DE3809957A1 - Lichtwellenleiter-sensor fuer druckkraefte und seine verwendung - Google Patents
Lichtwellenleiter-sensor fuer druckkraefte und seine verwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter-(LWL-)Sensor für
Druckkräfte, bei dem der LWL (die optische Faser) von einer fle
xiblen Umhüllung umgeben ist, die eine inhomogene Struktur hat.
Sie betrifft ferner die Verwendung des LWL-Drucksensors als Kon
taktsensor in der Sicherheitstechnik.
Ein LWL-Drucksensor der vorerwähnten Art ist bereits in der EP-OS
00 82 820 angegeben. Die Vorrichtung besteht hier aus einem LWL
mit einer Lichtquelle am einen und einer Photozelle am anderen
Ende. Um die optische Faser ist eine Drahtwendel, vorzugsweise
eine Metalldrahtwendel, mit einer festen Schlaglänge aufgebracht,
und beide sind von einen flexiblen Schutzmantel umhüllt. Wird nun
ein Druck auf diesen LWL-Sensor ausgeübt, führt er zu periodischen
Verformungen der optischen Faser und zu einer entsprechenden
Schwächung (Dämpfung) des durch sie geleiteten Lichts, die von der
Photozelle gemessen wird.
Des weiteren ist in der DE-PS 33 05 234 ein LWL-Sensor angegeben,
dessen Mantel als zugfester Draht aus einer faserverstärkten Harz
struktur ausgebildet ist. Zwischen diesem und dem LWL befindet
sich eine inhomogen aufgebaute Zwischenschicht, die aus Kunststoff
oder Kunstharz besteht, die ein definiert fein gekörntes Pulver
von Glas, Quarz, Korund oder Schmirgel enthalten. Anstatt eines
solches Pulvers, kann - ähnlich wie im vorerwähnten Fall - eine um
den LWL aufgebrachte Wendel aus harzdurchtränkten Glasfasern die
Inhomogenität der Zwischenschicht ausmachen. An seinen beiden En
den besitzt der LWL-Sensor Anschlüsse für ein Licht-Durchgangs
prüfgerät (Dämpfungsmeßgerät). - Dieser LWL-Sensor ist jedoch für
Zugkräfte konzipiert, und er wird heute nur mit einer mittels
einer Drahtwendel (vorzugsweise einer Stahldrahtwendel) inhomogen
strukturierten Zwischenschicht als Zugsensor verwendet. Als Druck
sensor ist er nicht ohne weiteres geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen LWL-Sensor für
Druckkräfte anzugeben, der eine Signalgabe oder das Auslösen von
Schutzmaßnahmen bereits bei Kräften von ca. 1 N bewirkt, und der
einfacher aufgebaut ist, als der eingangs erwähnte LWL-Drucksen
sor. Ferner sind Überwachungs- und Sicherungseinrichtungen anzuge
ben, bei denen ein solcher LWL-Drucksensor eingesetzt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1, ferner des Anspruchs 7 angegeben. Die Lösung be
steht im wesentlichen darin, daß die Umhüllung des LWL aus einem
Einbettungsstoff, vorzugsweise einem Lack besteht, in den ein fein
gekörntes, härteres Pulver, vorzugsweise Glas- oder Korundpulver,
eingebettet ist, daß der so umhüllte Sensor von einem elastomeren
oder thermoplastischen Schutzmantel umgeben ist, und daß er mit
Anschlußsteckern konfektioniert ist. In den Steckergehäusen können
der Lichtsender und der Lichtempfänger eingebaut sein.
Einzelheiten des erfindungsgemäßen Sensors sind in den Unteran
sprüchen angegeben. So betreffen Anspruch 2 Umhüllung und Pulver,
3 und 4 den Sensoraufbau sowie 5 und 6 die Anschlußstecker mit
Sender und Empfänger. Ferner betreffen die Ansprüche 7 bis 9 die
Verwendung des LWL-Drucksensors als Kontaktsensor in der Sicher
heitstechnik.
