­ licht es, zwischen kleinen und großen Auslenkungen des Stabes und damit kleinen und großen Beschleunigungen des Kraftfahrzeuges, soweit der Sensor bei einem sol­ chen angewandt wird, zu unterscheiden, so daß Fehlaus­ lösungen mit größerer Sicherheit vermieden werden können. Es sind grundsätzlich auch von der Kreisform abweichende Reflektoren möglich. Der Stab kann dabei in an sich bekannter Weise als Lichtwellenleiter ausgebil­ det sein. Dies muß aber keineswegs der Fall sein, son­ dern es kann auch ein Stab aus beliebigem Material nach Zweckmäßigkeitsgründen weitgehend frei gewählt werden. Durch die Trennung des einfallenden und des reflek­ tierten Lichtes im Y-Koppler kann der Sensor jederzeit auch an optische Sammelleitungen, sogenannte Busse, an­ geschlossen werden.

Gegenstand der Unteransprüche sind vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung.

Nach den mit den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichneten Merkmalen ist es beispielsweise zweckmäßig, den Durch­ messer des Reflektors jeweils dem Durchmesser des Fußes des Y-Kopplers bzw. dem Durchmesser des Lichtwellenlei­ ters bei Verwendung eines solchen als auslenkbarer Stab anzupassen, wodurch die Aussagegenauigkeit des Sensors gesteigert werden kann.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit kann durch eine seismische Masse gemäß Anspruch 6 und/oder zweckmäßige Dämpfung des auslenkbaren Stabendes gemäß den Ansprüchen 7 und 8 erzielt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 9 kann eine sehr einfache Funktionsprüfung des Sensors mittels eines Aktorele­ ments, vorzugsweise in Form eines Magneten, durchge­ führt werden, das manuell oder elektrisch betätigt wer­ den kann und eine absichtliche Auslenkung des Stabendes bewirkt.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch das Sensorgehäuse einer ersten Ausführungs­ form,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 und 4 der Fig. 1 entsprechende Schnitte durch zwei weitere Ausführungsformen.

In allen Figuren sind gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist ein kastenförmiges, im wesentlichen geschlossenes Gehäuse 10 vorgesehen, in dessen Oberwand 12 ein stabförmiger Lichtwellenleiter 14 mit seinem oberen Ende 16 fest eingespannt ist. Das obere Ende 16 des Lichtwellenleiters 14 geht einstückig in einen Y-Koppler 18 über, der aus der Oberwand 12 nach außen steht. Der Fuß des Y-Kopplers 18 fällt mit dem Ende 16 zusammen. Der Y-Koppler 18 ist durch einen auf die Oberwand 12 aufgesetzten Gehäusestutzen 20 geschützt.

Die an den Y-Koppler anschließenden optischen und elektronischen Einrichtungen sind, da sie dem Fachmann geläufig sind und keinen Teil der Erfindung darstellen, nicht gezeigt. Das untere Ende 22 des stabförmigen Lichtwellenleiters 14 ist bei seitlichen Stößen in be­ liebiger Richtung frei auslenkbar und durchsetzt eine durchgehende Öffnung 24 eines Magneten 26, der im we­ sentlichen die Form einer Kreisscheibe besitzt. Der Magnet 26 ist auf dem Ende 22 befestigt.

In der Bodenwand 28 des Gehäuses 10 ist ein mit dem Magneten 26 zusammenwirkender Gegenmagnet 30 einge­ bettet. Durch das Zusammenwirken der beiden Magnete 26 und 30 wird eine Auslenkung des unteren Stabendes 22 stark gedämpft, so daß ein ungewolltes Ansprechen des Sensors durch geeignete Wahl der Magnetstärke weitgehend ausgeschlossen werden kann. Eine ver­ gleichbare Wirkung erreicht man, wenn das Teil 30 als magnetischer Kurzschluß durch ein magnetisch gut leitendes Material ausgebildet ist.