Als Vorteil dieses Sensors ist hervorzuheben, daß er einfach auf
gebaut und einzusetzen ist, und daß er überall dort eingesetzt
werden kann, wo auftretende Drücke oder Druckänderungen eine
Signalgabe oder das Auslösen von Schutzmaßnahmen bewirken sollen.
In Verbindung mit angepaßten Elektroniken genügen zur Auslösung
Kräfte von einigen N (100 p). Als Beeinflussungslänge für den
Sensor sind dabei wenige cm ausreichend.
Die inhomogene Umhüllung des LWL kann direkt auf der optischen
Faser, oder aber auf der üblichen Primärbeschichtung (eine einige
µm dicke Lackschicht) aufgebracht sein. Das in den Umhüllungsstoff
eingebettete Pulver ist vorzugsweise aus der Stoffgruppe: Glas,
Quarz, Korund und Schmirgel. Es kann aber auch aus der Gruppe der
in der Oberflächen-Beschichtungstechnik verwendeten Oxide, Car
bide, Nitride und Metalle genommen werden. - Im Regelfall hat die
Umhüllung eine Dicke von 30 bis 150 µm, in den Umhüllungsstoff
sind 10 bis 40 µm dicke Pulver-Kügelchen, vorzugsweise Glas-Hohl
kügelchen, eingebettet, und darüber ist der Schutzmantel mit einem
Außendurchmesser von 1 bis 5 mm extrudiert.
Erfährt dieser Sensor einen Druck und damit eine Deformation in
radialer Richtung, dann drücken sich die Glaskügelchen in den LWL.
Dadurch erzeugen sie Mikrokrümmungen im LWL, die zu einer Schwä
chung (Dämpfungsanstieg) des vom LWL geleiteten Lichtes führen.
Auf Dehnungen in seiner Achsrichtung (Zugkräfte) reagiert dieser
Sensor nicht, weil in diesem Fall die Durchmesser des LWL und
seiner mit Glaskügelchen gefüllten Hülle praktisch gleich stark
abnehmen.
Für seinen Einsatz als Kontaktsensor kann der LWL-Drucksensor mit
miniaturisierten elektrischen Anschlußsteckern konfektioniert
sein, wobei im Eingangs-Steckergehäuse der Lichtsender und im
Ausgangsgehäuse der Lichtempfänger untergebracht ist.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors und seines
Einsatzes in einer Sicherungseinrichtung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
- Fig. 1 den LWL-Drucksensor mit einer mit Glaskügelchen gefüllten
Umhüllung des LWL,
- Fig. 2a und 2b seinen Einsatz zur Fenstersicherung in einer
Autotür samt seinen beiden Anschlußsteckern mit Lichtsender und
Empfänger, und
- Fig. 3 das Blockschaltbild Sender-Sensor-Empfänger.
Aus Fig. 1 ist der Aufbau eines LWL-Drucksensors ersichtlich, wozu
nachfolgend die einzelnen Baustufen (mit Bezugszeichen) und deren
Außendurchmesser angegeben werden: LWL-Gradienten- oder Step-
Index-Faser (1) 125 µm, Primärbeschichtung 130 µm, inhomogene Um
hüllung (2) aus einer Gummimischung (3) mit darin eingebetteten,
30 µm dicken Glas-Hohlkügelchen (4) 200 µm Schutzmantel (5) aus
einer Gummimischung 1 bis 2 mm.
Aus Fig. 2a ist der Einsatz eines solchen Sensors bei Autotüren
mit elektrischen Fensterhebern zum Schutz gegen ein Einklemmen der
Finger ersichtlich. Hier ist der LWL-Drucksensor L im Dichtgummi 9
für das Fenster im Bereich der Dichtlippen 10, die auf dem Türrah
men 8 aufliegen, jedoch nicht von der Fensterscheibe 11 berührt
werden, eingebettet. Und die beiden Sensor-Steckergehäuse 6 und 7
mit dem Lichtsender S und dem Empfänger E sind im Türrahmen am
linken und rechten Ende des Überwachungsabschnitts eingebaut. Es
könnten jedoch auch Sensorstecker, Sender und Empfänger an bzw. in
einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Fig. 2b zeigt im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt durch den
oberen Rand der Autotür mit dem Türrahmen 8, Fenster-Dichtgummi 9
und dem in deren äußere Dichtlippe eingebetteten LWL-Drucksensor
L. Diese Einrichtung arbeitet als Kontaktgeber: Sobald der zwi
schen die hochfahrende Scheibe 11 und die sensorbestückte Dicht
lippe 10 gesteckte Gegenstand (Finger) leichten Druck auf die
Lippe ausübt, führt dies unmittelbar zur Sensorkontaktgabe mit
Veranlassung der Antriebsabschaltung oder -umsteuerung.
Hier ist der LWL-Sensor mit einem Gummi-Schutzmantel von ca. 2 mm
⌀ versehen. Die Konfektionierung des Sensors erfolgt in miniaturi
sierter Ausführung mit elektrischen Steckern abgestimmt auf die
Kfz-Elektronik, und in Längen abgestimmt auf die Fensterdicht
leiste. Der Sensor wird in eine vorbereitete Nut im Dichtprofil
integriert. Die Unterbringung der kleinen Anschlußelemente, in die
Lichtsender, Lichtempfänger und Steckverbindungen integriert sind,
erfolgt durch Stecktechnik im Einzeltürbereich. Die optische
Meßgröße ist eine Dämpfungsänderung im LWL.
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild Sender-Sensor-Empfänger. Als
Lichtsender S ist eine Infrarotdiode eingesetzt, und beim Licht
empfänger E sind folgende Einheiten hintereinandergeschaltet:
O/E-Wandler (Fotodiode) und Verstärker/Bandpaßfilter/Verstär ker/Komparator/Speicher/Alarm-Relais oder ähnlicher Ausgang. Der Empfänger ist so ausgebildet, daß er nur Dämpfungsänderungen erkennt, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten und die über eine bestimmte Zeitspanne andauern, letzteres um den Einfluß von Störgrößen, wie Temperatur oder Schwingungen, auszuschalten. Der Aufbau ist so konzipiert, daß das Überwachungssystem als preisgünstige Serieneinrichtung gefertigt werden kann.
O/E-Wandler (Fotodiode) und Verstärker/Bandpaßfilter/Verstär ker/Komparator/Speicher/Alarm-Relais oder ähnlicher Ausgang. Der Empfänger ist so ausgebildet, daß er nur Dämpfungsänderungen erkennt, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten und die über eine bestimmte Zeitspanne andauern, letzteres um den Einfluß von Störgrößen, wie Temperatur oder Schwingungen, auszuschalten. Der Aufbau ist so konzipiert, daß das Überwachungssystem als preisgünstige Serieneinrichtung gefertigt werden kann.
Dieser LWL-Drucksensor, der Querkräfte mit einer Empfindlichkeit
ab ca. 1 N registriert, wird hauptsächlich als Kontaktsensor in
der Sicherheitstechnik angewendet. Dort wird er als Einklemm-,
Berührungs- oder Überfahrschutz eingesetzt, wozu er frei verlegt
oder mit dem entsprechenden Bauteil - wie Autotürrahmen, Berüh
rungsschutzleiste, Trittmatte oder Kontaktschiene - mechanisch
fest verbunden wird. Der Alarmausgang kann zur Maschinen- oder
Geräteabschaltung oder zu Steuerungsfunktionen benutzt werden.
Claims (9)
1. Lichtwellenleiter-(LWL-)Sensor für Druckkräfte, bei dem der LWL
(die optische Faser) (1) von einer flexiblen Umhüllung umgeben
ist, die eine inhomogene Struktur hat,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Umhüllung (2) aus einem flexiblen, als Einbettungsmatrix (3) geeigneten Stoff, vorzugsweise einem Lack, auch Duroplast, Thermoplast oder Elastomer, besteht,
- - in den ein definiert fein gekörntes Pulver (4) eingebettet ist, das eine größere Härte als der Matrixstoff hat, vorzugsweise ein Glas- oder Korundpulver,
- - daß der so umhüllte Sensor von einem flexiblen, beständigen, an die Einsatzumgebung des Sensors angepaßten Schutzmantel (5) aus einem Elastomer oder Thermoplast umgeben ist, oder er in Sonder fällen direkt in das Meßobjekt eingebettet wird,
- - und daß der Sensor mit miniaturisierten Anschlußsteckern (6 und 7) konfektioniert ist.