Dem Ende 22 des Lichtwellenleiters 14 gegenüber ist auf der Innenseite der Bodenwand 28 ein kreisförmiger Lichtre­ flektor 32 konzentrisch zur Ruhelage des Endes 22 angeordnet. Der Durchmesser des Lichtreflektors 32 ist bei dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise etwas geringer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 14. Er ist von einem konzentrischen kreisringförmigen Lichtreflektor 34 im Abstand umgeben, wobei der Innen­ durchmesser des Lichtreflektors 34 etwas größer ist als der Durchmesser des Lichtwellenleiters 14. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß nur bei wirklich starken Stößen oder auch bei einem Überschlag des Kraftfahrzeugs eine Auslösung des Sensors erfolgt.

Das Licht wird durch einen Arm des Y-Kopplers 18 in den Lichtwellenleiter 14 eingeleitet und tritt aus dem Ende 22 aus. Es trifft in der Ruhelage zum Teil auf den Re­ flektor 32, wird von diesem in den Lichtwellenleiter 14 reflektiert und gelangt aus dem anderen Arm des Y-Kopplers zu den entsprechenden optisch-elektronischen Einrichtungen zur Weiterverarbeitung des Signals. Wenn bei einem starken Stoß unter Überwindung der zwischen den Magneten 26 und 30 herrschenden Magnetkraft eine Auslenkung des Endes 22 erfolgt, wird zunächst weniger Licht reflektiert, während sodann bei Überdeckung des Endes 22 mit dem kreisringförmigen äußeren Licht­ reflektor 34 ein starker Anstieg der Reflexion erfolgt. Der am unteren Ende 22 des Lichtwellenleiters 14 befestigte Magnet 26 stellt gleichzeitig eine verhältnismäßig große seismische Masse dar. Durch das Zusammenwirken dieser Merkmale wird eine sichere Aus­ lösung des Sensors bei stärkeren Stößen in allen seitlichen Richtungen gewährleistet.

Nahe dem auslenkbaren Ende 22 des Lichtwellenleiters 14 ist in der Seitenwand des Gehäuses 10 ein Aktorelement 40 innerhalb des Gehäuses angeordnet, das durch Ein­ drücken des nach außen stehenden, druckknopfartigen Endes eines Stößels 41 oder, falls das Aktorelement 40 als Magnet ausgebildet ist, über durch das Gehäuse 10 nach außen geführte elektrische Leitungen 42 so betätigbar ist, daß der Stößel 41 in seiner nicht dargestellten, nach innen gedrückten bzw. gezogenen Stellung den Magneten 26 und somit das auslenkbare Ende 22 des Lichtwellenleiters 14 zur Funktionsprüfung des Sensors definiert auslenkt.

Die in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben geschilderten ersten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß die seismische Masse 26′ nicht als Magnet ausgebildet ist und daß kein Gegenmagnet in der Bodenwand 28 vorgesehen ist. Die Dämpfung der Auslenkung und Positionierung des unteren Endes 22 des Lichtwellenleiters 14 erfolgt hier vielmehr durch ein dünnwandiges, verhältnismäßig elastisches Rohr 36, das den Lichtwellenleiter 14 vom oberen Ende 16 bis zum unteren Ende 22 umfaßt. Im übrigen ist die Wirkungsweise des Sensors bei dieser zweiten Ausführungsform die gleiche wie oben in Verbin­ dung mit der ersten Ausführungsform beschrieben.

Bei der in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsform ist ein wesentlich kürzeres Gehäuse 10′ vorgesehen, das eine gedrängtere Bauweise zuläßt. Hier besteht das auslenkbare Element nicht aus einem Lichtwellenleiter sondern aus einem vorzugsweise aus Metall hergestellten Biegestab 14′. Der Stab 14′ ist mit seinem unteren Ende 16′ in einer Bohrung 24′ der Bodenwand 28 einseitig eingespannt, während sein oberes Ende 22′ bei Einwirkung von Stößen nach allen Seiten frei auslenkbar ist. Zur Dämpfung ist der Stab 14′ wiederum von einem schwingungsdämpfenden, elastischen Rohr 36′ umfaßt, das auf der Innenseite der Bodenwand 28 aufliegt. Stab 14′ und Rohr 36′ enden im Abstand unterhalb des Fußes 16 des Y-Kopplers 18. Auf der freien Stirnfläche von Stab 14′ und Rohr 36′ ist wiederum ein zentraler kreisför­ miger Lichtreflektor 32′ und ein diesen im Abstand konzentrisch umfassender kreisringförmiger Lichtreflek­ tor 34′ angeordnet.

Bei Auslenkung des oberen Stabendes 22′ wird das aus dem Fuß des Y-Kopplers 18 austretende Licht in gleicher Weise von den Lichtreflektoren 32′ und 34′ reflektiert, wie das aus dem Ende 22 des Lichtleiters 14 austretende Licht von den Lichtreflektoren 32 und 34 bei der ersten und zweiten Ausführungsform.

Bei dieser Ausführungsform wirkt der Stößel 41 des Aktorelementes 40 bei Betätigung zur Funktionsprüfung unmittelbar auf das Rohr 36′ am auslenkbaren Ende 22 des Stabes 14′ ein.

Bei allen drei Ausführungsformen kann die Verbindung des Y-Kopplers 18 mit den anzuschließenden optischen und elektronischen Einrichtungen über eine nicht gezeigte Steckverbindung hergestellt werden, die am Gehäusestutzen 20 befestigt werden kann.

Claims (9)

1. Beschleunigungssensor mit einem in einem Gehäuse einseitig eingespannten, nach allen Seiten aus­ lenkbaren Stab, dessen auslenkbarem Ende Licht zugeführt wird, das nach Reflexion mittels eines Lichtreflektors zu einem von der Auslenkung des Stabes abhängigen Teil von einem Photosensor empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht mittels eines als Y-Koppler ausgebildeten Lichtwellenleiters zugeführt und nach Reflexion zu einem Teil von diesem dem Photosensor zugeleitet wird und daß der Lichtreflektor (32, 34; 32′, 34′) der Lichtaustrittseite des Lichtwellenleiters (14) gegenüberliegend angeordnet ist und aus einer punkt­ förmigen, vorzugsweise kreisförmigen Reflektorfläche (32, 32′) und einer im Abstand zu dieser konzen­ trisch angeordneten ringförmigen, vorzugsweise kreisringförmigen Reflektorfläche (34, 34′) besteht.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auslenkbare Stab (14) als Lichtwellenleiter ausgebildet ist und daß der Y-Koppler (18) in den Lichtwellenleiter übergeht, wobei der Lichtreflektor (32, 34) an einem dem aus­ lenkbaren Ende (22) gegenüberliegenden Gehäuseteil (28) angebracht ist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das auslenkbare Ende (22′) des Stabes (14′) den Lichtreflektor (32′, 34′) trägt und dem Fuß (16) des Y-Kopplers (18) gegenüberliegt.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Innenabmessungen des ringförmigen Lichtreflektors (34, 34′) größer sind als der Durchmesser des Lichtwellenleiters (14) bzw. des Fußes (16) des Y-Kopplers (18).

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen des punktförmigen Reflektors (32, 32′) kleiner als der oder etwa gleich dem Durchmesser des Lichtwellenlei­ ters (14′) bzw. des Fußes (16) des Y-Kopplers sind.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß am auslenkbaren Ende (22) des Stabes (14) eine seismische Masse (26, 26′) angebracht ist.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die seismische Masse (26) als Magnet ausgebildet ist, der mit einem gehäusefesten Magneten oder magnetischen Kurzschluß (30) zur Dämp­ fung der Auslenkung des Stabes (14) zusammenwirkt.

8. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14, 14′) von einem die Auslenkung dämpfenden, elastischen Rohr (36, 36′) umgeben ist.

9. Beschleunigungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Funk­ tionsprüfung des Sensors senkrecht zum Stab (14, 14′) ein Aktorelement (40), vorzugsweise ein Magnet, angeordnet ist, das durch manuelle Betätigung eines Drucktasters (41) oder durch eine elektrische An­ steuerung über Anschlußleitungen (42) eine Auslen­ kung des Stabendes (22, 22′) bewirkt.