2. LWL-Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die inhomogene Umhüllung (2) direkt auf der optischen Faser (1), oder aber auf der üblichen Primärbeschichtung der Faser auf gebracht ist,
- - und daß der Stoff des gekörnten Pulvers (4) aus der Gruppe:
Glas, Quarz, Korund und Schmirgel oder aus der Gruppe der in der Oberflächen-Beschichtungstechnik verwendeten Oxide, Carbide, Nitride und Metalle ist.
3. LWL-Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die inhomogene Umhüllung (2) eine Dicke von 30 bis 150 µm hat,
- - daß in den Matrixstoff (3) 10 bis 40 µm dicke Pulver-Kügelchen (4), vorzugsweise Glas-Hohlkügelchen, eingebettet sind,
- - und daß darüber ein Schutzmantel (5) extrudiert ist, der einen Außendurchmesser von 1 bis 5 mm, hat.
4. LWL-Drucksensor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgenden
Aufbau und Außendurchmesser: LWL-Faser (1) 125 µm/Primärbe
schichtung 130 µm/inhomogene Umhüllung (2) aus einer Gummi-
Mischung mit darin eingebetteten, 30 µm dicken Glas-Hohlkügelchen
(4) 200 µm/Schutzmantel (5) aus einer Gummimischung 1 bis 2 mm.
5. LWL-Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Sensor (L) mit miniaturisierten elektrischen
Anschlußsteckern (6 und 7) konfektioniert ist, und im Eingangs-
Steckergehäuse (6) der Lichtsender (S), im Ausgangsgehäuse (7) der
Lichtempfänger (E) angeordnet ist.
6. LWL-Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
- - daß als Lichtsender (S) eine Infrarotdiode eingesetzt ist,
- - und daß beim Empfänger (E) folgende Einheiten hintereinander geschaltet sind: O/E-Wandler (Fotodiode) und Verstärker/Bandpaß filter/Verstärker/Komparator/Speicher/Alarm-Relais oder ähnlicher Ausgang.
7. Verwendung eines LWL-Drucksensors nach einem der Ansprüche 1
bis 6 als Kontaktsensor in der Sicherheitstechnik, dadurch gekenn
zeichnet, daß er als Einklemm-, Berührungs- oder Überfahrschutz
eingesetzt wird, wozu er frei verlegt oder mit dem entsprechenden
Bauteil - wie Autotürrahmen, Berührungsschutzleiste, Trittmatte oder
Kontaktschiene - mechanisch fest verbunden wird, und der Alarmaus
gang zur Maschinen- oder Geräteabschaltung oder zu einer Steue
rungseinrichtung geführt wird.
8. Verwendung eines LWL-Drucksensors nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß der LWL-Sensor (L) bei Autotüren mit elektri
schen Fensterhebern zum Schutz gegen ein Einklemmen von Fremd
gegenständen im Dichtgummi (9) für das Fenster im Bereich der
Dichtlippen (10), die auf dem Türrahmen (8) aufliegen, jedoch
nicht von der Fensterscheibe (11) berührt werden, angeordnet ist.
9. Verwendung eines LWL-Drucksensors nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beiden Sensor-Steckergehäuse (6 und 7) samt
dem Lichtsender (S) und dem Lichtempfänger (E) in der Autotür am
linken und rechten Ende des Überwachungsabschnittes angeordnet
sind, oder daß diese Bauelemente in einem gemeinsamen Gehäuse in
der Tür angeordnet sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3809957A DE3809957A1 (de) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Lichtwellenleiter-sensor fuer druckkraefte und seine verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3809957A DE3809957A1 (de) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Lichtwellenleiter-sensor fuer druckkraefte und seine verwendung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3809957A1 true DE3809957A1 (de) | 1989-10-05 |
Family
ID=6350594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3809957A Withdrawn DE3809957A1 (de) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Lichtwellenleiter-sensor fuer druckkraefte und seine verwendung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3809957A1 (de) |
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